(57)【要約】  地殻構造事象により誘発された地殻構造信号を検出するために、地殻構造事象に伴うとともに地上で生成された超低周波音波、および大気光の変調を生じる温度変動を用いる。大気光の変調が赤外分光計により地上から検出されるとともに、中間圏温度が高時間分解能で測定される。対地球静止事象の検出のために、多数の同時動作赤外分光計が地殻構造事象に敏感な領域に設けられている。
2009515154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地殻構造事象に伴うとともに地上で生成された超低周波を用い、かつ大気光の変調を生じる温度変動をさらに用いる、地殻構造事象により誘発された地殻構造信号を検出する方法であって、前記温度変動が前記超低周波により生じ、超低周波の振幅が、気圧の急激な低下により高度に伴って増加する方法において、
大気光の変調が赤外分光計により地上から検出されるとともに、中間圏温度が高時間分解能で測定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
対地球静止事象の検出のために、多数の同時動作赤外分光計が地殻構造事象に敏感な領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地殻構造事象に伴うとともに地上で生成された超低周波音波（infrasonic wave）を用い、かつ大気光の変調を生じる温度変動をさらに用いる方法であって、前記温度変動が前記超低周波音波により生じ、超低周波音波の振幅が、気圧の急激な低下により高度に伴って増加する、地殻構造事象により誘発された地殻構造信号を検出する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
２００４年のクリスマスに海底地震によって発生した津波は、インド洋沿岸諸国の海岸に沿って自然災害をもたらし、およそ２５０，０００の人々の命を奪った。この出来事は世界中に、そのような事象の早期検出を支援して全住民に間に合うように警告できるようにする効率的な警報システムの導入および開発への反響をかき立てた。
【０００３】
従来技術の説明
地殻構造信号を記録するために以前に用いられた装置には、
−地震信号を記録する地震計、
−微小地震信号および圧力のばらつきを記録する水底圧力センサ、
−海底地震の際に海水面を観察するＧＰＳ支援測定ブイ、
−１９９６年の核兵器不拡散条約を管理するために開発および採用された超低周波音波を測定する自記微圧計がある。
【０００４】
しかし、これまで用いられてきた地震システムは、地面が水平方向に移動したか垂直方向に移動したかを識別することができない。しかし津波は、例えば地面が垂直に上昇したときにのみ発生する。
【０００５】
以前に採用されていた圧力センサは、単に地震および津波の検出用に構成されている。ＧＰＳ支援測定ブイなどの現存の装置は、集中保守を必要とする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、移動の方向が地殻構造事象に伴う超低周波音波を用いて検出される、地殻構造信号を検出する高効率方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の特徴部によれば、本発明の方法は、大気光（airglow）の変調を赤外分光計により地面から検出することにより、および中間圏温度を高時間分解能で測定することによりこの目的を達成する。
【０００８】
本方法は、高度が上がるにしたがい、急激に低下する気圧のために、地面で生じた超低周波の振幅がどんどん大きくなるという事実を利用する。このような音波により生じる温度変動は、８７ｋｍの高度でいわゆる「大気光」の変調をもたらす。いわゆる大気光は、赤外および可視波長範囲のおよそ８５〜９５ｋｍの高度範囲からの励起水酸分子（ＯＨ＊）および酸素分子（Ｏ２＊）の回転振動帯の放射である。
【０００９】
本発明によれば、このような大気光は、赤外分光計を用いて夜間に地上から高時間分解能で１〜３分程度測定される。こうして得られた情報は例えば津波の進行そのため早期警告に対して非常に重要である。
【００１０】
さらに本方法は、海底地震および津波の進行に対する関連性の検出に限定されない。地殻構造信号は特に垂直指向地震、例えば海底地震により生じるが、地殻構造信号は火山活動、爆発、暴風雨、大気に突入する隕石または風力発電所によっても生じ得る。本方法は、このように一般に有効超低周波検出に、そのため早期警告システムの構想における地殻構造信号の記録に適している。
