海洋への隕石落下に伴う津波リスク評価／後藤 他

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特集「チェリャビンスクイベントと天体衝突リスク」

海洋への隕石落下に伴う津波リスク評価
後藤 和久 ，飯嶋 耕崇 ，和田 浩二 ，今村 文彦 ，常1,22

3

1

昱

4

2013年9月14日受領，2013年11月6日受理．

（要旨）天体が海洋に衝突した場合，巨大津波の発生が懸念される．本稿では，太平洋への隕石落下頻度を検討し，数値計算に基づき日本への衝突津波リスク評価を予察的に行った．その結果，他の災害に比べれば衝突津波の発生頻度は低いものの，現実的な災害リスクとして認識する必要があることがわかった．衝突津波のリスクは確率的に評価が可能なため，現在の量的津波予報のような形でデータベース化することが可能

図1

であると考えられる．将来的には，衝突から津波伝播・遡上までの一連の過程の計算を連続的に行うことが望ましい．数値計算技術の高度化が進めば，火星の古海洋の存在可能性の検討など，惑星科学分野での応用範囲も広いと考えられる．

1. はじめに2013 年 2 月 15 日にロシア・ウラル地方で発生した隕石落下に伴う衝撃波により，チェリャビンスク市では多くの人的・物的被害が発生した（以下，チェリャ隕石落下という極めて低頻度の事象が人間社会において災害を引き起こしうるということを，あらためて世界中の人々に示したと言える．このイベントでは，天Marine impactビンスクイベント）．チェリャビンスクイベントは，Diameter (km)~30~60~90~120~150~180~210~240~270~300

図1： 地球上の陸上，海洋衝突クレーターの分布．Earth Impact
Databaseに基づく．

体は空中で分裂・爆発したため衝撃波による被害が中心であったが，地表面に到達する規模の天体が落下す衝突クレーターは発見が困難であること，海洋プレーると，落下地点周辺では甚大な被害が発生することはトの沈み込みによって大部分がすでに消失しているこ容易に想像できる．と，海洋衝突クレーターの探査が組織的に行われてい天体衝突は，地球史のスケールで見れば頻繁に発生する現象の一つである．特に，地球表面の約 3 分の 2ないため，北米や北欧など研究が特定地域に偏っていることなどが理由としてあげられる．

は海洋で占められている．そのため，過去の天体衝突海洋衝突現象を災害としてとらえた場合，衝突によの多くは海洋で発生したと考えられる．ところが，世り発生する様々な現象の中でも津波の影響が大きいも界中で報告されている衝突クレーターのうち，海洋衝のと考えられる．これは，陸地から離れた地点で衝突突によると考えられるものはわずかに 20％程度であが起きても，津波は広域に伝播し沿岸部の広い範囲にる [1]（図 1）．後藤ら [2] が指摘しているように，海底の影響を及ぼしうるためである．本稿では，衝突に伴う

1. 東北大学 災害科学国際研究所
2. 東北大学大学院 理学研究科
3. 千葉工業大学惑星探査研究センター
4. 東京大学大学院 理学系研究科
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津波（以下，衝突津波）に焦点を絞り，既往研究のレビ
ューと，予察的な数値計算結果に基づき我が国沿岸部への影響について検討する．

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日本惑星科学会誌 Vol. 22, No. 4, 2013とは異なり，衝突クレーターは発見されていない．深
海掘削試料中の津波堆積物にイジェクタが取り込まれ2. 衝突津波の����ている様子が観察されており，直径 1-4 km 程度の天衝突津波に関する既往研究は，地質時代に起きた巨体が深海域に衝突したものと推定されている [4]．衝

大衝突に伴う津波の規模を推定した研究，地球に将来突天体のサイズにより異なるものの，この衝突に伴っ衝突する可能性のある天体を想定した研究，または衝て発生した津波は，チリ沿岸部に到達時に 100 m を超突頻度を踏まえて津波リスク評価を行った研究に区分えていたものと推定される [5]．また，太平洋沿岸には，することができる．以下に，それぞれの代表的な既往同時代に堆積したと思われる津波堆積物が報告されて研究をまとめる．

