[지진] 동일본 대지진은 「있을 수 없는 거대 지진」이었다. 일 지진학회서 토로된 「뼈아픈 심정」

[お持て成し]

동일본 대지진은 「있을 수 없는 거대 지진」이었다. 일 지진학회서 토로된 「뼈아픈 심정」 / 7/6(목) / 현대 비즈니스

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향후 30년 이내에 높은 확률로 발생이 예측되고 있는 난카이 트로프 거대지진. 과연 그 실태는 어떤 것일까. 그 거대한 재해는 어떤 메커니즘으로 발생하고 어떤 피해를 가져올 것인가. 그리고 우리는 그 미래에 어떻게 대비해야 하는가. 방재·위기 관리 어드바이저 야마무라 타케히코 씨가 해설한다.
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◎ 난카이 트로프 거대 지진 발생 메커니즘 플레이트는 왜 움직이는가?

지구를 적도면으로 측정하면 지름 약 1만 2,756km로 알려져 있다. 그 표층 부분은 지각과 맨틀 등으로 이루어진 두께 수십~100km 정도의 단단한 암반으로 덮여 있으며, 그 암반은 해령, 해구, 트로프 등을 경계로 하여 크게 십여 장으로 나누어져 있다. 그걸 플레이트라고 부른다. 각각의 플레이트가 상대적으로 움직이면서 지각변동, 지질현상 등이 야기된다는 것이 플레이트텍트닉스 이론이다. 영어로 플레이트는 판, 텍토닉스는 구조작용(구조를 만드는 작용)이라는 뜻이다. 이 이론은 지진이나 화산 활동 등의 메커니즘을 설명할 때도 이용되고 있다.

플레이트의 상대운동에 의해 만들어지는 경계(해령, 해구, 트로프 등)에는 크게 세 종류가 있다. 하나는 플레이트가 해구 등에서 지구 내부로 가라앉는 '침입 플레이트 경계'. 두 번째는 가라앉는 플레이트에 이끌려 갈라진 틈이 확대되는 중앙해령과 같은 '확대 플레이트 경계'. 세 번째는 플레이트끼리 엇갈리는 '가로 어긋남 플레이트 경계'이다.

일본 열도는 침침판 경계 위에 위치하고 있으며, 바다 쪽 플레이트(태평양 플레이트, 필리핀 해 플레이트)가 육지 쪽 플레이트(유라시아 플레이트·북미 플레이트) 아래로 가라앉아 있다(1-(2) 그림 참조).

플레이트는 가라앉은 플레이트가 당기는 힘으로 움직이고 있다고 여겨진다. 그것을 「식탁보 효과」라고 한다. 식탁보를 테이블 끝에서 길게 늘어뜨리면 그 자중으로 미끄러져 내려가는 것과 비슷하다. 늘어진 식탁보 무게로 연결된 식탁보의 나머지 부분도 당겨진다. 같은 로직으로 자중이 플레이트의 움직이는 원동력 중 하나로 여겨지고 있다.

◎ 지진학의 패배 선언

태평양 플레이트는 동태평양 해령으로 불리는 해저 산맥에서 탄생해 천천히 이동해 왔다. 일본해구 도달까지의 이동 시간이 길었기 때문에 플레이트는 열을 방출하고 바닷물에 의해 냉각되어 무거워졌다. 일본해구가 가라앉는 플레이트 경계에서는 육지의 북미 플레이트에 부딪혀 그 경계에서 지구 내부로 가라앉아 간다. 낡고 무거운 플레이트이기 때문에 급각도로 가라앉기 때문에 플레이트 간 고착(달라붙는 힘)은 그다지 강하지 않다고 생각되어 고착이 강하지 않은 북미 플레이트와 태평양 플레이트 사이·일본해구에서는 M9급 지진의 발생 확률이 낮다고 생각되었다.

