2015年5月30日のマグニチュード7.9のボニン諸島地震に関連して、10年近くにわたり、467マイル深くで発生した余震が最深部の震動として称賛されてきました。
しかし、このラベルは、新たなデータ解析によって剥奪され、深部地震の理解が一層強固な基盤の上に置かれることとなりました。
新たな調査では、日本の高密度地震ネットワーク（Hi‑Net）の記録を徹底的に調べ、下部マントルでの地震に関する信号を見つけることができませんでした。
その代わりに、元の主震の深さである422マイルを超えない控えめなイベントのクラスターが見つかり、深部地震の記録性は覆されました。
研究を主導した南カリフォルニア大学の地球物理学者、ハオ・ジャンは「我々の結果は、これまでのところ最も説得力のある下部マントルの地震性の主張を否定しています」と述べています。
彼のチームは、主震の焦点から約93マイル以内で確認された14の余震のみを特定しました。
深い地震は、圧力が極めて強いために岩が断裂するのではなく、流動する傾向があるため、浅い地震とは異なる挙動を示します。
数十年にわたる研究により、310マイルよりも深い地震は活発な余震の系列をほとんど生じないことが示されています。
以前のチームは、前震の群れや記録的な余震の単一の例を発見したと主張していましたが、その手法は誤報の可能性があるテンプレートマッチングに依存していました。
ジャンのグループは、事前にテンプレートを選ばずに全波データを整列させるクリーンなビームフォーミングアプローチを使用し、ノイズを地震と誤認する可能性を低下させました。
数千の地震計の波形を積み重ねることで、この研究は、以前のカタログが見逃したか誤って位置付けた微弱な余震の正確な到着時刻を再現しました。
主震の発生からの最初の週に、イベントが8回発生し、初期の断層面に沿った整然とした平面が明らかになりました。
2週目には、断層の上方にある緩やかなハローの中でさらに6つの地震が観測され、ストレスが上に向かって移動したことを示唆しています。
14の余震の中で最も深いものは主震からわずか16マイル下に位置しており、依然として上部マントルの範囲内です。
このように余震がまばらに発生することは、深い地震においては珍しくありません。
例えば、1994年3月9日のトンガ地震は、その規模に対して数十回の検出可能な余震を生成したのみでした。
14回の余震の合計エネルギーは、主震の約一万分の一のみであり、この比率は非常に深い地震では一般的です。
このような低い生産性は、初期の断層がストレスを緩和した後に、岩が滑らかに変形することを示唆しています。
ジャンのチームは、イベントのパターンがメタ安定オリビンウェッジに適合することを示唆しています。
メタ安定オリビンとは、通常の温度域から外れた結晶状態に留まるオリビンの薄片です。
実験室での研究によると、オリビンは周囲のスラブが冷たい状態であれば、この構造を維持できることが認められています。
オリビンがより密度の高い形態に変化する際、縮小し、その局所的なストレスが変換断層を引き起こすことが、深部地震の主要な発生要因の一つとされています。
ボニンのスラブでは、このウェッジは約7.5マイルの厚さであり、トンガやボリビアのスラブに比べて狭い構造です。
著者らは、これが遅い沈み込みと時間の経過による加熱に起因していると結びつけています。
なお、この薄いウェッジが合理的な理由で2015年の主震に友達が少なかったことを説明しています。
広い脆い挙動のゾーンがなければ、スラブは豊富な余震のネットワークを生成する能力を失います。
オリビンを高圧下で圧縮する実験では、オリビンは温度が急激に低下するまで、おおよそ1200°Fも予測よりも高い環境構造を維持できることが示されています。
この遅れにより、鉱物の安定性範囲が広がり、変換断層を引き起こすために必要なストレスが生じます。
調査は、マントルの410マイル境界が地震破壊のための formidable barrier であるという見解にさらなる重みを与えています。
地震実験の結果、この境界は冷たいスラブの下で460マイルまで垂れ下がる可能性がありますが、それでもその下で地震が形成される余地はほとんどありません。
下部マントルの余震の信頼できる証拠を排除することで、ジャンとその同僚は記録の深さをなじみのある領域に戻します。
確認された最深部のイベントは、上部マントルの地震とより深い動乱を隔てる410マイルの不連続性で固定されています。
この観察結果は、炭素が冷たいスラブが下部マントルにまで達することが稀であることを示す、全体的なトモグラフィー研究の画像と一致します。
最深部の地震が重要である理由は、地震の深さ記録が、地球プレートの再循環、マントルの流れ、さらには火山プランニングモデルにも影響を与えるからです。
確認された下部マントルの地震は、地球物理学者が私たちの足元の深いところでのスラブの強度と温度を再考させることになります。
更新されたカタログは、深い地震の発生の正常性として変換断層を鋭く焦点化させ、摩擦ではなく相転移を引き起こす引き金としての支持を強化しています。
危険計画者にとっては、この発見は超深部地震が直接的に津波を引き起こしたり、隣接する断層にストレスを与えたりする懸念を和らげます。
なぜなら、これらの深さでエネルギーは地表に到達する前に消失するからです。
この研究は、密集した地震ネットワークと注意深い信号追跡の重要性を再確認させます。
それにより、科学が新たな発見を加えると同時に、揺らいだ主張を削除することによって進歩することを思い出させてくれます。
この研究は、数百万年にわたる沈み込みを再現する数値モデルの境界条件を洗練させることに直接影響を及ぼします。
洗練されたカタログをもって、これらのモデルは地球の最深部の衝撃を引き起こす小さなメタ安定結晶のウェッジが如何にそれを種にできるかを試験することができるでしょう。
この研究の詳細は『The Seismic Record』に発表されています。
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画像の出所：earth