おり，エルタニン衝突津波起源である可能性が指摘さ

ま ず， 地 質 時 代 に 起 き た 衝 突 津 波 と し て は， 約れている [6]．このように，地質時代に起きた衝突津6600 万年前のチチュルブ（Chicxulub）衝突（メキシコ・波に関する研究は，クレーターやイジェクタ，津波堆ユカタン半島）[3] やエルタニン（Eltanin）衝突 [4] が代積物が存在するなど，衝突津波の規模を評価するため表的事例として挙げられる．チチュルブ衝突は，水深の材料が得られている事例に限られている．

200 m（または 600 - 2000 m）の海域で起きた巨大衝突

地球に将来衝突する可能性のある天体を想定した研であり，衝突天体の直径は約 10 km，クレーターのサ究の代表例は，西暦 2880 年 3 月 16 日に地球に衝突す

図2

イズは約 180 km と推定されている．
Matsui et al. [3] は， る確率が 0.3％未満の小惑星 1950DA（直径 1.1 km）を津波発生，伝播，遡上計算までを実施し，衝突クレー例とした研究である．Ward and Asphaug [7] は，大ターへの海水の流入・流出に伴い発生した津波は，最西洋にこの規模の天体が衝突したと仮定した場合，ア

大波高約 300 m，周期 10 時間と推定している．

メリカ東海岸に 100 m 超の津波が押し寄せる可能性が

約 215 万年前に発生したエルタニン衝突は他の事例あると推定している．衝突頻度を踏まえて，津波リス

(a)

(e)
衝突天体

(b)

リムの盛り上がり

リムの盛り上がり(f)

キャビティ キャビティ

(c)
リムの崩壊

(d)
リムウェーブ

水のキャビティの崩壊（リバウンド）

リバウンド

(g)
クレーターへの海水流入

クレーターからの海水流出

リムの崩壊

(h)
リムウェーブ図2：（a）（d）
海底面にクレーターが形成されない場合の津波発生メカニズム．（e）（h）
海底面にクレーターが形成される場合の津波発生メカニズム．

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209ク評価を行った研究の代表例としては，Ward andMass, m (kg)
10 510 7クを確率的に評価し，東京やニューヨークなど世界の算により求める研究が多くなされるようになった [911]．その結果の多くは，Ward and Asphaug [8] に代表されるような従来の解析的な研究は，衝突津波のリ

10 15

10 4

10 0

10 2

10 0

10 2

Eltanin impact

ると，衝突プロセスから津波発生・伝播までを数値計

10 -2

Impact Interval (yr)的に求めたものが多いのに対し，2000 年代後半にな

10 13

Chelyabinsk event

その確率を推定している．
2000 年代前半の議論は，津波の波高や波長を解析

10 11Earth surface
Earth atmosphere

10 -4

大都市に今後 1000 年以内に来襲しうる津波の波高と10 910 4

Chicxculub impact

Asphaug [8] が挙げられる．彼らは，衝突津波のリス

10 3

10 -2Impact Frequency N > m at Earth (1/yr)

10 1

10 -1

10 -4

スクを過大評価していることを指摘している．
海水中に衝突孔（キャビティ）が形成されると，縁（リ10 -610 6ム）の盛り上がりはリムウェーブとして外向きに伝搬していく（図 2a-d）．一方，キャビティ自体は水の流入

10 -4や底の上昇（リバウンド）によって崩壊し，元の状態に戻ろうとする．衝突により発生する津波は，上記の過程の中でリムウェーブと水のキャビティの崩壊（またはクレーターへの海水の流入と流出）により発生する10 --3