반면 유라시아 플레이트 아래로 가라앉는 필리핀해 플레이트는 젊은 플레이트로 가벼워 육지 플레이트에 부딪혀도 부드럽게 가라앉지 못하고 꺾임 각도도 얕아 육지 플레이트 사이의 고착이 강한 것으로 여겨진다. 플레이트 사이 고착이 강할수록 거대 지진이 일어날 가능성이 높다는 게 연구자들 사이에선 공통된 인식이었다.

하지만 고착이 약한 일본해구의 플레이트 경계에서는 M9급 거대지진의 발생 확률은 낮다는 기존 정설을 뒤집고 2011년 3월 11일 오후 2시 46분 M9 동일본 대지진이 발생해 희생자 2만 2천 명이 넘는 대참사를 일으켰다. 말도 안 되는 곳에서 거대 지진이 일어나 지진학자뿐 아니라 정부 관계자, 지자체 직원 등에게 충격이 쏟아졌다. 나를 포함해 방재에 종사하는 사람들에게도 등골이 시린 청천벽력이었다.

동일본대지진 7개월여 뒤인 10월 5일 공익사단법인 일본지진학회 전국대회가 시즈오카현에서 열려 2000여 명이 참가했다. 석상, 동학회 지진 대응 책임자인 S교수는, 「상정외의 지진에 부담을 느낀다. 지진학이나 학자의 자세에 문제가 없었는지 다시 묻겠다」고 뼈아픈 심정을 토로했다. 이를 「지진학 패배 선언」이라고 보도하는 언론도 있었다.

동일본 대지진으로부터 10년 후인 2021년 12월, 중앙방재회의는 일본해구와 쿠릴시마 해구에서 일어나는 거대 지진의 상정을 최대 M9급으로 하고 최악의 경우 사망자 19만명 이상으로 상정을 크게 고치게 되었다.

◎ 난카이 트로프 거대지진 발생 메커니즘

난카이 트로프 거대지진은 스루가 만에서 엔슈 나다, 구마노 나다, 기이 반도 남쪽 해역 및 도사 만을 거쳐 히나타나다 앞바다의 필리핀해 플레이트와 유라시아 플레이트가 만나는 해저 홈 모양 지형을 형성하는 난카이 트로프를 따라 주요 진원으로 하는 지진이다. 트로프(trough)는 해저에 있는 길고 약간 폭이 넓은 홈을 말하며 주상해분(周上海分)이라고도 하며 최대 수심이 6,000m 미만인 것이고 6,000m를 넘는 것은 해구(trench)라고 불린다.

난카이 트로프에서 육지 쪽 유라시아 플레이트 아래 필리핀 해 플레이트가 가라앉을 때 유라시아 플레이트 가장자리가 끌려 들어간다. 필리핀해 플레이트는 장소나 방향에 따라 다르지만 거의 남서 방향에서 유라시아 플레이트 아래로 연간 37㎝ 정도의 속도로 가라앉고 있다. 이 때문에 그 경계인 난카이 트로프 부근에서는 인입된 육지 쪽 유라시아 플레이트 쪽 끝 암반에 변형이 축적되어 일정 기간 경과하여 한계에 도달했을 때 원래대로 돌아가려는 에너지가 작용하여 암반이 크게 어긋난다(튀어오른다). 그로 인해 난카이 트로프 거대 지진이 일어나 지각 변동, 큰 흔들림, 큰 쓰나미가 발생하는 것으로 생각되고 있다.

정리하면 바다 쪽 필리핀해 플레이트와 육지 쪽 유라시아 플레이트 사이의 고착역(플레이트와 플레이트가 단단하게 붙어 있는 곳)에서는 육측 플레이트가 말려들도록 끌려들어가고 있다. 그 변형이 한계에 도달하면 원래대로 돌아가려는 에너지가 작용해 고착되어 있던 아스페리티가 급격히 크게 어긋나면서(튀어올라) 대지진이 발생한다는 것이 현재 생각되고 있는 난카이 트로프 거대지진 발생 메커니즘이다(1-(3) 그림 참조).

