振動は、かき鳴らすギターから響き渡る和音のように、波として我々の惑星を通して移動しています。 地震、火山、人間活動の喧騒が地震波を呼び起こします。

風にあおられた海の波が、ピストンのように海底に圧力をかけると、下の固体の地球のパッチワーク構造は、独自の音で答えるのだそうです。 (Image credit: Andrey Polivanov / )

嵐が世界の海をかき回すとき、風にあおられた海面の波は、海底に圧力のピストン状のトンプを生み出す独特の方法で相互作用し、地球を通って地球の隅々までうねる微弱な震動の流れを発生させます。

「この環境地震データには、大気、地球の岩石外層、海洋という3つの地球システムの痕跡があります」と、スタンフォード大学の地球物理学者Lucia Gualtieri氏は、米国科学アカデミー紀要の論文の主執筆者で、海洋嵐に関連する地震波の物理に関する数十年の難問を解決する一助となるものです。

二次微動として知られる、海が鳴ることによって励起される小さな地震波は、あまりにもどこにでもあり、混沌としているので、地震学者は長い間そのデータを脇に置いていました。 「このような波が記録されると、地震記録はランダムなノイズのように見えますが、これは、嵐の領域全体にわたって、非常に多くの発生源があり、それぞれが互いに接近しているからです。 とGualtieriは言う。「これらの波がすべて同時に作用し、結果として生じる波動場が互いに干渉し合っているのです。 「8604>

しかし、過去15年間で、研究者はこのノイズの多いデータから意味を抽出する方法を発見しました。 ある地震観測所から別の地震観測所への波のペアの移動速度を分析することで、その波が通過する物質についての洞察を得るようになったのです。 「と、スタンフォード大学地球エネルギー環境科学部（Stanford Earth）の地球物理学助教授であるGualtieriは語っています。

海底からの愛の波

海面を転がる単一の波が深海に到達する前に消滅するのとは異なり、嵐の間に反対方向に進む波の混沌とした相互作用により、海面で上下に揺れる運動が生じ、それが下の固体地球まで脈打つことがあります。

何十年もの間、科学者は海洋嵐のマイクロシーズの垂直成分を理解しており、そこではレイリー波が支配的です。 しかし、海の嵐で記録されるもう1つの振動があり、嵐の海が固体の地球にどのように動きを発生させるかについての定説では説明できない。 この振動は、20世紀の発見者にちなんでラブ波と呼ばれ、地下の岩石粒子を左右に（進行方向に対して垂直に）まるで蛇がよじ登るように揺さぶるのである。 「このような波が存在するはずがないのです」とグアルティエリ氏は言う。 「私たちは、それらがどこから来るのかわかりませんでした」

科学者たちは、2 つのもっともらしい説明を提示しました。 1つは、ぶつかり合う海の波から押し出される垂直方向の力が海底の斜面にぶつかったとき、それが分裂して2つの異なるタイプの表面波を形成するという考えです。 レイリー波とラブ波である。 「その場合、愛の波の源は、同じ場所ではないにしても、レイリー波の源の非常に近くにあるはずです」と、Gualtieri は言いました。

しかし、プリンストン大学の地球科学者と共著の Gualtieri の研究では、海底の傾斜や斜面は、地震レコーダーによって拾われる愛の波の生成に必要な強い水平力を生み出すには、十分に急ではないことが判明しました。 11月9日に発表されたこの研究結果は、ラブウェーブは地球内部で発生するという別の説を支持するものである。

「地震がどのようにラブ波を発生させるかは理解していますが、海洋波がどのようにラブ波を発生させるかは正確に把握していません」と、ユタ大学の地質学および地球物理学の教授で地震計局長の環境地震ノイズ専門家のキース・コパーは述べています（研究とは関係ない）。 “海洋で発生するラブ波は50年以上観測されているので、これは少し恥ずかしいことです。” Gualtieriが率いる論文は、海洋波がどのように地球のこの特定の種類の振動を生成するかについて「決定的な証拠を提供する」と言いました。

地球のシミュレーション

オークリッジ国立研究所のスーパーコンピュータ「サミット」を使用して、研究者は3時間にわたって嵐、海洋波、固体地球の間に起こる複雑な相互作用をシミュレートしました。 4秒の精度で、地球全体に散らばる230,400個の圧力源を含む各シミュレーションを行いました。 Gualtieri氏は、「私たちはコンピュータを実験室として使用し、海の嵐によって地震波がどこでどのように発生し、それが地球をどのように移動するかについての既知の物理学に基づいて、世界中の海中の現実的な震源から地震波を伝播させています」と述べています。 もう1つのモデルは、チョコレートチップクッキーのように、地下の地形の3次元的な変化をより忠実に再現したものです。 それぞれのバージョンで、水中深度のデータをオン・オフして、深い構造とは対照的に、峡谷、渓谷、山などの海底の特徴がラブウェーブを発生させるかどうかをテストしました。

その結果、レイヤーケーキのように一次元の地球では、ラブウェーブはうまく発生しないことが明らかになりました。 しかし、約30分と海鳴りがあれば、3次元モデルで海底の下からラブ波が発せられるようになった。 海洋嵐によって発生したレイリー波やその他の地震波が、地球を横断する間に高温または低温のゾーンや異なる物質に遭遇すると、そのエネルギーは散乱し、再集束することが本研究で示唆された。 その過程で、波動場の一部がラブ波に変換されるのです。 「もし、干渉する海洋波からの圧力源を適用して待つならば、地球は全波場を与えるでしょう」と、Gualtieriは言った。 「Gualtieri氏によると、これらの振動がどのように発生し、地球を伝搬するかをよりよく理解することは、地球の内部だけでなく、変化する気候に関する知識のギャップを埋めるのに役立つ可能性があるそうです。 アナログの地震記録は衛星時代以前にさかのぼり、高品質のデジタルデータは数十年間記録されています。

「このデータベースには環境プロセスに関する情報が含まれており、それは事実上未開拓です」と彼女は述べています。

計算資源は、米国エネルギー省のオークリッジリーダーシップコンピューティング施設とプリンストン計算科学工学研究所（PICSciE）から提供されました。

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