地学⑥：地震と地殻変動

この記事で探究すること

日本に住むわたしたちにとって、最も身近で、最も恐ろしい自然現象、地震。その一つ一つの揺れの裏には、地球規模の壮大なプレート運動が隠されているんだ。この単元では、地震がどこで、どのようにして発生するのか、そのメカニズムを「発震機構」という専門的な手法で解析する。そして、プレート境界で起きる巨大地震から、内陸の活断層地震まで、多様な地震の姿と、それが引き起こす大地の変動について、深く探究していくよ。

1. 地震の分布と深発地震面

世界の震源分布は、プレートの境界と見事に一致する。特に、海溝などの沈み込み帯では、震源が、大陸側へ向かうにつれて、次第に深くなっていく、帯状の分布を示す。この震源が分布する面を「深発地震面（ワダチ・ベニオフ帯）」といい、これが、冷たくて固い海洋プレートが、マントルの中へ沈み込んでいる直接的な証拠となる。

2. 震源の決定

ある地震の震源の位置は、最低３つの観測点のデータがあれば、決定することができる。

1. 各観測点で、P波とS波の到着時刻の差（初期微動継続時間）を測定する。
2. P波とS波の速度差は既知であるため、初期微動継続時間から、各観測点から震源までの直線距離（震源距離）を計算する。
3. 各観測点を中心に、震源距離を半径とする球面を描く。３つの球面が交わる一点が、地下の震源となる。その真上の地表点が震央だ。

3. 発震機構と初動分布

地震は、断層がずれることで発生する。その「断層が、どの向きに、どのようにずれたのか」というメカニズムを「発震機構」という。これを、各地の地震計で観測された、P波の最初の揺れの向き（初動）の分布から推定することができる。

コレクトの論理 de 解説：P波初動分布の原理

断層運動を、岩盤がくいちがう「四象限」モデルで考えます。断層が動くことで、ある２つの象限では「押し」の力が働き、そこに向かうP波の初動は「押し（上向きの揺れ）」となります。一方、残りの２つの象限では「引き」の力が働き、そこに向かうP波の初動は「引き（下向きの揺れ）」となります。

この「押し」と「引き」の初動分布を、震源を中心とした球面にプロットすると、必ず２本の直交する線（節面）で、４つの領域に分けることができます。この節面のうち、片方が実際の「断層面」を、もう片方が断層の動きの方向を示す「補助面」を表します。これにより、観測された初動分布から、その地震が逆断層、正断層、横ずれ断層のいずれであるかを、客観的に決定できるのです。

4. プレート境界地震とプレート内地震

地震は、発生場所によって、大きく２つに分類される。

• プレート境界地震：プレートとプレートの境界で発生する地震。日本で発生する巨大地震の多くは、太平洋プレートやフィリピン海プレートが、陸側のプレートの下に沈み込む際に発生する、逆断層型の海溝型地震である。（例：南海トラフ地震）
• プレート内地震：プレートの内部で発生する地震。大陸プレートの内部に存在する活断層がずれることで発生する「内陸型地震（直下型地震）」や、沈み込む海洋プレートの内部が破壊されることで発生する「スラブ内地震」などがある。

【研究・防災】アスペリティと長周期地震動

豆知識ですが、プレート境界は、均一に固着しているわけではありません。特に固く、普段は動かずにひずみを溜め込む部分（アスペリティ）と、そのまわりで、地震を起こさずにゆっくりと滑っている部分（スロースリップ）があると考えられています。巨大地震は、このアスペリティが一気に破壊されることで発生します。

また、巨大地震が発生すると、周期が数秒～数十秒という、非常にゆっくりとした大きな揺れ「長周期地震動」が発生することがあります。この揺れは、高層ビルや、石油タンクなどを、共振させて大きく揺らす性質があり、震源から遠く離れた大都市でも、大きな被害をもたらす危険性が指摘されています。

受験対策まとめ

地震のメカニズムは、作図と論述の両面から問われる！

1. 「深発地震面」が、プレートが沈み込んでいる証拠であることを、図と関連づけて理解する。
2. 震源決定の原理（３点観測）を、作図で説明できるようにする。
3. P波初動分布の「四象限パターン」から、発震機構（特に断層タイプ）を決定できる、という原理を理解する。
   「押し」と「引き」の分布図を見て、逆断層か正断層かを判断する問題は頻出。
4. 「プレート境界地震」と「プレート内地震」を、具体例（南海トラフ、活断層）とともに区別する。

練習問題

【知識・作図問題】
問１：海溝から大陸側へ向かうにつれて、震源が深くなっていく帯状の領域を何というか。
問２：ある地震のP波初動分布が、観測点を中心として、北東と南西の象限で「押し」、北西と南東の象限で「引き」となった。この地震を引き起こした圧縮力の主軸は、どの方向だと考えられるか。

【論述問題】
問３：日本で発生する、マグニチュード8を超えるような巨大地震の多くは、「プレート境界地震」に分類される。このような巨大地震が発生するメカニズムを、「沈み込み帯」「ひずみ」「逆断層」という語句をすべて用いて、75字程度で説明しなさい。