地震波传播的地球内部结构

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1、地震波が伝える地球内部構造金嶋聰研究室～地球惑星科学専攻　地球科学の重要な研究テーマの一つに地球内部の構造決定がある。金嶋先生は、地震時に発生する地震波を利用して、長年この研究を続けてきた。その中で現在先生は、緻密な内部構造の決定という観点にたち、従来より盛んに用いられてきた地震波トモグラフィーという手法の有効性と限界を指摘している。さらなる緻密な構造の探究という課題を前に、先生は散乱波という波に注目し新手法確立を進めている。ここでは先生の最新の研究から見えてきたより精密な地球内部の姿とそ金嶋聰助教授　こにかける先生の意気込みを紹介していく。微細構造に懸ける情熱遥か46億年もの昔、

2、この宇宙に地球が誕生し波トモグラフィーと呼ばれる手法が盛んにとられた。原始の地球は、太陽のダストとガスから生まてきた。先生のここ４、５年の研究でも主要な地れた小惑星が数多く衝突し形成された。現在より位を占めてきた手法である。トモグラフィーの長遥かに高温であった地球はその後時間とともに冷所は、地球表面に設置された複数の地震計で地震えていき、次第に現在の地球の姿を形作っていっ波を捕捉し、獲得したデータを読み取ることで、た。金嶋先生はこの地球を舞台にした地球科学の岩石の性質の微妙な違いを測定することができる中で地球の内部構造の決定を長年研究し続けてい点である。る。そして、この研究を行う上

3、で先生が選択した実測データから導き出される重要な情報に、震手法、それが地震時に発生する地震波を用いた手源からの伝播時間より割り出される地震波速度が法である。ある。他方理論でも、均質な岩石からなる地球を地震波の利用によってこの分野では現在に至るまでに多くの成果が挙がってきた。20世紀半ばまでに明らかになった地球内部の成層構造もその一カンラン岩・玄武岩つだ（図１）。しかし、大枠の構造が判明したからといって、地球内部を全て明らかにしたとは言い難い。同じ層内の同じ深度において、地域によって岩石の種類や性質は異なるからだ。先生はこのカンラン岩差異を地震波によって明らかにし、より詳細なモデルの

4、構築を進めている。中でも近年特に先生が力を入れて研究を行っているのがマントル層内の内核液体鉄固体鉄構造決定だ。マントル内の構造決定では、ここ20年余り地震図１　地球内部の成層構造Oct.20051地震波の到達時刻を広域にわたり観測し、トモグラフィーの限界不均質構造の位置・成分を割り出す。震源不均質構造中では地震波の伝播速度が変わる。震源や観測所から離れた深部の不均質震源や観測所から離れた深部の不均質この結果、地表到達時刻がずれる。構造は、精密に測定することができない。構造は、精密に測定することができない。図２　地震波トモグラフィーの原理とその限界想定し、マントル内の圧力、温度、密度

5、などかという。トモグラフィーで得られるデータには、ら、地震波速度は導き出されている。地震波の通過した全経路の岩石の性質が反映されトモグラフィーの解析では、地震波が通過してるため、震源や観測点に近い比較的浅い位置の観きた岩石の性質によって、その速度が異なること測であれば地震波経路は短く、情報は密になる。を利用し、地震波速度の理論値と実測値を比較一方、マントルの深い位置での観測ではデータはし、この岩石の性質の違いをモデルに書き加えて長距離の性質を網羅的に反映するため、局所的ないく。そして、より多くのデータを説明しうるモ岩石の正確な形や大きさが特定しにくくなるといデルを構築していく、とい

6、うのがトモグラフィーう欠点があるのだ。の基本的な流れである（図２）。トモグラフィーは比較的浅い部分の広い領域の地震波トモグラフィーを用いたモデルは金嶋先構造を効率良く決定するには非常に効果的だが、生をはじめ、世界のあらゆる研究者が数多く発表地球深部の微細構造の決定を可能にするには違っしているため、マントルの浅い部分ではかなり精た観点から研究を進めていく必要性があったので密な内部構造のモデルが出来上がりつつある。しある。そこで金嶋先生はこの問題を解決すべく、かし、金嶋先生はトモグラフィーを用いたモデル地震波データ中の散乱波にその問題を解く鍵を求だけでは完全なマントル構造の解明には至ら

7、ないめたのだ。散乱波より覗く新しい地球地震が起こった時、縦波であるＰ波と横波であるＳ波が震源より発生する。しかし、地震計で測定されるものは震源から直接伝播する直達波ばかりではない。地震波形の中には数多くの散乱波が紛れ込むのである。地震波は伝播中に性質の異なる岩石に衝突すると、衝突面で再びＰ波とＳ波を生じさせ、あたかもそこに新たな震源が生じたかのように波が伝わっていくのだ。この新しい波が散乱波である（図３）。これらの散乱波の中で先生が着目したのはトモグラフィーでは捉えら