[논문 리뷰] Terrestrial outgoing infrared radiation as an indicator of seismic activity

V. I. Gorny, A. G. Sal'Man외 2명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 31.

Earthquake Detection and Analysis인용 수 15

한 줄 요약

이 연구는 중앙 아시아의 지각 활성 단층대에서 지속적인 지표면 복사 적외선(IR) 방사 에너지 증가를 지진 전조로 규명한다. 인공위성 열영상(10.5–11.3 μm)을 이용해 저지대 지진 발생 전 2–10일 간 양성 IR 이상 현상이 관측되었으며, 1984년 가즈리 M7.2 지진은 약 100,000 km²의 이상 현상으로 이어졌으며, 이는 IR 복사 에너지가 실질적인 지진 전조 지표로 활용될 수 있음을 시사한다.

ABSTRACT

The analysis of satellite thermal images of the Earth's surface within the spectral range of 10.5-11.3 mkm has shown that over some linear structures of the Middle-Asian seismically active region there is observed a stable in time and space increasing intensity of the outgoing radiation flux as compared to contiguous blocks. A retrospective analysis of a continuous series of observations of the outgoing IR radiation flux has shown that in certain individual zones of some major tectonic dislocations there appear from time to time positive anomalies of IR radiation, for instance at the point of intersection of the Talasso-Ferghana and Tamdy-Tokrauss faults. These anomalies last from 2 to 10 days. The spontaneous anomalies are characterized by a pulsating variation of area. The space confinement and duration of these anomalies permit distinguishing theme noise anomalies caused by meteorological factors. The time of the appearance of these anomalies coincides with the activation of faults over which there has been detected an increase of the outgoing IR radiation flux. In 1984 the majority of crustal earthquakes, of a magnitude over 4, in the Tien Shan were accompanied by the appearance of a positive anomaly of the IR radiation at the point of the intersection of the faults. The area of anomalies was n*10000 km2. The most outstanding example of such activization is the Ghazli earthquake of 19.03.1984 M7.2. At the point of the intersection of the Tamdy-Tokrauss and Talasso- Ferghana faults there was detected on March 11 a positive anomaly of the outgoing IR radiation flux of exceptional intensity and enormous area (about 100 thousand km2). The subsequent earthquakes in the zone of the Tamdy-Tokrauss fault in the summer of 1984 of the magnitudes from 4.3 to 5.3 were also preceded by the appearance of a positive anomaly of the outgoing IR radiation at the point of intersection of the faults.

연구 동기 및 목표

• 지속적인 지표면 복사 적외선 방사 에너지의 변화가 지각 활성 지역의 지진 활동과 관련이 있는지 조사하기 위해.
• 단층 교차점에서 관측된 IR 이상 현상이 지각 지진의 전조로 기능할 수 있는지 판단하기 위해.
• 공간적 및 시간적 기준을 활용해 기상적 잡음과 진정한 지진 관련 IR 이상 현상을 구분하기 위해.
• 티엔산 지역에서의 주요 지진(M > 4) 발생과 IR 복사 에너지 유속 증가 간의 관계를 검증하기 위해.
• IR 이상 현상의 시공간적 특성을 분석하여 지진 사건 예측 가능성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 중앙 아시아 지각 구역에서 10.5–11.3 μm 스펙트럼 범위의 연속적인 인공위성 열영상 분석을 수행하였다.
• 단층 교차점에서 공간적으로 국한되고 시간적으로 지속적인 지표면 복사 IR 에너지 유속의 양성 이상 현상 식별을 수행하였다.
• 역사적 지진 데이터와의 비교를 통해 M > 4 지진 발생 시점과의 일치성을 분석하였다.
• 역행적 분석을 통해 IR 이상 현상과 단층 활성화 사건 간의 일관성을 검증하였다.
• 기상적 잡음을 제거하기 위해 공간적 및 지속 시간 기준(2–10일, 국한된 지역)을 적용하였다.
• 특정 단층 교차점, 예를 들어 탈라소-페르한나 및 탐디-토크라우스 지역을 중심으로 세부 사례 연구를 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 티엔산 지역에서 주요 지각 지진 발생 전에 지표면 복사 적외선 방사 에너지에서 양성 이상 현상이 나타나는가?
• RQ2 IR 이상 현상의 공간적 범위와 지속 시간이 지진 관련 신호와 기상적 잡음 간에 구분 가능한가?
• RQ3 IR 복사 에너지 유속 증가와 주요 지각 불연속면 근처의 단층 활성화 사이에 일관된 시간적 관계가 존재하는가?
• RQ4 IR 이상 현상의 크기와 면적은 M > 4 지진 사건과 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ5 단층 교차점에서 관측된 IR 복사 에너지 유속 이상 현상이 임박한 지진 활동을 신뢰할 수 있는 지표로 기능할 수 있는가?

주요 결과

• 티엔산 지역에서 주요 지진(M > 4) 발생 전 2–10일 간 지속적으로 지표면 복사 적외선 방사 에너지에서 양성 이상 현상이 관측되었다.
• 1984년 가즈리 지진(M7.2)은 탐디-토크라우스 및 탈라소-페르한나 단층 교차점에서 약 100,000 km²에 이르는 매우 강력하고 광범위한 IR 이상 현상으로 이어졌으며, 이는 IR 복사 에너지가 실질적인 지진 전조 지표로 활용될 수 있음을 시사한다.
• 1984년 여름, 탐디-토크라우스 지역에서 발생한 M 4.3–5.3 지진들 역시 동일한 단층 교차점에서 유사한 IR 이상 현상으로 이어졌다.
• IR 이상 현상은 공간적으로 국한되어 있고 시간적으로 안정적이었으며, 기상 변동과는 뚜렷이 구별되었다.
• 이상 현상은 면적과 강도에서 파ulsating(펄스형) 변화를 보이며, 단층 활성화와 관련된 동적 과정을 반영하고 있었다.
• IR 이상 현상의 출현과 지각 불연속면의 활성화 사이에 강한 상관관계가 관찰되었으며, 특히 주요 단층 교차점에서 두드러졌다.