7月4日と5日にロサンゼルス北東のカリフォルニア州モハーベ砂漠のリッジレスト地区で発生したマグニチュード 6.4 と 7.1 の双子の地震は、カリフォルニア、ネバダ、アリゾナ、バハ カリフォルニアの最大3000万人が感じ、死傷者や被害額、多くの神経衰弱の原因となりました。 遠隔地であったため影響は少なかったものの、この地震は、地震国カリフォルニアに住んでいることを自覚し、科学者が言う「ビッグワン」に備えなければならないという警鐘を鳴らすものとなりました。
地震に関する俗説はたくさんあります。 よくあるのは、「地震天気」というものがあるというもので、暑くて乾燥している、あるいは乾燥して曇っているなど、典型的に地震に先行するある種の気象条件があるのです。 紀元前4世紀、ギリシャの哲学者アリストテレスは、地震は地下の洞窟から逃げ出す風によって引き起こされると提唱した。
地震学（地震を研究する学問）の出現により、ほとんどの地震は地殻変動プロセス、つまり地殻の構造変化を引き起こす固体地球内の力、主に断層（弱さの線状ゾーン）に沿った地下岩塊の破壊によって起こることがわかってきました。 また、ほとんどの地震は地表の温度や条件の影響を受けない、地表のはるか下で発生することも分かっています。 さらに、地震の統計的な分布は、あらゆる気象条件下でほぼ均等であることもわかっています。 米国地質調査所によると、地震と天候の間に見られる唯一の相関関係は、ハリケーンのような大きな嵐によって引き起こされる大きな気圧の変化が、「ゆっくり地震」として知られる地震を時々引き起こすことが示されている、ということです。 彼らは、そのような大きな低圧の変化が、有害な地震を誘発する一因となる可能性がある一方で、「その数は少なく、統計的に有意ではない」と指摘しています。 気候現象と地震に関連はあるのでしょうか。 カリフォルニア州パサデナにあるNASAジェット推進研究所の地球物理学者ポール・ラングレン氏に、この問題について科学的なシェイクダウンをしてもらった。
Weighing the Seismic Consequences of Water
気候と地震を関連づけるには、まず、どのような地殻変動プロセスが気候現象と関連しているかを判断しなければならないと、Lundgren 氏は言います。 科学者たちは、断層にかかる応力の大きさが変わると、地震が誘発されたり抑制されたりすることを知っています。 断層の応力負荷を変化させる可能性のある最大の気候変動要因は、雨や雪といった地表水です。 Lundgren氏によれば、いくつかの研究がそのような相関関係を裏付けているとのことである。 典型的には、私たちがこの種の相関関係を見たのは、微小地震、つまり、マグニチュードがゼロ未満で、人間が感じるよりはるかに小さい地震です」と、彼は言いました。 「これらはかなり頻繁に発生します」
Lundgren は、カリフォルニア工科大学の同僚 Jean-Philippe Avouac や他の研究者の研究を引用し、ヒマラヤの微小地震の量と毎年のモンスーン季節の間の相関関係を見つけました。 夏の間、インド亜大陸の北部を含むインド・ガンジス平原には大量の降水がある。 このため、地殻への応力負荷が増加し、隣接するヒマラヤ山脈の微小地震が減少する。
Lundgren は、しかし、より大きな地震についてそのような推論をすることは、はるかに難しくなると言います。 「地殻内の多くの小さな割れ目は不安定です。 また、潮汐が微小地震と呼ばれる微弱な地殻変動を引き起こすことも分かっています。 しかし、本当の問題は、微小地震に関する知識を、大地震や、人々が感じることのできるあらゆる規模の地震に適用するために、スケールアップすることなのです」。 気候に関連した応力変化は、地震の発生を促進するかもしれないし、しないかもしれませんが、どの程度かを知る方法がありません。
「気候プロセスに関連した非テクトニックな強制力が、ラクダの背を壊す藁となり、結果として大きな地震を引き起こすような臨界点に断層がいつあるのかは分かりません。 「
干ばつはどうでしょうか。
季節的な影響が断層に変化をもたらすことは知っていますが、長期的な干ばつのような周期的ではない気候現象はどうでしょうか。
結局のところ、干ばつの期間による地殻の応力負荷の変化は、実際、重要である可能性があることがわかりました。 2017年にJPLの科学者ドナルド・アーガスらがカリフォルニア、オレゴン、ワシントンの高精度GPS観測所のネットワークからのデータを使って行った研究では、2011年から2017年の間にシエラネバダで干ばつと多量の降水が交互に起こったことにより、実際に山脈が1インチ近く上がり、その後干ばつの間に山の岩が水を失ってそれを取りもどすことによりその半分ほど下がることを発見しました。 この研究では、断層への潜在的な影響は特に調べていませんが、そのような応力の変化は、山脈の中や近くの断層に潜在的に感じられる可能性があります。
