金曜日セミナー 2003 年度の記録

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2003 年度の講演者・講演タイトル一覧

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日付
Date
講演者・所属
Presenter/Affiliation
講演タイトル
Presentation title
4/18
Kelin Wang
地震研究所客員教授
Stress and strain in subduction zone earthquake cycles
5/9
西森 拓
大阪府立大工学系
群れとしての砂丘の動力学
6/6
浅沼 宏
東北大学環境工学研究科
Development of microsensors for geophysical use in Niitsuma Laboratory, Tohoku University
6/13
清水 祐樹
岐阜大学工学部
時間平均のポテンシャルの形から見た時系列生成機構の解析
6/20
森谷 祐一
東北大学工学部
ソルツ高温岩体発電実験フィールドにおける水圧破砕実験に伴う誘発微小地震の解析
6/27
James R. Zinbelman
Chairman, Center for Earth and Planetary Studies, National Air and Space Museum, Smithsonian Institution, Washington, D.C.
LONG LAVA FLOWS ON FIVE PLANETARY SURFACES
7/4
Y. Ricard
Laboratoire de Sciences de la Terre ENS-Lyon
Geochemical and geophysical models of mantle convection
7/10
Teng-fong Wong
SUNY
Strain Localization, Seismic Efficiency and Energetics of Earthquake Rupture: Insights from laboratory-derived constitutive models
7/18
谷本 俊郎
カリフォルニア大学サンタバーバラ校
TriNet による S 波構造と南カリフォルニアのテクトニクス
7/22
Chris Wijns
Univ. of Western Australia
Interactive inverse modeling for non-linear earth processes
8/8
Ian Jackson
ANU, 愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター客員教授
Seismic-frequency laboratory measurements of wave speed and attenuation in upper-mantle materials
8/29
Demitris A. Kouris
University of Wyoming
Using Strain to Design Nanostructures
9/19
本田 勝彦
ANU, RSES
Diamonds - a window into the ancient mantle: the origin of the Earth's atmosphere and outgassing of the mantle
9/26
田中 秀実
東大理学部地学科
地震発生帯の物質科学的準備過程
11/7
Rafal Rybicki
The final destiny of the Earth and Solar System
11/14
伊藤 和明
NPO 法人・防災情報機構会長, 元 NHK 解説委員
災害取材よもやま話
11/21
高森 昭光
地震研究所助手
次世代重力波検出器と低周波防振装置
1/30
野木 義史
国立極地研究所
南極プレートと南極プレート巨大地震
2/6
石井 美孝
海洋科学技術センター
Drilling Engineer の地層(間隙)圧概念から地殻応力へのアプローチ(超入門編)
2/27
芳野 極
Rensselaer
マントル物質中の硫化鉄メルトの連結度:浸透流による惑星の核形成モデルの提唱
3/12
壁谷澤 寿海
地震火山災害部門
地震研究所の新館建設と免震構造について
3/19
三ヶ田 均
JAMSTEC
海底ケーブル観測システムによる地震観測ー平成15年十勝沖地震の観測からー

2003 年度のアブストラクト

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2003.04.18
Stress and strain in subduction zone earthquake cycles
Kelin Wang
地震研究所客員教授

Stress indicators such as earthquake focal mechanisms and active faulting reflectabsolute tectonic stresses. Geodetic strain measurements, in a forearcenvironment, usually reflect temporal stress changes. The relative magnitudesof the vertical and margin-normal components of the absolute stress field arecontrolled mainly by the gravitational force and frictional coupling of theconverging plates. Stress and thermal observations both indicate thatsubduction faults must be very weak, with an effective coefficient of frictionof about 0.05. Locking and unlocking of subduction faults in great earthquakecycles cause small (elastic) perturbations to the stress field but largegeodetic strain rates.

In this talk, the above points and their geodynamicalimplications will be demonstrated using examples from the Cascadia, Nankai, andother subduction zones.

2003.05.09
群れとしての砂丘の動力学
西森 拓
大阪府立大工学系

これまでの砂丘研究は地形研究者などの観測を中心としてすすめられてきたが、最近、物理学研究者の間でも砂丘の研究が盛んになって来つつある。これは、砂丘の運動が大自由度系の動力学として興味深い対象でありかつ、(これも近年注目されている)粉体の静・動力学が関係している問題として認識されるようになったからと思われる。

今回の講演では、これまでに物理サイドから行われてきた砂丘研究を簡単に紹介し、さらに、今まで扱われてこなかった「群れ」としての砂丘の運動の解析の試みを紹介する。個別の対象によらない普遍性を追求する(傾向にある)物理の手法が、現象の個別性の追求を重んじてきた(ように見える)地形学と共同しうるのか考察を行う。

2003.06.06
Development of microsensors for geophysical use in Niitsuma Laboratory, Tohoku University
浅沼 宏
東北大学環境工学研究科

The outline of research/development of microsensors in Niitsuma Laboratory, Graduate School of Environmental Studies, Tohoku University is presented. The principles, design, fabrication and evaluation of optical/electrical micro accelerometers, optical hydrophone and fiber optical sensors are described.