아스페리티(asperity)는 영어로 물체 표면의 거칠기를 뜻하는 말인데, 지진학에서는 평소 고착되어 있는 플레이트 경계 등 단층면 상에서 어느 때 급격히 어긋나면서 (미끄러져) 강한 지진파를 발생하는 영역 중 주위에 비해 특히 미끄럼량이 큰 영역을 아스페리티라고 부른다. 아스페리티의 위치, 형상, 면적, 미끄럼량 등이 그 지진이나 해일의 성질이나 규모를 결정하는 중요한 요소 중 하나가 되고 있다.

더 이어지는 <「난카이 트로프 거대지진」은 도대체 언제 일어날 것인가…그 구체적인 예측의 「숫자」>에서는, 난카이 트로프 거대지진의 발생 확률에 대해 자세하게 해설한다.

야마무라 타케히코(방재시스템연구소 소장)

https://news.yahoo.co.jp/articles/dc697220b2772fdad03f475545d5f8cb18d4847b?page=1 

東日本大震災は「あり得ないはずの巨大地震」だった…日本地震学会で吐露された「痛恨の念

東日本大震災は「あり得ないはずの巨大地震」だった…日本地震学会で吐露された「痛恨の念」
7/6(木) 7:03配信


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現代ビジネス
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今後30年以内に高い確率で発生が予測されている「南海トラフ巨大地震」。果たしてその実態はいかなるものなのだろうか。その巨大な災害はどのようなメカニズムで発生し、どのような被害をもたらすのだろうか。そして、われわれはその未来にどう備えればよいのか。防災・危機管理アドバイザーの山村武彦氏に解説してもらった。
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【マンガ】「南海トラフ巨大地震」が起きた時、もし「名古屋港」にいたら…

南海トラフ巨大地震発生のメカニズム プレートはなぜ動くのか？
写真：現代ビジネス

　地球を赤道面で測ると、直径約1万2,756キロメートルといわれている。その表層部分は地殻とマントルなどからなる厚さ数十～100キロメートルほどの硬い岩盤で覆われており、その岩盤は海嶺、海溝、トラフなどを境として大きく十数枚に分けられている。それをプレートと呼ぶ。それぞれのプレートが相対的に動くことによって、地殻変動、地質現象などが引き起こされるというのがプレートテクトニクス理論だ。英語でプレートは板、テクトニクスは造構作用(構造をつくる作用)という意味だ。この理論は、地震や火山活動などのメカニズムを説明する時にも用いられている。

　プレートの相対運動によって作られる境界(海嶺、海溝、トラフなど)には,大きく分けて3種類ある。一つはプレートが海溝などから地球内部へ沈み込む「沈み込みプレート境界」。二つ目は、沈み込むプレートに引っ張られて裂け目が拡大していく中央海嶺のような「拡大プレート境界」。三つ目は、プレート同士がすれ違う「横ずれプレート境界」である。

　日本列島は沈み込みプレート境界の上に位置していて、海側のプレート(太平洋プレート,フィリピン海プレート)が、陸側のプレート(ユーラシアプレート・北米プレート)の下に沈み込んでいる(1-(2) 図参照)。

　プレートは、沈み込んだプレートが引っ張る力で動いているとされる。それを「テーブルクロス効果」という。テーブルクロスをテーブルの端から長く垂らすと、その自重で滑り落ちていくのに似ている。垂れたテーブルクロスの重みで、つながっているテーブルクロスの残りの部分も引っ張られていく。同じロジックで、自重がプレートの動く原動力のひとつと考えられている。

地震学の敗北宣言
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　太平洋プレートは、「東太平洋海嶺」と呼ばれる海底の山脈で誕生し、ゆっくりと移動してきた。日本海溝到達までの移動時間が長かった(約1億3千万年)ため、プレートは熱を放出し、海水によって冷却され重くなっている。日本海溝の沈み込みプレート境界では、陸の北米プレートにぶつかり、その境界から地球の内部へと沈み込んでいく。古く重いプレートゆえに急角度で沈み込むため、プレート間の固着(くっつく力)はあまり強くないと考えられ、固着が強くない北米プレートと太平洋プレートとの間・日本海溝では、M9級地震の発生確率は低いと考えられていた。

