2011年3月11日に日本を襲ったマグニチュード9.0の東北沖地震は、1万5000人以上の死者と巨大津波を出し、日本はいまだに復興に取り組んでいるが、多くの厄介な問題を提起している。 例えば、何がこのような強い地震を可能にしたのか、また、日本や他の国で再び起こる可能性はあるのか、などです。
太平洋の地下数マイルと地震断層を掘削した科学者の国際グループは、これらの質問に対する答えを導き出し、本日Science誌に発表した3本の論文でその成果を報告しています。 この地域は沈み込み帯で、太平洋プレートがユーラシアプレートの下に潜り込んでいる。 この地域では強い地震が起こる可能性がありますが、マグニチュード7.5以上の地震を起こすほどのエネルギーはないと考えられていました。
2011年東北地方太平洋沖地震の震源地は、北日本の東方沖でした。 Image via USGS
地震から1年余り、深海掘削船「ちきゅう」は、日本沿岸の断層に穴を開け、温度観測装置を設置する任務を担った。 地震後に断層の温度を測ることで、科学者は地震で放出されたエネルギーの量を測定し、断層の摩擦を計算することができます。
「これらの大きなブロックの摩擦を見るひとつの方法は、雪の上のクロスカントリースキーに例えることです」と、研究の共著者でオレゴン州立大学の地球物理学者、ロバート ハリス氏は声明の中で述べています。 「静止状態では、スキーは雪に張り付いており、滑らせるためにはある程度の力が必要です。 いったん滑ると、スキーの動きによって熱が発生し、動きを続けるために必要な力はずっと小さくなる……。 地震でも同じことが起こります」
その温度計測をするのが厄介だった。 ちきゅう」のチームは、海底を850メートル掘り下げなければなりませんでした。 しかし、この困難な作業が功を奏し、地震の余熱が明らかになり、そこから断層の摩擦を計算することができました。 結論 この研究の共著者で、カリフォルニア大学サンタクルーズ校の地球物理学者であるエミリー・ブロツキー氏は、「東北断層は、誰もが予想した以上に滑りやすい」と、別の声明で述べています。 断層は前例のない50メートルも滑り、地下深くから始まった破裂は地表に達し、そこで海に突然の乱れを引き起こし、津波を引き起こしました。
掘削と実験室でのテストにより、この断層が非常に危険だという別の特性も判明しました。 摩擦が少ないのは、断層の中にある信じられないほど細かい粘土質の堆積物に起因する。 この研究の共著者でマギル大学の地質学者であるクリスティー・ロウ氏は、「想像以上に滑りやすい粘土です」と声明の中で述べています。 “指でこすると、潤滑油のような感触です。” ちなみに、太平洋プレートとユーラシアプレートの間で滑りを体験する領域も非常に薄く、5メートルにも満たないので、地球上で最も薄い既知の断層帯になるそうです。
地震の熱信号の測定は、科学的に初めてのことでした。 これは「大きな成果だ」とハリスは言いますが、「しかし、まだわからないことがたくさんある」のです。 例えば、この結果が世界中の他の沈み込み帯にどの程度一般化できるのか、断層帯の薄さが地震災害にどのような影響を及ぼすのか、研究者はまだ分かっていません。 それでも、今回の掘削結果は、「日本海溝の浅い巨大地殻変動が、他の多くの沈み込み帯には見られない特別な特徴を持つことを示唆している」と、カナダ天然資源省のケリン・ワンと、「ちきゅう」を運営する海洋研究開発機構の木下正孝は、「展望」の論文に寄稿している。
2011年3月11日に日本を襲ったマグニチュード9.0の東北沖地震は、1万5000人以上の死者と、日本が今なお復興に取り組んでいる破壊的な津波を引き起こし、多くの厄介な疑問を投げかけました。 例えば、なぜあのような強い地震が起こりうるのか、また、日本や他の国で再び地震が起こる可能性はあるのか。 太平洋の地下数マイルと地震断層を掘削した国際的な科学者グループが、これらの疑問に対する答えを導き出し、その結果を3本の論文にして、本日Science誌に発表しました。 2011年の地震の震源地は、仙台の東約130km、日本の北方沖という珍しい場所であった。 