2003.06.13
時間平均のポテンシャルの形から見た時系列生成機構の解析
清水 祐樹
岐阜大学工学部

気温変動の時系列データから、その変動の傾向を明らかにし、時系列を生成する機構について数理学的な意味付けを与えるため、時系列データから時間平均のポテンシャルの形を導出する手法を考案し、解析を行った。

時系列が確率的力学方程式により記述されると仮定すると、 (1)時系列は過去の履歴に依存しない(マルコフ過程である) (2)急激な拡散過程を含まない の2つの条件を満たす場合には、そのヒストグラムの極値の数とポテンシャルの極値の数が等しいとみなすことができる。月平均気温の月次時系列{1901年X月、1902年X月…}については各条件を満たしており、1980年以降の気温の上昇に対応するポテンシャルの遷移が確認された。しかし、顕著な周期性をもつ連続した時系列では (1)の条件を満たさないため、ポテンシャルの遷移については推測にとどまった。

また、同様の手法を為替レート時系列や人間の重心動揺の時系列に適用した結果、それぞれ特徴的な形を持った時系列の生成機構を検出できた。

2003.06.20
ソルツ高温岩体発電実験フィールドにおける水圧破砕実験に伴う誘発微小地震の解析
森谷 祐一
東北大学工学部

本発表では,ソルツフィールドにおける水圧破砕により人工地熱貯留層を造成した際に計測された微小地震・ AE の解析について述べる。

ソルツでは,約 1 週間の注水を通じて,多数のイベントが観測され,そのうち約 11000 個の微小地震・ AE の震源位置が決定されている。ここでは,計測された微小地震・ AE の諸性質,マルチプレットと呼ばれる類似波形群の震源位置高精度標定による地下き裂構造,高透水性地下き裂ゾーン形成過程,貯留層内の応力場の推定結果等について述べる。

2003.06.27
LONG LAVA FLOWS ON FIVE PLANETARY SURFACES
James R. Zinbelman
Chairman, Center for Earth and Planetary Studies, National Air and Space Museum, Smithsonian Institution, Washington, D.C.

Data on the physical dimensions of lava flow components have been collected for twenty flows observed on five different planetary surfaces. This information provides a basis for both qualitative and quantitative comparisons of the lava flow attributes within the diverse environmental conditions represented by the five planetary bodies. Flow components examined include five from the Earth (the 1907 and 1984 Mauna Loa flows in Hawaii, and the Carrizozo and McCartys flows in New Mexico), six from Venus (from the Fea Fossae, Bellona Fossae, and Strenia Fluctus regions), seven from Mars (from the Alba Patera, Elysium Planitia and Tharsis Montes regions), and one each from Earth’s Moon (Mare Imbrium Phase III) and Jupiter’s moon Io (Amirani). The flows all display distinctive margins that allow individual flow components to be traced for ~50 km (with the exception of the Hawaiian flows) from their distal fronts, which is taken here torepresent a working definition for a long lava flow. Most of the flows lack physical evidence indicating that more than a single effusive event fed each flow, although field evidence from the terrestrial flows indicate a compound emplacement history is common within asingle broad flow lobe, even when documentation exists of nearly continuous effusion at the vent (e.g. Hawaii).

Measurement of flow width, flow thickness, and local topographic slope were obtained at regular intervals along each flow, although only for the terrestrial flows could these measurements be tied to the probable vent location. Some flows are clearly volume-limited (e.g. Mauna Loa) whereas other flows appear to have cooling-limited components(e.g. Elysium). Flow width is highly variable, although thereare clear correlations to topographic variations in certain cases. Flow thickness is strongly inversely correlated to the gravitational acceleration of the planetary body, except for the two smallest bodies (Moon and Io). Flow length does not correlate wellwith gravitational acceleration or the planetary thermal or pressure environment. All but the Hawaiian flows are found on regional plains of relatively shallow slope (generally less than 1 degree). The data were used to calculate a relative viscosity for some of the flows through a simple rheologic flow model that assumesthe flow dimensions become fixed by the passage of the flow front. This information will be presented in a poster at the IUGG conference in Sapporo next week.

