[논문 리뷰] Total electron content disturbances prior to Great Tohoku March 11, 2011 and October 23, 2011 Turkey Van earthquakes and their physical interpretation

О. В. Золотов, A. A. Namgaladze외 1명|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 28.

Earthquake Detection and Analysis참고 문헌 55인용 수 12

한 줄 요약

이 연구는 2011년 3월 11일의 M9.0 규모의 타이호쿠(일본) 및 M7.1 규모의 반(터키) 지진 발생 2~4시간 전, GPS 데이터를 사용하여 이온권 내에서 지속적이고 국소적인 전자총량(Total Electron Content, TEC) 변동을 규명하였다. 이러한 이상 현상들은 진앙지 및 그들의 자기 공명 영역에서 관측되었으며, 지구물리학적 전구로로 간주되며, 지구의 표면과 이온권 간의 전자기적 결합 메커니즘을 통해 지진 이전의 이온권 변동에 의해 기인된 것으로 해석된다.

ABSTRACT

This paper discusses the GPS (Global Positioning System) observed TEC (Total Electron Content) variations prior to the M 9.0 Great Tohoku (Japan, Sendai) March 11, 2011 and M 7.1 Oct. 23, 2011 Turkey Van earthquakes as possible seismo-ionosphere precursors. We have formulated a set of the TEC phenomenological features often reported as precursors to strong earthquakes based on our experience and publications' analysis. This feature-set has been applied to the relative TEC deviations for time intervals March 08-11, 2011 and Oct. 20-23, 2011 preceding M 9.0 Great Tohoku (Japan) March 11 and Turkey Van Oct. 23 earthquakes, respectively. In both cases there have been revealed strong local long-living (of about several hours) TEC disturbances at the near-epicenter and magnetically conjugated areas. These disturbances may be treated as seismo-ionospheric precursors. The physical mechanism for the observed TEC structures for these two as well as for other cases of recent strong seismic events has been proposed. The anomalies have been interpreted and explained on the base of this physical mechanism from the origin hypothesis point of view in terms of electromagnetic lithosphere-ionosphere coupling.

연구 동기 및 목표

• 주요 지진 발생 이전의 이온권 TEC 변화를 연구하여 지구물리학적 전구로로 간주하는 것을 목적으로 한다.
• 강력한 지진 사건 이전 일주일 동안 일관된 TEC 이상 패턴을 식별하는 것을 목적으로 한다.
• 지진 전 이온권 이상 현상을 분류하기 위한 현상학적 특징 세트를 개발하는 것을 목적으로 한다.
• 관측된 TEC 이상 현상의 물리적 기원을 전자기적 지각-이온권 결합 이론을 통해 해석하는 것을 목적으로 한다.
• 제안된 메커니즘을 두 가지 상이한 고강도 지진 사건(M9.0 및 M7.1)에 대해 검증하는 것을 목적으로 한다.

제안 방법

• 2011년 3월 8일~11일 및 2011년 10월 20일~23일 기간 동안의 글로벌 포지셔닝 시스템(GPS) 기반 전자총량(Total Electron Content, TEC) 데이터 분석.
• 배경 이온권 변동성에서 이상 현상을 분리하기 위해 상대적 TEC 이격도 계산.
• 진앙지 및 그들의 자기 공명 영역 근처에서 공간적으로 국소화되고 오랜 기간 지속되는(수 시간 이상) TEC 이상 현상 식별.
• 이전 연구에서 유도된 현상학적 특징 세트를 적용하여 일관된 전구 패턴 탐지.
• 관측된 TEC 구조의 물리적 기원을 설명하기 위해 전자기적 결합 모델 적용.
• 지리적 및 지질학적으로 상이한 두 지진 사건 간의 TEC 행동 비교를 통해 연구 결과의 일반화 가능성 평가.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 강력한 지진 발생 이전에 이온권 내에서 지속적인 TEC 이상 현상이 관측되는가, GPS 데이터로 확인되는가?
• RQ2 이러한 TEC 이상 현상들은 지진 진앙지 및 그들의 자기 공명 영역과 공간적으로 관련이 있는가?
• RQ3 일관된 현상학적 특징 세트가 지진 전 이온권 이상 현상을 신뢰성 있게 식별할 수 있는가?
• RQ4 지각-이온권 결합의 맥락에서 이러한 TEC 이상 현상의 생성 원리를 설명할 수 있는 물리적 메커니즘은 무엇인가?
• RQ5 관측된 TEC 행동은 다양한 규모와 지질학적 배경을 가진 다른 지진 사건에서도 재현 가능한가?

주요 결과

• M9.0 규모의 타이호쿠 지진과 M7.1 규모의 반 지진 발생 이전에, 이온권 내에서 몇 시간 지속되는 강력하고 국소적인 TEC 이상 현상이 관측되었다.
• 이러한 이상 현상들은 진앙지 위뿐만 아니라 자기 공명 영역에서도 관측되어, 자기선을 따라 연결된 이온권 영향을 나타낸다.
• TEC 이상 현상은 이전 연구에서 유도된 현상학적 특징 세트와 일치하는 일관된 공간적·시간적 패턴을 보였다.
• 제안된 물리적 메커니즘은 지진 이전의 응력과 전하 재분포에 의해 유도되는 지각에서 이온권으로의 전자기적 결합을 포함한다.
• 연구 결과는 이온권 TEC 이상 현상이 주요 지진 사건의 검출 가능한 전구로로 기능할 수 있다는 가설을 지지한다.
• 두 개의 상이한 지진 사건에서 일관된 결과를 도출함으로써, 이온권 TEC가 지진 전구로 탐지 도구로 활용될 수 있음을 강화한다.