EARTH

 

あなたは、巨大地震が来ると思っていますか?

来ると思う人は、備えができていますか?

来ないと思う人は、その根拠がありますか?

地球の内部って、思ったより複雑なんだけど、

思ったよりも規則性があると私は考えているんですよ。



著者プロフィール
後藤忠徳(ごとう ただのり)

大阪生まれ、京都育ち。奈良学園を卒業後、神戸大学理学部地球惑星科学科入学。学生時代に個性的な先生・先輩たちの毒気に当てられて(?)研究に目覚める。同大学院修士課程修了後、京都大学大学院博士後期課程単位取得退学。博士(理学)。横須賀の海洋科学技術センター(JAMSTEC)の研究員を経て、2008年から京都大学大学院工学研究科准教授。光の届かない地下を電磁気を使って照らしだし、海底下の巨大地震発生域のイメージ化、石油・天然ガスなどの海底資源の新しい探査法の確立をめざして奮闘中。著書に『海の授業』(幻冬舎)、『地底の科学』(ベレ出版)がある。個人ブログ「海の研究者」は、地球やエネルギーにまつわる話題を扱い評判に。趣味は、バイクとお酒(!)と美術鑑賞。

 

知識ゼロから学ぶ

地底のふしぎ

 

第3話

マグニチュードがだんだん増える?

文と絵 後藤忠徳

映画「日本沈没」(リメイク版、2006年公開)にはこんなシーンがあります。場所は東京の地下にある政府の防災本部。そこでの地震観測官のセリフです。「巨大地震発生! マグニチュードは、7…7.5…8、なおも増大中! 本震、きますっ!!」 首都を襲う巨大地震の揺れ、緊迫するシーンです。ところで、このようにマグニチュード(以下では随所でMと省略します)が徐々に増大することは実際にあるのでしょうか?

◎大地震はドミノ倒しのごとく

前回お話ししたように、地震は断層がずれ動くことで起きると考えられています。小さい地震では小さな断層がずれるため、地面の揺れ始め(つまり断層のずれ始め)から揺れ終わり(断層のずれ終わり)まではさほど時間はかかりません。しかし大きな断層ではどうでしょうか? これはドミノ倒しに似ています(図1)。

 

図1. ドミノ倒しと大地震の発生は似ている。

小さな断層の1つ1つをドミノの1個1個だと思ってください。大きな断層はたくさんのドミノが並んでいる、つまり小さな断層がたくさん繋がってできているようなものです。
地震が起きる前は、すべての断層がずれていない(=すべてのドミノが立っている)状態。やがて、小さな断層の1つが何かのきっかけでずれ始めます(=図1の左端のドミノが倒れます)。これが地震の始まりです。このずれは隣の小さな断層をギューギュー押すため、やがてこの断層もずれ始めます(=2個目のドミノが倒れる)。すると更に隣の断層もずれ始めます(=3個目のドミノが倒れる)。こうして(ドミノが1個ずつ倒れていくように)、小さな断層は連鎖的に1つまた1つとずれていきます。
やがて何かの理由で、この断層のずれの連鎖が止まります(=ドミノ倒しが止まる)。これが地震の終わりです。このとき、断層のずれ始めの場所は「震源」と呼ばれます。

◎3分間揺れ続けた巨大地震

M8.0を超える巨大地震では断層面の長さは100km以上になります(前回お話ししましたね)。こんな大断層は一斉にずれ動くことはできず、断層のずれは震源から連鎖的に広がります。当然、地震の始まりから終わりまでかかる時間も長くなります。
例えば東北地方太平洋沖地震の際の、地面の揺れの様子を見てみましょう(図2、3)。

図2. 宮城県石巻市大瓜での地震時の揺れの様子。南北・東西・上下方向の揺れの速さを示しています。▼は地震速報が出された時刻。気象庁強震波形(2011年、東北地方太平洋沖地震)を改変。 http://www.data.jma.go.jp/svd/eqev/data/kyoshin/jishin/110311_tohokuchiho-taiheiyouoki/index.html

図3. 2011年東北地方太平洋沖地震の際の日本各地の揺れの様子。防災科学技術研究所高感度地震観測網「Hi-net」より。赤色ほど大きく揺れています。このアニメーションは下記で公開されています。過去の地震における最大振幅分布図をクリック → http://www.hinet.bosai.go.jp/

2011年3月11日、14:46頃にM9.0の超巨大地震が発生。その約30秒後、宮城県石巻市に設置されていた地震計が最初に揺れをキャッチしました。
図2のグラフ上でははっきりとは見えませんが、「P波」と書かれている時刻に地面が微かに揺れ始めています。そこから約30秒後~90秒後、地面が大きく揺れています。揺れがおさまったのは揺れ始めから3分以上経った後です。超巨大地震では、断層のずれ始めからずれ終わりまでこれだけの時間がかかるのです。ちなみに兵庫県南部地震(M7.3)では、大きな揺れの始まりから終わりまではおよそ50秒間でした。

