グレートスモーキー山脈の地下にある質素な地震計は、世界最高のものの一つになるかもしれない

テネシー州タウンゼントの地下深く、グレート・スモーキー山脈国立公園から目と鼻の先の曲がりくねった洞窟群の暗い片隅に、自然の驚異の中に隠れた技術の驚異が眠っています。AS107 は、世界で最も感度の高い地震計の 1 つです。

毎月この洞窟を訪れる何千人もの訪問者の一人なら、おそらくそれがそこにあることにさえ気づかないだろう。目立たない金属製の箱が、メインの歩道から外れた自然の棚の上に、影に隠れて置かれている。暗い通路にそのような精密機械が置かれていることを示唆する唯一のものは、ビジターセンターの隅で静かにデータを記録している接続された読み出しステーションである。

しかし、タッカリーチー基地は熱心な地質学者にとって単なる観光地ではない。米国の地震活動の動向を把握する場所であり、国家および国際安全保障にとって重要な設備なのだ。

完璧な洞窟を見つける

ビル・ヴァナンダとハリー・マイヤーズという2人の子供が、1930年代にガス灯と冒険心を持って洞窟の奥深くに初めて潜りました。彼らは洞窟を今日のような観光名所に変えましたが、洞窟の所有者で南部なまりの早口の地質学愛好家であり、ヴァナンダの孫でもあるベンジャミン・ヴァナンダが現在受付の後ろに立ち、地震計をはじめとした地震に関するあらゆることについて熱心に話しています。

洞窟内の箱は、収集したデータを監視している6つ以上の組織によって、SEISMICTKLまたはAS107（補助地震観測所107）と呼ばれています。頭文字から2番目の「S」は賢明にも省略されています。「私たちは、どの地震観測所よりも一貫したデータストリーミングを持っています」とヴァナンダは言います。「地面を揺らすものなら何でも拾います。」

ほとんどの地震計と同様に、AS107 は地殻変動を感知し、各イベントの固有の周波数特性を記録します。どのように記録するのでしょうか。地震波は地球全体を同心円状に移動するため、遠くまで移動するほど、地震計が検出する周波数は低くなります。たとえば、インドネシアで発生したイベントは、テネシー州の地震計では低周波数として読み取られます。特に、世界中の他の地震計と組み合わせて使用​​すると、地震の発生場所を正確に特定するのに役立ちます。

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ヴァナンダ氏は、この信号を池に石を投げ入れたときに生じる波紋に例える。波紋は発生源から離れるほど、広く小さくなり、最終的にはささやき声程度にまで消えてしまう。AS107 は、中国の海岸に打ち寄せる海の波を捉えられるほど感度が高い。微弱ではあるが、確実に検知できる。

また、この衛星は、地元の地滑りや採石場の爆発など、国内近辺の異常現象も検知している。さらに、2018年にテネシー州メアリービルで発生した謎の爆発音も検知している。この爆発音は、小規模な地震だったのではないかとの情報もある。さらに広範囲では、世界中で核実験や核爆発を検知している。

しかし、タッカリーチー洞窟群の地震観測所は、核監視装置として始まったわけではない。最初の機械は1978年、テネシー川流域開発公社が、新しく建設されたダムによって移動した水が、その地域の地殻プレートにどのような影響を与えるかを監視しようとしたときに設置された。

テネシー地震情報センター（TEIC、現在は地震調査情報センター）に勤務するグレッグ・シュタイナーとジム・ゾルウェグは、最初の観測所の場所選びを任された。彼らは下見旅行でホテルの近くにこのアトラクションの広告を見つけた後、洞窟を選んだ。

「洞窟は理想的な場所だ」とシュタイナーは宣言したのを覚えている。当時、テネシー州東部には電波塔があまりなく、洞窟なら風から守られるのでよりきれいな電波が届く。アパラチア地方では風は大きな問題だった。地下の電波塔なら、交通や工事による干渉も少なくなる。