【００１１】
本発明の有利な発展形態において、多数の同時動作赤外分光計網が設けられ、赤外分光計が感知領域に組み込まれることにより、それぞれの地殻構造事象の位置を特定することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
音波は機械的密度波であるため、圧縮部は図１に概略的に図示するように縦方向に周期的に伝播する。１５〜２０Ｈｚ未満の周波数では、超低周波音は、１６Ｈｚ〜２０ｋＨｚの範囲の周波数を聞いている人間には知覚不能である。振動周期は約５分〜０．１秒であり、波長は約１０００ｋｍ〜３０ｍである。このような音波は大気に非常に僅かしか吸収されないため長距離にわたり伝播することができる。
【００１３】
６０年代前半には、核兵器実験が超低周波音を用いて監視された。特に地上核兵器実験に対する禁止によりこのような実験の数が減少したため、公的な超低周波調査が減った。しかし、超低周波銃の形状の兵器としてまたはエンジン、タービンおよび他の回転機械の位置を特定する手段としての超低周波音の利用などの多様な可能軍事用途があるため、超低周波調査は少なくとも軍隊領地で続けられてきたと推測し得る。
【００１４】
橋または超高層ビルを振動させる以外に、超低周波音の音は暴風雨、海の波および干満、大気に突入する隕石、または火山の噴火でもあり得る。風力発電所も超低周波音を生じる。周波数分析によって火山からくる超低周波音から、上昇するマグマのガス含有量に関して結論を下すことも可能である。
【００１５】
超低周波音は特別なマイクロフォンで直接測定してもよいが、その大きさは従来のマイクロフォンの数倍である。コア片は地中に沈められ、図２に概略的に図示するように地上に星型に配列されたパイプ系を介して大気と通信する非常に敏感な自記微圧計である。妨害圧力ばらつきは気流の乱れ、例えば風により生じるため、この二次元配列はそのばらつきを低減する。現在、最終的に６０のステーションを備えることとなる地球規模で分布する超低周波測定網が作られつつある。
【００１６】
音波は媒体の周期的連続密度変化を有する縦波である。例えば陸面または海面の隆起および沈下は、表面上の分子をこの振動の周期に合わせて距離ξだけ前後に動かすスピーカの膜のように動作する。媒体の弾性は戻り力として作用し、図１に見られるように外乱が波上に伝播する。気圧は高度が上がるにつれて低下するため、音波の振幅は高度に伴って増大する。このため信号は大気中の高い高度で明瞭に認識できる。
【００１７】
以下では、海底地震により生じた超低周波に伴う大気中の高い高度における温度変化から予測される、温度変化の大まかな推測を行う。音波に伴う圧力変化は伝播方向の傾斜ξに比例するということが指摘できる。これは、数式１により与えられる。
【数１】
2009515154.tif 000003
ここでｘは波の伝播方向であり、ω＝２π／ｔは角周波数であり、κ＝２π／λは波数であり、λは波長であり、ｋは媒体の圧縮率であり、ξ０は分子の最大偏向である。
【００１８】
このため最大圧力変化は、数式２として与えられる。
【数２】
2009515154.tif 000004
【００１９】
この式は対応圧縮率ｋが用いられる場合にはすべての媒体に概して適用可能である。音波の圧力変更が空気の熱伝導率により急速に発生するため、以下は断熱プロセスに基づく。このようなプロセスの場合圧縮率は、数式３として与えられる。
【数３】
2009515154.tif 000005
γは一定の圧力における熱容量と体積との比であり、３００ケルビンの温度の空気の場合およそ１．４になる。
【００２０】
数秒内に地面が約１，０００キロメートルの距離にわたり１０メートル沈下したスマトラ前の地震中に、水面は約０．５メートル上昇した。そのため、第１の推定の場合、海底地震が０．５メートルの海面の変化（ξ０）を引き起こしたと仮定する。超低周波の長さがλ＝１，０００ｋｍとして与えられるとともに、海面における気圧がｐ＝１，０１３ｈＰａであると仮定すると、数式４が、表面において推測される圧力変化に対して得られる。
【数４】
2009515154.tif 000006
【００２１】
これらの条件が理想気体に適用されると仮定する。このため、圧力と温度との以下の関係が当てはまる。
【数５】
2009515154.tif 000007
【００２２】
３００Ｋの温度および１，０１３ｈＰａの圧力の場合、４１．５３という値が定数に対して得られる。このためこのような事象に伴う温度変化は、数式６であると推定できる。
【数６】
2009515154.tif 000008
【００２３】
