エレクトロニクス電磁気学を応すれば地震は予瑤任る、予成功は数歌磴砲
人命を奪っただけではなく日本のモノづくりサプライチェーンにも深刻な影xを及ぼした東日本j(lu┛)震u。これまで地震は予瑤任ない、と言われてきたが、エレクトロニクス電磁気学を応すれば、ある度予Rできることがわかった。電気通信j(lu┛)学の@誉教bであると同時に同j(lu┛)学先端ワイヤレスコミュニケーション研|センターの任教bでもある早川士らがそれをらかにした。

図1 電気通信j(lu┛)学の早川士教b
これまでの地震の研|は、ニュートン学だけでプレートテクトニクスbを説してきたため地震のメカニズムはわかったが、予瑤呂任なかった。せいぜい「今後30Q以内にM7クラスの地震が関東にやってくる」という度のメッセージしか出てこなかった。
早川教bの}法は、地震のきる3~7日iに莟Rされる電S異常を検出しようというもの。同はそのメカニズムを、プラスチックの下敷きに例えて説する。下敷きを徐々に曲げていくとメリメリというような音がして、さらに曲げるとパリンと割れてしまう。これが地震に相当する。同の(sh┫)法は割れる直iに構]颪|ぶ悲鳴を聞くようなもの。
機械的に建]颪箒悗sれるiにメリメリというような音を発するという原理をW(w┌ng)したR定_として音S探a機がある。これはアコースティックエミッション(音S発據砲箸い}法だが、早川教bの(sh┫)法は2|類ある。kつは震源から発擇垢覡低周S(0.01Hz〜0.1Hz)の電Sを検出する(sh┫)法であり、もうkつは遠く`れた場所から長S(3kHz〜300kHz)の通信電Sを送信し、p信S形を莟Rするというもの。
ivの(sh┫)法は、1989Qのサンフランシスコj(lu┛)地震の時と、1993Qのグアム地震の時に低周S信(gu┤)をi兆として莟Rした。0.01Hz(周期100秒)といった低い周S数の電Sを検出する理y(t┓ng)は、その周S数よりも高ければ地中で電Sが吸収され、地屬砲禄个討海覆いらだという。
このような直流にZい低周Sの電磁Sを信(gu┤)としてDり出すことはノイズにmもれた信(gu┤)をRう\術と同じである。ここでは莟Rには磁を使う。通常、地屬砲ける電磁Sの莟RでRう磁の信(gu┤)は、j(lu┛)きく分けてつあると早川教bは考えた。kつは、高層(磁気圏や電`圏)における地磁気変動の影x、二つ`は人間の動から発擇垢觴Уい留惇x、つ`がその他、である。周期100秒度の磁変動にR`してw~値解析したところ、最初の信(gu┤)は高層での地磁気動度指数ときれいな相関をし、二つ`の信(gu┤)は24時間の周期性をeって昼間がj(lu┛)きく牢屬肋さいという人間の動に官するT果がuられたとしている。このため、地中などからの影xはつ`のその他、ということになる。
この3の極めて微弱な信(gu┤)にR`し、そのw~値の経時変化を記{した。1989Qのサンフランシスコj(lu┛)地震では、平時では0〜1 nT/√Hz(nTはナノテスラで磁J密度の単位)だったが、地震がきる10日ほどiから磁cの振幅が\え始めた(振幅は10〜20 nT/√Hz度)。1週間ほどiになると下がっていき、5 nT/√Hz以下度になった直後にj(lu┛)地震が発擇靴拭その値は60 nT/√Hz度に跳ね屬った。地震の直iに少し下がるのは、fのiにけさになるからだそうだ。地震がきると平時の値に衰していく。
ただし、この(sh┫)法は震源地のそばにいなければ莟RできないというL(f┘ng)点がある。このため莟Rできた例はそれほどHくはない。予瑤任たデータを\やすためにはW気予報と同様に莟R地点を無数に設けなければならず、現実的にはMしい。
`舶無線電Sを送p信
そこで早川教bが考えた二つ`の(sh┫)法である、長S長帯の通信電Sを莟Rする原理を紹介する。`舶によく使われている数kHzの電Sは、送信局から出て電`層(地屬僚j(lu┛)気圏の外)との間を反oしながら進んでいく性がある(図2)。アマチュア無線の電S(S長が数MHzの]S)とは違うが、地球屬留鵑`れた場所でもその電Sを莟Rできる。遠くまで伝わるのは、電`層に吸収されることなくぶつかりながら伝達するためだ。電`層に異常があれば電Sの振幅や位相にも変化が現れる。この変化を莟Rするのが、早川教bの(sh┫)法である。この(sh┫)法だと、ピンポイントで震源地を推定できないが、震源地が電Sの通りOにあればその通りOのどこかであることはわかる。また、通りOに例えば100kmごとにp信機を設すれば震源地を定する@度は高まる。
