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地震予知は地震学の一分野であり、定められた範囲内で将来の地震の時期、場所、規模を特定することに関わる。 [1] [a]特に「ある地域で次に発生する強い地震のパラメータの決定」に関わる。[2]地震予知は地震予報とは区別されることがある。地震予報は、特定の地域で数年または数十年にわたって発生する被害地震の頻度と規模を含む、一般的な地震災害の確率的評価と定義できる。 [3] [b]すべての科学者が「予報」と「予報」を区別しているわけではないが[要出典]、この区別は有用である。[誰にとって? ]
予測は、地震を検知すると、影響を受ける可能性のある近隣地域に数秒以内にリアルタイムで警告を発する 地震警報システムとさらに区別されます。
1970 年代、科学者たちは地震を予測する実用的な方法がすぐに見つかるだろうと楽観的だったが、1990 年代までには失敗が続き、そもそもそれが可能なのか疑問視する人が増えた。[4]大地震の予測が明らかに成功した例はなく、成功したという数少ない主張も議論の的となっている。たとえば、予測が成功したという最も有名な主張は、1975 年の海城地震の予測である。[5]その後の研究では、有効な短期予測はなかったとされている。[6]広範囲にわたる調査により、多くの地震の前兆が報告されているが、これまでのところ、そのような前兆は、重要な空間的および時間的スケールで確実に特定されていない。[7]科学界の一部は、非地震性の前兆を考慮し、それらを広範囲に研究するのに十分なリソースがあれば、予測は可能かもしれないと考えているが、ほとんどの科学者は悲観的であり、地震予測は本質的に不可能であると主張する科学者もいる。[8]
地震予測の評価
予測は、偶然の確率を超えて成功することが示されれば、有意であるとみなされます。[9]したがって、統計的仮説検定の方法は、予測された地震がいずれにせよ発生する確率（帰無仮説）を決定するために使用されます。次に、予測が帰無仮説よりも実際の地震と相関しているかどうかを検定することで、予測が評価されます。[10]
しかし、多くの場合、地震発生の統計的性質は単純に均一ではありません。クラスタリングは空間と時間の両方で発生します。[11]南カリフォルニアでは、M≥3.0 の地震の約 6% が「5 日以内、10 km 以内に、より大きなマグニチュードの地震に続いています。」[12]イタリア中部では、M≥3.0 の地震の 9.5% が 48 時間以内、30 km 以内に、より大きな地震に続いています。[13]このような統計は予測の目的には不十分ですが (予測が成功するたびに 10 ～ 20 の誤報が発生します)、地震が時間的にランダムに発生すると仮定する分析の結果は、ポアソン過程から実現されるように、歪められます。クラスタリングのみに基づく「単純な」方法で、約 5% の地震を予測できることが示されています。「偶然」よりもはるかに優れています。[14]
短期予測の目的は、死者や被害を減らすための緊急措置を可能にすることであるため、実際に発生した大地震の警告を怠ったり、少なくともその危険性を適切に評価しなかったりすると、法的責任、さらには政治的粛清につながる可能性がある。例えば、中国科学院のメンバーが「1976 年夏の壊滅的な唐山地震の科学的予測を無視した」として粛清されたと報告されている。[15] 2009 年のラクイラ地震の後、イタリアの 7 人の科学者と技術者が過失致死罪で有罪判決を受けたが、これは約 300 人が死亡した地震を予測できなかったことではなく、大地震は起こらない、したがって予防措置を講じる必要はないと住民に過度の保証を与えたこと（被害者の 1 人はこれを「麻痺させる」と呼んだ）に対するものであった。 [16]しかし、発生しない地震の警告にもコストがかかる。緊急措置自体のコストだけでなく、市民と経済の混乱のコストも発生する。[17]誤報は、取り消された警報も含め、将来の警報の信頼性、ひいては有効性を損なう。[18] 1999年、中国は「大地震の予報によって引き起こされるパニックや都市の大量避難を防ぐため、誤った地震警報を撲滅するための厳しい規制」を導入していると報告された[ 19]。これは「過去3年間に30回以上の非公式地震警報が出されたが、そのどれもが正確ではなかった」ことがきっかけとなった。 [c]見逃された地震と誤報の許容可能なトレードオフは、これらの結果に対する社会的評価に依存する。予測方法を評価する際には、両方の発生率を考慮する必要がある。[20]
1997 年にギリシャで行われた地震予知研究の費用便益比に関する研究[21]で、スタティス・スティロスは、たとえ（仮説上の）優れた予知方法であっても、社会的有用性は疑わしいと示唆した。その理由は、「都市中心部の組織的な避難がうまく達成される可能性は低い」一方で、「パニックやその他の望ましくない副作用も予想される」からである。彼は、ギリシャでは地震による死者は年間平均 10 人未満であり、その大半は構造上の問題が特定できる大きな建物で発生していることを発見した。したがって、安全でない建物を特定して改修することに注力する方がはるかに費用対効果が高いとスティロスは述べた。ギリシャの高速道路での死者数は年間平均 2,300 人以上であるため、地震予知のためのギリシャの予算のすべてを道路や高速道路の安全に使用すれば、より多くの命が救われるだろうと彼は主張した。[22]
予測方法
地震予知は未成熟な科学であり、第一の物理的原理から地震を予測することにはまだ至っていない。したがって、予測方法の研究は経験的分析に重点が置かれており、一般的に2つのアプローチがとられている。地震の際立った前兆を特定するか、大地震に先立つ地震活動の何らかの地質学的傾向またはパターンを特定するかのいずれかである。 [23]前兆法は主に短期的な地震予知または予測に潜在的に有用であるため追求されているが、「傾向」法は一般に予測、長期予測（10年から100年の時間スケール）または中期予測（1年から10年の時間スケール）に有用であると考えられている。[24]
先駆者
地震前兆とは、地震が迫っていることを効果的に警告する異常な現象である。[d]こうした前兆現象の報告は数千件に上り、一般的には地震が起きてから初めてそのように認識されるが、中には古代にまで遡るものがある。[27]科学文献には、約20種類の前兆現象の報告が約400件あり、[28]天体物理学から動物学まで多岐にわたる。[29]いずれも地震予知の目的に信頼できるとは見つかっていない。[30]
1990年代初頭、IASPEIは重要な前兆の予備リストの候補を募集した。40の候補が挙がり、そのうち5つが重要な前兆の可能性があるものとして選ばれ、そのうち2つはそれぞれ1つの観測に基づいていた。[31]
国際市民保護地震予報委員会（ICEF）は、科学文献を批判的に検討した後、2011年に「この種の研究には方法論的改善の余地がかなりある」と結論付けた。[32]特に、報告された前兆の多くは矛盾していたり、振幅の測定が欠けていたり、厳密な統計的評価に一般的に適していない。発表された結果は肯定的な結果に偏っており、偽陰性（地震はあるが前兆信号がない）の割合は不明である。[33]
動物の行動
地震が始まってからは、圧力波（P波）はより破壊力の大きい剪断波（S波）の2倍の速さで伝わります。[34]通常、人間は気づきませんが、動物の中には、主な揺れの数秒から数十秒前に到達する小さな振動に気づき、警戒したり、他の異常な行動を示すものもあります。[35] [36] 地震計もP波を検知することができ、そのタイミングの違いは電子地震警報システムで利用され、人間に数秒の猶予を与えて安全な場所に移動させます。
2018年時点で入手可能な130種を超える科学研究のレビューでは、動物が地震を数時間、数日、または数週間前に警告できることを示す証拠が不十分であることがわかりました。[37]統計的な相関関係は、報告されているいくつかの異常な動物の行動は、大きな地震の前に時々起こる小さな地震（前震）によるものであることを示唆しており、 [38]それが小さければ人々に気付かれない可能性があります。[39]前震は地下水の変化を引き起こしたり、動物が感知できるガスを放出したりする場合もあります。[38]前震は地震計でも検知され、長い間潜在的な予測因子として研究されてきましたが、成功していません（「地震活動パターン」を参照）。地震学者は、動物が感知している可能性のある地震を予測する中期的な物理的または化学的変化の証拠を見つけていません。[37]
地震前の奇妙な動物の行動に関する逸話的な報告は、何千年も記録されてきました。[35]一部の異常な動物の行動は、近い将来の地震と誤って関連付けられることがあります。フラッシュバルブ記憶効果により、地震などの感情的に強力なイベントと関連付けられると、目立たない詳細がより記憶に残り、より重要になります。[40] 2018年のレビューの科学的レポートの大部分でさえ、地震が起ころうとしていないときに動物が異常な行動をとらなかったことを示す観察は含まれておらず、その行動が予測的なものであるとは確立されていません。[38]