2003.07.04
Geochemical and geophysical models of mantle convection
Y. Ricard
Laboratoire de Sciences de la Terre ENS-Lyon

Although more and more robust evidence of whole mantle convection comes from seismic tomography and geoid modelling, the rare gases and other isotopic or trace element signatures of MORB and OIB indicate the presence of various isolated geochemical reservoirs in the mantle. We discuss this discrepancy between the fluid dynamic views of mantle convection and the chemical observations. It has often been argued that an increase of viscosity with depth could be responsible for some stratification of the mixing properties of the mantle. We test this assumption by means of 2D and 3D models of convection and conclude that a viscosity layering does not induce any vertical stratification of the mixing properties of the mantle (at least for a viscosity increase with depth lower than by a factor ~200). We discuss the possibility to hide geochemical heterogeneities into the deep mantle in the form of an isolated primitive or enriched reservoir. To be stable and not to be advected by convection, this reservoir has to be denser and with a low thermal expansivity. These two conditions are present in D''. We use mineralogical data to constrain the density of the oceanic crust and lithosphere in the lower mantle. We suggest that a significant part of the subducted oceanic crust transformed into dense eclogitic assemblages, partially segregates to form a D'' layer growing in time. This D'' layer would trap a significant amount (1/3) of the Earth's radioactive and incompatible elements. A complementary cold and depleted harzbugitic lithosphere remains above. The hotspots would tap in variable proportions material from both the residual deep mantle and D''. The difference between HIMU and Hawaiian basalts is attributed to HIMU being mostly from the strongly degassed oceanic crust, though enriched in incompatibles (D''), while Hawaii is mostly from MORB-source residuals variably degassed and depleted. We will discuss quantitatively the geochemical implications of this models by means of both box-models and fluid dynamic simulations.

2003.07.10
Strain Localization, Seismic Efficiency and Energetics of Earthquake Rupture: Insights from laboratory-derived constitutive models
Teng-fong Wong
SUNY

Laboratory experiments provide physical insights into how rocks deform and fail. In the absence of such data, realistic constitutive models cannot be formulated to describe tectonic deformation and earthquake mechanics. This critical role of rock mechanics experiments is to be distinguished from the more applied efforts undertaken in geotechnical research that focus on measuring parameters within a well-established constitutive framework. In this talk two examples will be used to highlight this critical role.

Since dilatancy is generally observed as a precursor to brittle faulting, for several decades experimental efforts have focused on characterizing the mechanics of dilatant failure. Such a constitutive framework neglects the mechanics of compaction and implicitly excludes the possible occurrence of strain localization in a compactant material. However recent laboratory studies have demonstrated that once this restrictive framework is relaxed, bifurcation analysis provides important insights into a broad range of intriguing phenomena on compaction localization, that have been documented by the geologists and material scientists with important implications on fluid transport and failure mode in many porous materials.Rock friction experiments have demonstrated that the strength does not drop instantaneously from the static to dynamic values, and a first-order description of this strength degradation is given by the slip-weakening model. Nevertheless seismological data on the apparent stress (or the ratio between seismic energy and moment) are often interpreted without adequately accounting for such features of frictional instability. If one first considers a spring-slider model that explicitly accounts for the energetics of shear fracture and dynamic overshoot, the interplay of these two processes in controlling the seismic efficiency is elucidated. Additional complexity may be modeled using a continuum model obeying more elaborate friction constitutive laws.

2003.07.18
TriNet による S 波構造と南カリフォルニアのテクトニクス
谷本 俊郎
カリフォルニア大学サンタバーバラ校

There are new opportunities for structure study because of the development of high density broadband network. I will report our surface wave results for TriNet, a dense network in Southern California. S-wave velocity maps show,

  1. clear contrast across the San Andreas that reaches 60-70 km,
  2. slow anomalies under the Salton Sea which shows an extension of activity beyond the Gulf of California,
  3. slow lower crust anomaly in the Eastern California Shear Zone (locations of recent large earthquakes in the Mojave desert), and
  4. fast velocity anomalies unde r the western Transverse ranges and the Northern Peninsula.

I will discuss tectonic implications on these features.

