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地震のしくみと地震予知(1)

  阪神淡路大震災から13年ほど経過しました。この震災を契機に、
  地震観測網が整備され、地震シミュレーション研究などが大きく進展しました。
  その結果、ここ10年ほどで地震の科学がめざましく発展し、
  地震予知が科学の射程に入りつつあります。

 「大地震の発生する場所はあらかじめ決まっている」とする考え方と,
 「大地震はどこでも発生しうる」という考え方の二通りがあり、
  どちらが正しいかは長らく論争がありました。
  最近の研究により、前者であることがことが分かってきました。

    「地震のしくみと地震予知」について3回シリーズで解説します。

その1:アスペリティで地震が起こる

こんなマンガを見かけたことがありませんか?
イメージ 1
陸のプレート(岩盤)は、海のプレートに引きずり込まれ、耐えきれなくなった時に、
陸のプレートはビョ〜ンと跳ね上がります。これが海溝型の地震です。

↑↑↑しかしこれは地震のしくみを説明する古典的な図で、
最近ではこんな図↓↓↓で表現されています。

イメージ 2

陸と海のプレートの境い目はガッチリかみ合っている部分ずるずる動いている部分があります。
ガッチリかみ合っている部分は普段は全く動きませんが、地震の時だけバリバリっと動きます。

この「ガッチリかみ合っている部分」を「アスペリティ」と言います。
最近10年程度で認識されるようになった概念です。ぜひ覚えて下さい。

アスペリティとは?

アスペリティとは、プレートの境い目に分布する、周囲にくらべて摩擦強度の大きな領域です。
地震波の記録を丹念に解析することによってアスペリティの分布が明らかになってきました。

イメージ 3
(アスペリティの空間分布のイメージ)

陸に平野や山地があるのと同じように、海底にも平野や山地・山脈があります。
まだら模様に見えるアスペリティのランダムな分布は、
陸の下に潜り込んでしまったかつての海底の山地(海山 [かいざん])の分布に
相当するのではないかと考えられています。

地下に潜り込んだ海山の「でっぱり」が引っかかって、
プレート運動にブレーキが効いている状態になっているらしい、と言われています。

アスペリティの規模は地域によってまちまちです。
北海道や東北の太平洋側ではアスペリティの半径は数10km程度です(下図)。

イメージ 4

静岡から高知へ至る南海トラフではアスペリティは半径100m以上の円形〜楕円形です。
イメージ 5

地震の正体はアスペリティの破壊だ

さて、「地震」を一言で言い表せば、地下の岩石が破壊してずれることです。
ある一点(震源)から始まった破壊は、立体的にではなく、平面的にバリバリっと広がります。
このように破壊してずれた面が地震断層です。
この破壊面が、まさにアスペリティに相当するのです。
つまり、地震の正体はアスペリティの破壊なのです。

ところで、一回の大地震で地震断層はどの程度のずれるのでしょうか?
上の図の四国沖や紀伊半島沖などの青い部分の中にある数字がずれた距離です。
おおざっぱには1mから5m程度といったところです。
(ですから一番上の図は実は大げさなのです。)

なぜ5mなのかというと...   海のプレートは毎年5cm前後の速さでもぐり込みますから、
100年間ブレーキが効いていれば、アスペリティに5m(100年分)の歪みがたまります。
100年に一度、ブレーキに限界が来て、ギギッとスリップして一気に歪みを解放し、
5mずれたところでまたブレーキが効き始めます。

5mはアスペリティの直径の0.01%に過ぎないので、極めて微小なずれです。
しかし、秒速数メートルで大地が動きますから、とてつもないエネルギーを放出します。

ご存知のように、エネルギー(地震の規模)を表す数値としてマグニチュードを用いますが、
マグニチュードは、破壊した地震断層の面積と、ずれた距離によって決まります。
つまり、大きなアスペリティが数百年ぶりに破壊すれば、マグニチュードは大きくなります。
10mもずれたらマグニチュード8.5以上になるでしょう。

まとめ(アスペリティモデル)

● プレート境界面には、滑りやすい場所と引っ掛かっている場所(アスペリティ)がある。
● 地域によって固有のアスペリティがあり、サイズはまちまち。アスペリティのない場所もある。

● 普段はアスペリティが踏ん張っているから(ブレーキが効いているから)地震は起きない。
● アスペリティに歪みがたまって、耐えきれなくなってずれる(岩石が破壊する)のが地震。

● 地震が起こる場所はアスペリティに限定されていて、固有の再来周期(破壊周期)がある。
● アスペリティは一度ずれても、またがっちりと噛み合い、周期的に地震を繰り返す。

● 大きなアスペリティほど長期間踏ん張りがきくが、破壊すれば巨大地震を起こす。
例)静岡〜高知の南海トラフ
  アスペリティの直径100km以上、破壊周期は100-200年程度、M8クラス
● 小さなアスペリティは踏ん張りがきかず、ちょくちょく壊れ、似たような地震が時々起こる。
例)北海道や東北の太平洋側
  アスペリティの直径数10km程度、破壊周期は50年程度、M7クラス

アスペリティという概念はここ10年程で定着した概念で、
アスペリティ範囲や、破壊履歴、歪みの蓄積度合いを知ることが地震予知の第一歩。

(参考にした書籍:東大出版会「地震予知の科学」日本地震学会地震予知検討委員会編)

次回は 地震のしくみと予知のしくみ その2:「ゆっくりすべり地震の発見」
      # どうやってアスペリティの分布がわかったのか?
      # 周囲でずるずる滑っているのがどうしてわかったのか?

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