動物による地震予知を研究している研究者のほとんどは中国と日本にいる。[35]科学的な観測のほとんどは、ニュージーランドの2010年カンタベリー地震、日本の1984年大滝地震、イタリアの2009年ラクイラ地震から得られたものである。[38]
磁気受容性があることが知られている動物は、地震の前に地表に到達する超低周波および極低周波範囲の電磁波を感知し、異常な行動を引き起こす可能性がある。これらの電磁波は、他の動物が感知できる空気のイオン化、水の酸化、および水の毒性を引き起こす可能性もある。[41]
ダイラタンシー拡散
1970年代、ダイラタンシー拡散仮説は、地震の前兆と見られるさまざまな現象の物理的根拠を提供するものとして高く評価されました。[42]これは、高応力を受けた結晶質岩石が体積変化、つまりダイラタンシー[e]を経験し、それが地震速度や電気抵抗率などの他の特性の変化、さらには大規模な地形の隆起を引き起こすという、実験室実験による「確実で再現可能な証拠」 [ 43 ]に基づいています。これは地震の直前の「準備段階」で起こるため、適切な監視によって差し迫った地震を警告できると考えられていました。
特定のゾーンを通過する際の一次および二次地震波の相対速度の変化（Vp/Vs で表す）の検出は、1973 年のブルーマウンテン レイク（ニューヨーク州）および 1974 年のリバーサイド（カリフォルニア州）地震を予測する基礎となった。[45]これらの予測は非公式で些細なものであったが、その明らかな成功は、ダイラタンシーと準備プロセスの存在の両方の確認とみなされ、その後「極端に楽観的な発言」[42]と呼ばれるもの、つまり、地震予測の成功は「実用的な現実に近づいているようだ」という発言につながった。[46]
しかし、多くの研究がこれらの結果に疑問を投げかけ、[47]結局この仮説は廃れてしまった。その後の研究では、この仮説は「いくつかの理由から失敗したが、それは主に、実験室での結果を現実世界にスケールアップできるという仮定を含む、仮説の根拠となった仮定の妥当性に関連している」ことが示された。 [48]もう 1 つの要因は、基準を遡及的に選択することによる偏りであった。[49]他の研究では、ダイラタンシーが無視できるほど小さいことが示されており、Main らは 2012 年に次のように結論付けている。「将来の出来事の規模を示す大規模な「準備ゾーン」という概念は、マイケルソン・モーリーの実験で検出されなかったエーテルと同じくらい、依然として曖昧である。」
Vの変更p/Vs
V p は岩石を通過する地震波「P」（一次または圧力）の速度を表す記号であり、V s は「S」（二次またはせん断）の速度を表す記号です。小規模な実験室実験では、岩石が破砕点に近づくと、これら 2 つの速度の比率（V p / V sとして表される）が変化することが示されています。1970 年代にロシアの地震学者が、その後の地震の地域でそのような変化（後に否定されました。[50] ）を観察したと報告したとき、これは画期的な出来事であると考えられました。 [51]この効果は、他の可能性のある前兆と同様に、破砕点近くまで応力を受けた岩石がわずかに膨張（膨張）するダイラタンシーに起因すると考えられています。[52]
ニューヨーク州ブルーマウンテン湖付近でのこの現象の研究は、1973年に非公式ではあったが予測に成功し、[53] 1974年のリバーサイド（カリフォルニア州）地震の予測に使われたとされている。[45]しかし、その後さらなる予測は成功せず、これらの予測はまぐれだったのではないかとも言われている。[54] V p / V s異常は、1976年にロサンゼルス近郊でマグニチュード5.5～6.5の地震が起こるという予測の基礎となったが、この地震は発生しなかった。[55]採石場の発破（より正確で再現性がある）に頼った他の研究では、そのような変動は見つからなかったが、[56]カリフォルニアで起きた2つの地震の分析では、報告された変動は遡及的なデータ選択など他の要因による可能性が高いことがわかった。[57] Geller（1997）は、1980年頃から速度の大幅な変化の報告はなくなったと指摘している。
ラドン放出
ほとんどの岩石には、通常の大気中のガスとは同位体的に区別できるガスが少量含まれています。大地震の前にはこのようなガスの濃度が急上昇するという報告がありますが、これは地震前の応力や岩石の破砕による放出によるものと考えられています。これらのガスの1つがラドンで、ほとんどの岩石に含まれる微量のウランの放射性崩壊によって生成されます。[58]ラドンは放射性であるため検出が容易であり、 [f]半減期が短い（3.8日）ため、ラドン濃度は短期的な変動の影響を受けやすいため、地震の予測因子として潜在的に有用です。
2009年のまとめ[59]には、1966年以降に起きた86の地震の前にラドン放出量の変化が報告された125件がリストアップされている。しかし、市民保護のための地震予報に関する国際委員会（ICEF）は、2011年の批判的レビューで、これらの変化と関係があるとされる地震は、最大1000キロ離れた場所で、数か月後に、あらゆる規模の地震であったことを発見した。いくつかのケースでは、異常は遠くの地点で観測されたが、近くの地点では観測されなかった。ICEFは「有意な相関関係はない」と結論付けた。[60]
電磁異常
電磁気的擾乱の観測とそれが地震の破壊過程に関係していることは、1755年のリスボン大地震まで遡るが、1960年代半ば以前のそのような観測は、使用された機器が物理的動きに敏感であったため、事実上すべて無効である。[61]それ以来、さまざまな異常な電気現象、電気抵抗現象、磁気現象が、地震に先立つ前駆的な応力と歪みの変化に起因するものと考えられており、[62]信頼できる地震の前兆現象の発見への期待が高まっている。[63]少数の研究者が、そのような現象がどのように発生するかについての理論や、地震の前にそのような現象を観察したという主張で注目を集めているが、そのような現象が実際に前兆であることが示されたことはない。
国際市民保護地震予報委員会（ICEF）による2011年のレビュー[64]では、「最も説得力のある」電磁的前兆は、1989年のロマ・プリエタ地震の前に記録されたコラリトス地震（後述）などの超低周波磁気異常であると判明した。しかし、現在では観測はシステムの故障だったと考えられている。綿密に監視された2004年のパークフィールド地震の研究では、いかなる種類の前兆電磁信号の証拠も見つからなかった。さらに調査したところ、マグニチュード5未満の地震では、顕著な過渡信号は発生しないことがわかった。[65] ICEFは、有用な前兆の探索は失敗だったとみなした。[66]
VAN地震電気信号
最も宣伝され、最も批判されている電磁気的前兆の主張は、アテネ大学の物理学教授パナイオティス・ヴァロトソス、ケッサール・アレクソプロス、コンスタンティン・ノミコス（VAN）によるVAN法である。1981年の論文[67]で彼らは、地電圧（彼らが「地震電気信号」（SES）と呼ぶもの）を測定することで地震を予測できると主張した。[g]
1984年、彼らはSESと地震の間に「一対一の対応」があると主張した[68]。つまり、「すべての大きな地震の前にはSESがあり、逆にすべてのSESの後には必ず地震があり、その規模と震源地は確実に予測できる」[69]。SESは地震の6時間から115時間前に現れる。彼らは、この方法の証拠として、一連の予測が成功したと主張した。[70]
彼らの報告書は「大きな進歩として歓迎された」ものの[h] 、地震学者の間では「全般的な懐疑論の波」に迎えられた。[72] 1996年、VANがGeophysical Research Letters誌に提出した論文は、前例のない幅広い査読者グループによる公開査読を受け、論文と査読は特別号に掲載された。[73]査読者の大多数は、VANの手法に欠陥があるとした。同年、一部の主要研究者による公開討論でもさらなる批判が上がった。[74] [i]
主な批判は、この方法が地球物理学的に信じ難く、科学的に根拠がないというものでした。[76]追加の反論には、地震と SES の 1 対 1 の関係が明らかに誤りであること、[77]実際の地震で観測されたどの信号よりも強い信号を前兆プロセスが生成する可能性は低いこと、[78]信号が人為的である可能性が非常に高いことなどがありました。[79] [j]ギリシャでのさらなる研究では、SES のような「異常な過渡電気信号」を特定の原因にまでさかのぼって追跡し、そのような信号は VAN が SES を識別するために使用する基準では除外されないことがわかりました。[81]最近の研究では、統計物理学の最新の方法、つまりトレンド除去変動分析 (DFA)、マルチフラクタル DFA、ウェーブレット変換を採用して、SES が人為的原因によって生成された信号と明確に区別されることが明らかになりました。[82] [83]