アレイ観測がさかんになるにしたがい アレイ下での構造がくわしく求められるようになってきた。 南カリフォルニアでは TriNet とよばれるアレイが ここ数年 密度を増してきた。この話では この TriNet の表面波データを用いてきめた新たなS波構造を報告し そのテクトニックな意味について議論を行う。

2003.07.22
Interactive inverse modeling for non-linear earth processes
Chris Wijns
Univ. of Western Australia

Inverse modelling of earth processes, in the absence of established numerical criteria to act as targets, requires an approach which incorporates human interaction in directing the inversion. For example, geologists often draw tectonic models to illustrate some concepts of crustal evolution. Often, such conceptual models cannot be translated into numerical target data; first, because the model is only approximate and features are representatively, not exactly, located; and second, due to the experience-based, empirical nature of geology, because the evaluation criteria reside inside the mind of the geologist, and do not constitute hard data. However, the merit of such a conceptual model will still follow from its physical plausibility, e.g. from the ability of a numerical model to reproduce the concepts and answer related questions. Recently, research in artificial intelligence has resulted in systems to support human interaction in optimisation problems. The technique of interactive evolutionary computation (IEC) provides for the inclusion of qualitative expertise within a rigorous mathematical inversion scheme, by simply asking an expert user to evaluate a sequence of forward models. The traditional numerical misfit is replaced by a human appraisal of misfit. Successive rankings of model outputs are linked to an evolutionary computation algorithm, in our case a genetic algorithm, which provides optimal convergence into the target parameter space. The method is particularly geared towards cases of highly non-linear interactions between model parameters, where resultant behaviour is difficult to predict. We use this interactive technique to successfully invert a tectonic model for a conceptual pattern of fault spacing during crustal extension. By letting a number of rheological parameters vary, we quickly find a few combinations which produce forward models satisfying our visual target. Our IEC system, linked to different forward modelling codes, has become a standard tool for modelling at CSIRO in Perth, Australia. Where previous trial-and-error approaches have taken weeks to produce target results, using IEC, we have found solutions within days for thermal profiles during mantle convection, tectonic deformation patterns, and mineral assemblages in geochemical systems.

2003.08.08
Seismic-frequency laboratory measurements of wave speed and attenuation in upper-mantle materials
Ian Jackson
ANU, 愛媛大学地球深部ダイナミクス研究センター客員教授

Fine-grained polycrystalline aggregates of Fo90 olivine, with and without added basaltic melt, have been prepared by hot-isostatic pressing and characterised by light and electron microscopy, including TEM and EBSD, and infrared spectroscopy. Mechanical tests have been performed in an internally heated gas-medium high-pressure apparatus with torsional forced oscillation/microcreep techniques that provide access to low shear-strain amplitudes (< 10^-5) and seismic periods (1-1000 s) at high temperature T (to 1300^oC) and 200 Mpa confining pressure. Significant strain-energy dissipation Q^-1 and associated frequency dependence (dispersion) of the shear modulus, both indicative of viscoelastic rheology, are seen above 900^oC. The melt-free and melt-bearing materials display qualitatively different behaviour. In the absence of melt (melt fraction << 0.1%), olivine grains meet at triple unctions < 2 nm in diameter and the strain-energy dissipation 1/Q varies monotonically with frequency and temperature in the manner described as high-temperature background. The presence of a small basaltic melt fraction (0.004 - 0.037 at maximum temperatures of 1240-1300^oC) results in the rounding of olivine grain edges at triple junction tubules now > 200 nm in diameter. During staged cooling below 1200^oC the melt forms a fine intergrowth of plagioclase crystallites and residual glass. The presence of a broad dissipation peak superimposed on the monotonically frequency and temperature dependent background clearly distinguishes materials containing as little as ~ 0.5 % melt from their melt-free equivalents. In both types of material the observed dissipation is attributed to grain-boundary sliding involving a mixture of elastic and diffusional accommodation. The difference in mechanical behaviour is ascribed to the rounding of olivine grain edges at melt-bearing grain-edge tubules - allowing sufficient localisation of dissipation in frequency-temperature space to produce a resolvable peak attributable to elastic accommodation.

Empirical models have been developed that adequately describe the dependence of Q^-1 upon period, temperature, average grain size and, for the melt-bearing materials, maximum melt fraction. These models have been extrapolated to the larger grain sizes and P-T conditions of the upper mantle. The inferred levels of attenuation for melt-free material are broadly consistent with those observed seismologically suggesting that grain-boundary diffusional processes might account for much of the wave speed variability and attenuation in the mantle. For appropriate combinations of grain size, melt fraction and temperature, the superposition of the melt-related dissipation peak upon the monotonic background results in nearly frequency-independent seismic-wave attenuation.