10 --210 --1

1

10Diameter (km)図3： 衝突天体の直径と衝突頻度の関係（Bland and Artemieva,[13,14]を改変）．地球表層への衝突頻度は，大気圏に衝突する頻度より大幅に低くなる．と考えられる [3]．リムウェーブは，波高は高いものの周期が極めて短くすぐに分散してしまうため，通常考えられる．Gisler et al. [11] の推定では，直径 500 mは考慮されない．衝突津波の数値計算を行った研究のの天体が 5 km の深さの海に衝突しても，沿岸部でのほとんどは，水のキャビティの崩壊またはクレーター

津波高は 2004 年インド洋大津波（<30 m）より規模がへの海水流入・流出を対象としている．

小さいと考えられる．

Wünnemann et al. [10] は，衝突に伴う津波発生プ

以上の研究は，衝突地点の水深が深く衝突天体のサロセスを数値計算により検討し，深海での衝突後のキイズが小さければ，長波として遠方まで伝播しうる津ャビティ崩壊に伴い発生する波は，非線形性が強く急波が発生しないことを意味している．その一方で，衝速に減衰するため，地震性の津波の数値解析などで利突地点の水深が浅く天体のサイズが大きければ，海底用される浅水理論の適用外となる場合があることを指にクレーターが形成され（図 2e-h），場合によってはリ摘している．彼らの計算によれば，深海域での衝突でムにより衝突クレーターへの海水流入が阻止されるたはクレーターが形成されず，水のキャビティは数分でめ，やはり効率的に津波が発生しないということにな復元される．そのため，波の周期も数分〜数十分と短る．つまり，衝突天体のサイズと衝突地点の水深をパく，地震性の津波（数十分〜1 時間以上）と比べても短ラメータとして，あるサイズの衝突天体に対して，発い波になることがわかる．

生する津波が最大になりうる水深が存在すると予想さ同様に，Gisler et al. [11] は，数値計算の結果かられる．しかしながら，こうした可能性についての検討

直径 500 m 以下の小天体が海洋に落下しても，沿岸部事例はまだない．もちろん，以上は理想的な地形条件に甚大な影響を及ぼすような大きな津波は発生しない下で言えることであって，津波の発生や伝搬には海底としている．その理由として，キャビティの崩壊のプや地上の地形や地質の影響がかなり効くことに留意がロセスでは，波長が短い波（キャビティの直径の 2 倍必要である．

程度が最大）が発生する．そのため，深海域で砕波すること，衝突に伴う風の影響で進行が妨げられること
により，こうした波は遠方まで効率的に伝播しないと■2013遊星人Vol22-4_製版.indd

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突津波のリスク評価を行わなくても良いというわけで

3. 衝突津波の発生頻度はない．2011 年 3 月 11 日に発生した東北地方太平洋沖地震津波は 1000 年に 1 度程度の低頻度災害であった．

地球への天体衝突頻度についての既往研究 [12] に基チェリャビンスクイベントも，同サイズの天体の衝突づけば，直径 10 m，直径 100 m，直径 500 m の天体頻度だけ見れば 100 年に 1 度程度と比較的高頻度であの地球（大気圏）への衝突頻度は，それぞれ約 10 年，るが，人口密集地帯で発生する確率ははるかに低かっ

6000 年，14 万年に一度程度となる（図 3）．ただし，こたはずである．河田 [15] によれば，我が国での歴史上うした頻度分布は小惑星帯の小惑星のサイズ分布や月の地震・津波災害のうち，1 割の低頻度巨大災害で，面のクレーターのサイズ分布などから推定されている．

9 割の犠牲者数を占めており，低頻度巨大災害のリス

厚い大気を有する地球の場合，大気圏通過中に天体がクを評価することが，いかに重要かがわかる．

分裂する場合があり，実際に海面に衝突する際のサイ

また，既往研究の問題として，伝播・遡上計算がほズが大気圏に突入する前のサイズと同じとは限らない．

とんど実施されていない点が挙げられる．これは，衝

また，衝突津波の発生頻度を議論するには，陸域を除突プロセスから津波発生，伝播，遡上までの一連の計いた海洋に衝突するケースのみを考慮する必要がある．

算を連続して行うことが現在の技術・計算機の能力でBland and Artemieva [13，14] は，大気中で天体がは困難なことが最大の理由であろう．実際に，衝突津破壊される効果を考慮した場合の地表面への衝突頻度波の研究をこれまで行ってきた研究者の多くは衝突計を推定している．それに基づけば，直径数 100 m 以下算の専門家であり，津波の広域伝播計算が実施されたの天体が大気圏に突入しても粉々になり，破片集団と例はほとんどない．

