地震はどのようにして発生し、その規模はどのように測定されるのか

地震は世界中で定常的に検索される話題であり、注目すべき揺れがニュースで報道されるたびに関心が高まります。最も頻繁に繰り返される質問は2つです。地面が揺れる物理的原因は何か、その後に報告される規模の数字は実際には何を意味するのかということです。両方の答えは、米国地質調査所（USGS）やIRIS（地震学研究機関）などの機関によって記録された数十年の地震学から来ています。

地震の原因は何か

USGSによると、地震は断層に沿った突然のすべりによって引き起こされます。地球の地殻は大きなテクトニック・プレートに分かれており、常に（ゆっくりではありますが）移動しています。プレートが出会う場所では、摩擦によってそれらの端が一緒に付着し、プレートが押し続けています。USGSはカリフォルニアの太平洋プレートと北米プレートを例として挙げています。これらは約650マイル以上の長さと深さ10マイル以上のサン・アンドレアス断層に沿って、1年間で約2インチの速度で互いにすり抜けます。

断層の端が付着したままの間、プレートは移動し続け、それはどちらかの側の岩石を曲げてストレスを与えます。蓄積されたエネルギーは、最終的には断層を一緒に保つ摩擦力を超えるまで増加し続けます。断層が「外れる」と、付着していた岩石は応力の少ない位置に急速に戻り、蓄積されていたエネルギーは外側に放射され、USGSが「池の波紋のように広がる」と説明する地震波として放出されます。

すべての断層が時間とともに同じように振る舞うわけではありません。USGSは、一部の地域では断層は継続的なクリープを通じて移動し、頻繁な小さな振動で少量の応力を解放すると述べています。クリープが継続的でない場所では、応力は数十年または数世紀にわたって蓄積され、その後すべてが一度に解放され、より大きな地震が生じます。

焦点、震央、および地震波

地震が開始する表面下の点を震源（焦点）と呼び、直上の表面の点を震央と呼びます。これはUSGSによると述べられています。震源から、2つの主な種類の波が外側に移動します。P波は岩石を移動方向に圧縮・伸張し、監視ステーションに最初に到着し、S波は地面を左右に移動させ、P波の後に到着します。USGSは、異なる地震計ステーションでこれら2つの波タイプの到着時間のギャップにより、科学者は地震がどのくらい遠くで発生したかを計算できると説明しています。

今日の規模の測定方法

規模は震源での地震のサイズを説明します。1つの地震は1つの規模値を持ちます。これはUSGSによると述べられています。これは、特定の場所での揺れの強さを測定し、震央からの距離、深さ、およびローカルな地盤条件に応じて大きく異なる可能性のある強度とは異なります。IRISは規模を電球のワット数に、強度をその電球からの異なる距離で感じられる明るさに比較しています。

公的に最もよく知られているスケール、リヒター・スケールは、ミシガン工科大学によると、1934年に地震学者チャールズ・F・リヒターによって開発されました。これは、特定の地震計タイプで記録された最大の波の振幅から、地震からの距離を調整して規模を計算しました。USGSは、このアプローチは非常に大きな地震を正確に測定しないと述べています。一部のイベントは過小評価され、他は過大評価されます。

地震学者は現在主にモーメント・マグニチュード・スケール（Mw）を使用しており、USGSとミシガン工科大学は、それが地震のサイズの完全な範囲にわたって正確に機能し、世界的に適用可能であるため、これが優先されると述べています。モーメント・マグニチュードは、地震モーメントと呼ばれる物理量から導き出されます。これは、岩石の剛性に、すべた断層の領域を乗じ、断層が移動した距離を乗じたものとして計算されます。その瞬間値は、地震図データおよび地質測定から推定され、その後、公に報告される規模の数に変換されます。

各整数がなぜそんなに重要なのか

規模スケールは対数的です。USGSとミシガン工科大学の両方は、1つの整数数の増加が、地震計器によって記録された地面の動きの振幅の10倍の増加に対応し、およそ32倍のエネルギー放出増加に対応すると述べています。ミシガン工科大学は説明的なエネルギー比較を提供しています。規模1の地震は約6オンスのTNTに相当するエネルギーを放出し、規模8の地震は約600万トンのTNTに相当するエネルギーを放出します。

規模対強度

規模は震源で解放されたエネルギーを説明する単一の数字であるため、それ自体では特定の町や建物がどの程度強く揺れたかを説明しません。特定の場所での揺れの強さは、代わりにUSGSが改正メルカリ強度スケールなどの強度スケールを使用して説明します。これはローマ数字で表現されると言われ、震央からの距離、地震の深さ、およびローカルな地質などの要因に依存します。