2003.08.29
Using Strain to Design Nanostructures
Demitris A. Kouris
University of Wyoming

The evolution of surface morphology has a large role to play in determining the quality of a thin film grown epitaxially onto a substrate. The surface acts as a template for growth, and a rough surface provides a poor template that is likely to develop growth defects. Rough features also give rise to stress concentrations that are favorable sites for dislocation nucleation. Such defects are known to affect the performance and reliability of many thin film devices. Therefore, when a film of uniform thickness is the desired result, it is best to avoid roughness during all stages of growth. On the other hand, certain applications require isolated deposits of film material in island or wire configurations. In such cases, natural self-assembled structures that occur with roughening may be used as an alternative to artificial patterning techniques.

We were able to obtain an analytical expression for the elastic field of a multiply stepped surface. This solution has significant implications and may require the re-examination of some well-established results in the area of thin film growth.

Experimental techniques are now available to measure changes in surface stress due to submonolayer coverages of adatoms on a substrate. It has been observed that even for fairly low coverage, a significant stress develops that can greatly impact growth mechanisms and defect formation during the early stages of crystal growth. In the second part of this talk, the relationship between adatoms and macroscopic stress is demonstrated within a rigorous continuum framework that has direct links to the atomic scale properties of adatoms. The result provides a mechanism for measuring properties of individual adatoms and gives new insight to adatom interactions.

Comparison with experiments shows that adatom interactions depend on strain. It is found that the dipole characterizing an adatom may change with applied strain, strain induced by other defects, and interactions with boundaries. The analysis yields a simple relation between surface stress and the level of adatom coverage during deposition that is in agreement with experimental observations.

2003.09.19
Diamonds - a window into the ancient mantle: the origin of the Earth's atmosphere and outgassing of the mantle
本田 勝彦
ANU, RSES

One of the goalsof undertaking researches in relation to noble gas geochemistry is to understand the structure of the Earthユs mantle and to create a coherent model of its evolution. In this regard, noble gas compositions in mid-ocean-ridge basalts (MORBs) and in ocean island basalts (OIBs) such as from Loihi Seamount, Hawaii, and Iceland have provided powerful information on the mantle. However, virtually all these data are from samples that are effectively zero-age, and therefore, they only give information about the present composition of mantle noble gases. It is critically important to determine if there is any systematic variations of mantle noble gas composition with time. In particular, in relation to the current debate of mantle structure and evolution (e.g. two layered convection vs. whole mantle convection), information on noble gas compositions in ancient mantlecan provide very strong constraints. If noble gas compositions of ancient mantle with different ages can be determined, these can be used to evaluate as to what degree, if any, the upper mantle could interact with the lower mantle, and further refine models concerningmass transport, including volatiles, processes in the mantle as developed by previous workers.

Diamonds have unique characteristics which make them potentially very usefulas sources of noble gases from the mantle. This is because, (1) diamonds have been demonstrated to retain significant amounts of mantle-derived noble gases, (2) most diamonds appear to be derived from 150 km to 200 km depth, (3) diamonds cover a wide range of crystallization ages of between 1.0 and 3.5 billion years, (4) diamonds have been shown to have low diffusivities for noble gases so that they are highly retentive of noble gases, and (5) diamonds typically have suffered little interaction with crust or atmosphere, owing to their great crystallization depths and extremely rapid emplacement to shallow crustal levels in kimberlite and lamproite pipes. Thus, diamonds form under a wide range of conditions and compositions and provide a direct window into the ancient mantle. As such they are unique as sources of mantle-derived noble gases.

We have undertaken noble gas analyses of polycrystalline diamonds from the Jwaneng kimberlite pipe, Botswana, by stepwise heating or vacuum crushing.The most striking observation is the presence of crustal nucleogenic neon, released on graphitisation of the diamonds. It is unlikely that the crustal nucleogenic neon observed in the Jwaneng diamondsis a product of in-situ nuclear reactions in the samples, and the nucleogenic neon observed in the Jwaneng diamonds is likely to have been produced in the crust and subsequently incorporated into the diamonds during their crystallisation in the sub-continental mantle. This may indicate that noble gases produced in the crust were introduced into the sub-continental mantle source during ancient subduction-related processes, and that someparts of the mantle contain significant quantities of crustal noblegases. Recent Re-Os analyses of eclogite xenoliths and eclogitic inclusions in diamonds from southern African kimberlites suggest thatsubduction-related crustal recycling may have been a viable processduring continent formation in the Archean (~2.9 Ga) and resulted inwidespread formation of eclogitic diamonds at that time. If this istrue, then crustal noble gases could have been introduced into the mantle at a very early stage in Earth history.