して質量で 2 割程度が地球表面に落下するにすぎない

衝突津波の研究は，津波高が 100 m を超える場合がと考えられる．また，地表面に直径 10 m，100 m のあり得るため，地球史を研究する地球科学者の大きな天体が衝突する頻度は，それぞれ約 1500 年，4.5 万年

興味の対象でもある．そのため，地質スケールの痕跡に一度程度と，大気圏に突入する時点での天体のサイが残るかが重要で，数値の大きさが取り上げられがちズを用いた頻度分布より数桁低い頻度となる（図 3）．

であるという問題もある．Gisler et al. [11] は，500 m

一方，直径 500 m クラスになると大気の影響をほとんの天体が 5 km の深さの海に衝突しても，2004 年インど受けないので，地表面への衝突頻度は 15 万年に一ド洋大津波より沿岸部での津波高は小さいと結論して度程度となり，大気圏に突入する頻度と大きくは変わいる．これは，地球史上のイベントとして考えた場合，らない．

広域に影響を及ぼしうるような規模にはならないといここで，日本への衝突津波の影響を考える場合，太う，惑星科学・地球科学的な考え方ではある．しかし平洋が地球表面に占める割合（約 1/3）を考慮する必要ながら，自然災害として考えた場合，Gisler et al. [11]がある．つまり，日本に影響を及ぼしうる津波の発生が比較対象として挙げた 2004 年インド洋大津波で，頻度（＝太平洋への衝突頻度）は，直径 10，100，50020 万人を超える犠牲者が出たことに目を向けなけれm の天体について，それぞれ 4500 年，13.5 万年，45ばならない．つまり，災害としては十分に大きいので万年に一度程度と極めて低くなる．

ある．

4. 衝突津波リスク評価は必要か？

5. 日本を対象とした衝突津波の伝播計算

2 章と 3 章で述べたように，衝突津波は従来考えら本研究では，実際にどの程度の津波が我が国沿岸にれていたよりも効率的に伝播しないと考えられること来襲しうるのかを予察的に検討するため，津波の伝播に加え，海洋に実際に衝突する際の天体のサイズを用計算を実施した．初期条件として，衝突天体の直径（10，いた場合の衝突頻度は低い．人間社会，特に日本に影50，100，500 m）
から，Ward and Asphaug [8] に基づ響を及ぼしうる太平洋への衝突に限定すれば，その発きクレーター直径と深さをまず推定した．ここで，リ生確率はさらに低くなる．ただし，確率が低ければ衝ムウェーブの影響は無視して初期水位分布を与えた．

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図4

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Maximum water level (m)

(a)

(b)

Impact site

maximum water level (m)図4： エルタニン衝突を仮定した場合の太平洋全域での最大水位分布（m）．

(c)

(d)

また，海洋底にどの程度のサイズのクレーターが形成されうるかについては系統立てて評価した研究事例がほとんどないため，本研究ではクレーターが海底に形成されない程度の深さに天体が衝突した場合について図6のみ評価対象とした．つまり，水のキャビティが衝突により形成された状態を初期条件とし，キャビティが崩壊することで津波が発生すると仮定している．また，衝突に伴う海水蒸発の効果は考慮していない．
津波の伝播計算には，浅水理論を用いた [16]．ただし，

図5： 直径10 kmの天体が水深（a）210 m，（b）500 m，（c）1000 m，（d）5000 m地点に衝突した際に発生する津波の最大水位分
布（m）．

