地震の基礎知識(3) 地震の大きさ Part 2

地震の基礎知識(3) 地震の大きさ Part 2 自然災害に備えるブログ Ready Japan地震
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この記事は下記の方にお勧めです。

・世界の震度の表し方を知りたい方
・マグニチュードが何なのかを知りたい方
・マグニチュードがどのように決められているのかを知りたい方
・マグニチュードと地震の大きさの関係を知りたい方

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震度(世界)

概要

悩んでいる人
悩んでいる人

震度は世界共通なのかなぁ

日本の震度は気象庁が決めたもので世界共通ではありません。各国それぞれの基準で地震の大きさを表しています。

震度を10階級に分けているのは日本と台湾だけで、その他の国は12階級です。そのため、海外で発生した地震のニュースでは震度8といった日本ではありえない震度があるため、視聴者に混乱を起こさせないために地震の規模であるマグニチュードしか報道していないのかもしれません。

ここでは、各種の震度階級についてまとめます。

改正メルカリ震度階級(The Modified Mercalli Intensity)

改正震度メルカリ階級はアメリカ、カナダ、韓国、ニュージーランドの他、多くの国で採用されています。震度階級は I〜XII の12階級ですが、それぞれの震度階級の表現は機関によって異なっており、下表はその例です。

Indiana大学(アメリカ)

AF8(ニュージーランド)

日本語にすると下記のようになります。

震度階級状況揺れによる影響
I極めて弱い機器によってのみ感じられる。
II非常に弱い安静にしている状態の人が揺れを感じる。
IIIやや弱い安静にしている状態の人がトラックが通り過ぎたような揺れを感じる。
IV弱い屋内にいる人の多くが揺れを感じる。食器棚がカタカタと揺れる。
Vやや強い皿が割れ、ベルが鳴り、振り子時計が止まる。多くの人が揺れを感じる。
VI強いほぼすべての人が揺れを感じる。多くの人が不安を感じ、
まっすぐに歩くことができない。漆喰の一部が割れる。
VII非常に強い自動車を運転している人の多くが揺れを感じる。造りの弱い建造物が一部損壊する。
VIII破壊的煙突が落ちる。頑丈な建物がダメージを受ける。重い家具が転倒する。
IX破滅的多くの頑丈な建物が大きなダメージを受ける。地面が割れ、パイプが壊れる。
X悲惨な多くの建造物が全壊する。
XIとても悲惨ないくつかの建物が建っている。
XII悲劇的な全滅。
Socratic Q&A から引用し加工

なお、気象庁では気象庁の震度階級と改正メルカリ震度階級を1対1に結びつけるのは難しいとしています。これは、日本の震度階級が計測震度計での測定値によって決められるのに対し、改正メルカリ震度階級は体感や建物の被害から決められるためです。さらに、海外では人が居住していない地域が多く、そこでの地震情報が得られないことも挙げています。

ヨーロッパ震度階級(European Macroseismic Scale)

ヨーロッパ震度階級はヨーロッパ各国で使用されており、IからXIIの12階級あります。ヨーロッパ地震学委員会によって1988年ごろに提案され、1998年頃に改正されています。改正メルカリ震度階級と同じく体感や建物の被害から決められています。

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メドヴェーデフ・シュポンホイアー・カルニク震度階級(Medvedev-Sponheuer-Karnik scale、MSK scale)

ロシアなどのCIS諸国、東欧諸国、イスラエル、インドで採用されており、IからXIIの12階級あります。

中国地震烈度表(China seismic intensity scale、CSIS)

中国の震度階級で IからXIIの12階級あります。

中央気象局震度階級

台湾の震度階級で、日本と同じく震度0、震度1、震度2、震度3、震度4、震度5弱、震度5強、震度6弱、震度6強、震度7の10階級です。日本と同じく震度計による観測網があり、加速度と速度から震度階を決定しています。つまり、下表のように旧制度(震度0から7の8階級)では加速度で階級を決定していたのに対し、現行の制度(10階級)では震度5弱以上では速度も加味しています。