VAN法の妥当性、そしてSESの予測的意義は、主に実証された予測成功の経験的主張に基づいていました。[84] VAN法には多くの弱点が発見されており、[k] 2011年に国際市民保護地震予報委員会は、VANが主張する予測能力は検証できないと結論付けました。[85]ほとんどの地震学者は、VANが「完全に誤りを証明された」と考えています。[86]一方、「Encyclopedia of Solid Earth Geophysics: part of "Encyclopedia of Earth Sciences Series" (Springer 2011) の「地震の前兆と予測」のセクションは、次のように終わります (要約の直前)。「最近、新たに導入された時間領域「自然時間」で時系列を分析することにより、臨界状態へのアプローチを明確に特定できることが示されました [Sarlis et al. 2008]。この方法により、VAN予測のリードタイムをわずか数日に短縮することに成功したようだ[Uyeda and Kamogawa 2008]。これは、地震データがSESデータと組み合わせることで、短期的な前兆現象において驚くべき役割を果たす可能性があることを意味する」[87]
2001年以来、VANグループは「自然時間」と呼ぶ概念を導入し、前兆現象の分析に適用しています。当初はSESに適用され、ノイズと区別し、差し迫った地震の可能性と関連付けます。検証（「SES活動」として分類）の場合、自然時間分析は、SES活動に関連する地域のその後の一般的な地震活動にも追加で適用され、予測の時間パラメータを改善します。この方法では、地震の発生を重要な現象として扱います。[88] [89] 2020年に更新されたVAN法のレビューでは、偽陽性が多すぎて予測プロトコルとして使用できないと述べられています。[90] VANグループは、特定の推論における誤解を指摘して回答しました。[91]
コラリトス異常
おそらくこれまでで最も有名な地震電磁気現象であり、地震の前兆として最も頻繁に引用される例の 1 つが、1989 年のコラリトス異常です。[92] 1989 年のロマ プリエタ地震の 1 か月前、カリフォルニア州コラリトスにある磁力計で超低周波の地球磁場を測定したところ、振幅の異常な増加が見られ始めました。コラリトスは、差し迫った地震の震源地からわずか 7 km のところにあり、地震発生のわずか 3 時間前には、測定値が通常の約 30 倍に急上昇し、地震発生後に振幅は徐々に減少しました。このような振幅は、2 年間の運用期間中に観測されたことがなく、54 km 離れた場所にある同様の機器でも観測されていませんでした。多くの人々にとって、このような時間的および空間的な局所性は、地震との関連を示唆していました。[93]
その後、追加の磁力計が北カリフォルニアと南カリフォルニアに設置されましたが、10年が経過し、いくつかの大きな地震が発生しても、同様の信号は観測されていません。最近の研究では、この関連性に疑問が投げかけられており、コラリトスの信号は無関係な磁気擾乱によるものであるか[94]、もっと単純にセンサーシステムの故障によるものであるとされています[95] 。
フロイント物理学
結晶物理学の研究において、フリーデマン・フロイントは、岩石に埋め込まれた水分子が、強い圧力を受けるとイオンに解離することを発見した。結果として生じた電荷キャリアは、特定の条件下では電池電流を生成することができる。フロイントは、これらの電流が、電磁放射、地震光、電離層プラズマの乱れなど、地震の前兆となる原因である可能性があると示唆した。[96]このような電流と相互作用の研究は、「フロイント物理学」として知られている。[97] [98] [99]
地震学者の多くは、ストレスによって発生する信号を検出し、前兆として利用できるというフロイントの提案を、いくつかの理由から否定している。第一に、大地震の前にはストレスが急速に蓄積されないと考えられており、したがって、大電流が急速に発生すると予想する理由はない。第二に、地震学者は、高度な機器を使用して、統計的に信頼できる電気的前兆を広範囲に探しているが、そのような前兆は見つかっていない。第三に、地球の地殻内の水は、発生した電流が地表に到達する前に吸収される原因となる。[100]
電離層の日周期の乱れ
通常、電離層は日中に下層のD 層を形成しますが、夜間にはプラズマがガスに変わるためこの層は消滅します。夜間には、電離層のF 層がD 層よりも高い高度に形成されます。夜間には F 層がこれらの電波を地球に反射するため、10 MHz までの低HF無線周波数用の導波管が形成されます (スカイウェーブ伝搬)。日中は D 層がこれらの電波を吸収するため、スカイウェーブは失われます。
地殻の地殻応力は電荷波を引き起こし、それが地表まで伝わり電離層に影響を及ぼすとされている[101] [102] 。 [103]電離層の日周期の ULF *記録[l]は、浅い強い地震の数日前に通常の周期が乱れる可能性があることを示している。乱れが発生すると、日中にD層が失われて電離層が上昇し、スカイウェーブが形成されるか、夜間にD層が現れて電離層が低下し、スカイウェーブがなくなることが観察されている。[104] [105] [106]
科学センターは、スカイウェーブの変化を検出する世界規模のVLF送信機と受信機のネットワークを開発しました。各受信機は、1000〜10,000キロメートルの距離でデイジー送信機でもあり、ネットワーク内では異なる周波数で動作します。励起されている大まかなエリアは、ネットワークの密度に応じて決定できます。[107] [108]一方、磁気嵐や太陽フレアなどの地球規模の極端なイベントと、評価対象の地震とほぼ同時に発生する別の地震や火山の噴火など、同じVLF経路内の局所的な極端なイベントにより、スカイウェーブの変化を対象の地震に関連付けることが困難または不可能になることが示されました。[109]
2017年、 Journal of Geophysical Researchに掲載された記事によると、2000年から2014年に世界中で発生した電離層異常と大地震（M≥6.0）の関係は、太陽気象の存在に基づいている。太陽データを時系列から削除すると、相関関係は統計的に有意ではなくなる。[110] 2020年のPhysics of the Earth and Planetary Interiorsに掲載されたその後の記事では、この統計的関係に基づいて、太陽気象と電離層擾乱が大地震を引き起こす潜在的な原因であることがわかっている。提案されているメカニズムは、電離層から断層帯への電磁誘導である。断層流体は導電性があり、深部で地電流を生成する可能性がある。その結果、断層内の局所磁場が変化することで鉱物の溶解が引き起こされ、岩石が弱くなるとともに、地下水の化学組成と水位が変化する可能性がある。地震後、異なる鉱物が沈殿し、地下水の化学組成と水位が再び変化する可能性がある。[111]地震の前後に鉱物が溶解して沈殿するこのプロセスはアイスランドで観測されています。[112]このモデルは電離層、地震、地下水のデータに意味を与えます。
予想される地表温度低下の衛星観測
地殻応力の移動を検出する方法の1つは、衛星で測定された地殻表面の局所的な高温を検出することである。評価プロセスでは、断層のより広い領域における傾向の集中を視覚化する前に、日々の変動や大気の擾乱や人間の活動によるノイズの背景が除去される。この方法は1995年から実験的に適用されている。[113] [114] [115] [116]
この現象を説明する新しいアプローチとして、NASAのフリードマン・フロイントは、衛星が捉えた赤外線放射は地殻表面温度の実際の上昇によるものではないと提案した。このバージョンによると、放射は、地殻の最深層から表面まで毎秒 200 メートルの速度で移動する正電荷キャリア (正孔)の化学的再結合で発生する量子励起の結果である。電荷は、地震の時間が近づくにつれて増加する地殻応力の結果として発生する。この放射は、非常に大規模な地震の場合、表面で最大 500 x 500 平方キロメートルに広がり、地震の直後にほぼ停止する。[117]
トレンド
地震を予測する他のアプローチでは、地震の前兆となる異常現象を監視するのではなく、地震につながる傾向やパターンを探します。これらの傾向は複雑で多くの変数を伴うため、理解するには高度な統計手法が必要になることが多く、そのため統計手法と呼ばれることもあります。これらのアプローチは、より確率的であり、期間が長い傾向があるため、地震予報に組み込まれます。[引用が必要]
ナウキャスト
2016年に提案された地震ナウキャスティング[118] [119]は、 2001年に導入された自然時間に基づいた、地震システムの現在の動的状態の推定値です。 [120]これは、将来のイベントの確率を推定することを目的とする予報とは異なりますが[121]、予報の潜在的な基盤とも考えられています。[118] [122]ナウキャスティングの計算により、「地震ポテンシャルスコア」、つまり現在の地震の進行レベルの推定値が生成されます。[123]一般的な用途は、世界規模の大地震と津波、[124]余震と誘発地震活動、[122] [125]ガス田での誘発地震活動、[126]世界の大都市への地震リスク、[121]大規模な世界的地震のクラスター化の研究、[127]などです。
