地震に関係するプレートに場所や条件による違いがあるのは、すべてのプレートが同じ材質・年齢・温度・密度・動き方をしているわけではないからです。海洋プレートと大陸を含むプレートでは性質が異なり、同じ海洋プレートでも海嶺からの距離や年齢によって温度や密度が変わります。さらに、プレート同士が近づく、離れる、すれ違うという境界条件の違いによって、起こりやすい地震の深さや断層運動も変わります。
つまり、「プレート」という言葉でひとまとめにしても、その中身は一様ではありません。プレートそのものの性質と、相手のプレートとの接し方の違いが、地域ごとの地震活動の違いにつながっています。
まず、すべてのプレートが同じものではない
プレートは、地殻と上部マントルの最上部からなる硬い岩盤の板です。しかし、プレートの上にある地殻には大きく海洋地殻と大陸地殻があり、その性質には違いがあります。
海洋地殻は主に玄武岩質の岩石からなり、一般に薄く密度が大きい傾向があります。一方、大陸地殻は花こう岩質の岩石を多く含み、海洋地殻より厚く、平均的には密度が小さい傾向があります。
この違いは、プレート同士が衝突したときにどちらが沈み込みやすいかに関係します。USGS（米国地質調査所）は、海洋地殻が大陸地殻より薄く高密度であるため、海洋プレートと大陸側のプレートが収束する場所では、通常は海洋プレートが下へ沈み込むと説明しています。
ただし、実際のプレートは「海洋プレート」「大陸プレート」と単純に二種類だけに分けられるわけではありません。一枚のプレートの中に海洋地殻と大陸地殻の両方を含む場合もあります。重要なのは、接している場所でどのような岩石・厚さ・密度・温度を持つリソスフェアが向かい合っているかです。
海洋プレートは年齢によって性質が変わる
海洋プレートは海嶺付近で新しく形成されます。形成直後は高温ですが、海嶺から離れて移動するにつれて徐々に冷えていきます。
USGSは、海洋プレートが海嶺から遠ざかるほど冷却され、密度が大きくなると説明しています。古く冷たい海洋プレートほど、周囲の高温のマントルに比べて重くなり、沈み込みやすい状態になります。
このため、同じ「海洋プレート」でも、若く温かい部分と、古く冷たい部分では性質が違います。
- 若い海洋プレートは比較的高温で浮力が大きい
- 古い海洋プレートは冷えて厚くなり、密度が大きくなる
- 温度の違いによって、沈み込んだ後の鉱物反応や地震活動の深さも変わる
USGSの研究では、非常に若く高温の海洋リソスフェアが沈み込む地域ではプレート内部の地震が比較的浅く、古く冷たいプレートではより深い位置まで地震活動が続く傾向が示されています。
つまり、プレートの「年齢」は単なる地質学的な数字ではなく、温度・密度・厚さを通じて、地震の起こり方にも関係する条件です。
プレート境界の種類によって地震のタイプが変わる
プレートの違いは、プレート自身の性質だけでなく、隣のプレートとどのように動いているかでも生まれます。
USGSでは、主なプレート境界を、離れ合う境界、近づき合う境界、すれ違う境界などに分けています。
近づき合う境界
プレート同士が近づく場所では、一方のプレートがもう一方の下へ沈み込んだり、大陸同士が衝突したりします。
海洋プレートが沈み込む場所では、境界が固着して大きなひずみをためることがあります。限界に達して境界が急にずれると、巨大なプレート境界地震が起こる可能性があります。
また、沈み込んだプレート内部でも地震が起こります。そのため、沈み込み帯では浅い地震から数百kmの深さの地震まで、立体的に震源が分布することがあります。
離れ合う境界
プレート同士が離れる場所では、地下からマグマが上昇し、新しい海洋地殻が形成されます。代表例が中央海嶺です。
このような境界では岩盤が引っ張られるため、正断層型の地震が多くなります。地震は一般に浅い場所で起こります。
すれ違う境界
プレートが水平方向にすれ違う場所では、横ずれ断層型の運動が中心になります。
断層が摩擦で固着している間に力がたまり、限界を超えると急にずれて地震が発生します。USGSは、こうしたトランスフォーム境界では浅い地震が特徴的であると説明しています。
このように、同じ「プレート境界」でも、相対運動の向きが違えば、働く力や断層運動、地震の深さに違いが生じます。
沈み込み帯でも場所によって地震活動が違う
沈み込み帯だからといって、プレート境界のすべての場所が同じように地震を起こすわけではありません。
プレート境界には、強く固着して地震時に大きく滑る領域もあれば、比較的ゆっくり滑る領域、普段から安定して滑っている領域もあります。
J-STAGE掲載の沈み込み帯研究では、日本海溝やニュージーランドのヒクランギ沈み込み帯などを例に、地震活動がプレート境界に沿って一様ではなく、活発な領域の中にも地震が少ない部分が存在することが示されています。
この不均一性には、境界面の岩石の性質、温度、圧力、流体、海山などの地形、堆積物の厚さといった条件が関係すると考えられています。
つまり、「沈み込み速度が同じなら、どこでも同じ地震が起こる」というわけではありません。境界面の物性そのものに地域差があるためです。
温度が違うとプレートの変形のしかたも変わる
岩石は、温度や圧力によって変形のしかたが変わります。
比較的低温の浅い場所では、岩石は力に耐えられなくなると割れて急にずれやすくなります。これが一般的な地震性の破壊です。
一方、非常に高温になると、岩石は長い時間をかけてゆっくり変形しやすくなり、急激な破壊が起こりにくくなります。
沈み込み帯では、沈み込むプレートの年齢や速度、上盤側の温度構造などによって、プレート境界がどの深さまで地震を起こしやすいかが変わります。