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セットアップと配線がすべて完了した時点で、TEIC チームはそのサイトがいかに完璧であるかを実感しました。シュタイナー氏の記憶によると、ゾルウェグ氏は「わあ、ここは静かなサイトだ! こんなに静かなサイトは見たことがない」と叫んでいました。

洞窟は、工場、鉄道、州間高速道路などからの人為的な騒音の影響を軽減できるほどの深さがあり、これらの施設は近くにはありません。さらに、地震計は古代の石灰岩の岩盤に設置されており、優れた反響と地震振動の劣化のない自然活動の鮮明な読み取りが可能です。さらに、風や波がデータに影響を与える海岸からは遠く離れています。

また、常に涼しい。「タッカリーチーのセンサーとデジタイザーは、年間を通じて気温が約 59 度で一定に保たれている洞窟内に設置されており、地震測定の精度を高めるのに有利です」と包括的核実験禁止条約 (CTBTO) の波形主任アナリスト、パウリナ・ビットナー氏は説明する。「気温の変化は、機器のノイズの原因となります。」

地震計の進化

タッカリーチーの元々の観測所は、地震活動をレコードのように刻み込む紙と針を使った記録装置でした。地面が動くと、フレームに取り付けられた金属の針が、スモークペーパーと呼ばれる煤で覆われたシートにその動きの記録を刻み込みました。

しかし、洞窟の共同所有者であるヴァナンダ氏とマイヤーズ氏が定期的にスモーク計の取り扱い、発送、設置を行うのは困難であることが判明した。難しい作業ではなかったが、洞窟はメモリアルデーからレイバーデーまでしか開いていなかったため、紙にススを塗ったり、記録を変更したり、テネシー大学に郵送したりする人がいなかった。シーズンオフには、設置場所はマイヤーズ氏の裏庭の穴に移された。

地震計は、ペンとインクを使った技術に置き換えられました。精度は劣りましたが、操作にかかる時間は短く、地殻活動の上下運動のみを測定する単一コンポーネント システムでした。1981 年に TEIC は、大学に継続的に測定値を送信するための専用電話回線を購入しました。

1995年にテネシー大学ノックスビル校が監視を引き継いだ後、技術は再び向上した。新しいツールである広帯域検出器は、より遠くの出来事の高周波を増幅することができた。地元の地質学者は、その場所がいかに静かであるかに注目し、CTBTOに監視を勧めた。

米国政府は他国の核実験を監視することに熱心だった。2006年6月、改良された3成分観測所（3つの振り子を使って地震波が垂直方向と水平方向、つまり3次元空間でどのように移動するかの全範囲を測定する）が認証され、国際監視システム（世界的な監視所ネットワーク）に接続された。それ以来、衛星経由で300分の1ミリ秒ごとに米国政府、CTBTOなどに継続的にデータを送信している。

地震監視員を監視するのは誰ですか?

その結果、この観測所は国際安全保障にとって貴重なものとなった。ビットナー氏によると、データの多くは、包括的核実験禁止条約の潜在的な違反を検出し、こうした事象の発生場所を正確に特定し、地震源を特徴づけて地震などの自然現象を自動的に排除するのに役立てられている。

実際、ビットナー氏によると、昨年、AS107 のデータは 450 件のイベントの検出と 100 件のイベントの位置特定精度の向上に貢献したという。これらのイベントのうち 3 件は、2016 年と 2017 年に北朝鮮が発表した核実験の検出だった。

タッカリーチー基地の地震データは、地震危険度マップや確率など、地質学者が地球の内部構造やそこから発生する危険を評価するのにも役立ちます。1,000 マイル以上離れた場所にある小規模地震を検知して記録できるため、科学者、地質学者、地震学者がこれらの自然現象についてさらに詳しく知るのに役立つほか、危険にさらされているコミュニティに津波の危険を警告することもできます。

すべてはテネシー州の小さな洞窟から生まれました。