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EARTH EXPLAINED · 授業ガイド地面はなぜ揺れるのか
何が地面を揺らすのでしょうか？地震はなぜその場所で起きるのでしょうか？地震はどのように測るのでしょうか？そして、地震の被害の大きさを決めるものは何でしょうか？
1906年4月18日午前5:12ごろ、サンアンドレアス断層が北カリフォルニアの約296マイル（477 km）にわたってずれ動き、サンフランシスコは約一分間揺れ続けました。この入門の授業はそこから出発し、四つの問いに順番に答えていきます。何が地面を揺らすのか：地球の外側の殻をつくるプレートは年に数センチメートル動き、その縁は固着し、岩盤はたわんでエネルギーを蓄え、やがて断層に沿って一気に破壊されます。これが、ハリー・フィールディング・リードが1910年に説明した弾性反発です。地震はなぜその場所で起きるのか：プレートの縁に沿って、つまりプレートが離れていく場所、すれ違う場所、押し合う場所で起き、最大の地震は沈み込み帯で起きます。地震をどのように測るのか：地震計はP波、S波、表面波を記録します。マグニチュードは放出されたエネルギーを表し、一つ上がるごとに約32倍になります。一方、震度はそれぞれの場所での揺れを表します。そして被害を決めるもの：2010年、マグニチュード7.0の地震がハイチで100,000人を超える死者を出した一方、約500倍のエネルギーをもつチリのマグニチュード8.8の地震による死者は約500人でした。厳しい基準で建てられたチリの建物のほとんどが倒れなかったからです。授業の最後には、とるべき行動を学びます。備えること、まず低く、頭を守り、動かないこと、そして海岸で強い揺れや長い揺れがあったら高台へ向かうことです。
1906年4月18日午前5:12ごろ、サンフランシスコの地下で大地がうねり始めました。強い揺れは約45秒から60秒続き、建物が倒れ、ガス管が壊れ、火災は三日間燃え続けました。地球上のどこかで、人が感じる地震がおよそ五分に一回起きています（年に約100,000回）。講義では四つの問いを立て、順番に答えていきます。
地球の外側の殻はいくつものプレートに割れていて、プレートは年に数センチメートル動いています。プレートが接する場所では、プレートが動き続ける一方でその縁が固着するため、岩盤がたわんでエネルギーを蓄えます。もう持ちこたえられなくなると、岩盤は断層に沿って破壊され、両側が急激にずれ動きます。これが地震です。1906年には、サンアンドレアス断層が約296マイル（477 km）にわたってずれ動き、道路や柵を最大約20フィート（6 m）食い違わせました。ハリー・フィールディング・リードは地震の前と後に行われた測量を比べ、これを弾性反発として説明しました（1910年）。
地図の上では、地震はプレートの縁をなぞるように分布し、太平洋の周り（環太平洋火山帯）で最も活発です。アイスランドのようにプレートが離れていく場所では、地殻が引き伸ばされて岩の塊が落ち込みます。ふつうは浅く、規模の小さめな地震です。プレートがすれ違う場所では、そうした断層のほとんどは海の下にありますが、サンアンドレアス断層のように陸上にあるものは都市の近くを通っています。プレートが押し合う場所では、ふつう一方がもう一方の下に滑り込みます。これが沈み込み帯で、これまでに観測されたマグニチュード9以上の地震はすべてここで起きています。ヒマラヤのように二つの大陸が衝突する場所では、地殻が押し縮められて山脈ができます。1811–1812年のミズーリ州ニューマドリッドのように、プレートの縁から遠く離れた場所で起きる強い地震もわずかにあります。
地震は地下の一点から始まり、その深さは多くの場合20 kmより浅く、破壊はその後、断層に沿って猛烈な速さで広がります。震央は、始まりの地点の真上にあたる地表の場所です。地震計にはまずP波、次にS波、そして表面波が記録され、最も強い揺れをもたらすのはS波と表面波です。マグニチュードはエネルギーを表します。一つ上がるごとに約32倍になるので、マグニチュード7は5の約1,000倍のエネルギーを放出します。震度はそれぞれの場所での揺れを表します。断層の近くで最も強く、同じ規模なら浅い地震ほど強く、1989年のサンフランシスコのマリーナ地区のように柔らかい地盤の上ではさらにずっと強くなります。
