地震学

地震に対する学術的な関心は古代にまで遡ることができる。地震の自然的原因に関する初期の考察は、ミレトスのタレス（紀元前585年頃）、ミレトスのアナクシメネス（紀元前550年頃）、アリストテレス（紀元前340年頃）、張衡（132年）の著作に見られる。

西暦132年、中国の漢王朝の張衡が、知られている限り最初の地震計を設計した。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

17世紀、アタナシウス・キルヒャーは、地震は地球内部のチャネルシステム内での火の動きによって引き起こされると主張した。マルティン・リスター（1638年～1712年）とニコラ・ルメリー（1645年～1715年）は、地震は地球内部での化学爆発によって引き起こされると提唱した。^{[ 4 ]}

1755年のリスボン地震は、ヨーロッパにおける科学の隆盛と時を同じくして発生し、地震の挙動と原因を理解するための科学的な試みを加速させた。初期の研究としては、ジョン・ベヴィス（1757年）とジョン・ミッチェル（1761年）の研究が挙げられる。ミッチェルは、地震は地球内部で発生し、「地表から数マイル下の岩石の塊の移動」によって引き起こされる動きの波であると結論づけた。^{[ 5 ]}

1839年にスコットランドのコムリー近郊で一連の地震が発生したことを受け、英国では地震の検出方法を改善するために委員会が設立された。その結果、ジェームズ・デイビッド・フォーブスによって最初の近代的な地震計の一つが製作され、 1842年にデイビッド・ミルン＝ホームの報告書で初めて発表された。 ^{[ 6 ]}この地震計は倒立振子で、振子の上の紙の上に置かれた鉛筆を使って地震活動の測定値を記録した。ミルンの報告書によると、提供された設計は効果的ではなかったという。^{[ 6 ]}

1857年から、ロベール・マレは現代の計測地震学の基礎を築き、爆薬を用いた地震学的実験を行った。彼はまた、「地震学」という言葉を造語した人物でもある。^{[ 7 ]}彼は広く「地震学の父」とみなされている。

1889年、エルンスト・フォン・レベール＝パシュヴィッツは、最初の遠地地震信号を記録した（日本の地震をドイツのポツダムで記録した）。^{[ 8 ]}

1894年、大森房吉は、1889年の熊本地震、1891年の美濃尾張地震、1893年の鹿児島地震の分析に基づいて、本震の後に余震の頻度が減少することを実証した。 ^{[ 9 ]}

1897年、エミール・ヴィーヒェルトの理論計算により、地球の内部は鉄の核を囲むケイ酸塩のマントルで構成されているという結論に至った。^{[ 10 ]}

1906年、リチャード・ディクソン・オールドハムは地震計記録上でP波、S波、表面波が別々に到達することを確認し、地球に中心核があるという最初の明確な証拠を発見した。^{[ 11 ]}

1909年、近代地震学の創始者の一人であるアンドリヤ・モホロヴィチッチ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}は、モホロヴィチッチ不連続面を発見し定義した^{[ 15 ]}。通常「モホ不連続面」または「モホ」と呼ばれるこの不連続面は、地球の地殻とマントルの境界である。これは、岩石の密度の変化を通過する際の地震波の速度の明確な変化によって定義される^{[ 16 ] 。}

1910年、ハリー・フィールディング・リードは、1906年4月のサンフランシスコ地震を研究した後、 「弾性反発理論」を提唱した。この理論は、現代の地殻変動研究の基礎となっている。この理論の発展は、弾性材料の挙動と数学に関する以前の独立した研究の流れの著しい進歩に依存していた。^{[ 17 ]}

破壊的な地震の余震に関する初期の科学的研究は、1920年1月のハラパ地震の後に行われた。地震後、 80kg （180ポンド）のヴィーヒェルト地震計が鉄道でメキシコのハラパ市に運ばれた。この装置は余震を記録するために設置された。地震計からのデータにより、本震が浅い地殻断層に沿って発生したことが最終的に判明した。^{[ 18 ]}  

1926年、ハロルド・ジェフリーズは地震波の研究に基づいて、マントルの下の地球の核は液体であると初めて主張した。^{[ 19 ]}

1937年、インゲ・レーマンは地球の液体の外核の中に固体の内核があることを突き止めた。^{[ 20 ]}

1950年、マイケル・S・ロンゲット＝ヒギンズは、地球規模の背景地震微動の原因となる海洋プロセスを解明した。^{[ 21 ]}

1960年代までに、地球科学は、地震現象や測地運動の原因に関する包括的な理論が、現在では確立されているプレートテクトニクス理論に集約されるほどに発展した。^{[ 22 ]}