初期条件によっては非線形性や分散性が強くなり，浅水理論が成り立たない場合があり得るため，将来的には砕波の影響なども考慮した高度なモデル（ブジネス
クモデルや MAC 法など）を使用する必要がある．なお，め，エルタニン衝突を仮定し Ward and Asphaug [5]計算に用いた地形データは 1 km メッシュで，日本近の結果との比較を行った．ここで，約 215 万年前の海海の複数の水深エリアにクレーターを設置し計算を実水準は，現在より 0 - 50 m 程度低かったと考えられる施した．

が [17]，先行研究との比較を主目的としているため，まず，本研究での計算結果と既往研究を比較するた海水準は現在と同じと仮定して計算を行った．図 4 に

2

Water level (m)

1.5
10.5
0-0.5
-110m_500m
500 m
200 m
10m_200m-1.5-201000 m
10m_1000m
5000 m10m_5000m

12

Elapsed time (hour)
図6： 図5に示した各事例について，東北沖の水深50 m地点での水位の時系列変化．

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図8212

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図980

Water level (m)6040200-2050 m depth
500m_5000m-40

100 m depth
500m_5000m-60-80500 m depth
500m_5000m
01
Elapsed time (hour)2

図8： 図6に示した各事例について，東北沖の水深500m，100m，50 m地点での水位の時系列変化．

maximum water level (m)Maximum water level （m）

10010 m
直径10m
100 m
直径100m

10

直径50m
50 m
500 m
直径500m

10.1

100

1000
Water depth at impact point（m）

10000

図7： 直径500mの天体が水深5000m地点に衝突した際に発生する津波の最大水位分布（m）．

図9： 各直径の衝突天体が特定の水深に衝突した際の，水深50m地点での最大水位（m）．

示すように，基本的には衝突地点からの距離が増すほkm を仮定）の最大水位分布を，図 8 には水深 50 m，ど津波高さは低減していき，約 1000 km 地点での波高100 m，500 m 地点での水位の時系列変化を示している．

は 100 m 程度と，Ward and Asphaug [5] の結果とお衝突地点周辺では 100 m を超える水位となるものの，おむね整合的であった．この場合，我が国沿岸での沖沿岸部に押し寄せるのにつれて急速に水位が低減し，合いの津波高は約 30 m 程度となる．

東北地方沿岸の水深 50 m 地点ではわずか数 m にまで

図 5 には，直径 10 m の天体が日本近海での水深 210減衰する．この理由はまだ明らかではないが，大陸棚m，500 m，1000 m，5000 m の海洋に衝突した場合（ク縁辺部で急速に水位が低下しているように見えること

レーター直径 1.0 km，深さ 0.2 km を仮定）の最大水位から，大陸棚で反射波が発生し，その影響による波の分布を，図 6 には各地点で発生した津波が水深 50 m

エネルギー減衰などが考えられる．大陸棚の沖合では，地点に到達した際の水位の時系列変化を示している．

第一波の押し波が到達する前に約 80 m もの水位低下

海岸線付近では，浅水変形によりさらに水位が増大すから始まっており，大陸棚上が浅瀬になるほどの水位ると考えられる．図 5 を見ると，衝突地点から沿岸部変動が起きることになる．その後に 80 m の水位の波までの海底地形を反映して波の指向性が確認できる．

が押し寄せるため，波形勾配が増加し大陸棚縁辺部でまた，図 6 から，水深 500 m に衝突した場合の水位が砕波が起きることも考慮する必要がある．こうした大もっとも沿岸部で高いことがわかる．これは，2 章で陸棚の影響はヴァン・ドーン効果と呼ばれ [18]，衝突述べたように衝突天体のサイズと水深により，発生す津波の沿岸波高を低減させるのに大きな効果を発揮しる津波が極大となる事例が存在することを示唆していていると言える．一方で，伊豆―マリアナ海溝沿いのる．

島々周辺など，大陸棚が存在しない場所では，水位が図 7 には直径 500 m の天体が日本近海の水深 5000 mの海洋に衝突した場合（クレーター直径 12 km，深さ 4■2013遊星人Vol22-4_製版.indd