2010年1月12日、ハイチのポルトープランスのすぐ郊外でマグニチュード7.0の地震が起きました。粗悪なコンクリートやれんがの建物が倒壊し、100,000人を超える人々が亡くなりました。2010年2月27日には、約500倍のエネルギーをもつマグニチュード8.8の地震がチリの沿岸のすぐ沖で起きました。揺れは強かったものの、チリには厳しい建築基準があり、ほとんどの建物は倒れませんでした。亡くなったのは約500人でした。早期警報システムは数秒の猶予を与えてくれますが、断層のすぐそばでは間に合いません。備えておくこと（重い家具を固定する）、揺れている間は、まず低く、頭を守り、動かないこと、そして海岸では、強い揺れや長い揺れは高台へ向かう合図だということ。大地震を確実に予知できた人はいません。その代わりに、科学者は確率を予測します。
地震とは断層の突然のずれであり、プレートが動くにつれてゆっくりと蓄積したひずみを解放するものです。ほとんどの地震はプレートが接する場所で起き、最大の地震は一方のプレートがもう一方の下に滑り込む場所で起きます。マグニチュードは地震を、震度は揺れを測るもので、被害の大きさを決めるのは建物です。「地震201」では、断層の内部へ、地球の核を通り抜けて、そして予測の科学へと、さらに深く掘り下げます。
誤解地震のときに最も安全な場所は出入り口である。
証拠が示すこと現代の住宅では、出入り口が家のほかの部分より丈夫ということはなく、落ちてくる物や飛んでくる物から身を守ってもくれません。手と膝をついて姿勢を低くし、頭と首を守り（近くに頑丈なテーブルがあればその下で）、揺れが収まるまでしっかりつかまっていてください。
誤解揺れ始めたら、すぐに外へ逃げるべきである。
証拠が示すことけがの多くは、揺れている間に動いた人に起きています。転倒したり、建物から落ちてくるガラスやがれきに当たったりするのです。その場にとどまって、まず低く、頭を守り、動かないでください。外に出るのは、揺れが収まってから、安全な場合だけにしましょう。
誤解科学者は地震を予知できる。
証拠が示すこと大地震の時刻、場所、規模を確実に予知できた人は、これまで一人もいません。その代わりに、科学者は何年、何十年という期間での確率を予測します。たとえば、30年以内にカリフォルニアのどこかでマグニチュード6.7以上の地震が起きる確率は99%を超えています（UCERF3、2015年）。
誤解マグニチュード7の地震は、マグニチュード6より少し大きいだけである。
証拠が示すことマグニチュードが一つ上がるごとにエネルギーは約32倍になるので、マグニチュード7は6の約32倍、5の約1,000倍のエネルギーを放出します。
誤解マグニチュードが大きいほど、亡くなる人は多くなる。
証拠が示すこと被害は、地震がどこで起きるか、どれだけ深いところで始まるか、地盤、そして何よりも建物によって決まります。2010年のハイチのマグニチュード7.0の地震では、100,000人を超える人々が亡くなりました。その六週間後のチリのマグニチュード8.8の地震は約500倍のエネルギーをもっていましたが、亡くなったのは約500人でした。
プレートは年に数センチメートルずつ着実に動いています（USGS）。地震は、そのゆっくりした動きの何年分もを一度に解放します。 視聴：固着、そして跳ね返り
沈み込み帯では、プレートどうしが広大な範囲で固着することがあります。1900年以降の五つの地震（1952年のカムチャツカ、1960年のチリ、1964年のアラスカ、2004年のスマトラ、2011年の日本）は、すべて沈み込み帯で起きました（USGS）。 視聴：地震が起きる場所
一つ上がるごとにエネルギーは約32倍になるので、二つ上がると約32 × 32 ≈ 1,000倍になります。 視聴：揺れを測る
