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地震のイロハ：プレート跳ね返り説の誤り

工学博士

西尾宣明

元・東京ガス譁 基礎技術研究所

3 月 11 日の東日本大震災で亡くなられた多くの方々ね。地震はどうして起きるかということです。に慎んで哀悼の意を表しますとともに，被災された皆与太郎さんもテレビで観たことがあると思います

様の生活が一日も早く再興されることを祈って止みまが，例の I.A さんも含めて，いろんな人がこんな絵をせん。

使って説明しているでしょう？

私の兄弟の家族は幸い直接の被害を免れましたが，そもそもこの絵が大きな間違いなんですよ。

故郷の浪江町は福島第一原発の事故のために人が住めない土地になり，避難の生活を余儀なくされています。「兎追いし彼の山‥‥」と唄うことが虚しい土地にならぬことをただ祈るばかりです。
こんな事態の中でも，ガリレオ爺さんにはテレビに出て来る学者や専門家の発言には気に障ることが多く，相変わらず与太郎さん相手にうっぷんを晴らしてプレート跳ね返り説います。
与太郎

プレート跳ね返り説
大家

与太郎さん。今度の地震では地震学者達がテ本当ですか？今度の地震でもよく出てきますけど‥‥。
大家

地震学者本人達がこれで正しいと思っているから始末に負えません。余震や内陸地震の説明にもこレビに出てきて間違ったことをいろいろと話すので，の絵を使うから，ますますおかしくなるんですね。

私はイライラのし通しですよ。

与太郎

与太郎

‥‥。

大家さんはテレビを見ながらぶつぶつ言ってることがよくあるから，よっぽど気に入らないことが大あるのかなあって思ってましたよ。

ません。素人が分かるようなことだったら何も専門家一番気になるのはどんなことですか？
大82

家

色々ありますが，まずは地震のイロハです

家でも，凄く分かりやすいような気がするけど分かりやすいから正しいというわけには行きが一生懸命研究することはありません。
私がこれから説明することも結構難しくなります
No-Dig Today No.76（2011.7）

が，「正しさ」のほうが何よりも大事ですからね。
さて，私ならばこんな絵から始めますね。これは東北地方をほぼ東西の線─宮城県の石巻市と山形県の鶴岡市を結ぶような線で切った時のプレートの断面図です。縦横の比率は 1：1 です。
プレートの厚さはプレートテクトニクスの定説に従って，一応 100 キロメートルとします。プレートの下はマントル東北地方のプレートです。太平洋プレ ー ト が 北
米プレートの下に潜り込む形
は，ここで起きているプレート境界地震の分布を参考

この図を見れば，北米プレートが跳ね返り説の絵のにして描きましたが，多少の誤差はあると思います。

ように曲がることなんかできようがないことが分かる

しかし，それは話の大筋には影響しないと思います。

でしょう？しかも，プレートはマントルとも一体に与太郎さん。これを見てどう思いますか？
与太郎なっていますからね。

これに似た絵を前に見せてもらったような気そもそもプレートというのは地球の表面の地殻と呼がするなあ。いつだっけ。

ばれる部分とマントルの一番上の部分が合体した岩石

大

それはだいぶ前に津波の話をしたときのこと圏なんです。そのプレートが跳ね返るということはそじゃないですか？（にしお金蔵著，文芸社刊「ガリレの下のマントルも一緒に跳ね返るということです。跳オ爺さんと与太郎さんの◯×△□（おもしろ）科学談

ね返る距離がたとえ 10 メートルでも日本が沈没しか義」の『つ・な・み』の項を参照）

ねない超巨大地震が起きることになります。

与太郎

与太郎

家

そうそう。思い出しました。

これだと太平洋や日本海溝なんかそんなに深くないでも，マントルは対流してるっていうから液体なんじゃないですか？液体ならプレートが跳ね返っんですね。さっきの絵とは大分違うなあ。北米プレーてもあんまり邪魔をしないんじゃないですか？

トが太平洋プレートに引きずられて，それから跳ね返大るんでしょう？実際はどのぐらい跳ね返るんですか？

し，マントルは立派な固体です。

大家

家

そう思う人は多いかもしれませんね。しか跳ね返るという言い方は正しくないけれど

厚さ 100 キロメートルぐらいのプレートが，高温の，も，二つのプレートがずれる距離は普通は数メート対流するマントルに乗って動くとされていますが，流ル。今度の地震では 10 から 20 メートルぐらいずれたれるマントルも立派な固体です。それはマントルが Sと言われてますね。東北大学の調査では，牡鹿半島の波と呼ばれるせん断変形の波─くだけて言えば横波