◎急増したマグニチュード

地震の揺れ始めから揺れ終わりのあいだ、日本各地の地震を観測している気象庁は、時々刻々とマグニチュードや震源を計算しています。その早業たるや、石巻市の地震計が微弱な揺れを検出したわずか5.4秒後、気象庁のコンピュータは「これはM4.3の地震だ」と判定しています。さらに1.1秒後には「M5.9へ修正!」。さらに2.1秒後(最初の揺れをキャッチしてから8.6秒後)には「M7.9の地震発生!」という地震速報を発表しています。
この時点(図2の▼)では、石巻市には大きな揺れはまだ到達していません。揺れが大きくなるにつれてマグニチュードは再計算され、速報値のM7.9からM8.0、M8.1…へと徐々に大きく修正されました。
最終的に地震の揺れがおさまった後、気象庁は東北地方太平洋沖地震のマグニチュード(暫定値)を8.4と発表しました。映画「日本沈没」ではこの様子、すなわち地震の揺れやマグニチュードが地震の発生後に徐々に大きくなっていく様子を映像化していたのです。

◎マグニチュード"修正"の疑惑?

ところで、気象庁はその後もマグニチュードの修正を繰り返しています。地震発生の同日中に暫定値を修正し、その2日後にも再修正したのです(表1)。

表1. 東北地方太平洋沖地震のマグニチュードの修正の様子(気象庁)。

一度発表したマグニチュードを修正するとは、なにかあったに違いありません。折しもその頃、福島第一原子力発電所は、地震時の激しい揺れとその後の津波によって、すべての交流電源を喪失する事態に陥っていました。そして3月12日~15日にかけて水素ガス爆発が発生。同発電所の原子炉建屋の屋根が吹き飛び、発電所周辺では強い放射線量が観測されていました。
ですので「気象庁がマグニチュードを大きめに改訂したのは、原発事故が"防ぎようのない巨大自然災害のため"と強調する意図があったからではないか?」などと噂する人が今もいるようです。さすがにそんなことはありませんが、ではなぜマグニチュードは修正されたのでしょう?
実は、マグニチュードにはいくつもの種類があるのです。マグニチュードは地震の発する「エネルギー」の指標です。しかし自然に発生する地震のエネルギーを素早く、かつ正確に見積もるのは困難です。
そこでまず、地震の揺れを測定し、揺れが最も大きかったときの「揺れ幅」を使って地震のエネルギーを推定します。これは「ローカルマグニチュード」と呼ばれています。日本の気象庁がこれを改良して編み出したのが「気象庁マグニチュード」です(日本のみで使用されています)。
気象庁マグニチュードは地震を観測後に素早く計算できるので、マグニチュードの速報値や暫定値として用いられていて、津波発生の予測や災害救助の初動時に役立っています。
しかし気象庁マグニチュードには問題点もあります。揺れの最大値にしか注目しないため、揺れが短時間で終わっても長時間続いても、マグニチュードが同じ値になることがあるのです。これは特に巨大地震の際に問題になります。揺れが長い時間続くので地震全体のエネルギーは大きいのですが、気象庁マグニチュードは小さめに見積もられてしまうのです。

◎世界共通のマグニチュード

世界共通の物差しで、地震の大きさを正しく表すにはどうすればよいか? そのために地震学者たちは、地震の源である断層のずれに注目しました。前回も少し紹介しましたが、地震のときに放出されるエネルギーは、断層の長さ・断層の幅・断層のずれ動く長さに比例することが知られています。そこで「断層面の面積」×「断層面のずれ動く長さ」(図4)から、より正確なマグニチュードを求めることになりました。


図4. 地震の大きさを表すためには「断層の面積」と「ずれ」を利用する。

これは「モーメントマグニチュード」と呼ばれていて、しばしば「Mw」と省略されます。この「w」は「work」、すなわち断層面がどれだけの「仕事」をしたかを意味しています。
実際には、地下の断層面の面積やずれ動く長さを直接測るのは困難です。その代わりに、世界各地の地震計で記録された地震データから計算をして、断層のずれの様子を推測します。
ただし正確なマグニチュードであるMwを精度よく求めるためには、コンピュータが発達した現代でも時間がかかります。また一度求めたMwがその後の計算によって修正されることもあります。
そこで気象庁は、マグニチュードの速報値や暫定値には「気象庁マグニチュード」を使用し、その後の正式な値としては「モーメントマグニチュード」を適宜使用することにしました。これが東北地方太平洋沖地震のマグニチュードを気象庁が修正した理由です。
なお、小さな地震では2種類のマグニチュードはほぼ一致します。M8を大きく越える巨大地震の場合は両者の食い違いは大きくなるため、Mwが正式なマグニチュードとして採用されることがあります。
「マグニチュード」ってよく聞く言葉なので知っているように思いますが、調べてみると実は奥が深いです。
さて今回はここまで。次回は上記で少し触れた地震の速報や、P波・S波のお話をいたしましょう。

つづく

【バックナンバー】
第1話 世界一深い穴でもまだ浅いのだ
第2話 「マグニチュード9.0」ってなに?