　一方ユーラシアプレートの下に沈み込むフィリピン海プレートは若いプレートで軽いため、陸のプレートにぶつかってもスムーズに沈み込めず、折れ曲がり角度も浅いため、陸のプレートとの間の固着が強いと考えられている。「プレート間の固着が強ければ強いほど巨大地震が起きる可能性が高い」というのが、研究者間では共通の認識だった。

　だが、固着が弱い日本海溝のプレート境界ではM9級巨大地震の発生確率は低い、というこれまでの定説を覆し、2011年3月11日午後2時46分、M9の東日本大震災が発生し、犠牲者2万2千人を超える大惨事を引き起こした。「あり得ない場所で巨大地震が起きた」地震学者だけでなく、政府関係者、自治体職員などに衝撃が走った。私を含め、防災に携わるものにとっても背筋が凍るような青天の霹靂だった。

　東日本大震災から約7か月後の10月5日、公益社団法人日本地震学会の全国大会が静岡県で開かれ、約2000人が参加した。席上、同学会震災対応責任者のS教授は、「想定外の震災に負い目を感じる。地震学や学者の姿勢に問題がなかったか問い直す」と痛恨の念を吐露した。これを「地震学の敗北宣言」と報じるメディアもあった。

　東日本大震災から10年後の2021年12月、中央防災会議は日本海溝と千島海溝で起きる巨大地震の想定を最大M9級とし、最悪の場合は死者19万人以上と想定を大きく改めることになった。

南海トラフ巨大地震発生のメカニズム
写真：現代ビジネス

　南海トラフ巨大地震とは、駿河湾から遠州灘、熊野灘、紀伊半島の南側の海域及び土佐湾を経て日向灘沖のフィリピン海プレートとユーラシアプレートが接する海底の溝状の地形を形成する「南海トラフ」沿いを主な震源とする地震である。トラフ(trough)とは、海底にある長くやや幅の広い溝のことで、舟状海盆(しゅうじょうかいぼん)とも呼ばれ、最大水深が6,000メートル未満のもので、6,000メートルを超えたものは海溝(trench)と呼ばれる。

　南海トラフで陸側のユーラシアプレートの下にフィリピン海プレートが沈み込む際に、ユーラシアプレートの端が引きずり込まれる。フィリピン海プレートは、場所や方向によって異なるが、ほぼ南西方向からユーラシアプレートの下に年間3～7センチメートル程度の速度で沈み込んでいる。このため、その境界である南海トラフ付近では、引き込まれた陸側のユーラシアプレート側の端の岩盤にひずみが蓄積され、一定期間経過し限界に達した時、元に戻ろうとするエネルギーが働き、岩盤が大きくずれ動く(はね上がる)。それによって南海トラフ巨大地震が起き、地殻変動、大揺れ、大津波が発生すると考えられている。

　まとめると、海側のフィリピン海プレートと陸側のユーラシアプレート間の固着域(プレートとプレートが、固くくっいている場所)では、陸側プレートが巻き込まれるように引きずり込まれている。そのひずみが限界に達すると、元に戻ろうとするエネルギーが働き、固着していたアスペリティが急激に大きくずれ動き(はね上がり)大地震が発生するというのが、現在考えられている南海トラフ巨大地震発生のメカニズムである(1-(3) 図参照)。

　アスペリティ(asperity)は、英語で物体表面の粗さを意味する言葉だが、地震学では普段固着しているプレート境界などの断層面上で、ある時急激にずれ動いて(すべって)強い地震波を発出する領域のうち、周囲に比べて特にすべり量が大きい領域のことをアスペリティと呼んでいる。アスペリティの位置、形状、面積、すべり量などが、その地震や津波の性質や規模を決める重要な要素の一つとなっている。

　さらに続きとなる＜「南海トラフ巨大地震」はいったいいつ起こるのか…その具体的な予測の「数字」＞では、南海トラフ巨大地震の発生確率について詳しく解説する。

山村 武彦（防災システム研究所 所長）