2003.09.26
地震発生帯の物質科学的準備過程
田中 秀実
東大理学部地学科

内陸地震の震源となる上部地殻は,下部地殻の上昇によってもたらされます.北海道の日高山脈に分布する日高変成帯は,下部地殻から上部地殻までの全断面を露出させています.野外調査を行ったところ,下部地殻は非常に不均質な物質から構成されていることがわかりました.物質はまだら状に分布し,それぞれのまだらは歴史的必然性によってその位置に存在しています.このように準備された下部地殻が少し上昇したとき,まだらの一部は地震発生帯として機能するようになったようです.我々は「どんな岩石が,どの部分で,地震を起こすのですか?」という疑問に答えたいと考えています.

2003.11.07
The final destiny of the Earth and Solar System
Rafal Rybicki

Basic parameters (luminosity, radius, mass) that describe the evolution of the Sun in the future are discussed. In particular, it is generally believed that our Sun will expand enormously twice during the late stages of its life. The first expansion will happen during the red giant branch (RGB). The second will take place on the asymptotic giant branch (ABG), and the Sun's radius will attain its maximum values during the stage of thermal pulses on the asymptotic giant branch (TP-ABG).

The ultimate fate of the terrestrial planets is examined taking into consideration various models of the Sun's evolution. The basic factors, which are essential in the analysis, are the solar mass loss and the drag forces acting on the planets. Both factors (and also other parameters involved) are only known with large uncertainties, which makes the results not fully definitive. The conclusion is that Mercury will evaporate during the RGB, and Venus will most probably be destroyed as well. (According the majority of models the destruction will take place on the RGB, as well.) The Earth's fate is still controversial, but the results show that it is likely that our planet will evaporate during the giant stages of the Sun (probably during the TP-ABG). Mars will most probably survive.

Our investigation indicate that tidal interaction should play a significant role in reducing the distance between Venus and the Sun. Tidal drag should be important, although to a less extent, as far as the distance between the Earth and the Sun is concerned.In the study the problem of spiraling-in of planets when they are engulfed by the Sun is considered as well. It is shown that the Earth might eventually avoid destruction when being engulfed by the Sun, provided this happens only during brief periods at the terminal stage of the TP-AGB.

2003.11.14
災害取材よもやま話
伊藤 和明
NPO 法人・防災情報機構会長, 元 NHK 解説委員
  • 1964 年アラスカ地震
  • 1964 年新潟地震
  • 1977 年ルーマニア地震
  • 1980 年セントヘレンズ山噴火
  • 1983 年三宅島噴火
  • 1984 年長野県西部地震
  • 1985 年メキシコ地震
  • 1985 年ネバドデルルイス山噴火
  • 1986 年伊豆大島噴火
  • 1990, 91 年雲仙岳噴火
  • 1995 年兵庫県南部地震(阪神淡路大震災)
  • 2000 年有珠山噴火

上記は,私が NHK の科学番組ディレクター,解説委員を歴任していた間に,実際に取材・放送を行った大地震や火山噴火の主な事例です.当時を思い出しながら,体験記を漫談風にお話しします.

2003.11.21
次世代重力波検出器と低周波防振装置
高森 昭光
地震研究所助手

1990 年頃から進められてきたレーザー干渉計型重力波検出器の開発は、実際に大型検出器が稼動するに至り、新しい局面を迎えようとしている。現状の「検出」を目的としたものから、「定常観測」をめざす次世代検出器が計画され、そのために必要な要素技術の開発が進められている。

なかでも、重力波の観測帯域を現状の 100 Hz 帯から 10 Hz 帯まで低周波側に広げることと、検出器の安定性を高めることが重要な課題である。これらの目標を実現するためには、低周波防振装置の開発が欠かせない。このセミナーでは、講演者が取り組んできた低周波防振装置の研究開発と、重力波検出計画全般について紹介する。

2004.01.30
南極プレートと南極プレート巨大地震
野木 義史
国立極地研究所

南極プレートは、ほとんど発散境界のプレート境界で囲まれている。プレート境界を海嶺で囲まれた南極プレートの現在の形状は、ほとんどが約1.8億年前のゴンドワナ大陸の分裂に伴う海嶺の形成とその発展によるものである。南極プレートの現在の形状は、菱形に近く、南極大陸を中心に、菱形の長軸の二つの頂点には、インド洋ロドリゲス三重会合点と太平洋側のファンフェルナンデス・マイクロプレートを伴う三重会合点が位置し、短軸側の頂点は、大西洋ブーベ三重会合点とマッコーリ三重会合点付近にあたる。しかしながら、南極プレートは、現在少しずつその姿が明らかになってきているが、他のプレートに比べ、いまだ十分な調査が進んでいないプレートである。

