地震のメカニズムを教えて！
地震のメカニズムは地球の表層をプレートと呼ばれる硬い板のような岩盤でできており、そのプレートは移動し、プレート同士で押し合いを続けています。そのため、プレート内部やプレート間の境界部には、力が加わり歪みが蓄積しています。これら岩盤内では、岩盤の密度が低くもろい、温度が高い、大きな摩擦力が掛かっているなどの理由で歪みが溜まりやすい部分があります。ここで応力が局所的に高まり、岩体の剪断破壊強度を超えて、断層が生じ、あるいは既存の断層が動くことが地震であると考えられています。
東北地方太平洋沖地震および津波のメカニズム 東北地方太平洋沖の日本海溝には太平洋プレートが沈み込んでいる。地球上最大のプレートである太平洋プレートは日本列島の地下へと沈み込んでおり、東北地方太平洋沖地震はプレートの沈み込み帯で発生したプレート境界地震である。太平洋プレートは現在の東北地方の原型が形成された約1500万年前から沈み込みを続けている。また太平洋プレートの沈み込みによって上部マントルに形成されたマグマが噴出することによって、東北地方の火山が形成されており、東北地方の形成と太平洋プレートとの間には密接な関係がある。
約2000万年以前、現在の東北地方を始め、日本列島はアジア大陸の辺縁に存在していたと考えられる。当時の日本列島の東では現在の日本海溝に太平洋プレートが沈み込んでおり、現在の南アメリカ大陸西岸のチリ周辺と似た環境であったと見られている。しかし約2000万年前頃から、東アジアの大陸地殻に地溝ができ始めた。地溝は拡大を続け、やがて海となり現在の日本海が形成されていった。日本海の拡大に伴って東北日本は反時計回りに回転しながらアジア大陸から分離して、約1500万年前までに約25度回転しながら南下し、ほぼ現在の位置に至った。
日本海の形成に伴い、日本列島は大陸から切り離されて現在の日本列島の祖形が誕生したが、日本海の形成に伴い、地殻が引き伸ばされたことが原因で広域な地盤沈下が発生した。約1500万年前、日本列島の広い範囲は海面下にあり、特に東北日本の大部分は水没していた。その後も東北日本には東西に引っ張られる力がかかっていたと考えられ、水没した状態が継続した。この時点で東北地方にかかる主な力は、北米プレート系の千島弧が北東方向から、そしてフィリピン海プレート系の伊豆小笠原弧が東北地方を含む東日本を南側から押す力であった。
メカニズムデザイン 要するに各人にとって、自分の評価額をそのまま入札する戦略が常に最適であり、それ以外の額を入札する戦略はこの戦略に弱支配されている。
「オークション」といえば金銭の授受を伴うメカニズムになってしまうが、状況によってはもっとも評価額の高い人に金銭の授受を避けた形で「財」を配分することを目標とした方が自然なこともある。たとえばソロモン王のジレンマとして知られる配分問題がそれである。「自分がこの子の母親だ」と主張する二人の女がソロモン王の前に現れたという旧約聖書のエピソードから来ている。ソロモン王の目標は、赤ちゃんを真の母親に返すことであり(ただし王自身はどちらの女が真の母親かは知らない)、金銭の授受なしにこれを遂行することである。ここでは話を簡単にするため、真の母親がその子供に対するもっとも高い「評価額」を持つと仮定する。
この問題を解決するメカニズムとしては様々なものが提案されている。ここではセカンドプライスオークションを利用した非常に単純なメカニズムを取り上げ、一単位だけある財を n 人いる個人のうちの最高評価者(最高評価額を持つ個人)に配分できることを説明する。なお、各人は最高の評価額と2番目の評価額の差がある値 δ > 0 より大きいことを知っており、自分の評価額が最高かどうかも分かるものとする。メカニズムは次の2段階から成る:
久家慶子 日本学術振興会海外特別研究員(カリフォルニア大学サンタクルーズ校)、京都大学理学部助手、京都大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻地球物理学教室准教授を経て、京都大学大学院理学研究科地球惑星科学専攻地球物理学教室固体地球物理学講座教授。
2018年日本地震学会副会長。
震災 地震の揺れによって地面に亀裂が入るのが地割れである。
液状化現象(古くは『流砂現象』と呼ばれた)は、地下に水を大量に含んだ厚い砂層が存在する場合に発生する。通常は固体化している含水砂層が強震動によって流動化して地割れを生じ、割れ目から砂が吹き出たり(噴砂現象)、地面の沈下を引き起こしたりする。