この大幅に簡易な概算において、超低周波音波は大気中をほとんど損失なく（当然真実ではない）垂直に伝播すると仮定する。約９０キロメートルの高度まで、気圧は表面準位に対して１０５分の１に低下する。これは最大限でも、事実上すなわち海面に対する超低周波音波に関する上記の圧力変化は、数式７の通りであるということを意味する。
【数７】
2009515154.tif 000009
このようにしてΔＴ≒３３Ｋの有効温度変化が得られる。
【００２４】
上述のように、ここで行う推定は大幅な簡略化条件から始まる。詳細には、プロセスはもっと複雑であり、減衰プロセス、音波伝導現象等はここでは考慮しなかった。それにもかかわらず、この推定は、上層中間圏の領域における超低周波音波が恐らく数１０Ｋ程度の温度変動を生じさせ得るということを示す。ここで周期性は数分までの範囲内になければならない。
【００２５】
自然的危険の早期検出のために上層中間圏の温度の超低周波音関連シグネチャーを検出するには、堅固な赤外分光計による操作可能な品質保証且つ連続監視が必要である。これは、励起水酸分子（ＯＨ＊）層が中間圏の高度範囲に存在するという事実を利用する。この層はおよそ７キロメートルという垂直範囲を有し、その中心は約８７キロメートルにある。励起ＯＨ＊分子は、分子の異なる振動および回転遷移に対応する１．２〜１．６マイクロメートルの範囲の近赤外放射線を放射するとともに、夜間に装置によって測定することができる（「大気光（airglow）」）。
【００２６】
図４は米国の衛星クレメンタイン（Ｃｌｅｍｅｎｔｉｎｅ）により撮影されたこの層の写真を示す。ＯＨ＊（３．１）帯の回転−振動遷移からの放射は、上述した地上固定赤外分光計により検出できる。この方法は堅固であると証明されているとともに、視界が雲で完全に覆われているのでなければ、測定温度値を１〜３分毎に供給する。このようにこのシステムは基本的に超低周波音波の周期的時間範囲の振動を検出するように構成されている。
【００２７】
一晩に記録された温度時間系列の例が図４に図示されている。時間分解能は４．５分である。恐らく大気重力波および干満による温度中の長期変動を観察することができる（図４の太い方の曲線を参照）。これらの長期変動に、数分のみの周期時間を有する短期温度変動を重ねる（図４の＊により印された曲線を参照）。この短期変動の振幅が時間に対して激しく変化し得ることにさらに留意されたい。これらのシグネチャーは少なくとも部分的に超低周波音によって引き起こされた可能性がある。この測定値は実際にほぼリアルタイムで評価可能であり、超低周波シグネチャーを高性能スペクトル分析法によって検出することができる。
【００２８】
図４は赤外分光計で測定した中間圏領域（約８７ｋｍ）の温度の時間的推移を表わす。測定値の時間分解能は４．５分である。太い方の曲線はスライド平均値を表わす。４０〜８０Ｋに届く４００分目付近の短期温度変動の振幅の増加に特に注目されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】管内の音波の概略図である。
【図２】地中に沈めた自記微圧計を備える超低周波測定ステーションの他の概略図である。
【図３】約８７ｋｍの高度の励起水酸分子（ＯＨ＊）層を示す衛星内からの写真である。
【図４】赤外分光計で測定した約８７ｋｍの高度の中間圏領域の温度の時間的推移を示す。
【図１】
2009515154.tif 000010
【図２】
2009515154.tif 000011
【図４】
2009515154.tif 000012
【図３】
2009515154.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月16日(2008.5.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地殻構造事象により誘発されるとともに、高度が上がるにしたがい急激に低下する気圧により増加する振幅を有する超低周波が温度変動を生じ、大気光変調およびそれにより上層中間圏で赤外波長範囲のＯＨ＊回転振動帯の放射をもたらす、海底地震、特に津波などの地殻構造事象を検出する方法であって、
前記大気光変調を、赤外分光計を用いて夜間に地上から高時間分解能で測定し、それによりそのような地殻構造事象を早い段階で検出できることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2009515154.tif 000014
2009515154.tif 000015
2009515154.tif 000016