そのため、地震発生帯の深さや幅が世界中の沈み込み帯で完全に同じになるわけではありません。
水や流体も地域差を作る
沈み込む海洋プレートには、海水と反応して水を含んだ鉱物が存在します。プレートが地下深くへ沈み、温度と圧力が変わると、鉱物から水が放出されることがあります。
この流体は、周囲の岩石や断層の強さに影響します。流体圧が高くなると、断層面を押し付ける実質的な力が弱まり、滑りやすくなることがあります。
J-STAGE掲載の沈み込み帯地震の総説では、プレート境界地震やプレート内地震の発生機構を考えるうえで、地殻流体や脱水反応が重要な要素として議論されています。
流体の量や移動経路は地下構造によって異なるため、これも地震活動の地域差につながります。
日本でも沈み込むプレートによって条件が違う
日本周辺では、太平洋プレートとフィリピン海プレートという二つの主要な海洋プレートが沈み込んでいます。
気象庁によると、これらは陸側のプレートに向かって1年あたり数cm程度の速さで動いています。ただし、両者は同じプレートではなく、形成された場所や年代、温度構造、沈み込む方向などが異なります。
そのため、日本海溝周辺、南海トラフ周辺、伊豆・小笠原周辺などでは、プレートの形状や沈み込み角度、地震の深さ分布などが同じではありません。
首都圏の地下では、フィリピン海プレートと太平洋プレートが重なるように沈み込む複雑な構造が知られています。J-STAGE掲載の研究では、この複雑なプレート配置と温度構造が、首都圏下の特徴的な地震活動に関係していることが示されています。
つまり、「日本は複数プレートの境界にある」というだけでなく、場所ごとにどのプレートが、どの深さで、どの方向へ沈み込んでいるかが違うことが、地震活動の地域差を生んでいます。
プレートの速度が違うと何が変わるのか
プレートの相対運動速度も、場所によって異なります。
速く収束している境界では、長い時間で見れば変形が蓄積する速度も大きくなりやすくなります。ただし、「速い境界ほど必ず大地震が多い」と単純には言えません。
実際に地震としてひずみを解放する割合は、境界の固着の強さ、温度、流体、岩石の性質などによって変わります。ゆっくり滑って地震を起こしにくい境界もあれば、長期間強く固着して大地震を起こす境界もあります。
したがって、プレート速度は重要な条件ですが、それだけで地震活動を決めることはできません。
同じプレートの中でも場所によって違いがある
一枚のプレートを、完全に均質な一枚板と考えるのも正確ではありません。
プレート内部には、海山、過去の断裂帯、古い断層、厚さの違い、温度構造の違いなどがあります。沈み込み帯では、こうした構造がプレート境界へ持ち込まれます。
その結果、境界面の摩擦や流体の通り方、応力の集中のしかたが場所ごとに変わる可能性があります。
また、プレート境界自体も一本の単純な線ではなく、場所によっては幅を持つ変形帯として捉える必要があります。USGSも、プレート境界には境界位置が明瞭なものだけでなく、広い「plate boundary zone」として変形が分散する場所があると説明しています。
プレートの違いは地震の「大きさ」だけに表れるのか
プレート条件の違いは、地震の最大規模だけでなく、さまざまな特徴に表れます。
- 地震が起こる深さ
- 正断層・逆断層・横ずれなどの断層型
- 地震が繰り返す間隔
- プレート境界が地震時に滑るか、ゆっくり滑るか
- 余震やプレート内地震の分布
- 津波を起こしやすい海底変位の有無
このため、世界のプレート境界を一つのモデルだけで完全に説明することはできません。基本的なプレートテクトニクスは共通していても、各地域の具体的な地震活動を理解するには、その場所固有の地下構造や物性を調べる必要があります。
「海洋プレートなら全部同じ」と考えないことが大切
プレートを学ぶときは、「海洋プレートは沈む」「大陸プレートは沈まない」という単純な図から始めることが多くあります。これは基本を理解するには役立ちますが、実際の地球はもっと複雑です。
海洋プレート同士が衝突すれば、より古く冷たく密度の大きい側が沈み込みやすくなります。若く浮力の大きい海嶺や海山が沈み込む場所では、通常の海洋プレートとは異なる変形が起こることもあります。
また、大陸同士が衝突する場所では、双方が浮力の大きい大陸地殻を持つため、単純な沈み込みではなく地殻が厚くなり、大山脈が形成されることがあります。
このように、プレートの違いは「海か陸か」だけではなく、年齢、温度、密度、厚さ、運動方向、境界条件を組み合わせて考える必要があります。
まとめ
地震のプレートに場所や条件による違いがあるのは、すべてのプレートが同じ性質を持っているわけではないからです。
海洋地殻と大陸地殻では厚さや密度が異なり、海洋プレートも海嶺から離れて古くなるほど冷えて密度が大きくなります。さらに、プレート同士が近づく、離れる、すれ違うといった境界条件によって、地震の断層型や深さも変わります。
沈み込み帯の中でも、温度、流体、境界面の物性、海山や堆積物などによって固着や滑り方が異なり、地震活動は一様ではありません。
つまり、プレートの地域差は「材質・年齢・温度・密度・運動・境界条件」の組み合わせで生まれ、その違いが地域ごとの地震の起こり方の違いとして現れます。
参考資料
- 気象庁「地震発生のしくみ」
- U.S. Geological Survey「Understanding plate motions」
- U.S. Geological Survey「Dynamic Planet: A nutshell」
- 望月公廣「沈み込み帯におけるプレート境界面の不均質と地震活動」
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