地震の形成の仕組み：プレートテクトニクス、応力、地震波について解説

地球の地殻は動くパズル

米国地質調査所（USGS）によると、地球の外殻は、パズルのようにぴったり合う大きなテクトニックプレートと呼ばれる大きなピースに分割されています。これらのプレートは常にゆっくりと動いており、互いに横に滑ったり、上や下に滑ったりしています。惑星の地震の大部分は、これらのプレートが出会う境界で発生します。なぜなら、そこは地殻の割れ目である断層が集中しているからです。

プレート自体はめったに滑らかには動きません。USGSは、断層の端での摩擦が、プレートの残りが動き続けている間にも岩石を付着させることを説明しています。この不一致が、すべてのテクトニック地震の出発点です。

断層に沿った応力がどのように蓄積されるか

断層が摩擦によってロックされている間、周辺の地殻は張力の下のばねのように弾性的に曲がり、変形します。USGSによると、この応力は断層がロックされている間、岩石に蓄積されます。断層がロックされている時間が長いほど、より多くのひずみが蓄積されます。これは、いくつかの地域では数年以上、他の地域では数世紀以上にわたって発生する可能性があります。

USGSはこのプロセスの実例として、カリフォルニアのサンアンドレアス断層を挙げています。太平洋プレートは北米プレートに対して北西方向に年間約2インチ（約5cm）で移動しており、USGSによると、断層自体は650マイル以上（約1,050km）伸び、10マイル以上（16km）深くまで延びています。いくつかのセクションに沿ってプレートは着実にずれ動き、頻繁に小さな揺れを生じさせます。一方、他のセクションでは長期間ロックされたままで、やがて大地震で放出されるひずみを蓄積します。

破裂の瞬間：震源と震央

蓄積された応力がついに断層を一緒に保つ摩擦を超えると、岩石は破裂し、蓄積されたエネルギーを地震波として外側に放出します。USGSによると、地下で破裂が始まる点は震源です。その上の地表上の点は震央です。通常、ニュースカバレッジで報告される場所です。

USGSは、より小さな地震である前震が主な破裂に先行する可能性があることに注意しており、余震（同じ断層に沿ったより小さな地震）は、周囲の地殻が新しい応力分布に調整する際に、数日から数年後まで続くことがあります。

放出されたエネルギーがどのように移動するか：地震波

震源で放出されたエネルギーは、いくつかの異なる波のタイプで外側に広がり、それぞれが異なる速度と動作を持っています。USGSは広がりパターンを池の波紋に例えており、カルテックのサイエンスエクスチェンジは波を2つの広いカテゴリーにグループ化しています：地球の内部を移動する実体波と、地面に沿って移動する表面波です。

USGSはP波/S波のギャップを、稲妻を見た後に雷の音を聞く遅延に例えています：地震観測点での2つの到着間の時間が大きいほど、地震は遠く離れていました。カルテックは、表面波（ラブ波とレイリー波）が最後に到着しますが、通常は最も破壊的です。なぜなら、建物とインフラストラクチャが存在する地表の近くでより多くのエネルギーを運ぶからです。

地震がどこでどのくらい深く発生するか

USGSは、地震は地殻または上部マントル内で、地表から約800キロメートル（約500マイル）までの深さ範囲で発生すると述べています。カルテックのサイエンスエクスチェンジは、世界で最大の地震の約80％が、「火の環」と呼ばれることが多い環太平洋地震帯に沿って発生することを報告しており、これは太平洋周辺のプレート境界をトレースしています。

すべての地震がテクトニック起源ではありません。カルテックのサイエンスエクスチェンジは、火山地震、崩壊地震、爆発関連地震も認められたカテゴリーとしてリストしており、フラッキングや廃水処分などの活動がいくつかの地域でより小さな誘発地震イベントにリンクされることがあることに注意しています。

科学者が何が起こったかをどのように測定するか

断層は通常観測するには深すぎるため、USGSは、地震学者は代わりに地震計の記録に依存することを説明しています。地震計上の短くて波状の線は小さな地震を示しており、長くて波状の線はより大きな地震を示します。波の長さは破裂した断層のサイズに関連しており、その振幅は岩石がどのくらい滑ったかに関連しています。

• 地震は、ロックされた断層の応力が、それを保つ摩擦に打ち勝つときに開始されます（USGS）。
• 震源は破裂の地下点です。震央はその上の地表上の点です（USGS）。
• P波は最初に到着し、移動方向に岩石を圧縮します。S波は2番目に到着し、固体のみを通って移動します（USGS、カルテック）。
• 表面波（ラブ波とレイリー波）は最後に到着しますが、通常は最も構造的な損害を引き起こします（カルテック）。
• 最大の地震の約80％は、環太平洋地震帯に沿って発生します（カルテック）。