チリの地震は約500倍のエネルギーを放出し、都市を激しく揺らしましたが、過去の地震から学んだ厳しい基準で建てられた建物は、ほとんど倒れませんでした。ハイチでは、粗悪なコンクリートやれんがの建物が倒壊しました。 視聴：地震ではなく建物
海岸での強い揺れや長い揺れは、自然が出す津波の警報です（NOAA）。地震そのものが、唯一の警報になるかもしれません。 視聴：地震ではなく建物
モーメントマグニチュードは、地震モーメント M₀ = μ·A·D に基づいています。これは、岩盤の剛性率（μ、地殻の岩石では約 3 × 10¹⁰ パスカル）に、ずれた断層の面積（A）と平均のずれの量（D）を掛けたものです。ハンクスと金森（1979年）は Mw = (2/3)log₁₀M₀ − 10.7 と定義しました（M₀ の単位はダイン・センチメートル）。M₀ の単位をニュートン・メートルにすると、標準的な形は Mw = (2/3)(log₁₀M₀ − 9.1) です。式を変形すると M₀ = 101.5 Mw + 9.1 となるので、マグニチュードが一つ上がるごとに、地震モーメント、そしておおよそ放射されるエネルギーは 101.5 ≈ 32 倍になります。リヒターの1935年の尺度は、南カリフォルニアの標準的なWood-Anderson地震計に記録された最大の振れ幅に基づいていました。この尺度は、非常に大きな地震では値がそれ以上大きくならなくなる（飽和する）ため、モーメントマグニチュードに取って代わられました。
地殻の中では、P波はおよそ 6 km/s、S波はおよそ 3.5 km/s で伝わります。ある観測点でP波とS波の到着の間隔が長いほど、地震は遠くにあります。目安として、S波とP波の時間差一秒につき、距離は約8 kmです。三つ以上の観測点からの距離がわかれば、それぞれの観測点を中心に描いた円が震央で交わります。現代の観測網では、何百もの観測点と多くの波の到着時刻を同時に使い、震源の深さも求めます。「地震201」では、これをさらに詳しく扱います。
地震波は、かたい岩盤から柔らかい堆積物に入ると遅くなります。同じエネルギーを運ぶために波は高くなるので、柔らかい地盤ほど強く揺れます。1989年には、サンフランシスコのマリーナ地区の湾の泥や人工の埋立地の上にある場所が、近くの岩盤の上の場所よりもはるかに強く揺れました。柔らかい地盤が緩く、砂質で、水で満たされていると、揺れによって粒子どうしが押し離され、水が重さを支えるようになります。これが液状化です。現在の建築基準は地盤を考慮しており、USGSのShakeMapは、地震そのものと地元の地盤の両方から、それぞれの場所での揺れを推定しています。
1811年12月から1812年2月にかけてのニューマドリッド地震は、北アメリカプレートの中央部で、地殻の古い弱い帯であるリールフット・リフトに沿って起きました。こうした古い断層は、プレートがその内部に伝える応力によって、再び活動することがあります。北アメリカの中部と東部の地殻は古く、冷たく、かたいため、地震波はほとんど弱まらずに遠くまで伝わります。そのため、そこで起きる地震は、同じマグニチュードの西部の地震よりもはるかに広い範囲で感じられます。
予測とは、ある地域で、ある期間内に、ある規模を超える地震が起きる確率を示すものです。第三次Uniform California Earthquake Rupture Forecast（カリフォルニア統一地震破壊予測、UCERF3、2015年。USGS、California Geological Survey（カリフォルニア地質調査所）、Southern California Earthquake Center（南カリフォルニア地震センター）による）は、断層のずれの速さ、過去の地震の歴史、地面のゆっくりした動きの測地学的な測定を組み合わせ、30年以内にカリフォルニアでマグニチュード6.7以上の地震が少なくとも一回起きる確率は99%を超えるとしました。1975年、中国の海城では、一連の前震をもとに行われた避難によって多くの命が救われましたが、前震を普通の地震と事前に見分けることはできません。その翌年の唐山地震（1976年）は前震も警告もなく発生し、約240,000人が亡くなりました。大地震の時刻、場所、規模を確実に予知できる方法は、まだありません。
