地震とマグニチュードが関係しているのは、マグニチュードが地震そのものの規模を数値で表す指標だからです。
地震は地下の断層が急にずれることで起こります。ずれた断層の範囲が広く、ずれ量も大きいほど、一般に地震の規模は大きくなります。その大きさを地震計の記録や断層運動の物理量から求め、比較できるようにしたものがマグニチュードです。
ただし、マグニチュードは「ある場所の揺れの強さ」を表す震度とは違います。一つの地震には代表的なマグニチュードがありますが、震度は場所ごとに変わります。
マグニチュードは地震そのものの大きさを表す
気象庁は、マグニチュードを地震そのものの大きさ、つまり規模を表す値と説明しています。
一方、震度はある地点での揺れの強さです。大きな地震でも遠くでは弱く揺れることがあり、小さめの地震でも震源のすぐ近くでは強く揺れることがあります。
このため、地震を比べるときに「どちらの地震が大きかったか」を知るにはマグニチュードを使い、「自分のいた場所がどれほど揺れたか」を知るには震度を使います。
なぜ地震の規模を数値にする必要があるのか
地震は発生する場所も深さも違い、観測点までの距離も異なります。地震計に記録される波の振幅だけをそのまま比べると、震源から近い観測点ほど大きく記録されやすくなります。
そこで、観測された地震波の大きさに震源距離などの影響を補正し、地震そのものの規模を比較できる値としてマグニチュードが使われます。
気象庁では、地震情報などで主に気象庁マグニチュード（Mj）とモーメントマグニチュード（Mw）を使っています。それぞれ計算方法と得意な地震の規模が異なります。
マグニチュードは対数で表される
マグニチュードは、1違うだけでも地震の規模が大きく変わる対数的な指標です。
気象庁によると、マグニチュードが1大きくなると、地震が放出するエネルギーは約32倍になります。2大きくなると約1,000倍です。
たとえば、マグニチュード8の地震一つが放出するエネルギーは、単純な関係でみればマグニチュード7の地震約32個分、マグニチュード6の地震約1,000個分に相当します。
そのため「M7はM6より数字が1大きいだけ」と考えると、実際の差を大きく見誤ります。
地震波の振幅とマグニチュード
初期の代表的なマグニチュードは、地震計に記録された地震波の振幅をもとに計算されました。
米国地質調査所（USGS）は、古典的なリヒターマグニチュードでは、観測された波の振幅と震源からの距離を用いて地震の大きさを求めると説明しています。
対数尺度なので、同じ条件で地震計に記録される振幅が10倍になると、マグニチュードはおおむね1増える関係になります。
ただし、実際には使用する地震波の種類や観測装置、距離補正などによって複数のマグニチュード算出法があります。
マグニチュードには複数の種類がある
「マグニチュード」という一つの名称があっても、計算方法は一種類ではありません。
気象庁は、観測する地震波や計算方法の違いによって多くの種類のマグニチュードが存在し、国際的に完全に一つの方式へ統一されているわけではないと説明しています。
日本の地震情報で基本となる気象庁マグニチュード（Mj）は、地震波形の最大振幅などから比較的速く求めることができ、小さな地震を含め過去の地震と比較しやすいという特徴があります。
一方、非常に大きな地震では、地震波の最大振幅だけを使う方法では規模を十分に表しにくくなることがあります。
大地震ではモーメントマグニチュードが重要になる
大きな地震の規模をより物理的に表すために使われるのが、モーメントマグニチュード（Mw）です。
モーメントマグニチュードのもとになる「地震モーメント」は、断層がずれた面積、平均的なずれ量、岩石の硬さから求められます。
USGSは、地震モーメントをおおまかに「岩石の剛性×断層のすべった面積×すべり量」と説明しています。断層が広く動き、ずれ量が大きいほど地震モーメントは大きくなります。
この地震モーメントを対数変換して使いやすい尺度にしたものがモーメントマグニチュードです。
なぜ巨大地震ではMwが使われるのか
地震波の最大振幅を中心に求める一部のマグニチュードは、巨大地震になると数値が頭打ちになる「飽和」が起こることがあります。
気象庁は、規模の大きな地震では通常のマグニチュードが岩盤のずれの規模を正確に表せない場合があり、物理的な意味が明確で大地震にも有効なMwを用いると説明しています。
USGSも、非常に大きな地震ではモーメントマグニチュードが地震規模をより信頼性高く表すとしています。
そのため、巨大地震では速報段階の値と、その後の詳細解析で求めたMwが少し異なることがあります。
同じ地震なのに報道でMの値が違うことがあるのはなぜか
同じ地震でも、機関によって発表されるマグニチュードが少し違うことがあります。
これは、使う観測網、地震計、地震波の種類、計算方法などが違うためです。また、発生直後は限られたデータから速報値を求め、その後に多くの観測データを使って値を精査することもあります。
気象庁も、計算方法の違いによって同じ地震でも異なるマグニチュード値が得られる場合があると説明しています。
したがって、0.1や0.2程度の違いがあるからといって、どちらかが単純に間違いとは限りません。
マグニチュードが大きいほど必ず震度も大きいのか
マグニチュードが大きいほど、すべての場所で震度が大きくなるわけではありません。
震度は、震源断層からの距離、震源の深さ、地盤の性質、断層破壊の方向などに左右されます。
たとえば、M7級でも遠い海域の深い地震なら、ある都市では震度3程度になることがあります。一方、M6級でも都市の直下に近い浅い地震なら、その周辺で非常に強い揺れになる可能性があります。
マグニチュードは地震の「元の規模」、震度は各地点に届いた揺れの「結果」だと考えると違いが分かりやすいでしょう。
マグニチュードから分かること
マグニチュードは、地震学や防災でさまざまな比較に使われます。
- 地震そのものの規模を他の地震と比較する
- 放出されたエネルギーのおおよその差を理解する
- 大地震で動いた断層規模を推定する
- 過去の地震記録を整理し、地域ごとの地震活動を調べる
- 地震動や津波の評価に必要な基礎情報として使う
ただし、マグニチュード一つだけで被害を予測できるわけではありません。被害は揺れの強さ、地盤、建物、津波、火災など多くの条件によって決まります。
地震とマグニチュードの関係を整理すると
- 地震：地下の断層が急にずれて地震波を出す現象
- マグニチュード：その地震そのものの規模を表す値
- 震度：各地点で実際に起きた揺れの強さを表す値
- マグニチュードが1増える：放出エネルギーは約32倍になる
- モーメントマグニチュード：断層面積、ずれ量、岩石の硬さに関係する地震モーメントから求める
まとめ
地震とマグニチュードが関係しているのは、マグニチュードが地震そのものの規模を共通の尺度で表すための指標だからです。
地震計に記録された地震波から求める方法や、断層の広さ・ずれ量・岩石の硬さに関係する地震モーメントから求める方法があり、地震の大きさに応じて適した尺度が使われます。
マグニチュードは対数尺度なので、数字が1違うだけでもエネルギーは約32倍違います。一方、各地の揺れを表す震度は距離や地盤によって変化します。
つまり、マグニチュードは「その地震がどれほど大きな現象だったか」を表し、震度は「その地震でその場所がどれほど揺れたか」を表しているのです。
参考資料
- 気象庁「震度・マグニチュード・地震情報について」
- 気象庁「地震情報等に用いるマグニチュードについて」
- 地震調査研究推進本部「地震と地震動、マグニチュードと震度」
- U.S. Geological Survey「Earthquake Magnitude, Energy Release, and Shaking Intensity」
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