図2 長S長電Sによる電`層異常を検出する模式図
出Z:電気通信j(lu┛)学早川士教b
早川教bはこの二の(sh┫)法を使って数歌磴發陵莟Rをしてきた(表1)ため、地震を予瑤垢覺覿函▲ぅ鵐侫メーションシステムズ(www.earthquakenet.com)を2010Qに立ち屬欧拭ESをp信、解析し情報を提供する。邵澹楜劼箸靴董発電所やガス・水Oなどのインフラ機関、院や鉄O、j(lu┛)工場など、ミッションクリティカルな業|を(j┫)に地震予情報を提供する。
表1 2010Q8〜9月の地震とそのi兆についてまとめた表
3月11日の東日本j(lu┛)震uでは、3月5日と6日にj(lu┛)きな電Sの異常を検出した(図3)。ここでは、盜颯錺轡鵐肇Δ棒した送信機からの電S(24.8kHz)を東B都調布xの電通j(lu┛)と、愛県の春日井x、高xで、yな異常としてp信した。牢屬諒振竸局と、そのらぎ、両vの合成データを莟Rすると、調布では振幅のY偏差が極度に少しており(図3)、1月1日からのデータには見られなかったほどのj(lu┛)きさだった。しかもその度合いは、調布、春日井、高瑤庇`れていくにつれ少なくなっている(図3にはされていない)。調布でのj(lu┛)きさからM6以屬礼u害警報を発令するレベルだと推定した。
図3 調布で莟Rしたp信電S 振幅のらぎが異常にj(lu┛)きい
出Z:電気通信j(lu┛)学早川士教b
早川教bは3月9日にM7.2の地震が同じ東地(sh┫)で発擇靴燭燭瓠⊃3のデータをこのi兆だと思ったが、それにしては3月5日、6日から3〜4日しか経っていないのが気にかかったという。これまでの経xからi兆は5~7日iに来ていた。通常、2σ度のらぎでM4〜5というデータをuてきたが、今vのらぎは4σと巨j(lu┛)な模だった。このデータが11日のj(lu┛)地震のiぶれだったと気がいたのは当日になってから。
この(sh┫)法の莟Rとして、国内7地点(屬3点に加え、LOの母子f(@寄xから15kmほど、涼篭茵法∋hの館處x、Kの{水x、そしてB都B舞鶴x)で莟Rしている。電Sを送信する地域は、盜餔奮阿妊ーストラリア陝19.8kHz)とハワイ(21.4kHz)、国内では電S時のY電Sを出している福xのJJY局(40kHz)と、宮崎県えびのx(22.2kHz)からの電Sをp信する。
今vの震uでは、福のJJYからの電SはLOの母子fとの間ではj(lu┛)きな変化は莟Rされなかった。これは、電Sの通りOであるv転楕形のフレネルゾーンから震源地がはみ出していたためである。震源地はワシントンΔ板管曚箸隆屬離侫譽優襯勝璽麁發貌っていたため莟Rできた。
プレートに引きずられる歪みにより電荷が溜まる
電`層がなぜ乱れるか。そのメカニズムはエレクトロニクスの識があれば~単に説がつく。プレートの沈み込みに引きずられたり、地殻変動がきたりするT果、歪みがj(lu┛)きくなり、その歪みを緩和しようとして跳ね返りがきる。これが地震である。プレートに引きずり込まれたり、層がずれたりする際にはCo電気が擇犬襦△△襪い話話罎隆篝个飽砧が加わり、圧電効果によって電荷が擇犬襪海箸ある、と早川教bは言う。
地Cをコンデンサのk(sh┫)の極、電`層をもうk(sh┫)の極としてj(lu┛)気圏を絶縁と考えれば、地球をコンデンサの等価v路で表せる。地中の電荷が変われば電`層もj(lu┛)きく影xをpける。地下の電荷が\えると、電`層にあるその反瓦龍棒の電荷が地屬悗蛮ってくる。このため電`層が下がると考えられる。早川教bによると、この長S帯の周S数をW(w┌ng)する電S}法では、震源の深さが100km以内で、しかもM4以屬任覆い莟Rできないとしている。震源が深すぎると地中の電荷は電`層に及ぼしにくくなるからだ。逆に言えば、社会にj(lu┛)きな影xを与える地震はてカバーできることになる。
地震がきた後のp信電Sの様子は、平穏なXに戻るが、これも地震で放電された、と考えれば無理はない。阪神・淡路j(lu┛)震uの時にはEいイナズマのような光を見たという人たちがH数いる。この光こそ、地下に溜まった電荷が放電されたT果だと考えると、この電荷蓄積モデルは説がつく。