体積波には、圧力波または一次波（P波）とせん断波または二次波（S波）の2種類があります。P波は圧縮と膨張に関連する縦波で、波の伝播方向と平行な粒子運動を伴います。P波は固体中を最も速く伝わる波であるため、地震計には常に最初に現れます。S波はせん断に関連する横波で、波の伝播方向と垂直な粒子運動を伴います。S波はP波よりも遅く伝わるため、地震計ではP波よりも後に現れます。流体はせん断強度が低いため、横弾性波を支えることができず、S波は固体中のみ伝わります。^{[ 23 ]}

表面波は、P波とS波が地球の表面と相互作用することによって発生します。これらの波は分散性があり、周波数によって速度が異なります。表面波の主な種類は、圧縮運動とせん断運動の両方を持つレイリー波と、純粋にせん断運動であるラブ波の2種類です。レイリー波は、P波と垂直偏波S波が表面と相互作用することによって発生し、あらゆる固体媒体に存在できます。ラブ波は、水平偏波S波が表面と相互作用することによって形成され、固体媒体の弾性特性が深さとともに変化する場合にのみ存在できます。これは、地震学の応用では常に当てはまります。表面波は、P波やS波よりも遅く伝わります。これは、これらの波が間接的な経路をたどって地球の表面と相互作用することによって発生するためです。表面波は地球の表面に沿って伝わるため、そのエネルギーは実体波よりも減衰が遅く（1/距離²対 1/距離³）、そのため表面波によって引き起こされる揺れは一般的に実体波による揺れよりも強く、したがって一次表面波は地震記録上で最も大きな信号となることが多い。表面波は浅い地震や地表付近の爆発のように震源が地表に近い場合に強く励起され、深い地震震源の場合ははるかに弱くなる。^{[ 23 ]}

実体波と表面波はどちらも進行波ですが、大地震は地球全体を共鳴する鐘のように「鳴らす」こともあります。この鳴りは、離散的な周波数と約 1 時間以下の周期を持つ固有モードの混合です。非常に大きな地震によって引き起こされる固有モードの動きは、地震発生後最大 1 か月まで観測できます。^{[ 23 ]}固有モードの最初の観測は 1960 年代に行われました。これは、より高精度の機器の登場が 20 世紀最大の地震 2 つ、1960 年のバルディビア地震と1964 年のアラスカ地震と同時期であったためです。それ以来、地球の固有モードは、地球の深部構造に対する最も強力な制約のいくつかを私たちに与えてきました。

2009年4月5日にイタリアのラクイラで発生したマグニチュード6.3の地震に関連して、イタリア当局が6人の地震学者と1人の政府職員を過失致死罪で起訴したことを受け、地震予知をめぐる世論の論争が巻き起こった。^{[ 29 ]} Nature誌の報道によると、この起訴はイタリア国内外で地震予知の失敗が理由と広く見なされており、米国科学振興協会と米国地球物理学連合から非難を浴びた。^{[ 29 ]}しかし、同誌はまた、ラクイラの住民は地震予知の失敗が起訴の理由ではなく、科学者たちがリスクを評価し伝達しなかったとされることが理由だと考えていると指摘している。^{[ 29 ]}起訴状によると、地震発生の1週間前にラクイラで開かれた特別会議で、科学者と当局者は地震リスクと備えに関する適切な情報を提供することよりも、住民をなだめることに関心があったとされている。^{[ 29 ]}

歴史的記録が存在する場所では、将来の地震イベントのタイミング、場所、規模を推定するために使用できる場合があります。考慮すべき解釈上の要因がいくつかあります。歴史的地震の震源または震源と規模は解釈の対象となるため、歴史的記録に記載されている 5〜6 Mw の地震は、文書記録が作成された人口密集地域で中程度に感じられた、別の場所で発生したより大きなイベントである可能性があります。歴史的期間の文書は乏しいか不完全であり、地震の地理的範囲の全体像を示していない可能性があり、歴史的記録には数世紀にわたる地震記録しか含まれていない可能性があり、これは地震サイクルの中では非常に短い時間枠です。^{[ 30 ] [ 31 ]}

工学地震学は、工学目的のための地震学の研究と応用です。^{[ 32 ]}一般的に、地震工学の目的で、ある場所または地域の地震ハザードの評価を扱う地震学の分野に適用されます。したがって、地球科学と土木工学を結びつけるものです。^{[ 33 ]}工学地震学には、主に 2 つの構成要素があります。1 つ目は、地震の歴史 (例えば、地震活動の歴史的^{[ 33 ]}および機器カタログ^{[ 34 ]} ) とテクトニクス^{[ 35 ]}を研究して、ある地域で発生する可能性のある地震とその特性および発生頻度を評価することです。2 つ目は、地震によって発生する強い地動を研究して、同様の特性を持つ将来の地震による予想される揺れを評価することです。これらの強い地動は、加速度計または地震計からの観測、またはさまざまな技術を使用してコンピュータによってシミュレートされたもののいずれかであり、^{[ 36 ]}それらはしばしば地動予測方程式^{[ 37 ]} (または地動モデル)の開発に使用されます。Wayback Machineに2023年6月9日にアーカイブされました。