地震と湖の関係

立ち止まって地震を想像すると、災害映画の舞台のように、壊れた建物や荒廃した街路が思い浮かぶかもしれません。しかし、すぐには思い浮かばないのは、地震が淡水湖にどのような影響を与えるか、あるいは逆に、湖の水の途方もない重さと移動がどのように地震を引き起こすかということです。五大湖に関する最近の研究は、この見解を書き換えつつあります。エリー湖の地下のパターンを研究している地震学者たちは、湖の水位の変動、特に水位が記録的な高さの時期に、地殻のかすかな動きを誘発し、地震の頻度や強さに影響を与える可能性があるかどうかを解明しようとしている。水面下に潜って、地震と湖の関係について詳しく学びましょう。

湖沼地震擾乱のメカニズム

湖と地震の関係は、エネルギー伝達の物語です。地殻プレートが移動したり、断層が破壊したりすると、膨大なエネルギーが蓄積され、地震波の形で外側に放射されます。これらの波は単に固い地面を揺るがすだけではなく、水中を容易に伝わり、秒速 1,500 メートルもの速さで移動することがあります。地震波が湖盆地を通過すると、圧力変動と垂直加速度が発生し、層状湖のすべての層が乱され、水中の地滑りや水の移動が引き起こされ、海岸線のコミュニティに津波のような影響を引き起こす可能性があります。

セイチェス: 揺れに対する湖の反応

シカゴの南岸から見たミシガン湖のしぶきを上げる波。

おそらく、地震による湖への最も典型的な影響は、定在波の発生です。これは、浴槽の水のように、湖盆地を前後に揺れる定在波です。風によっても地震が発生しますが、地震によって発生する地震は特に大きく、危険です。

オンタリオ州エリー湖の大きな波。

1964 年に発生したマグニチュード 9.2 のアラスカ地震では、北米の数百の貯水池や湖に地震が発生し、水位の変化が最も報告されているのは湾岸でした。地震の震源から数千マイル離れた一部の水域では、6フィートを超える変化が起きた。

水位変動と地下水連系

地質概要図における限定された地下水層と非限定的な地下水層としての帯水層。

表面波とは別に、地震は基礎となる地質に影響を与え、湖の水位に永続的または一時的な変化を引き起こすことがわかっています。場合によっては、システムに接続されている帯水層が直接影響を受けると、地震後に極端な水位変動が観察されます。岩盤の減圧により天然の湧水の流量が増加し、湖の水位が劇的に変化する可能性があります。

たとえば、2016年にニュージーランドで起きたカイコウラ地震の後、WSPの科学者らは、水資源への影響を詳しく調査した規制対応調査の中で、近くの湖に水を供給する水量の持続的な増加が数カ月間続いたことを記録した。

生態系撹乱と水質

藻が咲きます。

湖に対する地震の生態学的影響は、物理的な動きをはるかに超えています。地震動は、数十年にわたって湖底に蓄積した堆積物、栄養素、重金属の放出を引き起こす可能性があります。

2010年のチリのマウレ地震の後、研究者のアルベルト・デ・ラ・フエンテ氏とカロリーナ・メルアン氏は、栄養素の放出によって引き起こされる広範囲にわたる藻類の発生を測定した。これにより、かつては透明だった水が一時的に濁り、酸素が不足した。同様に、湖の成層が突然不安定になると、水柱全体の酸素濃度が急激に低下し、水生生物が危険にさらされます。

推奨読書:リスボンの Flatio テナント、Anna-Maria Huber へのインタビュー: 信頼性の高いインターネット、効率的な通信、テナント間の交流の重要性

五大湖のつながり: 湖が地震を引き起こすとき

エリー湖に藻が繁茂する様子。

五大湖地域、特にエリー湖では、科学者たちがその現象の劇的な逆転、つまり湖自体が地震活動にどのような影響を与えるのかを研究し始めている。

オハイオ州では 1776 年以来 200 回以上の地震が発生しており、そのほとんどはエリー湖付近で発生しています。ほとんどは小規模ですが、1986 年のエリー湖地震 (マグニチュード 4.9) や数十回の余震を引き起こした 2019 年の地震 (マグニチュード 4.2) など、マグニチュード 4.0 を超える地震もあります。

ミシガン大学の科学者イーヘ・ファン氏が主導した研究によると、これらの現象は少なくとも部分的には湖の水位変動に関係している可能性があるという。その仮説は、エリー湖の水位が上昇するにつれて、惑星の地殻にかかる圧力と重量の増加が、堆積岩の下深くに埋もれた隠れた断層に静かにストレスを与える可能性があるというものです。

オンタリオ州のエリー湖。

Huangらは、地震学研究レターズに掲載された「湖水位との関係における2013年から2020年の南エリー湖周辺の地震活動」と題する査読済みの2022年の報告書で、次のように述べている。 400 を超える小規模地震をカタログ化しました。彼らはそれらを湖の水位の変化と照合しましたが、その関係はまだ調査中です。

たとえば、2019年にエリー湖の水位が記録的に高くなったのは、この地域でここ数十年で最大規模の地震の1つが重なったときだった。気候変動により、2050 年までに湖の水位が 30 センチ近く上昇すると予測されており、科学者らは、この相乗効果を検出することがますます重要になると指摘しています。

ミシガン大学とオハイオ州天然資源局は現在、オンタリオ湖とエリー湖の微妙な動きのパターンを感知するためにセンサーを追加し、光ファイバーケーブルを使用して地震監視システムを導入しています。共同研究は地球物理学の新たなフロンティアです。単に地球がどのように湖を形成するかだけでなく、湖がどのように静かに地球を形成するかということです。

監視、予測、リスク管理

生物学者は、研究室で検査するために湖から水のサンプルを収集し、湖の生態系を調べています。

地震活動とその湖系への影響との関係に対する認識が高まるにつれ、より優れた監視システムと早期警報システムの必要性が高まっています。 Seiche 監視ユニット、圧力センサー、GPS タグ付きブイは、差し迫った危険を知らせる可能性のある水位変化の監視に役立ちます。

工学設計の基準も変更され、地震活動が活発な地域のダムや貯水池は、地殻変動や湖の動的な動きに耐えられるように設計されなければなりません。直接地震や二次的な水文揺れからインフラを守るため、改修工事が続けられています。

地震と湖の関係がなぜ重要なのか

地震活動が活発な地域や水文学的に変動する地域の湖システムに依存している人々にとって、湖と地震の関係は知的好奇心以上のものであり、生存の問題です。地表の下では、地殻変動に伴う断層線が圧力の変化に反応し、地下水路が開閉し、堆積物は惑星の隠された日記のようにあらゆる振動を記録します。

研究者たちは五大湖の研究を続けるにつれて、水位のわずかな変化が地震活動にどのような影響を与える可能性があるかを学んでいる。これらのプロセスについてさらに理解することで、地震予測と気候回復技術がより効果的になる可能性があります。陸地と水の間の対話は継続的であり、あらゆる波紋は湖と地震がどのように相互に関連しているかを理解するのに役立ちます。