超巨大地震

超巨大地震とは



超巨大地震とは、巨大地震の中でも特に規模が大きい、モーメントマグニチュード（Mw）9程度以上の地震を指します。ただし、これは地震学的に厳密に定義された用語ではなく、学術用語でもありません。

概要



超巨大地震は、プレートの沈み込み帯で発生する低角逆断層型の地震です。断層の長さは500km以上に達し、複数の断層が連動して破壊する連動型地震であることが特徴です。また、海底地形に大きな変動をもたらすため、巨大な津波を伴います。

従来の説では、超巨大地震は若いプレートが沈み込む場所で発生するとされていましたが、2004年のスマトラ沖地震や2011年の東北地方太平洋沖地震は、この理論を覆しました。特に、高密度の観測網が整備された日本付近で発生した東北地方太平洋沖地震は、超巨大地震に関する新たな知見をもたらしました。

観測データが限られているため、正確な発生頻度を特定するのは難しいですが、地球上ではおよそ1世紀の間に数回程度発生していると考えられています。また、その発生間隔は一定ではなく、短期間に集中して発生する傾向も見られます。ただし、このクラスタリング傾向については、単なるランダムな現象であるという説もあります。

従来のマグニチュードは、最大振幅に基づくものでしたが、超巨大地震では数値が飽和してしまい、規模を正確に表すことができませんでした。しかし、1977年に金森博雄が提唱したモーメントマグニチュードを用いることで、超巨大地震の規模を適切に評価できるようになりました。

超巨大地震が発生する場所



比較沈み込み学



上田誠也と金森博雄は、沈み込むプレートの角度によって沈み込み帯を「チリ型」と「マリアナ型」に分類しました。連動型の巨大地震は、チリ型の沈み込み帯で発生すると考えられています。チリ型に属するのは、南チリ、アラスカ、プエルトリコ、ココス、カスケード、南海トラフ、スマトラ-アンダマン、地中海東部などです。

Ruffと金森は、巨大地震の規模は、収束速度と沈み込むプレートの年齢によって決まると考えました。収束速度が速く、プレートが若いほど、地震の規模は大きくなる傾向があります。


また、沈み込み帯は固定的なものではなく、地震が繰り返されるにつれて断層面が弱くなり、高角度の沈み込み帯へと変化していくと考えられています。

アスペリティモデル



T.レイと金森博雄は、プレート間には固着の強い「アスペリティ」と、滑らかな「滑り領域」が存在すると考えました。アスペリティの空間分布や面積比によって、地震の発生様式が決まります。超巨大地震は、アスペリティが全面的に形成された場所で発生しやすいとされています。チリ南部、カムチャツカ、アラスカなどがこのタイプに分類されます。

  • - カテゴリ1 (チリ南部): 全面的にアスペリティが形成され、プレート間が強く固着している。500kmを超える断層破壊が規則的に発生する。
  • - カテゴリ2 (アリューシャン): 大きなアスペリティが存在する。断層破壊はセグメントごと、または連動して発生する。
  • - カテゴリ3 (千島列島): 複数の小さなアスペリティが存在する。セグメントごとに断層破壊が起こるが、連動はまれ。
  • - カテゴリ4 (マリアナ): アスペリティがなく、プレート間の固着が弱い。巨大地震は発生しない。

従来の説では、古いプレートでは連動型地震は起こりにくいとされていましたが、2004年スマトラ沖地震や2011年東北地方太平洋沖地震は、この説を覆しました。

プレート間カップリングと超巨大地震



プレート間カップリング係数とは、歪みの蓄積に対して地震によって解放される歪みの比率のことです。超巨大地震は、この係数が中程度以上（0.6程度以上）の場所で発生しやすいとされています。また、カップリングによる滑り欠損速度が年間2cm以上の場所でも発生しやすいとされています。

付加体形成と超巨大地震



沈み込み帯は、付加体が形成される場所と、プレートが陸側のプレートを削り込む場所に分類できます。超巨大地震は付加体が形成される場所で発生しやすいとされています。ただし、東北地方太平洋沖地震の発生場所である日本海溝は、この法則に当てはまりません。

地震の発生頻度と超巨大地震



一般的に、プレートの沈み込み速度と地震の発生頻度は比例すると考えられています。しかし、沈み込み速度は速いにもかかわらず地震の発生頻度が低い地域が存在します。この地域では、ゆっくり地震が発生しやすく、超巨大地震が発生する危険性があると考えられています。アラスカ、カスケード、ペルー、チリ、南海トラフから琉球海溝などが、この地域に該当します。

超巨大地震の多様性



超巨大地震の発生メカニズムには多様性があることが分かってきました。東北地方太平洋沖地震の解析からは、海溝側の浅い部分と陸側の深い部分で断層破壊が往復する形で進行し、巨大津波を発生させたことが示唆されています。また、海溝軸付近が震源域となることで地震が巨大化することも分かってきました。

タイプ1：Along-strike Single Segmentation (ASSS)



プレート間の強い固着域が海溝軸から沈み込み帯全域に広がり、地震前に地震空白域を形成します。横並びのセグメントが連動して破壊し、地震活動帯が細長くなります。断層の幅と長さの比は1:5程度で、地震モーメントの放出は長時間続きます。例：1700年カスケード地震、1707年宝永地震、1960年チリ地震など

タイプ2：Along-dip Double Segmentation (ADDS)



プレート間の強い固着域は海溝軸近くに限定され、地震前には明白な地震空白域が見られません。陸側と海溝側の二重に配列したセグメントが連動して破壊し、地震活動帯が幅広くなります。断層の幅と長さの比は1:2-3程度で、断層破壊初期に超大滑りが起こり、地震モーメントの放出はパルス的です。例：1952年カムチャッカ[[地震]]、1964年アラスカ地震、2011年東北地方太平洋沖地震など

超巨大地震の例



1970年代後半以降、精度の高いモーメントマグニチュードが推定できるようになりました。それ以前の地震については、津波の高さや地殻変動などから規模が推定されています。

噴火の誘発



超巨大地震の発生後、数年以内に近隣の火山噴火が誘発される事例が見られます。ただし、地震と関係なく火山が活発化する場合もあり、地震が噴火を直接誘発したとは断定できない場合もあります。また、震源域から離れた場所の火山が活発化することもあります。これは、地震による直接的な応力変化ではなく、地震動が火山体を長時間揺らすことによる影響が考えられます。

地軸への影響



超巨大地震による地形の変形は、地球の極運動を励起し、地軸をずらすことが知られています。また、地震によって地球の自転周期が変化することも観測されています。

起こり得る最大規模の地震



観測史上最大規模の地震は、1960年チリ地震のMw9.5ですが、理論上はMw10程度の超巨大地震が発生する可能性も指摘されています。ただし、M10の地震が起きた場合の具体的な影響は、まだ不明な点が多く、推定に過ぎません。

まとめ



超巨大地震は、発生頻度は低いものの、甚大な被害をもたらす可能性のある自然災害です。その発生メカニズムや影響範囲には、まだ解明されていない部分も多く、今後の研究が待たれます。

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