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地球と人類の将来

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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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こんな大問題を一つの記事にまとめるのは無謀ですが...
人口問題についてそれなりに考えてみました。

世界人口はどのように増えてきたのでしょう?

人類史の700万年間で、人口が増えたのは最後の1万年だけです。
1万年前に人類は「農耕革命」によって人口を増やすことに成功しました。

   その後古代文明(都市革命)を経て、世界人口が1億人を突破したのは西暦元年頃。
   西暦1,000年には2億人、1,500年には5億人までに増加しました。

産業革命以降

人口の増加が頭打ちになりそうになった時、その壁を打ち破ったのは、
化石エネルギーを使った工業の開始、つまり産業革命です。
産業革命で生産性が向上し、人口の許容量の天井が上がったために、
1,900年には世界人口は15億人にまで膨れ上がりました。

   産業革命によって増加した人口を養って、拡大する経済を維持するためには、
   次なる手段がどうしても必要でした。それは19世紀半ば以降の植民地政策です。
   欧米諸国は、植民地から安価な資源や労働力、そして市場を確保することで
   再び人口の許容量の天井を上げ、消費を拡大していきました。
   この手段は第二次世界大戦後まで続きます。

この時点で、増え続ける人口の限界や、資源の枯渇といった危惧はあったでしょうか?
当時の社会情勢、知識や視野からすれば、進むべくして進んだのかもしれません。

   その後、先進国は経済成長を経て成熟し、人口増加は収束に向かうのですが、
   途上国の人口増加は勢いを増すばかりで、世界人口はあっという間に60億人を超えました。
イメージ 1

なぜ、こんなにも人口が増えてしまったのでしょう?

20世紀以降、人口爆発している国は、インド、パキスタン・バングラデシュ、
ソマリア、エチオピア、東南アジア諸国…などの貧しい国、途上国がほとんどです。

   そのため、人口爆発の原因は「貧しいから」「教育水準が低いから」「避妊を知らないから」
   などと考えられています。確かにそれは一理あります。
   貧困な社会では子供の死亡率も高く、また子供が労働力となるので多産になりがちです。

しかし、本当に貧困だから20世紀の人口爆発が起きたのでしょうか?
貧困であっても自給自足をしている社会では、今でも人口は安定しています。
供給される食糧を超えて人口は増えることができないからです。

   では、なぜ異常な人口爆発が起きてしまったのでしょう?

換金作物の栽培と経済破綻

人口爆発を起こしているのは、かつて先進国の植民地だった国々、
もしくは現在先進国に「資源」や「換金作物」を輸出している国々です。

   話を単純化してみましょう。
   「村の土地半分をコーヒー畑にしたら食べ物を倍にしてあげよう」と欧米人に言われ、
   自給自足の村は、言われるがままに取引に応じ、コーヒーの栽培を始めます。
   (コーヒーは一例で、他に紅茶、砂糖、コショウ、綿、ゴムなど)

やがてコーヒーの栽培で貨幣が入るようになり、たしかに食糧も2倍になり、
人口も増加し、経済も拡大しました。しかし、これは一時的繁栄(バブル)でした。
人口の増加が急だったので、すぐに食糧不足がやってきました。
食糧とお金を得るためにコーヒー農地を拡大せざるを得なく、
人口増加と農地拡大の悪循環が加速しました。

   ついに残った土地はすべてコーヒー畑に変わり、1品種のみを生産していくことになり、
   主食の栽培がおろそかになり、この村で何千年も続いていた自給自足は崩壊します。
   そして、食料などの生活必需品すべてを物価の高い先進国から買わなければならなくなります。
   同じ土地で同じ作物を作り続けると地力が低下し、やがてその農業は破綻します。

そこに取り残されたのは「多額の債務」「荒れ果てた土地」「多くの飢えた人々」でした。
欧米諸国に資源や労働力が奪われ、他の産業が発展する余地もありません。
生活水準も教育水準も上がらないまま、人々は極度の貧困に陥り、
必然的に「子だくさん」になっていきます。

   極端に単純化して説明しましたが、これが20世紀の
   換金作物の大量生産(プランテーション)に特化した途上国の転落パターンです。

21世紀の人口は?

さて、21世紀はどうなるのでしょう?

   途上国の人口増加はまだまだ続きますが、先進国の人口は減少に転じます。
   しかし相変わらず、先進国では資源や労働力の安い地域から
   莫大な食糧や資源を輸入することで大量消費を支えているのが現状です。

しかし、さすがに人口が増えっぱなしで、資源・食糧は枯渇するのはまずい、
増え続ける人口をもはや養えなくなるという危機、
とりかえしのつかない環境破壊という危機が近づいていることに気づいて
地球的視野で何か行動するのが当然でしょう。

   国家の政策や、国際協力などによって、人口問題の解決のための模索が続いています。
   21世紀の人類にはどんなシナリオが用意されているのでしょうか?

最近の世界人口の予測によれば、
今後20億人増加するのに、あと25年程度かかると言われています。
その後20億人増えるのに、さらに75年程度かかると言われています。

   つまり、人口増加率の低下は予想より早く始まっていて
   今世紀中に100億に達しないという可能性も、難しいですがあります。
   なので、さほど悲観的にならなくても良いのかもしれません。

とは言え、最も厳しいのは、人口増加の峠を越えるまでの、この先25年間で、
「この先25年間の食糧や資源の危機をどう乗り越えるが問題だろう」
と考えている専門家もいるようです。

参考にした書籍
大塚柳太郎・鬼頭 宏著「地球人口100億人の世紀」


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