地震学

I

プロローグ

地震の発生原因や地震波の伝搬、地震にともなう地球物理学的現象、たとえば地震波を利用して地球内部の構造を研究する学問。人工的に地震をおこして観測をおこなう場合もある。

II

地震現象

岩石の変形によってさまざまな種類の地震波が発生することが知られている。たとえば断層がずれると、押しと引きの運動をつたえる縦波(P波)と、ねじれの運動を伝える横波(S波)が生じる。P波は物質を前後にゆするのに対して、おそいS波は物質を上下にゆする。

P波やS波が、地殻とマントルの境界部にあるモホロビチッチ不連続面(モホ面)に達すると、波動は屈折や反射、干渉しあって、さまざまなタイプの波になって地球内部につたわってゆく。P波のつたわる速度は岩石の種類によってことなるため、地下のP波速度を観測することによって、地殻やマントルの構造を知ることができる。

たとえば花崗岩質(→ 花崗岩)の地殻は6km/sだが、その下にある苦鉄質岩、あるいはマグネシウムや鉄を多くふくむ斑レイ岩や橄欖岩などの超苦鉄質岩では約7～8km/sである。

P波とS波の弾性波のほかに、表面波とよばれる波がある。表面波には、イギリスの地球物理学者オーガスト・ラブにちなんでつけられたラブ波と、イギリスの地球物理学者ジョン・レーリーにちなんでつけられたレーリー波があり、これらは地表にそってはやく伝搬する。

III

地震学の方法

地震波は、それが地球表層に到着したところで振動をおこす。地震観測装置は、こうした動きを電磁気学的あるいは光学的な方法で感知するようにつくられている。現在の地震計の原型は、1880年(明治13年)ごろ、明治政府のお雇い外国人教師として来日していたイギリスの物理学者ユーイングが発明したものである。

地震計は、振り子の原理を利用している。たとえば、天井から振り子をさげて、地震によって建物がゆれたとすると、振り子自体は動かず、静止した状態にある。地震の運動は振り子を静止点として、建物のゆれを相対運動として記録する。古くは煤(すす)をぬったドラムに、針で揺れを記録する装置を使用していたが、現在では、さまざまな計測装置が開発されている。また、海底で地震を観測できるような装置も開発されている。

IV

地震学の応用

地震研究では地震発生のメカニズムと地震波の伝わり方、そして地球内部の構造を知ることを基礎においている。弾性反発説によれば、長期間たくわえられたひずみが限界をこえると、断層運動によってそのエネルギーは突然解放され、強い地震振動をひきおこす。

強い振動は数秒で建物を瓦礫(がれき)の山にしてしまうし、多数の人命をうばう。したがって建築物の設計をするときには、地震の振動に関するさまざまな要因を考慮しなければならない。地震がおきる可能性のある地域のダム、原子力発電所、廃棄物処理所、道路、建物などの構造物は、地面の揺れにたえるようにつくられていなければならない。また地震の予知についても研究がおこなわれている。

人工地震をおこし、発生した地震波をもちいて地下の構造を探査することは可能である。ある地点で爆破をおこない、ほかの地点でジオホーンなどの器械をつかって、岩石の不連続な場所で反射したり、屈折したりしてつたわってくる地震波のエネルギーの到達時間を決定する。こうした方法をもちいて地震屈折波、あるいは反射波により、地質断面図をつくることができる。

1940年代に石油探査の方法として発達した地震反射法は、現在では、造山帯の内部構造や海洋地殻の性質、プレート沈み込みのようすなどをさぐる研究に応用されている。

→ 地球物理学