弾性反発
最も硬い岩石でも完全に硬いわけではない。大きな力（例えば、互いにすれ違う巨大な 2 つの地殻プレートの間）が加わると、地殻は曲がったり変形したりする。リード (1910) の弾性反発理論によれば、最終的には変形（ひずみ）が大きくなり、通常は既存の断層で何かが壊れる。破損部（地震）に沿った滑りにより、両側の岩石は変形の少ない状態に反発する。その過程で、エネルギーは地震波を含むさまざまな形で放出される。[128]弾性変形で蓄積された地殻力が突然の反発で放出されるというサイクルが繰り返される。1 回の地震による変位は 1 メートル未満から約 10 メートル（M 8 の地震の場合）に及ぶため、[129]数百マイルに及ぶ大きな横ずれ変位の存在が実証されていることは、長期にわたる地震サイクルの存在を示している。[130] [m]
特徴的な地震
最も研究されている地震断層（南海トラフ巨大断層、ワサッチ断層、サンアンドレアス断層など）は、明確なセグメントを持っているように見える。特性地震モデルは、地震は一般にこれらのセグメント内に限定されると仮定している。[131]セグメントの長さやその他の特性[n]は固定されているため、断層全体を破壊する地震は同様の特性を持つはずである。これには、最大マグニチュード（破壊の長さによって制限される）や、断層セグメントを破壊するのに必要な蓄積されたひずみの量が含まれる。プレートの継続的な動きによりひずみが着実に蓄積されるため、特定のセグメントでの地震活動は、ある程度一定の間隔で繰り返される同様の特性の地震によって支配されるはずである。[132]したがって、特定の断層セグメントについて、これらの特性地震を特定し、その再発率（または逆に再現期間）のタイミングを計ることで、次の破壊について知ることができるはずであり、これは地震ハザードの予測に一般的に使用されるアプローチである。UCERF3はカリフォルニア州向けに作成されたそのような予報の注目すべき例です。[133]再現期間はサイクロンや洪水などの他のまれな事象の予測にも使用され、将来の頻度はこれまでに観測された頻度と同様であると想定されています。
特徴的な地震という考え方は、パークフィールドの予測の基礎となった。1857年、1881年、1901年、1922年、1934年、1966年に起きたかなり類似した地震は、21.9年ごとに発生し、標準偏差は±3.1年というパターンを示唆していた。[134] [o] 1966年の地震から外挿すると、1988年頃、遅くとも1993年より前（95%信頼区間）に地震が発生すると予測された。[135]このような方法の魅力は、予測が傾向から完全に導き出され、未知でおそらくは知ることのできない地震物理学と断層パラメータが説明されるという点である。しかし、パークフィールドの場合には、予測された地震は10年遅れの2004年まで発生しなかった。これは、パークフィールドの地震が準周期的であるという主張を深刻に覆すものであり、個々の地震は他の点で十分に異なっており、共通の明確な特徴があるかどうか疑問視されることを示唆している。[136]
パークフィールドの予測が失敗したことで、固有地震モデル自体の妥当性に疑問が生じている。[137]いくつかの研究では、地震はセグメント内に限定されるという重要な仮定を含むさまざまな仮定に疑問が投げかけられ、「固有地震」は選択バイアスと地震記録の短さ（地震周期に比べて）のせいかもしれないと示唆されている。[138]他の研究では、断層の年齢など、他の要因を考慮する必要があるかどうかが検討されている。[p]地震の破壊がセグメント内に限定されることが多いか（よく見られる）、セグメントの境界を越えて破壊されるか（これも見られる）は、地震の危険度に直接関係している。複数のセグメントが破壊される場所では地震は大きくなるが、より多くの負担が軽減されるため、発生頻度は低くなる。[140]
地震ギャップ
2 つの地殻プレートが接触してすべり合う部分では、いずれのセクションもすべり落ちることになる。長期的には、取り残されるセクションは 1 つもないからだ。しかし、すべてのセクションが同時にすべるわけではない。セクションによって、ひずみ (変形) の蓄積と突然の反発のサイクルの段階が異なる。地震ギャップ モデルでは、「次の大地震」は、最近の地震活動によってひずみが緩和された部分ではなく、緩和されていないひずみが最も大きい中間のギャップで発生すると予想される。[141]このモデルは直感的に理解しやすい。長期予測に使用され、1979 年と 1989 年から 1991 年にかけての一連の環太平洋 (環太平洋) 予測の基礎となった。[142]
しかし、地震空白期間に関するいくつかの基本的な仮定は、現在では誤りであることが分かっています。綿密な調査により、「地震空白期間には、その地域で次に発生する大地震の発生時期や規模に関する情報が含まれていない可能性がある」ことが示唆されています。 [143]太平洋周辺地域の予測に関する統計的テストでは、地震空白期間モデルは「大地震をうまく予測できなかった」ことが示されています。[144]別の研究では、長い静穏期間が地震の可能性を増加させないと結論付けられています。[145]
地震活動パターン
地震を予測するために、さまざまなヒューリスティックなアルゴリズムが開発されてきた。おそらく最も広く知られているのは、ウラジミール・ケイリス＝ボロックの指導の下で開発されたM8アルゴリズム群（RTP法を含む）だろう。M8は、小さな地震の特定のパターンを観測すると、指定されたマグニチュードの大地震の「発生確率増加時間」（TIP）警報を発する。TIPは通常、最大5年間、広い地域（最大幅1000キロメートル）をカバーする。[146]このような大きなパラメータは、実際に起こった地震が巧みに予測されたものなのか、それとも単なる偶然の結果なのかを判断するのが難しいため、M8を物議を醸している。
M8は、2003年のサンシメオン地震と北海道地震がTIP内で発生した際に大きな注目を集めた。[147] 1999年、Keilis-Borokらは、世界的な大地震に関する限り、M8およびMScモデルを使用して統計的に有意な中期的結果を達成したという主張を発表した。[148]しかし、Gellerら[149]は、30年未満の期間の予測には懐疑的である。2004年に南カリフォルニアで発生したM6.4の地震に関する広く宣伝されたTIPは達成されず、他のあまり知られていない2つのTIPも同様であった。[150] 2008年のRTP法の詳細な研究では、約20の警報のうち、ヒットと見なせるのは2つだけであることが判明した（そして、そのうちの1つは60%の確率で発生するものであった）。[151]「RTPは、過去の地震活動率に基づいて推測する単純な方法と大きな違いはない」と結論付けた。[152]
加速モーメント解放（AMR、「モーメント」は地震エネルギーの測定値）は、破壊までの時間分析、または加速地震モーメント解放（ASMR）としても知られ、大地震の前に前震活動が増加するだけでなく、指数関数的に増加するという観察に基づいています。[153]言い換えれば、前震の累積数のプロットは、本震の直前に急勾配になります。
Bowman et al. (1998) による検証可能な仮説の定式化[154]と多数の肯定的な報告を受けて、AMR はいくつかの問題にもかかわらず有望に思われた[155]。既知の問題には、すべての場所とイベントで検出されないこと、曲線の末端が急峻になったときに正確な発生時間を予測することが難しいことなどがあった。[156]しかし、厳密なテストにより、明らかな AMR の傾向は、データフィッティングの方法[157]と、地震の時空間クラスタリングを考慮していないことに起因する可能性が高いことがわかった。 [158]したがって、AMR の傾向は統計的に重要ではない。 AMR への関心 (査読済み論文の数で判断) は、2004 年以降低下している。[159]
機械学習
Rouet-Leduc ら (2019) は、断層破壊を予測する断層帯から発せられる信号を識別できる音響時系列データで回帰ランダムフォレストをトレーニングすることに成功したと報告した。Rouet-Leduc ら (2019) は、これまで統計的ノイズであると想定されていた識別された信号は、滑りイベント中に突然放出される前のエネルギーの放出の増加を反映していると示唆した。Rouet-Leduc ら (2019) はさらに、彼らのアプローチが断層破壊時間を制限し、他の未知の信号の識別につながる可能性があると仮定した。[160]最も壊滅的な地震はまれであるため、代表的なデータを取得することは依然として問題である。これに対して、Rouet-Leduc ら (2019) は、さらなる研究により、関心のある地震パターンが小規模な地震でも同様であることが示されたため、彼らのモデルは壊滅的な地震のデータでトレーニングする必要はないだろうと推測している。[161]