1923年の関東大震災では、神奈川県茅ヶ崎市中島の道路で「地下水を噴きだした地割れに少女が落ちて溺死した」という目撃証言がある。
主要動 地震動は地震波により引き起こされ、地震波はP波・S波・表面波から構成されている。P波・S波・レイリー波・ラブ波の速度はそれぞれ異なっており、P波は5〜7km/秒、S波は3〜4km/秒である。そのため、観測地点から見ると、地震波はまずP波から到達し、次いでS波・ラブ波・レイリー波の順となる。表面波のうち、レイリー波はよく観測されるが、ラブ波は表層地盤の状態に左右され、ほとんど発生しないこともある。地震動もそれぞれの地震波によって引き起こされるため、まずP波による揺れ、次いでS波・ラブ波・レイリー波それぞれによる揺れが起きる。
S波はねじれ波(たわみ波もしくは剪断波とも呼ぶ)であり、その揺れはP波によるものより大きい。また、地震の波形を観測したとき、波形のうち主要動が占める部分が大半を占める。そのため、この揺れを主要動と呼称する。S波や表面波は地震波(地震動)の周期が比較的長いため、主要動はユサユサという大きな揺れであり、人間の体感でも感じ取りやすい。また、建物などを大きく揺らす周期と一致することが多く、主要動の特に強い揺れ(加速度が大きく、振幅が大きい揺れ)によって、建物が破壊的なダメージを受けることがある。
ただ、主要動の周期(または周波数)、加速度、振幅などの成分は地震によって多種多様である。また、1つの地震の地震波の波形の中にもさまざまな周期や加速度があり、その中でも最も卓越するもの(大きな割合をしめるもの)が、その地震の性質、つまり被害の傾向を決める。規模(マグニチュード)が大きな地震であっても、例えば主要動の周期が「やや短周期」であれば家屋の被害が大きくなり、「短周期」であれば体感震度が大きい割に計測震度が小さくなる。(詳しくは地震動を参照)
余震 余震のメカニズム
原因は、本震時に解放されきれなかったエネルギーが放出されるためとみられる。
地震はプレートに力が加わってできた歪みが断層で発散されることにより起こるが、特に大地震の場合は一度の本震で長く深い断層が全て動いてしまうわけではなく両端や下部に引っかかったままの部分が残り、そこに新たに力が集中し始める。そうして連鎖的に周囲の断層も動いて歪みが解消するときに余震が発生する。
制震 建物の上の層(床)と下の層の間をダンパーを用いて連結し、建物が振動で変形した際にダンパーも変形させ、ダンパーにエネルギーを吸収させて建物の損傷を防ぐ機構である。ダンパーにはオイルダンパーや粘弾性体、金属の塑性化を利用したものなどがあり、また、設置様式によりブレース型や間柱型、壁型等がある。ほとんどの場合でパッシブ制震として用いられるが、セミアクティブ制震として用いられるものもある。
建物の最上部などに「おもり」を設置し、おもりと建物の間に生じる力を利用して建物の振動を低減させるもので、動吸振器の一種。揺れているブランコに乗っている人が自らの重心を動かすことで急激に揺れを止める様子を想像すると良い。日本のゼネコンからは、シリーズ化されたアクティブ制震機構がいくつも出ている。おもりと建物を連結するばね(または振り子)やダンパーを振動学的に適切に調整したパッシブ制震のものをTMD (Tuned Mass Damper)、おもりと建物を連結するばね(または振り子)やダンパーを動的に制御し調節するセミアクティブ制震のものをATMD (Active Tuned Mass Damper)、コンピュータにより解析を行い、おもりをアクチュエータやリニアモーターで応答を制御するのに適した動きをさせるAMD (Active Mass Damper) 等がある。ただ、建物に載せるおもりには限度があり、出せる力が小さいため、ほとんどの場合で地震ではなく風に因る振動を対象としている。
複数の建物、または建物の構造を複数にわけて、ダンパーで連結する制震機構である。建物が互いの重さを利用して振動を低減させるための力を得る。パッシブ、セミアクティブ、アクティブ制震のいずれのタイプも可能である。事例数は少ないが幾つかの研究が行われている。晴海トリトンスクエアなどが知られる。
長谷川昭 (地震学者) 2017年日本学士院賞・恩賜賞 (日本学士院)受賞。
令和元年(2019年)春瑞宝中綬章受章。
令和2年(2020年)の講書始の儀の進講者に選ばれ、「沈み込み帯の地震の発生メカニズムと火山の成因」を講義した。