長周期地震はメフィーテ・ダンサント（イタリア）のマントル由来CO2放出と関連

静かな谷の下で隠れている低い唸り

イタリア南部の人里離れた谷で、不気味な湖が地球深部から大量の二酸化炭素を静かに吐き出している。風景は穏やかに見えるが、敏感な観測機器は地面の微かな規則的な震えを捉える。本研究はそのような微妙な揺れ――長周期地震と呼ばれる――を調べ、上昇するガスと地下水が岩石内部でどのように相互作用するか、そしてそれが局所的な危険性や深部流体が地震に与える影響の理解にどのように寄与するかを明らかにしようとする。

地球の深部の呼吸を観る自然の実験場

研究の焦点であるメフィーテ・ダンサントは、地表で確認される冷たいマントル由来二酸化炭素の最大級の自然源の一つだ。ガスはベントや小さな泡立つ湖から、断層や褶曲した岩層の上を通って噴出しており、南アッペニン山地の地震多発地域の間に位置している。先行研究では、この地域が常にガスや流体の地下流動に関連する連続した低レベルの振動、すなわち熱水性振動で“ハミング”していることが示されていた。その背景雑音の上に、研究者たちは異なる特徴を持つ短い低エネルギーの突発的信号を見つけた：数秒しか続かない短い波形列で、約0.7〜7ヘルツに集中した単純な音調を持つこれらの信号は、メフィーテが表面にマグマを持たないにもかかわらず、活火山で通常観測される長周期イベントに似ていた。

繰り返す地下の音を探る

チームは2021年にベント周辺に小さな地震計アレイを数か月展開し、特に鮮明な一つのイベントを“テンプレート”として連続記録から類似信号を探索した。選んだ波形をデータと慎重に相互相関させ、振幅でふるいにかけることで、湖に最も近い観測点でほぼ千件に及ぶ一致する長周期地震のカタログを作成し、近隣の観測点でも数百件を確認した。独立成分分析という高度な信号分離手法は、これらのイベントが一貫して二つの主要な音調帯域を含むことを示した：常時存在する振動と類似する約2〜4ヘルツの帯域と、際立ってほぼ単音に近い寄与を示す約6.5〜7.5ヘルツの帯域である。このパターンは、地震群が異なる振動“モード”に切り替わりうる特定の発生過程を表していることを示唆する。

割れ目、泡、そして鳴る岩

何が振動しているのかを探るため、研究者たちはSompi解析として知られる方法で信号の時間による減衰を解析した。約3.5〜10ヘルツの支配的な音調は急速に減衰し、損失の大きい共振器の特徴である低い“品質係数”を示した。これは粗い割れ目内で流体が揺れるような場に一致する。これらの値を単純な物理式と組み合わせることで、数メートル長で幅は数ミリメートルの一部ほどしかない流体充填割れ目が推定され、位置は地表から約40メートル下、連続振動の主な発生源よりも深いと推定された。別の泡共鳴の計算は、水中にあるガスパッチの有効サイズが数センチ程度で、現在乾いた湖床に見えるベントのサイズと同程度であることを示唆する。すべての証拠は、ガスを多く含む水が狭い割れ目内で泡を形成・成長・振動させることで振動していることを指し示している。

地表へ向かう混合波

チームは各イベント時の地面の動きも調べた。最も近い観測点では、多くの強めの地震が湖の方向を指すほぼ直線的な粒子運動を示し、これは岩石中を最も速く伝わる圧縮波の特徴である。離れると運動はより楕円になり、地表を伝わる表面波の寄与が増していることを示す。観測点間の小さな時間遅れを測定し、浅い地下の地震波速度イメージを用いることで、著者らは長周期地震が積層した含水岩を通って進む体波と表面波の混合で構成されていると結論付けた。それらの見かけ上の速度と向きは、遠方の地震ではなくベントの下にあるコンパクトな発生域と整合する。

なぜこれらの穏やかな地震が重要か

総じて、本研究はメフィーテ・ダンサントで観測される異常な長周期地震が小さな構造的地震でも単なる雑音でもなく、泡立つ湖の下約40メートルで狭い割れ目内に充満したガスを含む水が規則的に鳴る現象であることを示している。上昇するCO2–水混合物の圧力変化が系を駆動しており、圧力が十分に上がると割れ目や泡雲が自然の楽器のように反応して低周波の音調を短時間放射し、それを地震計が捉える。深部由来の同じガスがより大きな地域地震に影響を与えると考えられていることから、これらの微妙な信号を追跡することは地殻内で流体がどう移動するかを監視する新たな手段を提供し得る。こうしてメフィーテは、科学者たちが地球の深い呼吸を静かに揺れとして観察し聴くことができる稀な非火山性の実験場となっている。

引用: Cusano, P., Morabito, S., Petrosino, S. et al. Long period quakes linked to Mefite D’Ansanto (Italy) mantellic CO₂ emissions. Sci Rep 16, 12453 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42564-2

キーワード: 長周期地震, CO2放出, 熱水性振動, 流体充填割れ目, 南アッペニン山地