カリフォルニア工科大学の研究者たちは、高度な画像技術を使用して、休眠中の超火山であるカリフォルニアのロングバレー・クレーターでの地震活動の増加を調査しました。彼らの結果は、この地域が大規模な噴火の危機に瀕しているわけではないが、冷却過程による地震活動が起きていることを示唆している。

1980年代以来、研究者らはカリフォルニアのシエラネバダ山脈の東の地域で、群発的な地震と、地面が年間0.5インチ近く膨張して隆起する期間を特徴とする明確な不安定期間を観察してきた。ロング・バレー・カルデラとして知られるこの地域は巨大な休火山の上に位置しているため、この活動は憂慮すべきことだ。ロング バレー クレーターは、76 万年前の激しい噴火で形成され、650 立方キロメートルの火山灰が空中に噴き出しました。その灰は、ロサンゼルス全域を厚さ 1 キロメートルの堆積物の層で覆うのに十分な量です。

画期的な画像処理で内部ストーリーが明らかに

過去数十年にわたり、火山活動はますます頻繁になっています。その理由は何でしょうか?その地域が新たな感染拡大に備えているということでしょうか?それとも、活動の増加は実際に大規模な噴火のリスクが低下していることを示しているのでしょうか?

これらの疑問に答えるために、カリフォルニア工科大学の研究者らは、地殻の深さ 10 キロメートルに達するチャングー クレーターの地下のこれまでで最も詳細な画像を作成しました。これらの高解像度画像は、クレーターの下の地球の構造を明らかにし、最近の地震活動が、その地域が冷えて沈下するにつれて放出された流体やガスによって引き起こされたことを示唆しています。

長谷カルデラは、76 万年前に大規模な超火山噴火が起きた場所です。チャングーカルデラの地下で何が起こったのでしょうか？地震波を使ってこの地域の地下環境を画像化した新たな研究で、マグマだまりが冷却していることが判明した。それでも、マグマが結晶化するときに放出される気体や液体は地震を引き起こす可能性があります。出典: E.ビオンディ

この研究は、地球物理学教授 Zhongwen Zhan (Ph.D. '14) の研究室で実施されました。この研究を説明した論文は、10月18日付けでScience Advances誌に掲載された。

「この地域が新たな超火山噴火に備えているとは考えていないが、冷却過程で地震や小規模な噴火を引き起こすのに十分なガスや液体が放出される可能性がある。たとえば、1980年5月にはこの地域でマグニチュード6の地震が4回発生した」とZhan Zhongwen氏は述べた。

高解像度の画像は、火山のマグマだまりが、液体のマグマが冷えて固まるときに形成される結晶岩の硬いキャップで覆われていることを示しています。

革新的な画像技術

地下の画像を作成するために、研究者は、地震によって発生する地震波を測定することによって、地下環境がどのように見えるかを推測します。地震では、一次波（P 波）と二次波（S 波）の 2 種類の地震波が発生します。 2 種類の地震波は、異なる物質では異なる速度で伝わります。地震波は、液体などの弾性物質ではゆっくりと伝わりますが、岩石などの硬い物質では非常に速く伝わります。さまざまな場所で地震計を使用することで、波の時間差を測定し、波が通過する物質の特性、つまり弾力性や硬さの程度を判断することができます。このようにして、研究者は地下環境の画像を作成できます。

震源

東山地域には数十の地震計が設置されているが、研究者らが使用している技術は、分散音響センシング（DAS）と呼ばれるプロセスで、（インターネットを提供するケーブルのような）光ファイバーケーブルを使って地震測定を行っている。チャングーカルデラの画像化に使用される 100 キロメートルのケーブルは、単一コンポーネント地震計 10,000 個に相当します。 1年半にわたって、チームはケーブルを使用して2,000以上の地震イベントを測定したが、そのほとんどは小さすぎて人々が感じることができなかった。機械学習アルゴリズムがこれらの測定値を処理し、画像を生成します。

この研究は、DAS を使用してこのような詳細な高解像度画像を生成した最初の研究です。これまでの局所断層撮影研究画像は、深さ約 5 キロメートルの浅い地下環境に限定されているか、より低い解像度でより広い領域をカバーしていました。

「これは、DAS が地球の地殻力学に対する私たちの理解をどのように変えることができるかを示す最初の実証です」とカリフォルニア工科大学の DAS 科学者であり、論文の筆頭著者であるエットーレ・ビオンディ氏は述べています。 「私たちは、地下環境に興味がある他の分野にも同様の技術を適用できることに興奮しています。」

次にチームは、長さ200キロメートルのケーブルを使って、おそらく深さ15〜20キロメートルの地殻の奥深くまで画像を撮影する計画を立てている。そこではクレーターのマグマだまり、つまり地球の「鼓動する心臓」が冷却されているところだ。