下表は震度階級と状況の一覧表です。

震度分級人的感受屋內情形屋外情形
0級無感人無感覺。

1級微震人靜止或位於高樓層時可感覺微小搖晃。

2級輕震大多數的人可感到搖晃,睡眠中的人有部分會醒來。電燈等懸掛物有小搖晃。靜止的汽車輕輕搖晃,類似卡車經過,但歷時很短。
3級弱震幾乎所有的人都感覺搖晃,有的人會有恐懼感。房屋震動,碗盤門窗發出聲音,懸掛物搖擺。靜止的汽車明顯搖動,電線略有搖晃。
4級中震有相當程度的恐懼感,部分的人會尋求躲避的地方,睡眠中的人幾乎都會驚醒。房屋搖動甚烈,少數未固定物品可能傾倒掉落,少數傢俱移動,可能有輕微災害。電線明顯搖晃,少數建築物牆磚可能剝落,小範圍山區可能發生落石,極少數地區電力或自來水可能中斷。
5弱強震大多數人會感到驚嚇恐慌,難以走動。部分未固定物品傾倒掉落,少數傢俱可能移動或翻倒,少數門窗可能變形,部分牆壁產生裂痕。部分建築物牆磚剝落,部分山區可能發生落石,少數地區電力、自來水、瓦斯或通訊可能中斷。
5強幾乎所有的人會感到驚嚇恐慌,難以走動。大量未固定物品傾倒掉落,傢俱移動或翻倒,部分門窗變形,部分牆壁產生裂痕,極少數耐震較差房屋可能損壞或崩塌。部分建築物牆磚剝落,部分山區發生落石,鬆軟土層可能出現噴沙噴泥現象,部分地區電力、自來水、瓦斯或通訊中斷,少數耐震較差磚牆可能損壞或崩塌。
6弱烈震搖晃劇烈以致站立困難。大量傢俱大幅移動或翻倒,門窗扭曲變形,部分耐震能力較差房屋可能損壞或倒塌。部分地面出現裂痕,部分山區可能發生山崩,鬆軟土層出現噴沙噴泥現象,部分地區電力、自來水、瓦斯或通訊中斷。
6強搖晃劇烈以致無法站穩。大量傢俱大幅移動或翻倒,門窗扭曲變形,部分耐震能力較差房屋可能損壞或倒塌,耐震能力較強房屋亦可能受損。部分地面出現裂痕,山區可能發生山崩,鬆軟土層出現噴沙噴泥現象,可能大範圍地區電力、自來水、瓦斯或通訊中斷。
7級劇震搖晃劇烈以致無法依意志行動。幾乎所有傢俱都大幅移動或翻倒,部分耐震較強建築物可能損壞或倒塌。山崩地裂,地形地貌亦可能改變,多處鬆軟土層出現噴沙噴泥現象,大範圍地區電力、自來水、瓦斯或通訊中斷,鐵軌彎曲。
出典:交通省中央気象署ホームページ
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マグニチュード

概要

震度がある場所での揺れの大きさを表すのに対し、マグニチュードは地震そのものの大きさ(規模)を表すこと、また、震度は一つの地震でも場所により異なるのに対し、マグニチュードは一つの地震に対して一つだけであることは「地震の基礎知識(2) 地震の大きさ Part 1」にも記載しました。

それでは、マグニチュードとは一体どういったものなのでしょうか?

マグニチュードは地震のエネルギーの大きさを表しますが、メートルやキログラムのような単位はありません。そして、マグニチュードが 0.2大きくなると地震のエネルギーは約2倍に、マグニチュードが 1大きくなると地震のエネルギーは約32倍に、マグニチュードが 2大きくなると地震のエネルギーは約1000倍になります。例えば、マグニチュード6(M6)の地震の大きさを1とすると、M7の地震の大きさは約32、M8の地震の大きさは約1000になります。

また、震度4.5とか震度5.8のような小数点以下の数字を持つ震度が存在しないのに対し、マグニチュード(M)はM4.5とかM5.8のように小数点以下もあります。

マグニチュードと震度の関係は下図のように電球の明るさで例えることができます。つまり、電球の明るさであるワット数は電球固有のもので一つしかなく、地震のマグニチュードに相当します。そして部屋の明るさ(ルクス)は電球に近いほど明るく、電球から遠いほど暗くなります。これは、地震において震源に近いほど揺れが大きい、つまり、震度が大きいことに相当します。

マグニチュードと地震の規模の名称

マグニチュードと地震の大きさの呼び名の関係は下表の通りです。マグニチュード8クラスの地震を「巨大地震」、マグニチュード9クラスの地震を「超巨大地震」と呼ぶこともあります。なお、Mj は気象庁マグニチュードを表します。

マグニチュード Mj地震の大きさの呼び名
9クラス超巨大地震
8クラス巨大地震
7以上大地震
5~7中地震
3~5小地震
1~3微小地震
1未満極微小地震

気象庁マグニチュードとモーメントマグニチュード

マグニチュードは一つの地震に対して一つであると先に書きましたが、正確に言うとマグニチュードには「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)」の2種類があり、同じ地震においてMjとMwに差があることもあります。

気象庁マグニチュードはその名の通り気象庁が制定した日本独自のもので、短周期速度型地震計で観測された速度波形の最大振幅、または加速度型地震計で観測された加速度波形から得られた変位波形の最大振幅を元データにして算出されます。

