山々が地球の地震の歌に揺れる

Feb 03 2022

山はストイックでまだあるように見えるかもしれませんが、研究はそうではないことを示しています。マッターホルンのような巨大なものは常に動いており、数秒ごとにゆっくりと前後に揺れています。

研究者は、スイスアルプスのマッターホルンの麓にリファレンスステーションを設置しています。ジェフ・ムーア/ユタ大学

人間の視点から見ると、山はストイックで静かで、静かな忍耐力と不動性の巨大なシンボルです。

しかし、新しい研究によると、実際、山は常に動いており、山が置かれている地球を駆け巡る地震のリズムから穏やかに揺れています。

Earth and Planetary Science Letters誌に掲載された最近の研究によると、地球上で最も有名な山の1つであるマッターホーンは、世界中の地震や海洋波に起因する周囲の地震エネルギーのために、約2秒に1回絶えず振動しています。。

「それは一種の山の本当の歌です」と、ユタ大学の地質学者であり、研究の上級著者であるジェフリー・ムーアは言います。「それはただこのエネルギーでハミングしているだけで、それは非常に低い周波数です。私たちはそれを感じることができず、私たちはそれを聞くことができません。それは地球のトーンです。」

マッターホルンの頂上から記録された連続的な周囲振動データは、80倍の速度で聞こえるようになりました。クレジット：JeffMoore/ユタ大学

「山の歌」の録音

すべてのオブジェクトは、その形状とその構成要素（共振として知られる特性）に応じて、特定の周波数で振動することを「望んでいます」。おなじみの例としては、音叉やワイングラスなどがあります。共振周波数のエネルギーが物体に当たると、激しく揺れます。ムーアと彼の同僚は、高層ビル、橋、その他の大きな構造物などの山も、地形の形状に基づいて予測可能な共振で振動するという仮説を立てました。

しかし、構造物に大きなシェーカーを配置したり、車両がそれらを乗り越えるのを待ったりすることで、どの周波数が共振するかをテストできる土木工学の世界とは異なり、山のような大きなものを励起することは実用的ではありません。

代わりに、ムーアと彼の国際的な共同研究チームは、おそらく最も極端な山の1つであるマッターホルンに対する周囲の地震活動の影響を測定しようとしました。

研究者は、マッターホルンにすべてのタイプのセンサーを配置しました。ここで、Jan Beutelは、PermaSenseセンサーネットワークのメンテナンス作業中に見られます。このネットワークは、急な岩肌、永久凍土、気候の状態に関するデータを常にストリーミングしています。

アルプスのイタリアとスイスの国境に位置するピラミッド型のマッターホルンは、世界で最も写真に撮られている山です。標高は約15,000フィート（4,500メートル）で、4つの面が基本的な方向を向いています。

研究者たちはマッターホルンをヘリコプターで持ち上げ、頂上に「大きな一杯のコーヒー」とほぼ同じ大きさの太陽電池式地震計を1台設置しました。もう1つは山頂から数百メートル下の小屋の床板の下に置かれ、3つ目は参考として山のふもとに置かれたとスイスのWSL雪雪崩研究所の研究者であるサミュエルウェーバーは言います。研究の筆頭著者。

地震計は継続的に動きを記録し、チームが共振の周波数と方向を抽出できるようにしました。

動きは小さく、地震時のベースラインでのナノメートルからミリメートルのオーダーである、とムーアは言います。「しかし、それは非常に現実的です。それは常に起こっています。」

測定の結果、マッターホーンは南北方向に0.42ヘルツ、つまり2秒に1回弱の周波数で、東西方向に同様の周波数で一貫して振動していることがわかりました。

山の頂上の動きをその底にある基準地震計からの測定値と比較すると、研究者たちは山頂が底よりもはるかに大きく動いていることを発見しました。

「山の隣よりも最大14倍強い山頂での動きを測定したことは非常に驚きでした」とウェーバーは言います。

研究者たちはまた、同様の形をした（小さいながらも）スイスの山であるグロッサー・ミューテンで測定を行い、同様の共鳴を発見しました。

「場所が非常に象徴的であり、機器を注意深く配置するという点で、これは賢い選択の組み合わせだと思います」と、調査に関与しなかった米国地質調査所の地震学者であるデビッド・ウォルドは言います。マッターホルンのような滑らかな山を選択すると、土壌や堆積物によってもたらされる問題も取り除かれ、動きの測定にさらに複雑な層が追加されます。

このアニメーションは、0.43 Hzでのマッターホルンのシミュレートされたモード1の変形フィールド（非常に誇張された）を示しています。カラーマップは、相対的なモーダル変位を示しています。

山をハムにするもの

マッターホルンのような山のベースライン振動は、地震エネルギーのハムによって引き起こされます。

「これの多くは世界中でガタガタと鳴る地震から来ており、本当に遠い地震はエネルギーと低周波数を伝播することができます」とムーアは言います。「彼らは絶えず世界中を鳴らしているだけです。」

しかし、データはまた、別の予期しない情報源である海を示していました。

ムーア氏によると、海底を横切って移動する海の波は、脈動として知られる地震振動の連続的な背景を作り出します。これは、世界中で測定できます。興味深いことに、脈動はマッターホルンの共鳴に似た周波数を持っていました。

「それで興味深いのは、世界の海とこの山の興奮との間に何らかのつながりがあるということでした」とムーアは言います。

この研究は、地震が地滑りや雪崩が常に懸念される急な山にどのように影響するかを理解する上で実用的なアプリケーションを持っています。

しかし、それはまた、マッターホルンと、地球の奥深くに隠された音楽に独自の方法で揺れる他のすべての山々を鑑賞する新しい方法を生き生きとさせます。

「あなたは、隠された何か、それについて新しく未知の何かを捕らえようとしているというこの考えを持って、これらの地形の1つに到達します」とムーアは言います。「静かに座って山のことを別の方法で考えることができるので、実際にはとても楽しいです。」

リチャード・シマは、メリーランド州ボルチモアを拠点とするサイエンスライターです。彼は博士号を取得しています。ジョンズホプキンス大学で神経科学の学位を取得し、ハーバード大学で神経生物学の学士号を取得しています。

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