幾何学は地震の予測に役立つかもしれない

ポサンアンドレアス断層のような断層線を想像すると、鋭いナイフでケーキを切るような、岩石を完璧に切り裂くような光景を思い浮かべるかもしれません。しかし、地球の地殻と上部マントルの岩石ブロック間のこうした地質学的亀裂は、それほど単純で単純なことはめったにありません。断層は前後にジグザグに動いたり、一種のうねり波を形成したりして、岩石の間に曲がりや隙間を生じさせ、ギザギザの縁を残します。あるいは、複数の断層が重なり合って交差し、蜘蛛の巣のようにさまざまな方向に枝分かれする断層線の塊を形成することもあります。

もちろん、断層線は地震の起点となることが多い。カリフォルニア州とメキシコのバハを800マイル以上走るサンアンドレアス断層は、1906年にサンフランシスコを瓦礫と化した地震や、1989年にカリフォルニア州中部の海岸を襲いオークランドの高速道路を崩壊させた地震など、定期的に破壊的な地震を引き起こしている。しかし、次の地震がどこで発生し、どの程度の規模になるかを正確に予測するのは難しい。

最も複雑な断層では、より危険な地震が発生します。

現在、研究論文 自然 この研究は、断層線がどれだけジグザグに曲がり、うねり、枝分かれしているか、つまりその幾何学的複雑さが地震の発生に大きな役割を果たし、将来の地震発生場所を予測する新たな方法を提供する可能性があることを示唆している。著者らはサンアンドレアス断層を含むカリフォルニア州の断層に研究の焦点を当てたが、この研究結果は他の地域の地震にも当てはまる可能性があると述べている。「私たちは大きな地震がどこで起こるかを予測しようとしているのです」と、共同著者でブラウン大学の地球物理学者ビクター・ツァイ氏は言う。

数十年にわたり、地球物理学者は、実験室でテストされた断層沿いの摩擦モデルを使用して地震のリスクを評価してきました。断層沿いの摩擦の量によって、地震が発生するかどうか、また発生する場合の強さが決まると考えられていました。摩擦が大きい場合、断層沿いの岩石は互いに引っ掛かり、所定の位置に固定され、時間の経過とともに張力が増加します。十分な張力があると、これらの岩の板は最終的に一斉に崩れ、激しく前方に傾き、地震を引き起こします。対照的に、岩石がゆっくりと、1年に数ミリ程度、一貫して互いにゆっくりとすれ違うことができれば、張力は解放されます。引っ掛かりや破損がなければ、地震は発生しません。これは「クリープ」と呼ばれる継続的なプロセスです。

しかし、断層の摩擦特性よりも複雑さの方がはるかに評価しやすいことが判明した。複雑さを判断するために、ツァイと彼の同僚は、米国地質調査所の第四紀断層と褶曲データベースのカリフォルニア断層地図から、断層の密度と断層の平均的な「配列」（平行にどれだけ近いか）を測定した。次に研究者らは、断層ネットワークの複雑さに関するデータを、地震活動に関するデータと各断層に沿って測定されたクリープの量と比較した。平均して、最も複雑な断層はクリープ率が低く、地震の危険性が高い傾向があるのに対し、最も複雑でない単純な断層はクリープ率が高く、地震の危険性が低い傾向があることがわかった。（ 全て しかし、単純な断層は徐々に広がり、幾何学を超えた要因が役割を果たしていることを示唆している。

断層線がどれだけジグザグに曲がり、うねり、枝分かれしているかは、地震の発生に大きな役割を果たす可能性があります。

断層は、数ミリメートル単位の微細な複雑さから、プレート境界のうねりのような数十マイルに及ぶ大規模な複雑さまで、さまざまな規模で複雑になることがあります。「拡大すると、 [a fault] 「非常に複雑に見えるかもしれません。ズームアウトすると、比較的単純に見えるかもしれません。そして、さらにズームアウトすると、さらに大きなスケールでより複雑に見えるかもしれません」とツァイ氏は言います。ツァイ氏と彼の同僚が使用した地図は、約12マイルを超える大規模なスケールで断層の複雑さを示しています。

彼らの研究では、小規模な複雑性が地殻変動や地震の激しさとどのように相関するかは調査されていないが、理論上は小規模な断層の複雑性は小規模地震に関連し、大規模の断層の複雑性は大規模地震を引き起こすだろうと彼は付け加えた。大規模の複雑性は、より広い範囲にわたって張力を高め、より大きな岩盤を揺らし、より大きな地震を引き起こすだろう。

断層の複雑さを測って地震リスクを測ることは、カリフォルニアのように断層がきちんと測量されている地域では可能だが、世界の多くの地域ではまだこの方法で測量されていないと、この研究には関わっていないパリ高等師範学校の地質学者ロマン・ジョリヴェ氏は指摘する。「優れた断層地図は、数十年にわたる現地調査の結果です」と同氏は言う。これは大がかりな取り組みであり、危険な地形、政府資金の不足、政情不安などにより、地域によってはこうした現地調査が困難になることもある。「世界には、政治的または安全保障上の理由から現地調査がまったくできない場所もあります」と同氏は言う。

ジョリベット氏は、断層、クリープ、地震のデータを利用する研究者の斬新なアプローチを高く評価しています。このアプローチは、断層の複雑さと地震の相関関係を特定するのに役立ちました。しかし、相関関係が単なる偶然ではないことを確認するには、断層の複雑さとクリープの関係をモデル化することが役立つだろうと、ジョリベット氏は指摘しています。

研究結果が正しければ、地球の断層、つまり私たちの足元にある破壊帯の数学と物理学をより深く理解し、カリフォルニアやその周辺で明日の大地震がどこで発生するかを計画するのに役立つかもしれない。

リード画像: vernStudio / Shutterstock

• リサ・S・ガーディナー

  ポストする 2024年6月25日

  リサ・S・ガーディナーは作家、地質学者、教育者です。彼女は受賞歴のある本の著者です。 不確実な世界からの物語: さまざまな災害から気候変動について学べること （2018年）そして彼女の著作は サイエンティフィック・アメリカン、ハカイ、アトランティック、 などの出版物があります。現在は、サンゴ礁の過去、現在、そして将来の可能性についての本を執筆中です。

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