3.7.2 固体・流体複合系としての地球惑星物理学の展開

(1) 青い地球の地震学

 太平洋を横断するような遠地津波では,従来の予測と比べると伝播時間の遅延と津波初動が反転することが明らかとなった.その原因は津波伝播に伴う荷重による重力場変動・圧縮性海水・固体地球の弾性変形であった.これらの効果を取り入れた簡便・高精度な革新的遠地津波波形計算法を開発し,遠地の津波波形予測や著しい津波予測技術の向上が達成された.これまで走時が理論と合わないため波形解析が行われていなかった1960年チリ地震の遠地津波記録に新手法を適応し,近地の地殻変動データも同時に説明する,3つの大滑り域を有する新たな地震断層モデル(Mw 9.4)を得た.遠地津波予測技術の向上により,遠地津波記録が残る過去の巨大地震を対象とする近代的な地震震源解析が可能なことを示した.

 2015年5月に発生した鳥島近海地震(Mw 5.7)の近傍で展開していた短スパン海底圧力計アレイにより微弱な津波(波高5 cm)が観測され,周波数ごとの波束の到来方向と到達時刻が測定された.新たに開発された分散性津波の波線追跡法により,周波数依存の津波到来方向と到達時刻がほぼ再現された.この波線追跡法と改良Greenの法則により,津波波源域は直径8 kmの須美寿カルデラを覆うように広がり中央部の初期波高は1.5 m程度であると推定され,その津波波源モデルは八丈島で観測された津波波形(波高1 m)をよく再現した.津波から推定された地震モーメントに比べ地震波解析から推定された地震モーメントが小さい火山性の津波地震であり,津波と地震の振幅を同時に説明するカルデラ内浅部に水平に広がるシルの体積膨張モデルを提唱した.

 地震波干渉法を太平洋に整備されている深海津波計の連続記録に適応し,実際の津波波源がなくとも2観測点間を伝播する長周期海洋表面波の抽出と,その位相速度の測定に成功した.今後,この手法は数値計算によらない津波予測技術として発展が期待される.また,背景津波の波形解析から,背景津波波源の分布が明らかとなり,背景津波の励起機構についての研究の進展が期待される.

(2) 活火山における固体・流体複合過程の観測的研究

 火山を固液複合現象の実験場としてとらえ,観測研究をおこなっている.今までのわれわれの研究から火口直下の構造および固液複合系振動システムが解明されつつある阿蘇火山で,将来の噴火に伴う火山性流体の移動をとらえるべく京大・九大・東北大と共同で以下の観測研究を継続的に行っている:(a)広帯域地震ネットワークによる火山性微動のリアルタイム・モニターシステムを整備・維持し,基本周期15秒の長周期微動源(火口直下の火道系内での熱水活動による)のモニタリングを行う.(b)長周期微動の周期・振幅変化から火山浅部流体系の時間変化を探る.

 火山爆発が大気中に引き起こす大気波動現象を観測するため,爆発的火山噴火を繰り返している桜島火山昭和火口近傍の黒神観測点で2006年6月より広帯域圧力観測を続けている.観測点敷地内の整地作業のため,2016年9月に一時撤去したが,来年度再設置を予定している.