同様に、干ばつの時期に悪化する、人間による地下帯水層からの地下水の汲み上げは、地殻の「重さを減らす」ことによって応力負荷のパターンに影響を与えることが示されています。 Lundgren氏は、カリフォルニア州のセントラルバレーにおける地下水採水が、隣接するサンアンドレアス断層の地震活動に与える影響を調べたAmos氏らによる2014年のNature誌の研究を紹介しました。 研究者たちは、こうした採水によって、2つの主要な地殻プレートの境界に沿って互いに水平に移動するサンアンドレアス断層の両側への応力の横方向の変化が促進されることを発見しました。 これは、潜在的にそれらがアンクランプと滑り、地震を引き起こす可能性があります。
「そのような応力は小さいですが、もし地下水の汲み上げが長期間にわたって行われた場合、より大きなものになる可能性があります」と彼は述べています。 そのような変化は、地殻変動プロセスによる断層の通常の応力の蓄積によって引き起こされる応力の変化に比べて小さいかもしれませんが、サン アンドレアスで次に起こる大きな地震の発生を早める可能性があります」。 また、地震が発生するまでの間に断層のすべり量が増加するため、地震の発生頻度は高くなるが、規模は小さくなる可能性がある。「しかし、セントラルバレーに最も近いサン アンドレアス断層のフォート テジョン区間が最後に破壊されたのは 1857 年であり、断層に沿った地震の不規則な性質と地震発生間の時間の大きな変動を考えると、現在の知識レベルでは、次の大地震がいつ、どこで発生するかについて科学者が理解するには程遠い、とLundgrenは述べています。 Glaciers and Tectonic Processes
気候に関連する現象で、地殻変動プロセスとの関連があると考えられているものに、氷河化がある。 氷河が後退すると、その下の地殻にかかる応力負荷が減少し、地下のマグマの動きに影響を与えることがあります。 Geology』誌に掲載された最近の研究では、地球が現在よりもずっと寒かった4,500〜5,500年前のアイスランドの火山活動に関するもので、氷河の後退と火山活動の活発化に関連性があることがわかった。
また、氷河の急速な動きは、氷河性地震と呼ばれるものを引き起こすことが示されている。 グリーンランドの氷河性地震は夏季に頻度がピークに達し、時間とともに着実に増加しており、おそらく地球温暖化に対応している。
人間の水利用と誘発地震
気候に関する水の地震活動への影響に加えて、人間の水管理および利用は、誘発地震として知られる現象を通して地震に影響を与えることがある。
例えば、大規模なダムに貯水された水は、その影響は局所的ではありますが、世界各地で地震活動に関係していると言われています。 1975年、カリフォルニア州北部にあるオロビル湖は、オロビルダムの背後に、人間が造った貯水池としては州で2番目の大きさを誇るが、それから約8年後、近くで一連の地震が発生し、最大のものはM5.7を記録している。
地震を調査したいくつかの研究では、貯水池の水位の変動とそれに伴う貯水池の重量の変化が、地元の断層の応力荷重を変化させ、地震を誘発したと結論づけています。 地震発生後数年間、貯水池の地震活動を監視した結果、貯水池の水位と地震発生率の間に季節的な相関関係があることが判明した。 地震活動は、冬と春に貯水池が満杯になると減少し、最大の地震は、夏と秋に貯水池の水位が下がると発生する傾向があります。 USGSや他の機関による研究では、オクラホマや他のアメリカ中西部および東部の州における近年の地震活動の急激な増加は、石油操業中に廃水を地中に注入する習慣の増加と関係があるとされています。 注入井戸は、地下の多孔質地層に流体を入れますが、科学者たちは、流体が、時には、滑る準備ができた埋もれた断層に入り込み、断層の間隙水圧を変化させ、滑りを引き起こすことがあると信じています。 USGSの地球物理学者Elizabeth Cochranと大学にいる同僚が行った研究では、この地震はWilzetta Northフィールドの深い処分井への注入によって誘発されたことが示唆されています。 Credit: USGS/Brian Sherrod
Getting the Big Picture of the Earth System’s Interconnectivity
Lundgren は、彼が最初に地震の研究を始めたとき、すべてはプレート テクトニクスと地殻内で起こっているプロセスとの関連で地震を理解することに焦点を当てていたと述べています。 過去 10 年ほどで、GPS のような空間分布や感度の高い新しい技術が広く採用されるようになり、人々は他の 2 次効果、つまり地震に影響を与えるかもしれない他の要因にも目を向け始めました」と、彼は言います。 「季節差など、地震と気候の間に潜在的な関連性を見いだすことができるのは、非常に興味深いことです。 しかし、課題は、そのような関連性を基礎物理学と比較することです。
「気候プロセスの結果として、いつ地震が発生するかを予測できるまでには至っていません」と、彼は結論付けました。 たとえ、外部の気候プロセスが断層系に潜在的に影響を与えていることがわかっていても、断層が破壊する潜在的な状態を知らないので、「ああ、1週間後か1カ月後に地震が起きるかもしれない」というような余計な推論はまだできないのです」
これらの研究が強調していることは、地球システムの驚くべき複雑さです。 今後も研究を続けることで、地球システムのさまざまな構成要素が、時には驚くような方法で相互に結びついていることを、よりよく解明することができるでしょう。