1998 年 3 月 25 日、南極プレート内でマグニチュード 8.0 という巨大地震が発生した。震源は、南極大陸から約 300 km 沖の南緯 63 度、東経 150 度付近である。この巨大地震の原因は未だ不明のままである。南極プレート巨大地震の原因を探るため、東京大学海洋研究所の白鳳丸により、本震震央付近で、海底地形、地磁気および重力のマッピングを行った。その結果、本震震央の南側に海山が存在することがわかった。また、この海山には東西走向のリニアメントが存在する。この東西走向のリニアメントは、南極プレート巨大地震の断層の節面の走向とほぼ一致し、過去すでに形成されていた弱線沿いに、南極プレート巨大地震が発生した事を示唆している。

本セミナーでは、ゴンドワナ分裂に伴う南極プレートの進化と現在の姿、および南極プレート巨大地震震央付近のマッピングの結果に関する講演を行う。

2004.02.06
Drilling Engineer の地層(間隙)圧概念から地殻応力へのアプローチ(超入門編)
石井 美孝
海洋科学技術センター

孔井掘削の技術とは、「孔井(井戸)をいかに安定させ(壊さないように)目的層、目的深度まで達成する技術」であり、その孔井安定の技術の中に様々な要素技術が存在する。

地層(間隙)圧、地層破壊圧予測は根幹の要素技術あり、地層(間隙)圧、地層破壊圧予測なくして孔井掘削計画は立てることができない。

孔井を掘削するということは、そこに存在していた岩石を取り除く作業であり、その取り除かれた岩石が負担していた地層(間隙)圧、応力を支える物質が必要であり、「泥水」と呼ばれる比重、粘性等をコントロールできる流体がこの役目を担う。すなわち、地層(間隙)圧、地層破壊圧を予測し、泥水の柱圧(泥柱圧)を管理し孔内を安定させることが、我々掘削技術者の大きなタスクのひとつである。

本発表は、掘削で一般に行なわれている地層(間隙)圧概念の観点から、地殻応力へのアプローチを紹介する。

また、大きなテクトニックストレスが存在する地震発生帯へ掘り込んだ時何が起きるのかを皆さんと考えたいと思います。

2004.02.27
マントル物質中の硫化鉄メルトの連結度:浸透流による惑星の核形成モデルの提唱
芳野 極
Rensselaer

隕石のタングステン同位体組成は、微惑星中の核形成が太陽系の形成後 2--3 百万年以内に起きたことを示している。しかし、核形成は金属が分離する機構を必要とし、カンラン石に富んだ基質中での溶けた鉄合金の「濡れ」の性質は、ケイ酸塩自体が部分溶融しているのでなければ浸透流による分離の可能性を除外すると考えられている。しかしながら、浸透流の閾値を越えて流体の金属が存在すると、固体の基質でも透水性を生み出す可能性があり、それによって分離が起きる可能性がある。本発表では、固体のカンラン石中またはマントルペリドタイト中に溶けた鉄-硫黄化合物の浸透閾値が約 5 vol% であることを、高温高圧下のその場測定により得られた電気伝導度に基づいて報告する。また、マントルペリドタイトが融解した場合、硫化鉄メルトは珪酸塩メルト内で球状に孤立し、連結が切れることが分かった。微惑星内で短寿命の放射性核種の崩壊によって加熱されると、鉄-硫化鉄系の融点(約 1000 °C)を十分超えて温度が上昇し、タングステン同位体によって示唆されているような短い時間スケールでも浸透流によって鉄合金の分離が起きる引き金となりうる。また、火星サイズ以上の惑星では浸透流による核形成に伴う重力エネルギーの解放によりマグマオーシャンが形成されうる。

