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繰り返し絶対重力観測によるアラスカ南東部の地殻隆起プロセスの把握

過去~現在の氷河融解に伴う地殻隆起現象(GIA)を理解するために、私は2012年以降アラスカ南東部において繰り返し絶対重力観測を行ってきました。 衛星重力データやGPSデータを比較することによって、正確なGIA変動量が分かってきました。

(記事作成日:2016年9月1日)

過去~現在の氷河融解に伴うアラスカ南東部の急速な地表隆起

アラスカ南東部では過去~現在の氷河融解に伴って地面が隆起しています。 アラスカ大のGPS観測の結果によると、隆起速度は最大で30ミリ/年を超えるほどの大きさです。 この隆起現象はGIA(Glacial Isostatic Adjustment: 氷河性地殻均衡)と呼ばれていますが、過去の氷河融解に伴うマントルの粘性変形の寄与(PGR: Post Glacial Rebound)と現代の氷河融解に伴う地殻の弾性変形の寄与(PDIM: Present-Day Ice Melting)を分離することができれば、地球温暖化に関連した現代氷河の融解状況を詳しくモニターできるわけです。


図1 : アラスカ南東部の地表隆起速度(ミリ/年)。Larsen et al. (GJI, 2004)より。

アラスカ南東部における繰り返し絶対重力測定(先行研究:2006-2008年)

ここで注目されるのが重力変化です。 なぜなら、地殻変動と重力変化では質量移動に伴う応答が異なるので、PGRとPDIMの寄与を分離できるのです。 (なお、重力変化は「現代の氷河融解に伴う万有引力変化」も含んでいるので注意を要します。)
そこでSun et al. (JGR, 2010)は、2006年~2008年の毎年6月に現地を訪問し、絶対重力計FG5による繰り返し絶対重力測定を全6観測点で実施しました。 その結果、重力変化速度は最大-5.6マイクロガル/年、GIAおよびPDIMに伴う地表隆起速度はそれぞれ約+20, +5ミリ/年と得られました。


図2 : アラスカ南東部の主要5観測点における2006-2008年の絶対重力変化(マイクロガル/年)。Sun et al. (JGR, 2010)より。

アラスカ南東部における繰り返し絶対重力測定(本研究:2012-2013年)

アラスカ南東部の重力観測プロジェクトは2008年度に一旦終わりましたが、その後の重力変化がどうなっているのかを知るために、私も新規プロジェクトメンバーとして加入し2012年と2013年に新たにな絶対重力測定を実施しました。 その結果は意外なもので、「Sun et al.で予想される2012-2013年の絶対重力値」よりも「2012-2013年の絶対重力観測値」のほうが約10マイクロガル程度大きかったのです。
その後、人工衛星GRACEの重力測定結果などから、この重力値の上昇は「2011-2012年冬季の過剰降雪」に起因していることが分かりました。 すなわち、過剰降雪によって地面が一時的に沈降し、観測点が地球重心に近づいたことで重力値が上昇していたのです。 なお、この異常降雪の影響を差し引くと、Sun et al.と調和的な重力変化が得られています。


図3 : 2006-2013年の絶対重力変化。観測値を黒色で、理論値を赤色で、降雪補正後の経年重力変化を青色で示している。

アラスカ南東部における繰り返し絶対重力測定(本研究:2015年)

アラスカ南東部での絶対重力測定は2015年にも実施されましたが、2015年の測定結果は「Sun et al.で予想される絶対重力値」よりもなんと20マイクロガル前後も大きくなりました。 ただしこの観測結果で気になるのが、2014-15年冬季には異常降雪は起きておらず、2015年の重力増加を異常降雪では説明できないということです。 この記事の執筆現在も、2015年の重力増加の原因は良く分かっておらず、詳しい解析を進めているところです。


図4 : 重力基準点MGVCでの絶対重力測定の様子

関連論文・リンク

  • C.F. Larsen, R.J. Motyka, J.T. Freymueller, K.A. Echelmeyer, E.R. Ivins (2004): Rapid uplift of southern Alaska caused by recent ice loss. Geophys. J. Int., 158, 1118-1133, doi:10.1111/j.1365-246X.2004.02356.x. LINK
  • W. Sun, S. Miura, T. Sato, T. Sugano, J.T. Freymueller, M. Kaufman, C.F. Larsen, R. Cross, D. Inazu (2010): Gravity measurements in southeastern Alaska reveal negative gravity rate of change caused by glacial isostatic adjustment. J. Geophys. Res., 115, B12406, doi:10.1029/2009JB007194. LINK
  • 風間卓仁, 福田洋一, 佐藤忠弘, 太田雄策, 三浦哲 (2015/05/28): アラスカ南東部で観測された絶対重力変化の再検討. 日本地球惑星科学連合2015年大会, SGD21-01, 千葉県千葉市 (oral).
  • 風間卓仁, 三浦哲, 福田洋一, M. Kaufman, K. DeGrandpre, J.T. Freymueller (2015/10/14-16): 2015年5-6月にアラスカ南東部で測定された絶対重力値. 日本測地学会第124回講演会, P24, 福岡県福岡市 (poster).
  • 本プロジェクトの研究協力機関

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