トルコではなぜ地震が頻繁に起こるのでしょうか?中国の地震帯に沿った地域に影響はあるでしょうか?

トルコの地震は地層の曲がりや破壊によって引き起こされたのではなく、地層内の断層帯の相互変位によって引き起こされた。経験からそれが中国に影響を及ぼすかどうかを予測するには、今年のユーラシア地震帯の地震エネルギー比が判明するまで待つ必要がある。

制作 |科学普及中国

著者 |地球の重力

プロデューサー |中国科学博覧会

2023年2月6日、トルコとシリア国境付近でマグニチュード7.5以上の大地震が1日連続で2回発生し、世界に衝撃を与えた。 2月8日現在、トルコで発生した強い地震によりトルコとシリアで7,700人以上が死亡し、改めて地震への注目が高まっている。

1つ

地震はどのようにして発生するのでしょうか?

この問題について議論する前に、地震発生の理論について少し理解する必要があります。

ほとんどの地震は地下の岩石層の突然の動きによって引き起こされます。地下の岩石層は、巨大な力によって押しつぶされている一束の箸のようなものだと想像できます（この力の源については後述します）。通常、箸は常に握られた状態にあるため、常に曲がっています。

常識的に考えて、箸の曲がりには限界があり、石にも同じことが言えます。力と曲げが限界を超えると、箸も石も壊れてしまいます。家に帰ったら箸を折ってみてください。

箸でも石でも、割れる瞬間には大きな振動が起こります。この振動のエネルギーは、実際には箸や石を曲げたときに蓄えられたエネルギーです。折れるとエネルギーが一気に解放され、曲がった箸や石は真っ直ぐな状態に戻ります。これは地震理論における弾性反発理論であり、地震発生の広く受け入れられている理論の 1 つでもあります。

弾性反発理論の模式図：1は通常の状態、2は応力を受けた後の曲げ、3は破壊後に両側の岩層が応力のない通常の状態に反発する。画像出典: wikipedia

このエネルギーが岩石層を通して地表に伝わると、地表で強い振動が発生し、それが地震の原因となります。

前回の記事で、岩層を曲げるには、岩層に大きな力を加える必要があることを述べました。この力はどこから来るのでしょうか?プレート運動から！

プレートの動きは実際には地球の内核の熱によって引き起こされます。ご存知のとおり、地球は核、マントル、地殻の 3 つの部分に分かれています。このモデルを大幅に簡略化すると（実際には非常に複雑で、簡略化は誰もが理解しやすいようにするだけです）、コアは極めて高温の球体（一部の領域では温度が太陽の表面に相当する6000℃に達することもあります）、マントルは粘土のような可塑性状態、地殻は硬くて薄い殻であると考えることができます。

核の加熱により、マントルは熱対流を発生させます。熱密度が減少して上昇し、その後、表面に上昇すると冷却されて沈みます。このサイクルが繰り返され、マントル上に浮かぶ地殻はマントルの対流運動によって動きます。これがプレート運動のメカニズムです。もちろん、それでも分からない場合は、鍋を食べることもできます。コンロが芯、鍋のスープがマントル、キャベツの茎がクラストです。コンロが燃え続ける限り、鍋の中のキャベツの茎は動き続けます。

プレート運動の基本原理の模式図：核がマントルを加熱し、マントルの熱対流がマントル上に浮かぶ地殻の動きを駆動します。画像出典: concord.org CCBY-SA3.0

地球の地殻は実際には完全なものではないことが今ではわかっています。実際には 14 枚の大きなプレートといくつかの二次プレートで構成されています。地球の中心核の熱によって動かされ、それらは互いに衝突するでしょう。当然、プレート境界が衝突する場所で圧力が最大になることは直感的に分かっており、これは私たちが観察してきたことと一致しています。プレート境界では地震や火山が最も頻繁に発生します。最も一般的なタイプのプレート境界は断層帯です。

地球の地殻は全体ではなく、14 枚の大きなプレートとさらに多数の二次プレートで構成されています。画像ソース: pixabay、著者により改変

二

トルコではなぜ地震が頻繁に起こるのでしょうか?

上記の知識を基に、トルコが 1 日に 2 回の大地震を経験した理由を推測できるでしょう。トルコはプレート境界に位置しているからです。具体的には、トルコはアナトリアプレート上に位置し、4 つのプレートがトルコの周りを囲んでいるため、実際には 4 つのプレート境界に囲まれています。

トルコはアナトリアプレート上に位置し、他の 4 つのプレートに囲まれています。画像出典: 著者自作

北には巨大なユーラシアプレート、南にはアフリカプレート、南東にはアラビアプレート、そして西にはエーゲ海プレートが位置しています。その中で、南東部のアラビアプレートは非常に不安定で、常に北のアナトリアプレートを圧迫しています。しかし、アナトリアプレートの北部は巨大なユーラシアプレートにしっかりと押さえられているため、北へ移動することは難しく、西へしか移動できません。現在の観測によれば、このプレートは毎年約2センチメートル西に移動している。

アラビアプレートの圧縮によるアナトリアプレートの西方移動の模式図。図中の黄色線、ピンク色線、黒色線はプレート境界で、黄色線は北アナトリア断層、ピンク色線は東アナトリア断層です。画像出典: wikipedia

