地震計が捉えた地震波

 巨大地震は近年、インドネシアやチリなどで起きているが、観測体制が整った場所で起きた巨大地震は、3.11巨大地震が唯一と言っていい。以前から地震が多い東北地方には、多くの地震計が設置され精密な観測網がある。そこで3.11の巨大地震が発生し、その後も余震が相次いだため膨大なデータが得られた。地震が発生する地下の構造がより詳しく見えるようになり、巨大地震の発生メカニズムの解明が進むことになった。

「地震波トモグラフィー」でわかった
地下に潜む標高2000メートルの山の正体

 では、東日本大震災を引き起こした巨大地震の発生メカニズムとは、実際にどんなものだったのか。

地震波は、地下の硬い領域では早く伝わり(青)、柔らかい領域では遅くなる(赤)。地震波トモグラフィーは、多くの地震で発生した地震波データを解析し地下の構造を描き出す
地震波トモグラフィーが描き出した東北沖のプレート境界の構造。青い(硬い)領域で大きな地震が発生している
データ提供:東北大学大学院理学研究科 趙大鵬教授
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 地下の構造は、「地震波トモグラフィー」という、見えない地下を画像化する技術によって解析が進んでいる。地震波トモグラフィーで地下を可視化し、そのデータと実際に起きている現象を重ね合わせたとき、ある法則性が明確になった。それは、「プレートの硬い場所では比較的大きな地震が起こる」というものだ。

 さらに、その硬い場所で何が起きているのかについては、JAMSTEC(海洋研究開発機構)の深海調査研究船の調査によってわかってきた。調査の内容は、エアガンと呼ばれる装置で人工地震を起こし、地下からの反射波を捉え、東北沖のプレート境界を詳細に分析するというものだ。

 そこで発見されたのが、冒頭で述べた「プレート境界で見つかった“山のような構造”の存在」である。実は、3.11の巨大地震の震源近くの陸側のプレートと太平洋プレートの境目は凹凸に富んでおり、そこには標高2000メートルもの“巨大な山”が存在していた。

エアガンによる調査で描きだされた東北沖の地下のプレート構造。上が巨大地震の震源付近の断面。下は他の場所の断面
データ提供:海洋研究開発機構 小平秀一上席研究員
東北沖の巨大地震の震源付近のプレート境界で見つかった高さ2000メートルの “山のような構造”。左側の細い白線は、推測による境界
データ提供:海洋研究開発機構 小平秀一上席研究員

 この山のような構造が、陸側のプレートと強く固着して、少なくとも600年にわたってひずみを溜め続けていた。それが2011年3月11日に突然にずれ動き、あの巨大地震を引き起こしたのではないかということが、新たにわかったのだ。

 ではなぜ、プレート境界に2000メートルもの“山のような構造”が存在しているのか。その秘密は、地球表面を覆う10数枚のプレートの動きが深くかかわっている。プレートは、それぞれが一定の方向に年間数センチずつ移動している。爪が伸びるほどの速さで動いているといわれる。プレートは、移動する過程で冷やされ少しずつ厚みを増し、重くなっていく。東北沖の日本海溝に沈み込む太平洋プレートの場合、表面には海山や地塁・地溝構造(プレートが沈み込む際に出来る構造)と呼ばれる凹凸が見られる。3.11の巨大地震の震源付近で見つかった“山のような構造”は、かつて海底にあった巨大な凹凸が、海溝から沈み込んだものと考えられている。