ディープラーニングは地震予知にも応用されている。バースの法則と大森の法則は地震余震の規模と時間とともに変化する特性を記述しているが、「余震の空間分布」の予測は未解決の研究課題のままである。DeVriesら (2018) は、TheanoおよびTensorFlowソフトウェア ライブラリを使用して、ニューラル ネットワークをトレーニングし、以前に確立されたクーロン破壊応力変化の方法論よりも高い精度で地震余震の空間分布を予測できるようにした。特に、DeVries ら (2018) は、モデルが「レシーバ面の方向や形状に関する仮定」をまったく行わず、せん断応力の変化、「応力変化テンソルの独立成分の絶対値の合計」、およびフォン ミーゼス降伏基準を重視していると報告した。 （2018）は、モデルがこれらの物理量に依存していることから、地震サイクルの最も活発な部分で地震の誘発を制御できる可能性があると仮定した。検証テストのために、DeVriesら（2018）は、訓練用の地震データサンプルの10％と、ランダムに選択された同量の負のサンプルを確保した。[162]
アルノー・ミニャンとマルコ・ブロッカルドも同様に人工ニューラルネットワークの地震予知への応用を分析した。彼らは文献レビューで、人工ニューラルネットワークを利用した地震予知研究は、この分野への関心が高まる中で、より洗練されたモデルへと傾倒していることを発見した。また、地震予知に利用され、顕著な成功率を示したニューラルネットワークは、より単純なモデルでも同等の性能を発揮することを発見した。彼らはさらに、地震予知のためのニューラルネットワークのトレーニングに適切なデータを取得する問題にも取り組み、「地震カタログの構造化された表形式の性質」により、人工ニューラルネットワークよりも透明性のある機械学習モデルの方が望ましいと記している。[163]
EMPによる地震活動
高エネルギー電磁パルスは、EMP発生器からの放出後2～6日以内に地震を引き起こす可能性がある。 [164]強い電磁波の影響により地震活動が制御される可能性があると提案されている。これは、その後の地震活動のダイナミクスが通常よりもはるかに規則的であるように見えるためである。[165] [166]
注目すべき予測
これらは、科学的に、または世間の評判によって注目される予測、または予測の主張であり、科学的または準科学的根拠を主張するものである。多くの予測は秘密に保持されていたり、目立たない場所で公開されていたり、主張されて初めて注目されるようになるため、当たった予測は外れた予測よりも注目されるという選択バイアスがある可能性がある。ここに挙げた予測は、ハフの著書[50]とゲラーの論文[167]で議論されている。
1975年: 中国、海城
1975 年の海城地震(マグニチュード 7.3)は、地震予知の「成功例」として最も広く引用されている。[168]表面的な話は、この地域の地震活動の研究により、中国当局が 1974 年 6 月に中期予知を発表し、それを受けて政治当局が住宅の強制避難、簡易屋外構造物の建設、屋外での映画上映など、さまざまな対策を講じるよう命じたというものである。19 時 36 分に発生した地震は、住宅の約半数が破壊または甚大な被害を受けるほどの威力があった。しかし、「効果的な予防措置が講じられた」ため、約 160 万人の人口を抱えるこの地域で、死者数は 300 人以下に抑えられたと言われている。そうでなければ、数万人の死者が予想されていたかもしれない。[169]
しかし、大地震が発生したにもかかわらず、タイムリーな予測に基づいて対策が講じられたという話には懐疑的な見方もある。この出来事は文化大革命中に起こったもので、「地震予測への信仰は、真の党員と右翼の逸脱者を区別するイデオロギー的正統性の一要素とされた」[170] 。記録管理が乱雑だったため、命令による避難があったかどうかなど、詳細を確認することは困難だった。中期予測や短期予測（「毛沢東主席の革命路線」[171]以外）に使用された方法は特定されていない。[q]避難は、前日に発生した強い（M 4.7）前震を受けて、自然発生的だった可能性がある。[173] [r]
2006 年に行われた調査では、広範囲にわたる記録にアクセスし、予測に欠陥があることが判明した。「特に、個々の科学者によって予測はなされていたものの、公式の短期予測はなかった」[174]また、「警報と避難の最終決定を引き起こしたのは前震だけだった」。彼らは 2,041 人の命が失われたと推定した。それ以上の死者が出なかったのは、前月までの地震教育 (地震活動の高まりによって促された)、地元の取り組み、タイミング (人々が働いていないときや寝ていないときに発生した)、地元の建築様式など、いくつかの幸運な状況によるものだった。著者らは、予測としては不十分だったが、「大地震を予測する試みが初めて実質的に失敗に終わらなかった」と結論付けている。[174]
1981年: ペルー、リマ (ブレイディ)
1976年、当時米国鉱山局に所属し、岩石の破壊の仕組みを研究していた物理学者のブライアン・ブレイディは、「地震理論に関する4つの論文シリーズで、沈み込み帯（ペルー沖）でのひずみの蓄積が、1974年11月中旬から7年から14年の間に大きなマグニチュードの地震を引き起こす可能性があるという推論をまとめた」[175]。 1978年6月に書かれた内部メモでは、彼は時間枠を「1981年10月から11月」に絞り、本震は9.2±0.2の範囲であるとしている。[176] 1980年のメモでは、「1980年9月中旬」と指定したと報告されている。[177]このことは、1980年10月にアルゼンチンのサンファンで行われた科学セミナーで議論され、ブレイディの同僚であるW・スペンスが論文を発表した。その後、ブレイディとスペンスは10月29日に米国とペルーの政府関係者と会談し、「1981年後半に大規模な地震が連続して発生すると予測した」[175]。この予測は、米国大使館が「1981年1月26日にリマのほとんどの日刊紙でセンセーショナルな第一面の見出しを飾った」と表現したことを受けて、ペルーで広く知られるようになった。[178]
1981年1月27日、米国国立地震予知評価委員会（NEPEC）は、ブレイディ・スペンスの予測を検討した後、その予測の「科学的妥当性に納得できない」と発表し、「観測された地震活動データや提示された理論には、予測された地震の時刻、場所、およびマグニチュードを裏付けるものは何も示されていない」と述べた。さらに、予測された時刻に大地震が発生する可能性はあるが、その可能性は低いと述べ、「その予測を真剣に検討すべきではない」と勧告した。[179]
ブレイディは動じることなく、その後予報を修正し、1981年7月6日、8月18日、9月24日頃に少なくとも3回の地震が発生すると述べたが、[181] USGSの職員の1人は「彼がこのゲームを続けることを許されれば...彼は最終的にヒットし、彼の理論は多くの人に有効であるとみなされるだろう」と不満を述べた。[182]
6月28日（最初に予測された地震の日付として最も広く考えられている日）には、「リマの住民は静かな日曜日を過ごした」と報じられた。[183] ペルーのある新聞の見出しは「NO PASÓ NADA（何も起こらなかった）」だった。[184]
7月にブレイディは、前提条件となる地震活動が発生していないことを理由に、正式に予測を撤回した。[185]この出来事による観光客の減少による経済損失は、およそ1億ドルと見積もられている。[186]
1985 ～ 1993 年: 米国、パークフィールド (バクン-リンド)
「パークフィールド地震予知実験」は、これまでで最も注目を集めた科学的地震予知であった。 [187] [t]これは、サンアンドレアス断層のパークフィールドセグメント[u]が数十年ごとにマグニチュード6程度の中程度の地震を定期的に発生させているという観察に基づいていた。その頻度は1857年、1881年、1901年、1922年、1934年、1966年である。 [188]さらに詳しくは、BakunとLindh（1985）は、1934年の地震を除けば、これらの地震は22年、±4.3年ごとに発生すると指摘した。彼らは、1966年から数えて、次の地震が1988年頃、遅くとも1993年に発生する確率は95％であると予測した。国立地震予知評価委員会（NEPEC）はこれを評価し、同意した。[189]そのため、米国地質調査所とカリフォルニア州は、地震発生時に前兆現象を特定するため、「世界で最も精巧で高密度の監視機器網」の一つを設置した[190]。地震の兆候があれば緊急当局に通報する詳細な計画が立てられるほど、信頼性は高かった。[191]エコノミスト誌の言葉を借りれば、「このような出来事に対してこれほど綿密に待ち伏せが行われたことはなかった」[192] 。
