3つの大洋に広がった謎の津波　隠れていた奇妙な地震

2021年8月12日、南大西洋の極寒の海に浮かぶ無人の英領サウスサンドイッチ諸島で、謎の地震が連続で発生した。最初にマグニチュード7.5の地震が、その3分後に同じ地域でマグニチュード8.1の地震が観測された。

サウスサンドイッチ諸島は複数のプレートが衝突する場所にあるため、地震の発生自体は不思議ではない。奇妙なのは、地震後に、はるかかなたの大西洋、太平洋、インド洋の沿岸で観測されるほど強力な津波が発生したことだ。

この津波による大きな被害はなかったが、3つの大洋で津波が観測された地震は、04年に発生し甚大な被害をもたらしたマグニチュード9.1のスマトラ島沖地震以来だった。

ある種の地震が津波を引き起こすことは知られているが、サウスサンドイッチ諸島で発生した地震は震源が深すぎるため、海底を大きくたわませて膨大な量の水を動かすことはないと見られていた。「これは大きな謎であり、地震学研究者にとっては大きな挑戦でした」と、米カリフォルニア工科大学で地球物理学を専攻する大学院生のジア・ジェー氏は言う。

ジェー氏らは数カ月がかりで、この謎めいた連続地震のしくみを解き明かした。氏らが2月8日付で地球物理学の専門誌「Geophysical Research Letters」に発表した論文では、実際には5回の大きな地震破壊が数分おきに発生し、1つの巨大地震を構成していたと結論づけている。そして、5つの地震のうちの1つは、当初は地震波形のノイズの中に埋もれていたが、複数の海洋に津波を起こすのに十分なほど強く、浅い場所で発生していたとわかった。

この奇妙な地震現象を解明することは、地震が津波を発生させるしくみの理解につながる。「地震に伴う津波の発生を予測できるかどうかは、初期段階での地震の評価に大きく左右されます」と、シンガポール地球観測所の構造地質学者ジュディス・ハバード氏は話す。「今回の地震は、現状の津波検知システムの性能が十分でないことを物語っていると思います」。なお、氏は今回の研究には関与していない。

一連の地震はまた、地球の複雑さを把握することの難しさを研究者に思い知らせた。「時代が進み、観測する地震が増えるほど、地震はより奇妙に、複雑になるような気がします」と、英インペリアル・カレッジ・ロンドンの地震学者スティーブン・ヒックス氏は話す。氏も今回の研究には関与していない。

サウスサンドイッチ諸島の地下深くでは、南米プレートが1年に7センチメートルという緩やかな速度でサウスサンドイッチプレートの下に潜り込んでいる。時間の経過とともに、この部分にひずみが蓄積してくる。やがてそれに耐えられなくなった地殻が破壊され、ひずみが一気に解放されるのが地震であり、場合によっては津波を発生させることもある。

津波は通常、何かが大量の海水を動かしたときに発生する。地震に伴う津波の場合、「その引き金になるのは海底の変形です」とハバード氏は言う。しかし、津波を引き起こすような地震は、十分に浅いところで発生する必要がある。

21年8月12日に発生したマグニチュード7.5の地震は、震源の深さが47キロメートルと深かったため、「地球規模の津波が発生する可能性は非常に低かったのです」とジェー氏は言う。その直後に起きたマグニチュード8.1の地震は、震源の深さが約23キロメートルとやや浅く、こちらは津波を発生させる可能性があった。

しかし、一連の地震から得られた波形は乱雑だった。2つの地震は非常に短い間隔で発生していた。波形は、まるで人が話している最中に別の人が叫びだしたような形になっていて、解読不能なノイズが大量に発生していた。自動化された地震観測システムでは、2回目の地震のマグニチュードや場所や震源の深さについて一貫した数値を導き出すのが困難だった。

「私たちは何かを見落としているのではないかと思いました」とジェー氏は言う。

それからの数カ月間、賈氏らは複雑にからまり合った地震波形を解きほぐし、干渉を取り除き、カオスの中から個別の地震を1つずつ特定していった。その結果、21年8月12日に発生した地殻の破壊は2回ではなく5回であり、そのすべてがわずか260秒の間に起きていたことが明らかになった。