地球科学的な過程が、さまざまな時間的・空間的スケールで地球の表面をどのように変えてきたかについて、証拠に基づいた説明を組み立てる。
このエピソードでは：ゆっくりとしたプレートの動きがひずみとして蓄えられ、数秒で解放されること。1906年のずれと弾性反発。
化石や岩石の分布、大陸の形、海底の構造に関するデータを分析・解釈し、過去のプレートの動きの証拠を示す。
このエピソードでは：補足：世界の地震分布図は、過去のプレートの動きの証拠である海溝や中央海嶺をなぞっている。
自然災害に関するデータを分析・解釈して、将来の大災害を予測し、その影響を軽減する技術の開発に役立てる。
このエピソードでは：マグニチュードと震度、早期警報、建築基準（2010年のハイチとチリ）、そしてカリフォルニアの30年予測。
地球の内部と表面の過程が、さまざまな空間的・時間的スケールではたらいて、大陸や海底の地形をつくる仕組みを示すモデルを開発する。
このエピソードでは：プレートが離れていく、すれ違う、一方がもう一方の下に滑り込むモデル、そしてヒマラヤで大陸が衝突するモデル。
天然資源の利用可能性、自然災害の発生、気候の変化が人間の活動にどのように影響してきたかについて、証拠に基づいた説明を組み立てる。
このエピソードでは：被害を決めるのが建物である理由。備え、まず低く、頭を守り、動かないこと、そして自然が出す津波の警報。
さまざまな媒質を伝わる波の振動数、波長、速さの関係についての主張を、数学的な表現を用いて裏づける。
このエピソードでは：P波、S波、表面波。それらの速さと到達の順番。柔らかい地盤の中で波が遅くなり、高くなること。
Earth Systems and Resources（地球のシステムと資源）：プレートテクトニクスと地震。
このエピソードでは：プレート境界、断層、そして地震の分布。
プレートテクトニクスと地震：断層、弾性反発、地震波、マグニチュードと震度、地震の災害。
このエピソードでは：この授業は、地震の入門単元の最初の一週間の内容を扱います。地震の位置の求め方と地球の内部は、「地震201」で続けて扱います。
1906年の春のある朝、五時12分。サンフランシスコはまだ眠っていました。そのとき、何の前触れもなく、大地がうねり始めました。およそ一分間、街全体が揺れ続けました。建物が倒れ、ガス管が壊れ、火災は三日間燃え続けました。
0:16その朝サンフランシスコの地下で起きたことは、地球上のいたるところで起きています。地球上のどこかで、およそ五分に一回、人が感じるほど強く地面が揺れています。そうした地震のほとんどは小さなものです。しかし、ごく一部は歴史を変えます。
0:30この講義では、いちばん基本から、四つの問いに沿って始めます。何が地面を揺らすのでしょうか？地震はなぜ、その場所で起きるのでしょうか？地震はどのように測るのでしょうか？そして、地震の被害の大きさを決めるものは何でしょうか？
その朝の出来事を理解するために、まず大地そのものから見ていきましょう。地球の外側の殻は、一枚のかたまりではありません。それはいくつもの巨大なプレートに割れていて、ひびの入った卵の殻のように組み合わさっています。プレートは常に動いていますが、その動きはゆっくりで、年にわずか数センチメートルです。これは、爪が伸びるのとほぼ同じ速さです。
1:06二つのプレートが接するところでは、その縁はなめらかには滑りません。縁どうしが引っかかって固着する一方で、プレートは動き続けます。縁に沿った岩盤は、一方の端を押した定規のように、ゆっくりとたわんでいきます。年々、岩盤はエネルギーを蓄えていきます。
1:20やがて、岩盤はそれ以上持ちこたえられなくなります。岩盤は断層と呼ばれる割れ目に沿って破壊され、両側が急激にずれ動きます。蓄えられていたエネルギーはすべて、波となって地中を一気に伝わっていきます。この突然のずれこそが地震です。
