人魚が海底から秘密を明らかにする

医師が医療用断層撮影法を使用して患者の画像を撮影するのと同じように、地震学者は地震によって発生する波を使用して地球の内部をスキャンします。 地球イメージングは​​、ハワイなどの火山島の深部の起源を追跡し、深部地震の震源域を特定するのに役立ちました。

プリンストン大学の地球科学教授フレデリック・シモンズ氏は、「必要なセンサーの3分の2が欠けているCATスキャナーで放射線科医が作業を強いられることを想像してみてください」と述べた。 「地球の3分の2は海に覆われているため、地震記録基地が存在しない。地球内部の画像を鮮明にしようとしている地震学者が直面しているのはこのような状況だ。」

約 15 年前、博士研究員だった頃、シモンズ氏は現在地球科学・地質工学のジョージ・J・マギー名誉教授であるガスト・ノレット氏と提携し、水中聴音器を備えた海中ロボットを構築することでこの状況を改善することを決意した。遠く離れた地震の音を拾うことができる水中マイク。その波は音響エネルギーを海底を通して海に届けます。

最近タヒチ近郊で打ち上げられたマーメイド号は、地震信号の監視を開始するために海中に1マイル潜る前に衛星にメッセージを送信している。

人魚は水面下 1 マイルを漂い、広い範囲を覆っています。 赤い円は、MERMAID が地震信号を受信した場所を示しています。

マントルの岩石が高温であれば、地震波の速度が遅くなります。 このプロットは、西経 91 度に沿った断面で波が伝わる速度がどれだけ遅くなるかを (パーセントで) 示しています。 このプロットは地球の中心 (2,890 km、または約 1,800 マイル) まで伸びており、その範囲は南緯 20 度から北緯 20 度までです。 赤みがかった色は、波が減速する場所を示しています。 ガラパゴスは赤道付近にあり、そこから北緯 1 度付近に幅広い噴煙のような構造が深さ 1,900 km (約 1,200 マイル) まで下がっています。

マーメイドの開発中に撮影された写真には、地震波を記録した後にマーメイドが地表に浮上する様子が写っています。 地表に到達すると、衛星を介して地震記録が科学者に送信されます。 シモンズとノレットは、カリフォルニア州ラホーヤにあるスクリップス海洋研究所の研究パートナーとともに、初期の MERMAID プロトタイプをテストしました。 プロトタイプは地震波の記録に成功しましたが、海洋波によるノイズレベルが高いため、彼らのアイデアは依然として懐疑的でした。 しかし、ノレット氏が 2008 年にプリンストン大学の名誉職に移り、フランスのニース大学のジオアズールに移ったとき、欧州研究評議会からの資金提供により、ノレット氏と彼の主任エンジニアのヤン・ハロー氏はマーメイドを完全に開発することができ、その後商業的に利用可能になりました。

これら 2 つの Son-O-Mermaid 機器は、後の世代の地震センサーであり、バミューダ海洋科学研究所と提携して配備するために、Simons と彼のチームによってバミューダに持ち込まれました。 この写真では、水中に展開する前に計器が甲板に固定されています。 固定された場所に設置され、データを取得するには取得する必要がある従来の海底地震計とは異なり、MERMAID と Son-O-Mermaid は海流に乗って漂い、無線技術を使用して定期的にデータを科学者に報告します。 海底地震計 1 台と同じコストで複数の地震計を配備できます。

ジョエル・サイモンはプリンストン大学の地球科学大学院生で、ソン・オ・マーメイドのデータ分析に重点を置いて研究を行っており、ケーブルを調整し、試験運転に備えて機器を準備しています。 サイモンは配備の 1 週間前にエンジニアとともにバミューダ島に行き、輸送用コンテナから機器の部品を開梱し、組み立てました。

ソン・オ・マーメイドの器具がクレーンに取り付けられ、海に降ろされます。 研究者らは次に、水上ブイと、海の地震を「聞く」水中の音を記録するマイクであるハイドロフォンを接続する1,000メートル（3,200フィート以上）のケーブルを繰り出す予定である。 地震が検出されると、デバイスは電子メールで地震計を科学者に送信します。