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高くなっていることがわかる．
図 9 には，各衝突天体のサイズについて，衝突地点

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213の水深と水深 50 m 地点での最大水位を表示している．

本稿を改善するにあたって極めて有益なご意見を賜っこの図からも，津波の波高は必ずしも衝突天体のサイた．ここに謝意を表する．

ズや衝突地点の水深に依存せず，津波が最大となる衝突天体のサイズと衝突地点の水深の組み合わせが存在

参考文献

することが予想される．太平洋に直径 10 m の天体が衝突する確率は 4500 年に一度程度と推定されるが，この程度の小規模衝突でも，沿岸部での津波高は数 mに達し，被害が生じうることは留意すべきであろう．

[1] Dypvik, H. and Jansa, L. F., 2003, Sediment. Geol.
161, 309.
[2] 後藤和久ほか，2004，遊星人 13, 241.
[3] Matsui, T. et al., 2002, Geol. Soc. Am. Spec. Pap. 356,6. まとめ69.
[4] Gersonde, R. et al., 1997, Nature 390, 357.

衝突津波の発生頻度は，他の災害に比べれば低いものの，現実的な災害リスクとして認識する必要がある[5] Ward, S. N. and Asphaug, E., 2002, Deep-Sea Res. II49, 1073.

ことは確かである．重要なのは，衝突津波のリスクは[6] Goff, J. et al., 2012, The Holocene 22, 1067.

確率的に評価が可能な点である．この点は，海底火山[7] Ward, S. N. and Asphaug, E., 2003, Geophys. J. Int.

カルデラ崩壊や海底地すべりに伴う津波など，どこで153, F6.

いつ発生するかを確率的に予測することが困難な事象[8] Ward, S. N. and Asphaug, E., 2000, Icarus 145, 64.とは大きく異なる．国や自治体，原子力発電所の安全[9] Weiss, R. et al., 2006, Geophys. J. Int. 167, 77.

審査等，どの程度の発生頻度のハザードまで考慮する[10] Wünnemann, K. et al., 2007, Meteorit. Planet. Sci. 42,

かは対象によって異なるものの，衝突津波の影響は太1893.

平洋全域を対象に多数の計算を一度実施しておけば，[11] Gisler, G. et al., 2011, Pure Appl. Geophys. 168, 1187.

現在の量的津波予報のような形でデータベース化する[12] Chapman, C. R. and Morrison, D., 1994, Nature 367,ことも可能である．
一方で，衝突津波は惑星科学的にも興味深い現象の一つである．例えば，Iijima et al. [19] は，火星に海洋が存在したと仮定して衝突津波の数値計算を実施し，どのような地形条件の場所で衝突津波の地質学的痕跡が残りうるかを検討している．超高精度の衛星画像が得られるようになった現在，数値計算により津波の地質学的痕跡が見出せる可能性のある画像（地点）を選定することで，効率的に研究を実施できると言う利点もある．

33.
[13] Bland, P. A. and Artemieva, N. A., 2003, Nature 424,288.
[14] Bland, P. A. and Artemieva, N. A., 2006, Meteorit.
Planet. Sci. 41, 607.
[15] 河田恵昭，2001，防災学ハンドブック(朝倉書店)，740p．
[16] Goto, C. et al., 1997, IUGG/IOC Time Project, IOC
Manuals and Guides, 130 pp.
[17] Compton, J. S., 2011, Quart. Sci. Rev. 30, 506.

今後の検討課題としては，クレーターが海洋底に形成されうる規模，水深での衝突津波の計算を行う必要[18] Melosh, H. J., 2003, LPSC Abstract, #2013.
[19] Iijima et al., in press, Planet. Space. Sci.

がある．この場合，津波の周期がより長くなると予想され，今回の検討とは大きく異なる結果になると予想される．また，海水蒸発の効果，グリッドの細分化や高度なモデルを使用するなどの検討が必要である．

謝 辞
査読者であるダヌンツィオ大学の小松吾郎博士には，■2013遊星人Vol22-4_製版.indd

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