アナトリアプレートのこの動きは、プレート境界（実際には基本的に大きな断層帯）で激しい地震を引き起こしました。過去数千年にわたり、この地では街を破壊するほどの規模の地震が何度も発生しました。 1900年から現在までの120年以上にわたり、この地域ではマグニチュード7以上の地震が10回以上、マグニチュード6以上の地震が何度も発生しています。

1900 年以降、アナトリアプレート付近で発生したあらゆるレベルの地震は、基本的にプレート境界と一致していることがわかります。画像出典: Wikipedia

特に今回の地震に関しては、地震が発生したばかりなので、この二つの大地震の関係は実のところ明らかではありません。一部の科学者はこれを本震と余震とみなしているが、一部の科学者はこれを2つの別々の地震とみなしている。

しかし、これはこれら2つの地震の原理の理解には影響しません。これは、上で述べた箸の例と一致していますが、少し異なります。

ここでの地震は地層の曲がりや破壊によって起こるのではなく、地層内の断層帯の相互変位によって起こります。プレート境界の地層に存在する断層帯は、通常はパズルのピースのようにぴったりと合っていますが、巨大な推進力を受けると、パズルのピースが突然壊れてすべての力が解放され、地層が互いに対して大きな距離移動することがあります。

マグニチュード7.8の最初の地震の震度マップでは、震度9（IX）の領域が基本的に断層の走向線に沿っていることがわかります。画像出典: wikipedia

マグニチュード7.5の地震の震度マップ。最大強度の傾向が最初のものとは異なることがわかります。画像出典: wikipedia

これら 2 つの地震とそれに続く小規模な地震をみると、これらの地震は明らかな線形分布特性を示しており、基本的にはプレート境界の破壊傾向と一致していることがわかります。画像出典: wikipedia

アメリカ地質調査所によれば、マグニチュード7.8の最初の地震は長さ190キロメートルにわたって破壊された可能性がある。サウジアラビアのキング・アブドラ科学技術大学によれば、断層破壊は300キロメートル以上に及んだ可能性があるという。

この計算が地震の深さがわずか20キロメートルであるという事実に基づくと、この地震の破壊力は2008年の汶川地震の破壊力に匹敵する可能性があります（2008年の汶川地震の破壊長は300キロメートル以上で、震源の深さも20キロメートル未満でした）。今回の地震では、同国南部の主要都市ガズィアンテプは震源地からわずか20キロほどしか離れていない。ここには約200万人の永住者がいるので、損失は極めて大きいものになると思われます。

ガズィアンテプの夜景 |画像出典: wikipedia

三つ

トルコの地震は中国の地震帯に沿った地域に波及効果をもたらすでしょうか?

これは実のところ答えるのが非常に難しい質問です。主な理由は、地震が地下で発生し、岩石層の破壊によって引き起こされることです。岩石層を透視して、地下のさまざまな深さにおける岩石の特性、構造、構成、およびそれらが受ける応力状態を理解することはできません。したがって、現在の地震予測は非常に弱く、天気予報のように事前に予測したり、特定の異常気象の将来の影響範囲を判断したりすることは当然できません。

しかし、それにもかかわらず、この内容を研究している地震学者はまだたくさんいます。方法の 1 つは、通常の統計手法を使用することです。一部の科学者は、ユーラシア地震帯での地震活動の活発化が中国本土でのマグニチュード7以上の地震に影響を与えていると見積もっている。結果によると、ユーラシア地震帯で年間を通じて発生する地震エネルギーが世界の地震エネルギーの50％を超えると、今後3年以内に中国本土でマグニチュード7以上の地震が発生する可能性が比較的高いことが示されています。ユーラシア地震帯の地震エネルギー比が50%を超え、ユーラシア地震帯でマグニチュード8の地震が発生した場合、中国は3年以内にマグニチュード7以上、さらにはマグニチュード8の地震を複数回経験する可能性があります。この結果は有意水準 10% で有意性がテストされており、正確性の確率は 90% であることを意味します。

ユーラシア地震帯はヨーロッパとアジアにまたがっており、トルコもその一部です。画像クレジット: Chen Xuezhong、Li Yan'e、Wang Hengxin。ユーラシア地震帯における地震活動の活発化と中国本土におけるマグニチュード7以上の地震の発生との関係の分析[J]。地震、2020年、34(1):34-40。

ユーラシア地震帯のエネルギー比は時間とともに変化します。 2008年以前はエネルギー比率が約90％であったことがわかります。画像出典：Chen Xuezhong、Li Yan'e、Wang Hengxin。ユーラシア地震帯における地震活動の活発化と中国本土におけるマグニチュード7以上の地震の発生との関係の分析[J]。地震、2020年、34(1):34-40。

しかし、これはあくまでも経験的な統計に過ぎず、プレート運動の相互影響の程度、衝突後のエネルギーの伝導方法など、プレート運動に関する研究には多くの側面が欠けていることを認識する必要があります。これらは、場所がどの程度のストレスを受けるか、大地震が発生するかどうかを決定する要因です。したがって、この論文によれば、経験的な観点から中国に影響を及ぼすかどうかを予測するためには、今年のユーラシア地震帯における地震エネルギー比を決定する必要がある。長期的には、地震とそれに続く一連の衝撃を予測する前に、地下深部につ​​いてもっと知る必要があります。

制作：中国科学普及協会

編集者：孫晨宇

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