ロードアイランド大学の研究教授であり、Son-O-Mermaid の設計と構築における主な協力者である Harold "Bud" Vincent は、配備前に機器の一部を準備します。 2012 年に最初のプロトタイプがバハマ沖でハリケーン サンディに襲われた後、シモンズとヴィンセントは過去 3 年間にわたってソン・オ・マーメイドの微調整に取り組み、より堅牢になるように設計の一部を調整してきました。

水の中のソン・オ・マーメイドの楽器。 研究チームはブイを数回展開して回収し、すべてが機能していることをテストし、残っているねじれを特定しました。 今後の課題は、海洋で増え続ける地震記録装置に加えて、堅牢な新世代のソン・オ・マーメイド装置を構築することです。 新しい機器が配備されるたびに、サイモンズと同僚は地球内部の全体像を埋めるのに役立ちます。

今週、ノレット、シモンズ、および国際研究チームは、マーメイドと呼ばれる革新的な地震フロートからの最初の科学的結果を発表しました。これは、独立したダイバーによる海域での移動式地震記録です。 米国、フランス、エクアドル、中国の研究機関からの研究者らは、ガラパゴスの火山が、熱い岩石を地表にもたらしている狭い導管を介して、深さ1,200マイル（1,900キロ）の源から供給を受けていることを発見した。 このような「マントルプルーム」は、プレートテクトニクスの父の一人であるプリンストンの地球物理学者W・ジェイソン・モーガンによって1971年に初めて提案されたが、それらは海洋で発見され、地震観測所の近くではめったにないため、詳細な地震画像化の試みには抵抗してきた。

人魚は受動的に漂い、通常は深さ 1,500 メートル（海面から約 1 マイル下）で、1 日あたり 2 ～ 3 マイル移動します。 到来する可能性のある地震を検知すると、通常 95 分以内に地表に上昇し、GPS で位置を特定し、地震データを送信します。

科学者らは、9 台のロボットを 2 年間自由に浮遊させることで、海洋地震計の人工ネットワークを構築しました。これがなければ、地震情報が得られない地球規模の地質図上の空白地域の 1 つを埋めることができます。

彼らのモデルが示すガラパゴスのマントルプルームの予想外の高温は、「地球が自らの温度を保つメカニズムにおいてプルームが重要な役割を果たしていることを示唆している」とノレット氏は述べた。

「1億年以内に地球は冷えて死の惑星になるだろうとケルビン卿が予言した19世紀以来、地球物理学者たちは、地球が45億年以上にわたってほぼ一定の温度を保ってきたという謎と格闘してきた」とノレット氏は説明した。 。 「降着による元の熱と、その後放射性鉱物によって生成された熱の一部が下部マントルの内側に閉じ込められた場合にのみ、それが可能だった。しかし、地球のほとんどのモデルは、マントルが激しく対流して熱を放出しているはずだと予測している」 「ガラパゴス実験のこれらの結果は、別の説明を示している。下部マントルは対流に十分抵抗し、ガラパゴスやハワイを作り出しているようなマントルプルームの形で地表に熱をもたらすだけだ」

地球の熱収支とその中でマントルプルームが果たす役割に関する疑問にさらに答えるために、サイモンズ氏とノレット氏は中国深センの南方科技大学（SUSTech）および日本気象庁の地震学者と協力した。海洋研究開発機構（JAMSTEC） 彼らは、フランスの調査船団から提供された船舶と協力して、タヒチ島の地下のマントルプルーム領域を研究するために、約50隻のマーメイドを南太平洋に進水させているところです。

1989 年プリンストン大学卒業生であり、SUSTech の海洋科学工学部の責任者である Yongshun (John) Chen 氏は、「乞うご期待! これからさらに多くの発見があるでしょう」と述べました。国際チームはアーススコープ・オーシャンズに電話をかけました。

「浮遊地震計の型破りな応用によるガラパゴスのマントルプルームの画像化」Guust Nolet、Yann Hello、Suzan van der Lee、Sébastien Bonnieux、Mario C. Ruiz、Nelson A. Pazmino、Anne Deschamps、Marc M. Regnier、Yvonne Font 著、Yongshun J. Chen および Frederik J. Simons Scientific Reports、2019 年、doi: 10.1038/s41598-018-36835-w。 MERMAID とその開発は、ERC Advanced Grant 226837 "Globalseis" によって資金提供されました。 ニース大学 (現: コートダジュール大学) とコートダジュール天文台が追加資金を提供し、INOCAR が MERMAID を進水させる船を提供しました。