ずっと東の海底が 30 メートル以上東に動いたと報告ですね─それを伝えることから分かります。もし液されています。

体ならば，P 波と呼ばれる縦波しか伝えられません。

与太郎

しかし，その程度じゃこの絵には描けません

空気は音波という縦波は伝えますが横波は駄目です。

ね。牛の絵を描いて，それにたかった蚤も描けって言

魚群探知機が出すのは縦波です。蛇がくねくねと横にうようなもんですね。それに比べれば，さっきの絵だ

曲がるような横波は水のような液体を通りません。と 50 キロぐらい跳ね返ることになりますね。

与太郎

大か？

家うまいことを言いますね。本当にその通りなじゃあ，どうしてマントルは対流するんですんですよ。
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知って得する 身近な・Science

マントルは氷河に似ている
大家

与太郎さんは氷河を知ってますね。あれは文るようには見えないでしょうね。それでも 1 秒に 10 キロぐらいなものだから，太平洋を 1 万キロ横断して日本に流れ着くのには 1 , 000 秒，ざっと 10 分から 20 分

字通り氷が流れる川なんです。氷って固体ですよね。

もかかるように見えるでしょうね。

与太郎

与太郎

そうですね。じゃあ，固体の氷がどうして流たしかに，そういうことを聞いてからこの絵（プれるんですか？
大家

そうなんだ。

たとえば，ごく普通の軟鋼と呼ばれる鋼材はレート間の応力分布）を見ると，プレートが最初の絵

1 平方センチの断面に 2 , 500 キログラム程度の引張りのように曲げられて，跳ね返るっていうのはありえな

応力を加えると破断しますが，温度を上げると，それいっていうのが納得できますね。

よりずっと小さい応力でも長い間加え続ければじわじ
わと変形が進行して，やがて破断するということが起断層はせん断応力でずれるきます。これをクリープ現象と言いますが，氷などでは鋼材よりもずっと低い応力でクリープが起きます。

与太郎

氷河の場合は自分の重さによってクリープ変形して，地震の原因って一体どういうものなんですか？

じわじわと低い方に向かって流れて行きます。

大与太郎

ふうーん。そうなんだ。

ト同士が押し合う力によるんです。間違えてはいけな

大

高速度写真の反対に，たとえば 1 日とか 10 日

いのは，マントルがプレート同士を押し合わせているに 1 回シャッターを切って，ひと月とか半年が 1 秒にと言うことです。ということはその下のマントル同士なるような速さで映写すると，氷河は普通の水の流れも押し合っていると言うことです。

家と同じように見えるんですよ。

家

そんな風に，時間の尺度を変えると固体も液体のよ

プレート跳ね返り説がいい加減だとすると，それは別に難しい話ではありません。プレー

もしかしたら，マントル対流が沈み込む動きのために多少は北米プレートがやや下向きに引きずられるように見えるんです。

うな力も受けるかも知れませんが，さっきの図からも与太郎

それで，マントルの場合はどうなんですか？

分かるように沈み込む角度は非常に浅いものです。だ大

マントルは岩石からできていますが，深くなから，その力による水平方向の成分のほうが下向きのるととても高温になりますから，やはり一種のクリー成分よりもうんと強いです。だから，二つのプレートプ現象が起きます。そして，地球の内部の熱分布の不が互いに水平方向に押し合うことだけを考えれば十分均衡によると思いますが，大規模な対流があちこちにだと思います。

起きています。

与太郎

家

対流と言っても氷河の流れなどとは比べ物にならなそう言われても，なんだかずいぶん難しそうな話ですね。

いほどゆっくりしたものですがね。

大与太郎

どのぐらい遅いんですか？

な応力分布を知らないと思いますが，水平方向に押し大そうですね。太平洋プレートの場合だと 1 年

合う力を考えるだけでも地震のいろいろなことが分か

家に 5 センチから 10 センチという速さでマントル対流と一体になって日本列島に押し寄せているんです。
与太郎

家

実際には誰もプレートやマントルの中の正確りますよ。
まず，その水平方向の力による圧縮応力が，深さ方それじゃあ，日本に向かって 10 メートル押向にこの図（プレート間の応力分布）のように分布しし寄せるのにも 100 年以上はかかるんだ。1 , 000 年でているものと考えます。応力は地表面に比較的近いとも 100 メートルか。