1993年は、期待通りの成果をあげることなく過ぎていった。結局、2004年9月28日にパークフィールド断層でマグニチュード6.0の地震が発生したが、前兆や明らかな前兆はなかった。[193]地震を捉える実験は多くの科学者によって成功だったと考えられているが、 [194]予測は失敗に終わり、最終的な地震は10年遅れとなった。[v]
1983–1995: ギリシャ (VAN)
1981 年、パナイオティス・バロトソス率いる「VAN」グループは、地震と「地震電気信号」(SES) の間に関係性を発見したと発表した。1984 年、同グループは 1983 年 1 月 19 日から 1983 年 9 月 19 日までの 23 の地震をまとめた表を発表し、そのうち 18 の地震を予測できたと主張した。[196]その後も、 1987年4月1日から1989年8月10日までの期間にM s ≥ 5.5の地震7回のうち6回を予言したという1991年の主張や、 1988年5月15日から1989年8月10日までの重複期間にM s ≥ 5.3の地震7回のうち5回を予言したという主張など、他のリストが続いた。 [w] 1996年には「1987年1月1日から1995年6月15日までに出されたすべての予言の要約」[197]を発表し、その予言数は94に上った。[198]これを「M S (ATH) のすべての地震」のリスト[199] [x]と比較し、ギリシャのほとんどを含む地理的範囲内で[y] 、予言すべきだった14の地震のリストを作成した。ここで彼らは10回の成功、つまり70%の成功率を主張している。[201] [z]
VAN の予測は、地球物理学的にあり得ないこと、[202]「曖昧で不明瞭」であること、[203] 「予測基準を満たしていない」、「204」、パラメータを遡及的に調整していることなど、さまざまな理由で批判されてきた。[205] VAN が 10 回の予測成功を主張した 14 件のケースを批判的にレビューしたところ、予測パラメータ内で地震が発生したのは 1 件だけだった。[206] VAN の予測は偶然よりも良い結果を出せないだけでなく、「それ以前に発生したイベントとの関連性がはるかに高い」と Mulargia と Gasperini は述べている。[207]その他の初期のレビューでは、明確なパラメータで評価した場合、VAN の結果は統計的に有意であることがわかった。[208] [209]この時期のVAN予測に対する肯定的および否定的な見解は、1996年にサー・ジェームズ・ライトヒルが編集した書籍「VANの批判的レビュー」[210]と、 VAN法の統計的有意性に焦点を当てたGeophysical Research Letters誌の討論号にまとめられました。 [211] VANはこれらのレビュー出版物で批判者に反論する機会を得ました。[212] 2011年にICEFは1996年の討論を再検討し、VANが主張する楽観的なSES予測能力は検証できないと結論付けました。[85] 2013年に、SES活動は地震活動の秩序パラメータの変動の最小値と一致していることが判明しました[213] 。これは、イベント同時発生分析を使用することで統計的に有意な前兆であることが示されました[214] 。 [215]
決定的な問題は、予測のパラメータが大きく、しばしば不確定なことである。[ 216 ]そのため、批評家の中には、これらは予測ではなく、予測として認識されるべきではないと言う者もいる。[217] VAN に関する論争の多くは、これらのパラメータを適切に指定していないことから生じている。彼らの電報の中には、2 つの異なる地震の予測が含まれているものもある。たとえば、(典型的には) アテネの北西 300 km で 1 つの地震が予測され、西 240 km で「マグニチュード [原文のまま] 5.3 と 5.8」の地震が予測され、時間制限はない。[218] [aa]時間パラメータ推定は、 2001 年に自然時間による VAN メソッドに導入された。[87] VAN は批評家の「悲観的な」結論に異議を唱えているが、批評家たちは譲歩していない。[219] VANは地震の集中化を考慮に入れていなかったことや[205]、地震活動が活発な時期にデータを異なる方法で解釈していたことが示唆された。[220]
VAN は、公衆のパニックと広範囲にわたる不安を引き起こしたとして、何度も批判されてきた。[221]この状況は、彼らの予測がギリシャの広い地域 (最大 240 キロメートル幅、多くの場合は複数の地域) をカバーしていることによって悪化している。[ab]予測されたマグニチュードの地震で実際に影響を受ける地域 (通常は数十キロメートル幅) よりもはるかに広い。[222] [ac]マグニチュードも同様に広い。予測されたマグニチュード「6.0」は、無害なマグニチュード 5.3 から広範囲に破壊的なマグニチュード 6.7 までの範囲を表す。[ad] 1 か月以上の不確定な時間枠と相まって、[223]このような予測は、通常の社会機能を制限するか、公衆に警告を発するかにかかわらず、適切な準備レベルを決定するために「実際に利用することはできません」 [224 ]。[ae]
2008年: ギリシャ (VAN)
2006年以降、VANは、SES活動に関連するすべての警報はarxiv.orgに投稿され、公表されていると主張している。このようなSES活動は、彼らが「自然時間」と呼ぶ新しい方法を使用して評価される。そのような報告の1つは、1983年から2011年の間にギリシャで発生した最も強い地震の2週間前の2008年2月1日に投稿された。この地震は2008年2月14日に発生し、マグニチュード（Mw）は6.9であった。VANの報告は、2008年2月10日の新聞Ethnosの記事でも取り上げられた。 [226]しかし、ゲラシモス・パパドプロスは、VANの報告は混乱を招き、曖昧であり、「VANの予測が成功したという主張はどれも正当化されていない」とコメントした。 [227]このコメントに対する返答は、予測の正確さを主張するもので、同じ号に掲載された。[228]
1989年: ロマ・プリエタ、米国
1989年のロマ・プリエタ地震（カリフォルニア州サン・ファン・バウティスタの北西にあるサンタ・クルーズ山脈を震源とする）は、カリフォルニア州サンフランシスコ湾岸地域に甚大な被害をもたらした。[229]米国地質調査所（USGS）は、地震発生から12時間後に、前年の報告書でこの地震を「予言していた」と主張したと伝えられている。[230] USGSの職員はその後、この地震は「予想されていた」と主張した。[231]他にもさまざまな予言の主張がなされている。[232]
ルース・ハリス（ハリス（1998））は、1910年に遡る「1989年のロマ・プリエタ地震の科学的予測を様々に提示または関連している」18の論文（26の予測を含む）をレビューした。（この場合、ある期間内に地震が発生する確率の推定に限定される予測と、より具体的な予測を区別していない。[233]）これらの予測はいずれも、具体性がないため厳密に検証できない。[234]また、予測が正確な時間と場所を囲んでいる場合でも、その範囲が広すぎるため（たとえば、カリフォルニアの大部分を5年間カバーするなど）、予測としての価値が失われている。近い予測（ただし、確率はわずか30%）は、10年または20年の予測であった。[235]
議論を呼んだ予測の 1 つは、ケイリス＝ボロックらが 4 つの予測で使用した M8 アルゴリズムによるものでした。[236]これらの予測の最初のものは、マグニチュード (M 7.5) と時間 (1984 年 1 月 1 日から 1988 年 12 月 31 日までの 5 年間) の両方を逃しました。カリフォルニア州の大部分とネバダ州の半分を含めることで、発生場所を特定しました。[237] NEPEC に提出されたその後の改訂では、発生場所が 1992 年 7 月 1 日まで延長され、発生場所は中央カリフォルニアのみに縮小されましたが、マグニチュードは同じままでした。彼らが提示した数字には、中央カリフォルニアで発生する M ≥ 7.0 の地震について、さらに 2 つの改訂がありました。1 つ目の改訂では 5 年間の期間が 1989 年 7 月に終了したため、ロマ・プリエタの地震は発生しませんでした。2 つ目の改訂では 1990 年まで延長され、ロマ・プリエタの地震も含まれました。[238]
ロマ・プリエタ地震の予測の成否を議論する際、一部の科学者は、地震はサンアンドレアス断層（ほとんどの予測の焦点）では発生せず、横ずれ（水平）運動ではなく縦ずれ（垂直）運動を伴うため予測できなかったと主張する。[239]
他の科学者は、この地震はサンアンドレアス断層帯で発生し、1906年のサンフランシスコ地震以来蓄積された歪みの多くを解放したため、いくつかの予測は正しかったと主張している。[240]ハフは、「ほとんどの地震学者」がこの地震が「それ自体」予測されていたとは考えていないと述べている。 [241]厳密に言えば、予測はなく、部分的にしか成功しなかった予報だけがあった。