2004.03.12
地震研究所の新館建設と免震構造について
壁谷澤 寿海
地震火山災害部門

地震研究所の新館建設の計画が PFI 事業により進められています.PFI 事業では昨年 8 月に競争入札により,実施業者が決まり,契約事務などを経て,現在は基本設計から実施設計に移行する段階にあります.順調にいけば,今年の 11 月に着工して来年 11 月に竣工予定です.上部構造は鉄筋コンクリ−ト構造地上 7 階の建物ですが,基礎免震構造,無停電電源,自家発電,階層型の設備系統などを採用して,大地震時にも確実な継続使用,機能維持が可能なように,フェイルセーフ型の入念な防災計画をしているのもひとつの特徴です.免震構造の採用は全国的にはすでに 1000 棟を超えた実績がありますが,東京大学の建物では初めてです(たぶん).アカデミックな内容ではありませんが,所内向けに新館建設の事業概要,計画概要,設計のコンセプトなどを紹介するとともに,特に免震構造について解説したいと思います.新館の地震応答解析結果などに加えて,免震構造の原理と利点,各種免震デバイス例,建設例,実験結果,解析結果、採用実績,耐震構造や制振構造との比較,といった項目について一般論も紹介する予定です.

2003.03.19
海底ケーブル観測システムによる地震観測ー平成 15 年十勝沖地震の観測からー
三ヶ田 均
JAMSTEC

海底でのケーブル式地震観測の有用性は,予てより指摘されて来た通り,一度地震が発生すれば,その威力を発揮する。平成 15 年 9 月 26 日朝 4 時 50 分に 平成 15 年十勝沖地震(気象庁マグニチュード 8.0)が昭和 27 年十勝沖地震とほぼ同じところで発生した。この地震の震源域である十勝沖には,1999 年に日本で 7 番目となるケーブル式地 震・津波常時観測システムが整備されており,この地震発生前後の地震活動及び津波観測が実施されている。今回のいわ ゆるプレート境界巨大地震の全波形を,震源のごく近傍(震央距離約 30 km)で捕えることができた。地震計だけではなく海底に設置してある水圧計( CTD 1 カ所と津波計 2 カ所)は,震源域を東西に跨ぐように設置され,地震発生前後の水圧変化を記録している。

水圧計は地殻変動を捕えるセンサーとして非常に有益であることも明らかとなった.簡便な処理により,地震発生時震央近傍で約 35 〜 37 cm の海底上昇を示唆している。地震発生後も指数関数的に変化率を減少する変動(海底上昇)が観測され,1 月現在 も変化が継続している。この地震後の変化量は震源に最も近い点で 1 月末現在約 10 数 cm 程度である。地震発生時の変化が既に発表されたアスペリティ分布を良く反映すると推定されるのに対し,この地震後の変化 は震源域全体に渡り進行しているように見受けられる。このことは, Coseismic と Postseismic な海底上昇という変化の原因にそれぞれ異なる空間依存性があることを示唆している。前者が既に地震波解析で推定されている巨大地震の断層運動に伴う変化で説明可能であるのに対し,後者は説明が困難である。水圧データを取得している地点数が少ないため,詳細な議論は困難であるが,強いて解釈すれば,クラスター的に分布する余震活動の空間依存性との相関はそれほど大きくないことが予測される。余震の震源が少なくとも数 km を超える厚みで分布していること,震源域全体に渡り変動が分布しているかもしれないこと等を考慮すると,破壊面近傍の流体の挙動で説明できるかもしれない。ケーブル式観測システムからは,残念ながら,これまでのところ地震発生前に生じたと考えるに足るデータは得られていないが,余効変動や津波発生現象等,外洋の観測点でなければ取得できない貴重なデータが得られた。

今後,地震発生帯で生じる地震の発生現象解明には少なくとも 2 種類のアプローチが必要である。先ず地震発生帯近傍の観測点数を増加させ,長期に亘る観測を実施すること。次に可能な限り地震発生帯に近づいた観測点を設置することである。前者が 長期時系列観測を,後者が掘削等の手段の必要性を物語っている。長期間の時間スケールの地球科学現象に注目する巨大海底観測プロジェクトが,現在米国や欧州連合で進行しており,どれも,時間的に変化する多様な分野の現象解明に長期間モニタリングが必要としているところに特徴がある。今回のケーブル式観測システムの成果も,海洋における観測の重要性及び数 10 〜 数 100 年単位で繰り返し発生する海域の巨大地震の本質解明に長期の観測が必要であることを浮き彫りにした。GPS や地震計の稠密ネットワークにより, 多くの成果が出て来たことは言うまでもない。海洋にお ける長期観測は,高価なだけでなく科学的な成果に繋がるまで相当な期間が必要である。昨今の研究環境は,長期の科学的投資になかなか厳しいが,誰かがやらねば,貴重な科学的データを得るチャンスを逸することとなる。できるだけ多くの成果を上げるための科学的プランと共に誰かが推進していかねばならないと考えている。