1:351906年に起きたのは、まさにこれでした。サンアンドレアス断層が、300マイル近く、約480キロメートルにわたってずれ動きました。断層を横切っていた道路や柵は、引き裂かれました。場所によっては、両側が最大20フィート、約6メートルもずれました。
1:53ハリー・フィールディング・リードという地質学者が、地震の前と後に行われた測量の結果を比べました。その結果、地面は何十年もかけてゆっくりたわみ続け、その後、手を放したばねのように一気に跳ね戻ったことがわかりました。彼はこれを弾性反発と名づけました。科学者たちは今でも、この考え方で地震を説明しています。
すべての地震を地図に示すと、ある模様がはっきりと浮かび上がります。地震は、プレートの縁に沿って並んでいるのです。最も活発な縁は太平洋をぐるりと囲んでいます。それが環太平洋火山帯で、これについては別の講義があります。プレートの接し方には三つの種類があり、それぞれが独自のしかたで地面を揺らします。
2:29アイスランドのようにプレートが互いに離れていく場所では、地殻が引き伸ばされて割れ、岩の塊が落ち込みます。こうした地震は、ふつう浅く、規模も比較的小さめです。
2:40プレートが横向きにこすれ合いながらすれ違う場所では、地面が左右に激しく揺れ動きます。こうした断層のほとんどは海の下にあります。しかし、サンアンドレアス断層のように陸上にあるものは、都市の近くを通っているため、非常に危険になりえます。
2:54プレートどうしが押し合う場所では、ふつう一方がもう一方の下に滑り込みます。これを沈み込み帯と呼びます。二つのプレートは、広大な範囲にわたって固着することがあります。巨大地震が起きるのは、こうした場所です。これまでに観測されたマグニチュード9以上の地震は、すべて沈み込み帯で起きています。
3:11二つの大陸が押し合う場所では、どちらも沈み込みません。その代わりに、地殻がしわのように押し縮められて盛り上がり、ヒマラヤのような山脈ができます。陸上で起きた最も死者の多い地震のいくつかは、パキスタンから中国にかけてのこの帯に沿って起きています。
3:25ごく一部の地震は、どのプレートの縁からも遠く離れた場所で起きます。1811年から1812年にかけての冬、一連の強い地震が、アメリカ合衆国の中部、ミズーリ州ニューマドリッドの周辺を揺さぶりました。こうした地震はまれですが、プレートの縁だけですべてが説明できるわけではないことを示しています。
どの地震も、地下の一点、つまり断層が最初に破壊される場所から始まります。その深さは、多くの場合20キロメートルより浅いところです。その後、破壊は断層に沿って猛烈な速さで広がっていきます。始まりの地点の真上にあたる地表の場所が震央で、地震の地図に示される点がこれです。波は、池に広がる波紋のように、あらゆる方向へ広がっていきます。
4:04地震計と呼ばれる装置がこれらの波を記録します。波はいつも同じ順番で届きます。最初に届くのはP波で、岩盤を押したり引いたりします。P波は最も速く、ふつうは揺れが穏やかです。次にS波が届き、岩盤を上下または左右に揺らします。最後に届くのが表面波で、地表に沿ってうねるように伝わります。最も強い揺れをもたらすのは、S波と表面波です。
4:27地震を比べるために、科学者はそれぞれの地震にマグニチュードを与えます。地震が放出したエネルギーの大きさを表す一つの数値です。マグニチュードが一つ上がるごとに、エネルギーは約32倍になります。ですから、マグニチュード7は、五より少し大きいだけではありません。放出されるエネルギーは約1,000倍にもなります。
4:45リヒター・スケールという言葉を聞いたことがあるかもしれません。1935年につくられた、最初のマグニチュードの尺度です。現在、科学者はモーメントマグニチュードと呼ばれる新しい尺度を使っています。これは、最大級の地震にも使えます。
4:59マグニチュードは、地震そのものを表します。震度は揺れを表します。ある特定の場所で、地面がどれだけ強く動いたかです。一つの地震のマグニチュードは一つですが、揺れの強さはさまざまです。断層の近くで最も強く、離れるほど弱くなります。