アイベン・ブラウニングはロマ・プリエタの出来事を予言したと主張したが、（次のセクションで説明するように）この主張は否定された。
1990年: 米国ニューマドリッド（ブラウニング）
アイベン・ブラウニング（動物学の博士号を持ち、生物物理学者として訓練を受けた科学者だが、地質学、地球物理学、地震学の経験はない）は、企業のために長期的な気候の傾向を予測する「独立ビジネスコンサルタント」だった。[af]彼は、太陽と月の潮汐力が一致して地殻に最大の圧力をかける（朔望）ときに、火山や地震が誘発される可能性が高くなるという考え（科学的には証明されていない）を支持した。[ag]これらの潮汐力が最大になる時期を計算した後、ブラウニングは、大地震のリスクが最も高い地域を「予測」した[243] 。彼が頻繁に言及した地域は、ミズーリ州南東隅のニューマドリッド地震帯で、1811年から1812年にかけて3回の非常に大きな地震が発生した場所であり、彼はそれを1990年12月3日の日付と結び付けた。
ブラウニングの評判と信頼性は、彼が様々な宣伝用チラシや広告で（他の様々な出来事[ah]の中でも）1989年10月17日のロマ・プリエタ地震を予言したと主張したことで高まった。 [245]国立地震予知評価委員会（NEPEC）は、ブラウニングの予言を評価するために特別作業部会（AHWG）を結成した。その報告書（1990年10月18日発行）は、ロマ・プリエタ地震の予言成功の主張を明確に否定した。[246] 10月10日のサンフランシスコでの講演の記録によると、彼は「おそらく世界中でリヒター6以上の地震が数回発生し、火山が1つか2つあるかもしれない」と述べていた。これは世界規模で1週間の平均程度だが、カリフォルニアの地震については何も触れられていなかった。[247]
AHWG の報告書は、ブラウニングの以前の成功の主張と彼の「予測」の根拠の両方を反証したが、1 年間にわたって予測が成功したと主張し続けた後では、ほとんど影響はなかった。ブラウニングの予測は、地球物理学者のデイビッド・スチュワート[ai]の支持を受け、大災害への備えにおいて多くの公的機関の暗黙の支持を受け、そのすべてがニュース メディアでの大規模な露出によって増幅された。[250] 12 月 3 日には何も起こらず[251]、ブラウニングは 7 か月後に心臓発作で死亡した。[252]
2004年および2005年: 米国南カリフォルニア (ケイリス-ボロック)
M8アルゴリズム（ UCLAのウラジミール・ケイリス＝ボロックの指導の下で開発された）は、2003年のサンシメオン地震と北海道地震の予測が明らかに的中したことで評価を得た。[253]そのため、2004年初頭に、2004年9月5日までに南カリフォルニアの約12,000平方マイルの範囲内のどこかでM ≥ 6.4の地震が発生するという予測が大きな関心を集めた。[147]この予測を評価するにあたり、カリフォルニア地震予測評価委員会（CEPEC）は、この手法では統計的検証に十分な予測がまだ行われておらず、入力仮定に左右されやすいと指摘した。そのため、このアルゴリズムは「州全体に広がる重大な地震災害」をカリフォルニア住民全員に思い起こさせるが、「特別な公共政策措置」は正当化されないと結論付けた。[147]予測された地震は発生しなかった。
2005年8月14日以前に南カリフォルニアのほぼ同じ地域で地震が発生するという非常によく似た予測がなされていた。CEPECの評価と勧告は基本的に同じで、今回は前回の予測と他の2つの予測が実現しなかったと指摘した。[254]この予測も外れた。
2009: イタリア、ラクイラ (ジュリアーニ)
2009年4月6日午前3時32分、イタリア中部のアブルッツォ州はマグニチュード6.3の地震に見舞われた。[255]ラクイラ市とその周辺地域では、約6万棟の建物が倒壊または大きな被害を受け、308人が死亡、67,500人が家を失った。[256]同じ頃、ジャンパオロ・ジュリアーニが地震を予言し、国民に警告しようとしたが、イタリア政府によって口を封じられたと報じられた。[257]
ジャンパオロ・ジュリアーニはグラン・サッソ国立研究所の実験技師だった。趣味で、自ら設計・製作した機器を使って何年もラドンのモニタリングを行っていた。ラクイラ地震以前は科学界では無名で、科学論文も発表していなかった。[258] 3月24日、イタリア語のブログ「ドンネ・デモクラチェ」で、前年12月に始まったアブルッツォ地方の低レベルの地震群についてインタビューを受けていた。彼は、この群発地震は正常で、3月末までには収まるだろうと述べた。3月30日、ラクイラはこれまでで最大のマグニチュード4.0の地震に見舞われた。[259]
3月27日、ジュリアーニはラクイラ市長に24時間以内に地震が起きる可能性があると警告し、実際にマグニチュード2.3の地震が発生した。[260] 3月29日、彼は2度目の予言を行った。[261]彼はラクイラの南東約55キロにあるスルモナの市長に電話をかけ、6時間から24時間以内に「被害をもたらす」、あるいは「壊滅的な」地震が起きると予想した。拡声器付きのバンがスルモナの住民に避難を警告し、住民はパニックに陥った。地震は起きず、ジュリアーニは公衆の不安を煽ったとして告発され、今後公に予言することを禁じられた。[262]
ラクイラの地震後、ジュリアーニ氏は地震発生の数時間前にラドン濃度が驚くほど上昇しているのを発見したと主張した。[263]彼は地震発生前夜に親戚、友人、同僚に警告したと述べた。[264]その後、彼は国際市民保護地震予知委員会の聴取を受け、ジュリアーニ氏は本震発生前に行政当局に本震の有効な予測を伝えていなかったことが判明した。[265]
困難または不可能
前述の例が示すように、地震予知の実績は期待外れだった。[266] 1970年代には、地震の日常的な予知は「すぐに」、おそらく10年以内に可能になるだろうという楽観論があったが、[267] 1990年代には期待外れに終わり、[268]多くの科学者がその理由を疑問視し始めた。1997年までに、地震は予知できないと断言されるようになり、 [149] 1999年には、個々の地震を予知することが現実的な科学的目標であるかどうかについて、注目すべき議論が巻き起こった。[269]
地震予知が失敗したのは、それが「恐ろしく難しい」からであり[270]、現在の科学の能力を超えているからかもしれない。地震学は「信頼できる予知を行える寸前」にあると40年前に自信たっぷりに発表したにもかかわらず[52]、困難さが過小評価されている可能性がある。1978年には早くも「断層に沿った機械的特性の不均一な分布」によって地震の破壊が複雑になる可能性があると報告されており[271]、1986年には断層面の幾何学的不規則性が「破壊の開始と停止に大きく影響しているようだ」と報告されている[272] 。別の研究では、断層の挙動の大きな違いは断層の成熟度によるものとされている[aj] 。このような複雑さは、現在の予知方法には反映されていない[274] 。
地震学は、その最も中心的な概念である弾性反発理論をまだ十分に理解していないかもしれない。滑りの分布に関する仮定を調査したシミュレーションでは、「弾性反発理論の古典的な見解と一致しない」結果が見つかった。（これは、理論で説明されていない断層の不均一性の詳細に起因する。[275]）
地震予知は本質的に不可能かもしれない。1997年には、地球は「どんな小さな地震でも大きな地震に連鎖する可能性がある」自己組織化臨界状態にあると主張された。 [276]また、意思決定理論に基づいて「大地震の予知は、実際上、不可能である」とも主張された。[277] 2021年には、中国地震電磁気衛星を研究している様々な大学や研究機関の多数の著者が[278]、自己組織化臨界状態に基づいて、どんな小さな地震でも最終的には大きな地震に連鎖する可能性があるという主張は、自然時間分析によってこれまでに得られた結果に照らして成り立たないと報告した[279]。
地震予知が本質的に不可能である可能性については激しい論争が巻き起こってきたが[280]、不可能性を最もよく証明する有効な地震予知はまだ実証されていない。[ak]
参照
注記
- ^ Kagan (1997b, §2.1) は、「この定義には、予測研究における混乱と困難につながるいくつかの欠陥がある」と述べている。時間、場所、および規模の指定に加えて、Allen は、4) 予測に対する著者の自信の表明、5) 地震がランダムなイベントとしていずれにせよ発生する可能性、および 6) 失敗が成功と同じ可視性を持つ形式での発表、という 3 つの要件を提案した。Kagan & Knopoff (1987, p. 1563) は、予測を (部分的に)「利用可能な空間-時間-地震モーメント多様体によって地震発生が大幅に縮小される正式なルールである」と定義している。
- ^ ICEF（2011、p.327）は、予測（決定論的）と予報（確率論的）を区別しています。