「大きく見れば、これは1つの地震です」とヒックス氏は言う。ただし、複雑で強力だった。「この地震で、沈み込み帯の大部分が破壊されました」

最初の破壊による地震のマグニチュードは7.2で、持続時間は23秒。2回目の破壊によるマグニチュードも7.2で、持続時間は19秒だった。当初マグニチュード7.5とされた地震は、この2つが合わさったものだった。また、4回目の破壊による地震のマグニチュードは7.6、5回目は同7.7で、どちらも短時間だった。

問題は3回目の破壊だった。マグニチュードは8.2と非常に大きく、5回の地震のエネルギーの大半がここで放出されていた。その上、始まりから終わりまで180秒という長い時間を要した地震だった。長い間3回目の破壊が気づかれなかった理由の1つはここにある。それまで地震を探すのに使っていた「フィルター」が不適切だったのだ。

ゆっくりした揺れによって生じる地震の波形は、突然の破壊によって生じる典型的な地震の波形とは異なっている。賈氏がフィルターを変更して観測データを分析し、ゆっくりとした地震破壊を探したところ、突如としてこの現象が現れた。

3回目の破壊による地震は、より強力で、より長く続いただけでなく、震源の深さが14キロメートルと浅く、地球規模の津波を引き起こす条件を満たしていた。

最初の見た目ですぐに解明できる地震はまれだ。もちろん、ニュージーランドで16年に発生したカイコウラ地震のように一目瞭然のものもある。この地震では12個の断層がとびとびに破壊されたが、解明はそれほど難しくなかった。

「カイコウラ地震は表面破壊によるものだったからです」と、米国大学間地震学研究連合（IRIS）の地震学者ケイシー・アダーホールド氏は説明する。氏は今回の研究には関与していない。「破壊された断層は地表から見えたので、研究者はその上を歩いて調べることができました」

21年のサウスサンドイッチ諸島の奇妙な地震はそうではなかった。「震源は深く、海の下にあり、人間が住んでいるところから遠く離れていました。破壊が起きた場所に触ることも、その上を歩くこともできませんでした」とアダーホールド氏は言う。同諸島には地球物理学の観測基地もなければ、沈み込み帯のきしみに耳をすます海底地震計もなかった。

研究者たちがサウスサンドイッチ諸島の地震のしくみを解明できたのは、152の地震計からなる地球規模のオープンアクセスネットワーク「グローバル地震観測網」のおかげだ。米国地質調査所（USGS）と全米科学財団（NSF）が共同で運用する同観測網は「本当に重要です」と賈氏は言う。この観測網が遠隔地の地震を記録していなければ、今回のような奇妙な地震を解きほぐすことはできなかっただろう。

ただし、謎は残っている。マグニチュード8.2の破壊が津波を引き起こした可能性は高いが、その詳細はまだ明らかになっていないのだ。

「多くの津波で、地震に伴う海底地滑りが見られます」と、英南極観測局（BAS）の海洋地球物理学者ロバート・ラーター氏は言う。「個人的には、サウスサンドイッチ諸島の地震もそうではないかと考えています」。それを確認するには、ソナーを装備した船や無人潜水艇で海底を調べ、その様子を以前の海底地形図と比較するしかない。

地質学者たちは、サウスサンドイッチ諸島の地下にある沈み込み帯が、今後も大地震を引き起こす可能性があるかどうかも考えている。21年の地震破壊は広範囲に及び、強力だった。「ということは、あと500年か1000年程度は、このような大規模な地震破壊は起こらないのでしょうか？」とヒックス氏は言う。この地域には観測機器が不足しているため、「答えを出すのは本当に難しいのです」

今回の5連続地震の発見のおかげで、次に同じような地震が発生したときには、その正体に気づきやすくなるだろう。「地震データの中から、今回の地震と同様のゆっくりした破壊現象を検出しやすくなるので、より迅速で正確に、警報を発することができるでしょう」とハバード氏は言う。

とはいえ、地震の観測データから津波の発生を予想し、被害をできるだけ抑えようと努力している科学者たちが裏をかかれるのは、これが最後ではないだろう。ラーター氏が言うように「自然界は驚きに満ちている」からだ。

（文　ROBIN GEORGE ANDREWS、写真　PETER FISHER、訳　三枝小夜子、日経ナショナル ジオグラフィック社）

［ナショナル ジオグラフィック ニュース 2022年2月19日付］