5:15震度を左右するのは、距離だけではありません。同じ規模の二つの地震なら、浅いほうが地表を強く揺らします。緩い砂や埋立地のような柔らかい地盤は、揺れをはるかに強くすることがあります。1989年、サンフランシスコのマリーナ地区で起きたのがまさにそれで、その話はワールドシリーズ地震の講義で紹介しています。
技術者たちの間には、「人の命を奪うのは地震ではなく建物だ」という言葉があります。2010年1月、ハイチの首都ポルトープランスのすぐ郊外で、マグニチュード7の地震が起きました。多くの建物は鉄筋が少なすぎる粗悪なコンクリートやれんが造りで、次々と倒壊しました。100,000人以上が亡くなりました。
5:59その約六週間後、はるかに強い地震がチリを襲いました。マグニチュード8.8で、放出したエネルギーは約500倍でした。揺れは強いものでしたが、チリには多くの死者を出した数々の地震から学んだ厳しい建築基準があり、ほとんどの建物は倒れませんでした。亡くなったのは約500人でした。
6:19警報システムも役に立ちます。P波は最初に届くので、断層の近くにあるセンサーがそれをとらえ、強い揺れが来る前に警報を送ることができます。日本とアメリカ西海岸には、どちらもこうしたシステムがあります。警報からの猶予はわずか数秒かもしれませんが、それでも列車を減速させ、消防署の扉を開け、人々が身を守るには十分です。断層のすぐそばでは、警報がまったく届かないこともあります。
6:45揺れが始まる前に備えておきましょう。背の高い重い家具は、壁に固定してください。揺れ始めたら、まず低く、手と膝を床についてください。頭と首を守ってください。近くに頑丈なテーブルがあれば、その下に入ります。揺れが収まるまで、しっかりつかまって動かないでください。外へ飛び出さないでください。また、出入り口に立つのもやめましょう。現代の住宅では、出入り口がほかの場所より丈夫というわけではありません。
7:05強い揺れは、ほかの危険ももたらします。急な斜面での土砂崩れ、壊れたガス管からの火災、そして海岸の近くでは津波です。海岸の近くにいて、揺れが強いとき、または約20秒以上続くときは、すぐに高台か内陸へ避難してください。公式の警報を待ってはいけません。地震そのものが、唯一の警報かもしれないのです。
7:27大きな地震の後には余震が起きます。近くで起きる、より小さな地震で、何週間も、ときには何年も続くことがあります。大地震の発生する時刻、場所、規模を確実に予知できた人は、これまで一人もいません。その代わりに、科学者は地震が起きる確率を予測します。カリフォルニアの公式の予測では、30年以内に州内のどこかで強い地震が起きることはほぼ確実だとされています。
では、覚えておきたいことを三つ挙げましょう。一つ目。地震とは断層の突然のずれであり、プレートが動くにつれてゆっくりと蓄積したひずみを解放するものです。二つ目。ほとんどの地震はプレートが接する場所で起き、最大の地震は一方のプレートがもう一方の下に滑り込む場所で起きます。そして三つ目。マグニチュードは地震を、震度は揺れを測るもので、被害の大きさを決めるのは建物です。
8:16あなたの足もとの大地は、毎年数センチメートルずつ動いています。地震とは、その遅れを大地が一気に取り戻す瞬間なのです。「地震二〇一」では、さらに深く掘り下げます。断層の内部へ、地球の核へと下り、そして予測の科学へと進みます。Earth Explainedをご覧いただき、ありがとうございました。次の講義に向けてチャンネル登録をお願いします。そして、EarthWatch24-7で、この惑星の姿を昼も夜もライブでご覧ください。
エピソード内の画像：USGS、NOAA、NASA（パブリックドメイン）、地図は NASA GIBS 経由の NASA/USGS Landsat。アニメーションは EarthWatch 24-7。全クレジット： earthwatch247.com/credits.html.
EarthWatch 24-7. (2026). 地震101: 地面はなぜ揺れるのか [動画教材]. Earth Explained: 地震 101. https://earthwatch247.com/learn/earthquakes-101/ja/