- ^ しかし、ミレティとソレンセン（1990）は、公共の災害予測に関連するパニックの程度と、繰り返される誤報に関する「大騒ぎ」問題はどちらも過大評価されており、当局からの適切なコミュニケーションによって緩和できると主張している。
- ^ IASPEI地震予知小委員会は前兆現象を「本震の前に発生し、本震の準備過程に関連していると考えられる環境パラメータの定量的に測定可能な変化」と定義した。[25]
- ^ その後、水が拡散して岩石の影響を受けたものに戻ることで、崩壊につながります。[44]
- ^ ジャンパオロ・ジュリアーニはラドン濃度の監視に基づいてラクイラ地震を予言したと主張した。
- ^ 時が経つにつれ、この主張は修正された。詳細については、1983–1995: ギリシャ (VAN) を参照。
- ^ 熱心な支持者の一人（上田）は「VANはアルキメデスの時代以来最大の発明だ」と語ったと報じられている。[71]
- ^この論争の簡単な概要は、1998年6月号の Physics Todayに掲載された書簡のやり取りで読むことができます。[75]
- ^ たとえば、VANの「IOA」ステーションはアンテナパークの隣にあり、1980年代の予測のほとんどが導き出されたピルゴスのステーションは、軍用無線送信機の埋設接地グリッドの上にあることが判明しました。VANは、その「地震電気信号」を人工の電磁ノイズや無線通信や産業源と区別していません。[80]
- ^ たとえば、VAN 予測は地震の前よりも後に起こる可能性が高いことがわかっています。最近地震があった場所では、VAN 担当者が通常の電気変動を SES と解釈する可能性が高いようです。地震が集中する傾向により、かなり広い予測期間内で地震が発生する可能性が高くなります。これに関するその他の側面については、以下で説明します。
- ^ 地球物理学的現象と電離層擾乱に関する文献では、10 Hz 未満の周波数帯域を ULF (極低周波) という用語で表しています。電波のページで ULF と呼ばれる帯域は、以前は VF (音声周波数) と呼ばれていたスペクトル周波数の別の部分に対応しています。この記事では、ULF という用語は ULF* として記載されています。
- ^ Evans (1997、§2.2) は、弾性反発モデルに取って代わる「自己組織化臨界性」(SOC) パラダイムについて説明しています。
- ^ これらには岩石の種類や断層の形状が含まれます。
- ^ もちろん、この時期に起きた地震はこれだけではありません。注意深い読者は、地震活動が活発な地域では、ある程度の規模の地震がかなり頻繁に起きていることを思い出すでしょう。「パークフィールド地震」は、歴史記録に記録されている地震か、場所と規模に基づいて観測記録から選択された地震です。ジャクソンとケイガン (2006、p. S399) とケイガン (1997、pp. 211–212、213) は、選択パラメータによって統計に偏りが生じる可能性があり、異なる再発間隔を持つ 4 回または 6 回の地震の連続も起こり得ると主張しています。
- ^ 新しい断層は複雑で不規則な表面を持つと予想され、滑りを妨げる。時間が経つにつれて、これらの粗い部分は削り取られ、断層の機械的特性が変化する。[139]
- ^ 隆起の測定が行われたと主張されているが、それは185km離れた場所であり、経験の浅いアマチュアによって測量された可能性が高い。[172]
- ^ Wang et al. (2006, p. 762) によれば、前震は大地震の前に起こると広く理解されており、「それがさまざまな [地方自治体] が独自の避難決定を下した理由を説明できるかもしれない」。
- ^ NEPECの議長は後に国際開発庁に対し、職員の一人がブレイディを奨励し、科学的に信用を失った後も彼の予言を広めるのに尽力していたと苦情を述べた。[180]
- ^ これまでで最も期待されていた予測は、おそらくアイベン・ブラウニングによる 1990 年のニューマドリッドの予測だが、これには科学的根拠が欠けていた。
- ^ カリフォルニア州パークフィールドの小さな町の近く、サンフランシスコとロサンゼルスのほぼ中間にあります。
- ^ また、実際の地震は予想されていた種類の地震とは異なっていたとも主張されており[137]、その予測は単純な帰無仮説以上の意味はなかったとも主張されている[195] 。
- ^ Varotsos & Lazaridou (1991) 表 2 (p. 340) と表 3 (p. 341) には、1987 年 4 月 27 日から 1988 年 4 月 28 日までの 9 つの予測 (番号なし) が含まれており、1987 年 2 月 26 日に出された 10 番目の予測は脚注で言及されています。これらの地震のうち 2 つは、隣国アルバニアで発生したという理由で表 3 から除外されています。表 1 (p. 333) には、1988 年 5 月 15 日から 1989 年 7 月 23 日までの 17 の予測 (番号付き) が含まれています。脚注には、1989 年 3 月 19 日の予測されなかった地震について言及されています。17 の項目はすべて関連する地震を示しており、おそらく予測が的中したとみなされています。表 4 (p. 345) は、1989 年 11 月 30 日までの表 1 (p. 346) の続きで、関連する地震に関する 5 つの予測が追加されています。
- ^ 「M S (ATH)」は、アテネ国立天文台 (SI-NOA) が報告したM Sマグニチュード、またはVAN によるそのマグニチュードの推定値です。 [200]これらは、USGS が報告したM Sマグニチュードとは異なります。
- ^ 具体的には、北緯36度から41度、東経19度から25度の間。[200]
- ^ 彼らは、見逃された地震のうちの 1 つは会議への出席がなければ予測できたはずであり、別のケースでは「明確な SES」が認識されたものの、運用ステーションの不足によりマグニチュードを判定できなかったため、成功率はもっと高いはずだと示唆している。
- ^ この2つの予測は1988年9月1日に発表され、同様の予測が1988年9月30日に再発表されたが、予測された振幅はそれぞれM(l)=5.0と5.3に減少した。実際、1988年10月16日にはアテネの西約240kmでマグニチュードMs(ATH)=6.0の地震が発生しており、これは局所的なマグニチュードM(l)が5.5に相当する。[199]
- ^ 100 kmの範囲を基準とした分析もいくつか行われているが（例えば、Hamada 1993、p. 205）、Varotsos & Lazaridou（1991、p. 339）は半径120 km以内の地震が原因だと主張している。
- ^ゲラー（1996a、6.4.2）は、1995年の マグニチュード6.9の地震で神戸が大きな被害を受けたのに対し 、わずか30km離れた大阪の被害は比較的軽微であったと指摘している。
- ^ VAN 予測では、一般的にマグニチュードのスケールや精度は指定されませんが、一般的に ±0.7 の精度が主張されています。
- ^ 公務員が直面するジレンマの一例として、1995年にヴァロトソス教授が検察に告訴し、政府当局が彼の地震予言に反応しなかったことを非難したと伝えられている。政府当局者は「VANの予言はギリシャの3分の2の面積をカバーしていたため、何の役にも立たなかった」と述べたと伝えられている。[225]
- ^ Spence et al. 1993 (USGS Circular 1083) は、ブラウニング予測に関する最も包括的かつ徹底的な研究であり、他のほとんどのレポートの主な情報源となっているようです。以下の注記では、この文書内の項目については、PDF のページ番号を括弧で示しています。
- ^ ブラウニングの予測に関する報告書では、地震が潮汐によって誘発される可能性があるとする12以上の研究が引用されているが、「そのような相関関係を示す決定的な証拠は見つかっていない」と結論づけている。また、ブラウニングが特定の高潮が特定の地震を誘発すると特定したことは「正当化が難しい」とも結論づけている。[242]
- ^ 「1992年に米国連邦政府が崩壊する確率は50/50である」[244]
- ^ 1975年にノースカロライナ州で地震が起こるという超能力的な予言に携わっていたスチュワートは、[248]ロマ・プリエタの予言を含むブラウニングの業績を称賛する13ページのメモを同僚数名に送った。[249]
- ^ より成熟した断層はより滑らかで平坦に削られているため、より滑りやすいものと考えられる。[273]
- ^ 「1世紀以上にわたる科学的努力にもかかわらず、地震の予測可能性に関する理解は未熟なままである。この理解の欠如は、決定論的な短期的な意味での大地震の予測が不可能であることに反映されている。」[281]
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外部リンク
- 米国地質調査所: 地震予測トピック
- 米国地質調査所: 地震統計