[논문 리뷰] On the recent seismic activity at eastern Aegean Sea: Analysis of fracture-induced electromagnetic emissions in terms of critical fluctuations

Yiannis Contoyiannis, Stelios M. Potirakis외 5명|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 29.

Earthquake Detection and Analysis참고 문헌 23인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 주요 지진(M>5) 발생 이전에 동 에게라 해에서 발생하는 균열에 기인한 전자기 방출(EME)을 임계 변동성 방법(MCF)을 사용하여 분석한다. 지진 발생 수일 전에 임계 상태 조건이 나타나며, 2017년 6월 12일 및 7월 20일 지진 이전에 삼중임계 전이 현상이 관측되어 지구의 지각 내 임계 현상에 의해 지진 발생 전조 신호로서 EME 신호가 작용할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

In this letter we show, in terms of fracture-induced electromagnetic emissions (EME) that the Earth system around the focal areas came to critical condition a few days before the occurrence of recent significant (M>5) earthquakes (EQs) which happened in the region of the eastern Aegean Sea, between the Greek Islands of Lesvos (6-7, 12 February 2017 and 12 June 2017) and Kos (20 July 2017) and the Turkish Asia Minor coastline. Moreover, departure from the critical state in terms of a tricritical crossover was identified in the EME recorded prior to the 12 June main event as well as prior to the 20 July main event. The analysis was performed by means of the method of critical fluctuations (MCF).

연구 동기 및 목표

• 암석 균열 과정과 관련된 전자기 방출(EME)이 주요 지진 발생 이전에 임계 전조 상태를 나타낼 수 있는지 조사하기 위해.
• 동 에게라 해에서 중요한 지진 사건이 발생하기 이틀 전에 지구 시스템이 임계 변동성을 나타내는지 확인하기 위해.
• 지진 파손이 임박할 경우 EME 데이터에서 잠재적인 삼중임계 전이 현상이 나타나는지 탐지하기 위해.
• 임계 변동성 방법(MCF)이 활성 구조적 지각 지역에서의 지구물리학적 EME 데이터에 적용 가능한지 검증하기 위해.
• 큰 지진의 발생 전 물리적 전조 신호를 식별하여 초기 경고 시스템 개발에 기여하기 위해.

제안 방법

• 동 에게라 해에서 기록된 균열에 기인한 전자기 방출(EME)의 시간적 변동성을 분석하기 위해 임계 변동성 방법(MCF)을 적용하기 위해.
• 레스보스 섬과 코스 섬, 터키 해안 근처의 관측소에서 수집한 EME 시간 시리즈 데이터를 사용하기 위해.
• EME 진폭과 지속 시간의 변동성에서 스케일링 법칙과 등급 분포를 통해 임계 행동을 식별하기 위해.
• EME 동역학에서 고차 모멘트와 임계 지수를 분석하여 삼중임계 전이 지점을 탐지하기 위해.
• 다른 M>5 지진 발생 이전의 EME 행동을 비교하여 임계 상태 서명의 일관성을 평가하기 위해.
• 통계역학 프레임워크를 사용하여 EME를 지각의 시스템적 불안정성에 가까워지는 지표로 해석하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 균열에 기인한 전자기 방출(EME)은 동 에게라 해에서 주요 지진 발생 이전에 임계 변동성을 드러낼 수 있는가?
• RQ2 M>5 지진 사건 이전에 EME 신호는 임계 현상과 일치하는 스케일링 행동을 보이는가?
• RQ3 2017년 6월 12일 및 7월 20일 지진 이전에 EME 동역학에서 삼중임계 전이 현상이 관측되는가?
• RQ4 EME 패턴은 지구 시스템이 지진 파손 전에 임계 상태에 도달하는 과정을 어느 정도 반영하는가?
• RQ5 임계 변동성 방법(MCF)은 지구물리학적 EME 데이터에서 지진 전 임계 상태를 신뢰성 있게 탐지할 수 있는가?

주요 결과

• 최근 M>5 지진의 진앙지 근처에서 동 에게라 해의 지구 시스템이 주요 지진 발생 수일 전에 EME 신호에서 임계 변동성을 나타냈다.
• 2017년 6월 12일 및 7월 20일 지진 이전에 EME 데이터에서 삼중임계 전이가 관측되어 임계 행동의 성격 변화를 나타냈다.
• EME 신호는 등급 법칙 스케일링과 자가조직 임계성의 특징을 보였으며, MCF 프레임워크와 일치했다.
• 임계 상태는 각 주요 지진 발생 수일 전에 나타났으며, 이는 물리적 전조 메커니즘을 시사했다.
• 삼중임계 전이의 존재는 시스템의 동적 행동에 변화가 있었음을 시사하며, 이는 불안정성의 시작 가능성을 암시한다.
• 결과는 EME가 큰 지진 발생 이전에 지각 내 임계 응력 축적을 측정 가능한 지표로 활용할 수 있다는 가설을 지지한다.