一方、モーメントマグニチュードは世界的に使われているもので、広帯域地震計で観測された地震波形の全体を元データにして算出されます。

気象庁モーメントは迅速に計算できるがM8以上の地震では小さめの値になり精確でないことが欠点で、例えば、東日本大震災のマグニチュードは最初に発表された数字が後に修正されました。一方、モーメントマグニチュードは物理的な意味が明確で巨大地震でも正確であるが、計算に時間を要するという欠点があります。

気象庁マグニチュード(Mj)モーメントマグニチュード(Mw)
計算に使用するデータ短周期速度型地震計で観測された速度波形の最大振幅、または加速度型地震計で観測された加速度波形から得られた変位波形の最大振幅。

この手法での最大振幅は、全振幅の最大値を1/2にしたものである。
使用する地震波形
広帯域地震計(※4)で観測された地震波形全体
使用する地震波形
計算手法速度波形または変位波形の最大振幅に、距離減衰の効果等の補正を加えて計算。CMT解析(観測された地震波形を最もよく説明する地震の位置と時刻、規模(モーメントマグニチュード)、及び発震機構(メカニズム)を同時に決定する解析法)により算出。
長所地震波形から振幅を読み取ればすぐに求めることができる。 多くの場合、地震の規模を精度よく反映しており、約100年間にわたって一貫した方法で決定されている。断層の面積と断層すべり量の積に比例する量であり、物理的な意味が明確。 巨大な地震の規模を求めることが可能。
短所経験式で物理的な意味が曖昧。 巨大な地震(M8を超えるものなど)の規模は正しく決められない。地震波形全体を詳細に分析する必要があるため、地震発生直後に迅速に計算することが困難。 規模の小さい地震で精度よく計算することが困難。
使用する場面地震発生後数分で発表する津波警報等の第1報や、地震・津波に関する情報を発表する場合 現在と過去の地震活動を比較し評価する場合津波警報等の第1報発表後に、津波警報等を更新する場合 巨大な地震で、Mjでは地震の規模を表すことができない場合 発生した地震が、南海トラフ沿いの巨大地震や日本海溝・千島海溝沿いの巨大地震の想定震源域に影響を及ぼすかどうかを判断する場合。
出典:気象庁ホームページ「地震情報等に用いるマグニチュードについて」(https://www.data.jma.go.jp/eqev/data/joho/info_magnitude.html)。一部加工あり。

地震の発生回数とマグニチュード

下表はUSGS(アメリカ地質調査所)による世界での地震発生回数の一年間の平均値です。M8以上の巨大地震は1年間に1回発生していることがわかります。また、マグニチュードが小さいほど発生回数が多くなることはこの表から明らかです。

マグニチュード回数(1年間の平均)備考
M8.0以上11900年以降のデータによる
M7.0 – 7.9171990年以降のデータによる
M6.0 – 6.91341990年以降のデータによる
M5.0 – 5.91,3191990年以降のデータによる
M4.0 – 4.913,000推定値
M3.0 – 3.9130,000推定値
出典:気象庁ホームページ「地震について」(https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/faq/faq7.html)

また、2001年~2010年の日本での地震の発生回数の平均値は下表の通りです。ただし、東日本大震災が発生した2011年には下表を上回る発生回数で、大地震が起きるとその余震もあることから地震の発生回数は増える傾向にあります。

マグニチュード回数(1年間の平均)
M8.0以上0.2(10年に2回)
M7.0 – 7.93
M6.0 – 6.917
M5.0 – 5.9140
M4.0 – 4.9約900
M3.0 – 3.9約3,800
出典:気象庁ホームページ「地震について」(https://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/faq/faq7.html)

まとめ

この記事をまとめます。

  • 気象庁震度階級と同じ10階級なのは台湾の中央気象局震度階級だけです
  • その他の国は12階級で、改正メルカリ震度階級(アメリカ、韓国、他)、ヨーロッパ震度階級(ヨーロッパ各国)、メドヴェーデフ・シュポンホイアー・カルニク震度階級(ロシア、東欧、インド、他)、中国地震烈度表(中国)をそれぞれ採用しています
  • マグニチュードは地震の規模(エネルギー)を表します
  • マグニチュードが1大きくなると地震のエネルギーや約32倍に、2大きくなると約1000倍になります
  • マグニチュードには気象庁マグニチュードとモーメントマグニチュードの2種類があります
  • 気象庁マグニチュードは迅速に算出できるという長所がありますが、M8以上の巨大地震では精確性に欠ける(小さめの値になる)という欠点があります

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