ころで最大です。深くなるとマントルが沈んで行く動

1 , 000 年に 1 回シャッターを切って，1 万年が 1 秒ぐ

きのほうが大きくなるので，水平方向の応力は徐々にらいになるように速く回せば，何とか流れているよう小さくなって行くと考えられます。に見えますかね。

与太郎

それはどうして分かるんですか？

大大

これまでに起きた地震の震源の分布を見れ

家シャッターを切るのは 1 万年に 1 回ぐらいにして，10 万年を 1 秒ぐらいにしないとあまり動いてい84

家ば，深さ 50 キロ以下ぐらいまでのところで一番多く
No-Dig Today No.76（2011.7）

て，深くなるにつれて少なくなっています。とくに，の千分の一は約400メートルということになりますね。

マグニチュードの大きな地震は比較的浅いところに多つまり，400 メートルほどプレートは圧縮されているいですからね。

ことになります。

与太郎

この圧縮ひずみが地震によって100%解放されたら，そうか。応力の大きさと関係があるからっていうことですね？

北米プレートの東の端，震源と書いたあたりのプレー

大

トは400メートルも東の方に移動することになります。

家

この一番大きくなっているところの応力が岩盤の圧縮強さを超えると，岩盤の中の一番弱いところ（下図の（1））

を見つけて破壊が始まります。
ほら，前にお話ししたことがあるでしょう？実際には圧縮応力によって生じるせん断応力で破壊するということを（にしお金蔵の前記著書中の『マグニチュー
ドと震度と芋煮』，『斬る，切る，剪る』を参照）。
与太郎

覚えてますよ。刺身を切るとき包丁を引きながら切るのはせん断応力で切ってるんだって言うこと。
大家

よく覚えてくれましたね。そのせん断応力が最大になるのは圧縮応力の方向から45°傾いた面です。
ちょうど 45°でなくともその角度の近辺に岩盤の弱いところがあれば，そこからせん断破壊します。
プレートの境界面などは海底の堆積物なども巻き込まれているので，一番弱いでしょうね。活断層と言われるものも前にすべった経験があって，元の岩盤よりもすべりやすくなっていると思います。
与太郎

それで，今度の地震（東日本大震災）ではプレートの境界面がすべったんだ。

応力（ひずみ）が解放されると‥
大家

ところで，岩盤が応力ゼロから圧縮強さを超えるまで圧縮されるとき，その圧縮ひずみは大雑把にひずみの解放と地盤変位言って約千分の一です。岩盤だけではなく鉄などの金属を含む大抵の固体が壊れたり塑性変形する時のひず

与太郎

へえー ! そんなに動くんですか？

みは大体その辺です。

大

実際には 400 キロメートルにわたって千分の家

与太郎さん。この図（プレート間の応力分布）の点一のひずみを受けることはないでしょう。フィリピン

線のところ（おおよそ日本海プレートと北米プレート

プレートとかほかのプレートの動きとの兼ね合いなどの境目と考えられる）まで水平方向に，同じ大きさ，もあって，太平洋プレートの影響がもろに日本海まで同じ形で応力が分布しているものと仮定して，プレー及ぶことはないと思います。

トの圧縮ひずみが千分の一としたら，日本列島の下のひずみの分布が図の（2）のようになっていて，ひこの部分の圧縮量がどのぐらいの大きさになるか分かずみも 100 % は解放されないだろうと考えると地盤のりますか？

変位は大分少なくなります。この図では日本海溝のと与太郎

ええっ？急にそんなこと聞かれたって‥‥。

ころで 50 メートルぐらいになるように描いています

大そうですね。この震源と書いたところから，が，実際とずいぶん近いんじゃないかと思いますよ。

家

点線のところまで，約 400 キロぐらいですかね。それNo-Dig Today No.76（2011.7）

与太郎

それでも凄いんだ。でも，実際はそんなに動85知って得する 身近な・Scienceかなかったんでしょう？

線で描いたように（前出，東北地方のプレート），日

大今回の地震での断層のずれは大きいところで本海溝から約 200 キロメートルの「A」と描いたとこ

10 から 20 メートルと言われています。これは前の図ろまでです。A 点から先はずれていないので，ここかの地震断層（太い薄墨の線で示した）の真ん中近くでら先の西の方ではひずみの解放がぐっと抑えられていの値と思います。そう考えるとこの図はかなり実際にる筈です。

近いと思いますよ。

与太郎

家

これから分かることは，一つの地震でひずみが全部あっ，そうか。プレートが全部ずれてるわけじゃないんだ。それじゃあ，プレートが跳ね返るなん解放されるということはないということですね。断層ていうのは嘘じゃないですか。の一番東の端ではほとんど解放されるんでしょうが，大西に向かうとひずみの大部分はそのまま残るし，断層とです。

家

ようやく分かってくれましたね。そういうこでひずみが解放されたために圧縮応力の分布が変わっ

ただ，A 点から東側がずれたために A 点の周囲の岩て，日本列島の内陸部とかプレートの深いところでは盤には応力の皺寄せがあったり，内陸に寄った側の応応力が大きくなったりするかも知れませんね。

力の分布の具合もずいぶん変わって来ると思います。

与太郎

それがその後の余震の起き方などに大きく影響していあっ，分かった。結構大きなひずみが残ってるから，また 100 年もするとひずみが溜って，結構大ると思いますよ。

きな地震が起きるんですね。

与太郎

大んだ。

家

そういうことですね。

そうなんだ。プレート跳ね返り説は嘘だった

それから，実際に断層がずれたのはこの図に薄墨の86

No-Dig Today No.76（2011.7）