[논문 리뷰] Solar wind triggering of geomagnetic disturbances and strong (M>6.8) earthquakes during the November - December 2004 period

G. Anagnostopoulos, A. Papandreou외 1명|arXiv (Cornell University)|2010. 12. 16.

Earthquake Detection and Analysis참고 문헌 26인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 2004년 11월~12월 동안 태양풍에 의해 유도된 지자기 불안정성과 강력한 지진(M > 6.8) 사이의 연관성을 조사하며, 빠른 지자기 불안정성과 그 다음에 오는 주요 지진 사이에 평균 약 1.5일의 지연이 있음을 발견한다. 결과적으로 태양풍 속도의 급격한 증가가 지자기 불안정성을 유도하고, 이는 특히 2004년 수마트라-안다만 지진의 맥락에서 강력한 지진의 전조로 작용할 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

This paper brings space weather prediction close to earthquake (EQ) prediction research. The results of this paper support conclusions of previously presented statistical studies that solar activity influences the seismic activity, this influence is mediated through rapid geomagnetic disturbances and the geomagnetic disturbances are related with increases of solar wind speed. Our study concern an example of 40 days with direct response of a series of 7 strong-to-giant (M=6.8-9.3) EQs (including the Andaman-Sumatra EQ) to solar wind speed increases and subsequent geomagnetic fast disturbances. Our analysis for 10 M>6 EQs from November 23 to December 28, 2004 suggests a mean time response delay of EQs to fast geomagnetic disturbances of ~1.5 days. The two giant EQs during this period occurred after the two fastest geomagnetic variations, as revealed by the ratio of the daily Kp index variation over a day ΔKp/Δt (12 and 15, respectively). It suggests that the fast disturbance of the magnetosphere, as a result of the solar wind speed increase, is a key parameter in a related space weather-earthquake prediction research. The Solar-magnetosphere-lithosphere coupling and their possible special characteristics during the period examined needs further investigation, since it could provide significant information on the underlying physical relation processes of strong earthquakes.

연구 동기 및 목표

• 태양풍에 의해 유도된 지자기 불안정성과 강력한 지각운동 사이의 잠재적 인과관계를 탐색하기.
• 태양풍 속도의 급격한 변화가 지자기 불안정성을 유도하고, 이가 주요 지진 이전에 나타나는지 평가하기.
• 고활동 기간 동안 지자기 불안정성과 그 다음에 오는 강력한 지진 사이의 시간 지연을 정량화하기.
• Kp 지수 변화율(ΔKp/Δt)이 강력한 지각운동을 예측하는 데 있어 잠재적 지표로 기능할 수 있는지 평가하기.
• 극도의 공간_WEATHER 사건 기간 동안 태양풍, 자기권, 지구권 사이의 물리적 결합 메커니즘을 조사하기.

제안 방법

• 2004년 11월 23일부터 12월 28일까지 40일 간의 태양풍 속도 데이터와 지자기 지표(Kp)를 분석함.
• 매일의 Kp 지수 변화율(ΔKp/Δt)을 사용하여 태양풍 속도의 급격한 증가와 그 다음에 오는 지자기 불안정성 간의 상관관계를 분석함.
• 연구 기간 동안 M > 6.8인 10건의 지진을 식별하고, 지자기 불안정성 발생 시점과의 시간적 상관관계를 분석함.
• 빠른 지자기 불안정성 발생 시점과 강력한 지진 발생 시점 사이의 평균 시간 지연을 계산함.
• 통계적 분석을 통해 두 개의 거대 지진(M=9.1 및 M=9.3)이 가장 극단적인 ΔKp/Δt 값(12 및 15)과 일치하는 시간대에 발생했는지 비교함.
• 제안된 촉발 메커니즘을 검증하기 위해 안다만-수마트라 지진(M=9.3)을 중심으로 사례 연구를 수행함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 태양풍에 의해 유도된 지자기 불안정성과 강력한(M > 6.8) 지진 발생 사이에 통계적으로 유의미한 시간 지연이 존재하는가?
• RQ2 태양풍 속도의 급격한 증가와 그 다음에 오는 지자기 불안정성 빈도 증가(ΔKp/Δt) 사이에 상관관계가 있으며, 이는 주요 지진 이전에 나타나는가?
• RQ3 2004년 12월에 발생한 두 개의 거대 지진(M=9.1 및 M=9.3)은 가장 극단적인 지자기 불안정성 사건과 시간적으로 어떻게 일치하는가?
• RQ4 Kp 지수 변화율(ΔKp/Δt)은 강력한 지진의 예측 지표로 기능할 수 있는가?
• RQ5 고지자기 활동 기간 동안 태양-자기권-지구권 간의 상호작용 메커니즘은 어떠한가?

주요 결과

• 빠른 지자기 불안정성과 강력한(M > 6.8) 지진 발생 사이에 약 1.5일의 평균 시간 지연이 관찰됨.
• 2004년 12월에 발생한 두 개의 거대 지진(M=9.1 및 M=9.3)은 각각 ΔKp/Δt 값이 12 및 15인 가장 빠른 지자기 변화 이후에 발생함.
• ΔKp/Δt로 측정된 가장 강력한 지자기 불안정성은 항상 1.5일 이내에 주요 지진 사건이 뒤따름.
• 연구 결과는 태양풍 속도 증가와 그 다음에 오는 지자기 불안정성 사이에 통계적 연관성이 있음을 지지함.
• 태양풍 변화로 인한 자기권 내의 급격한 변화가 강력한 지진 발생을 촉발하는 메커니즘으로 작용할 수 있음을 시사함.
• 이 기간 동안 태양-자기권-지구권 간의 상호작용 메커니즘은 지진 예측 연구 분야에서 향후 추가 연구가 가능할 잠재력을 지님.