この地域は沈み込み帯と呼ばれ、太平洋プレートがユーラシアプレートの下に潜り込んでいる。 この地域では強い地震が起こる可能性がありますが、マグニチュード7.5以上の地震を起こすほどのエネルギーはないと考えられていました。 しかし、この断層がなぜそのような大きな地震を発生させることができるのか、その原因を解明することに興味を持ちました。 2011年東北沖地震の震源地は北日本の東海岸。 Image via USGS 地震発生から1年余り、深海掘削船「ちきゅう」は、日本沿岸の断層を掘削し、温度観測装置を設置する任務を負った。 地震後に断層の温度を測ることで、科学者は地震で放出されたエネルギーの大きさを測定し、断層の摩擦を計算することができます。 この研究の共著者でオレゴン州立大学の地球物理学者であるロバート・ハリス氏は、「これらの大きなブロックの摩擦を見る一つの方法は、雪の上のクロスカントリースキーに例えることです」と声明で述べている。 「静止状態では、スキーは雪に張り付いており、滑らせるためにはある程度の力が必要です。 いったん滑ると、スキーの動きによって熱が発生し、動きを続けるために必要な力はずっと小さくなる……。 地震でも同じことが起こります。” その温度計測をするのが厄介だった。 海底6,900メートルから850メートルの深さまで掘削しなければならない。 悪天候に見舞われ、断層もまだ揺れているため、測定器も危険にさらされる。 しかし、その苦労が実を結び、地震の余熱が明らかになり、断層の摩擦が非常に小さいことが計算できたのです。 結論 この研究の共著者でカリフォルニア大学サンタクルーズ校の地球物理学者であるエミリー・ブロツキー氏は、別の声明で「東北断層は誰もが予想した以上に滑りやすい」と述べている。 断層が滑りやすいということは、2011年の地震のいくつかの特徴を説明するのに役立ちます。 断層は前例のない50メートルも滑り、地下深くから始まった破断は地表に達し、そこで海に急激な乱れを引き起こし、津波を引き起こしたのです。 また、掘削と実験室での実験により、この断層を危険なものにしているもうひとつの特徴が明らかになった。 それは、断層の中にある非常に細かい粘土質の堆積物が、摩擦を低くしていることである。 この研究の共著者でマギル大学の地質学者であるクリスティー・ロウ氏は、「想像以上に滑りやすい粘土です」と声明の中で述べている。 “指でこすると、潤滑油のような感触です。” ちなみに、太平洋プレートとユーラシアプレートの間で滑りを体験する領域も非常に薄く、5メートルにも満たないので、地球上で最も薄い既知の断層帯ということになるそうです。 地震の熱信号の測定は、科学的にも初めてのことでした。 ハリスは「大きな成果です。しかし、まだわからないことがたくさんあります」と語った。 例えば、この結果が世界中の他の沈み込み帯にどの程度一般化できるのか、断層帯の薄さが地震災害にどのような影響を与えるのか、研究者はまだ知らないのです。 それでも、今回の掘削結果は「日本海溝の浅い巨大地殻変動が、他の多くの沈み込み帯では見られない特別な特徴を持つことを示唆している」と、カナダ天然資源省のKelin Wang氏と、「ちきゅう」を運営する海洋研究開発機構の木下正孝氏は、Perspectivesに寄稿している。 深海掘削の結果、これらの地域にも、日本断層の摩擦を低下させたのと同じ、通常滑りやすい粘土があることがわかった。 しかし、日本断層のような異常事態が稀であるという事実は、科学者や一般の人々を安心させてはいけないと、王氏と木下氏は言う。 壊滅的な津波が発生するためには、このような巨大で浅いすべりは必要ではない。37万戸の家屋を破壊した2010年のチリ津波も、23万人近くを死亡させた2004年のインド洋津波も、このような滑りによるものではなかったのである。 「この結果がどの程度一般化できるかは、他の断層を調べてみないと分かりません」とブロツキーは付け加えた。 「しかし、これは地震に対する理解を深め、最終的には地震災害を特定する能力を向上させるための基礎を築くものです」
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