【地学基礎】震度とマグニチュードを図解で総まとめ—エネルギーの差と日本付近の地震｜武蔵野個別指導塾

M が 1 増えると約 32 倍、2 増えると 1000 倍になるエネルギーの差を正方形の面積の図で確かめ、東北日本の断面図から海溝型と内陸型、深発地震面を読み取る例題まで用意してあります。

よくあるのは、部活帰りの自転車置き場で、かごにバッグを入れたところへ地震の速報が届き、友だちに「震度 5 弱って、マグニチュードでいうといくつなの」と聞かれて言葉に詰まる、という場面です。画面には「最大震度 5 弱」「M6.1」と 2 つの数字が並んでいるのに、どちらが何を表すのかを説明しようとすると、急にあやしくなります。実はこの質問は、問いの立て方のほうがずれています。震度は場所ごとの揺れの強さ、マグニチュードは地震そのものの規模で、片方からもう片方へ換算できる関係ではないからです。この単元を学ぶと、2 つの数字を読み分け、M の差からエネルギーの差を計算し、日本付近で起こる地震の型と震源の深さの並び方を図から説明できるようになります。

この単元で押さえること

• 震度：ある地点での揺れの強さです。0〜7 の 10 階級で表し、1 つの地震でも地点ごとに値が変わります。
• マグニチュード（M）：地震そのものの規模を表す数値で、放出されたエネルギーの大きさに対応します。
• エネルギーの差：M が 1 増えると約 32 倍、2 増えると 1000 倍です。足し算ではなく、かけ算で増えていきます。
• 地震の分布：世界の地震はプレート境界に沿って帯状に集まり、日本列島はその帯の上にあります。
• 海溝型と内陸型：海溝型はプレートの境界で起こり、M8 を超えることや津波を伴うことがあります。内陸型は陸の地殻の浅いところで活断層が動いて起こり、規模のわりに真上の揺れが強くなります。
• 深発地震面：震源は海溝から陸の側へ向かうほど深くなり、沈み込む海洋プレートに沿って面のように並びます。

P 波と S 波で学ぶ「どこで起きたか」に、この単元は「どれくらいの規模で、なぜそこで起きたか」を足し、次に学ぶ断層の種類へと話をつなげます。

基本の考え方

震度は場所の値、マグニチュードは地震の値

部屋の天井に電球が 1 個ついている場面を考えてみてください。電球そのものの強さは 1 つに決まっていますが、真下で本を読むときと、廊下の端で読むときでは手もとの明るさが違います。電球の強さにあたるのがマグニチュード、本を開いた場所の明るさにあたるのが震度です。廊下の端が暗いからといって、電球が弱くなったわけではありません。

図1のように、1 回の地震を地下まで切って見ると、この関係がはっきりします。地下で岩石の破壊が始まった点が震源、その真上の地表の点が震央です。M7.0 という値はこの地震に 1 つだけ付きますが、震度は地点 A で 6 強、地点 B で 5 弱、地点 C で 3 と、震源から離れるにつれて小さくなっていきます。

震度の大きさを左右するものは主に 3 つあります。1 つ目は地震の規模、2 つ目は深さも含めた震源からの距離です。3 つ目は足もとの地盤で、川沿いの低地や埋立地のようなやわらかい地盤では、かたい岩盤の上に比べて揺れが大きくなりやすい傾向があります。同じ市の中で隣の地区と震度が違うのは、この地盤の差によることがあります。

階級の刻み方にも決まりがあります。0 から 4 までは 1 きざみで、5 と 6 はそれぞれ弱と強の 2 段に分かれ、最上段が 7 なので、全部で 10 階級です。震度 8 という階級はありません。現在は計測震度計という機器で自動的に測られていて、人の体感で決めているわけではありません。一方のマグニチュードは M7.3 のように小数第 1 位まで示す数値です。計算の方式によって報じられる数字が少し違うことはありますが、考え方としては 1 つの地震に 1 つの値です。

M が 1 増えると約 32 倍、2 増えると 1000 倍

M の目盛りは、普通のものさしとは違う、かけ算の目盛りです。M が 1 増えるごとにエネルギーは 10 の 1.5 乗倍になり、これが約 31.6、つまり約 32 倍です。2 増えると 10 の 3 乗倍で、ちょうど 1000 倍になります。「32×32 なら 1024 ではないか」と思った人は鋭くて、32 が 31.6 を丸めた値であるためにずれが出ているだけです。テストでは約 32 倍と 1000 倍の 2 つをそのまま使ってください。

もっと細かい差も、次のように考えるとつかめます。M が 0.2 増えると、エネルギーはほぼ 2 倍になります。2 を 5 回かけると 32、10 回かけると 1024 ですから、0.2 を 5 回重ねて M が 1 増えると約 32 倍、10 回重ねて M が 2 増えると約 1000 倍と、ぴったり話が合います。M7.0 と M7.2 は数字の上では少しの差でも、エネルギーは 2 倍も違うわけです。

実際の地震で比べてみます。1995 年の兵庫県南部地震は M7.3、2011 年の東北地方太平洋沖地震は M9.0 で、差は 1.7 です。計算するとエネルギーは約 350 倍の違いになります。これほど開くのは、M が大きい地震ほど断層のずれる面が広く、ずれの量も大きくなるからです。断層の長さで見ると、M7 級なら数十 km ほどですが、M9 級では数百 km に達します。

地震はどこで起こるのか

世界地図に地震の震央を打っていくと、点はばらばらに散らばらず、細い帯になります。太平洋を取り囲む帯、ヒマラヤからアルプスへ続く帯、海嶺に沿って海の底を走る帯が代表で、これらはプレート境界とよく重なります。プレートが年に数 cm ずつ動くことで、境界にひずみがたまるからです。大陸の内部のようなプレートの中央部では、地震はずっと少なくなります。深さにも特徴があり、海嶺やトランスフォーム断層で起こる地震は浅いものばかりで、深い地震はプレートが沈み込む場所にほぼ限られます。

日本付近では、太平洋プレート、フィリピン海プレート、北米プレート、ユーラシアプレートの 4 つが集まっています。東北日本の沖では太平洋プレートが日本海溝から北米プレートの下へ、西日本の沖ではフィリピン海プレートが南海トラフからユーラシアプレートの下へ沈み込んでいます。この配置から、日本付近の地震は大きく 3 つの型に分けて考えられます。

• 海溝型地震：沈み込むプレートが陸のプレートの先端を引きずり込み、ひずみが限界に達すると陸のプレートがはね返って起こります。広い面が一度に動くため M8 を超えることがあり、海底が急に動くことで津波が発生しやすい地震です。同じ海域で数十年から数百年の間隔でくり返す傾向があります。2011 年の東北地方太平洋沖地震（M9.0）はこの型です。
• 内陸型地震：プレートに押された陸の地殻にひずみがたまり、活断層が動いて起こります。深さは約 20 km より浅く、大きなものでも M7〜8 程度ですが、震源が真下にあるため直上の揺れが激しくなります。直下型地震とも呼ばれ、同じ断層がくり返し動く間隔は千年以上になることが多い地震です。1995 年の兵庫県南部地震（M7.3、最大震度 7）が代表例です。
• 沈み込むプレートの内部の地震：海洋プレートは沈み込んだあとも冷たくかたいので、その内部でも地震が起こります。深さ約 100 km より深いものを深発地震と呼ぶことが多く、最も深いもので約 700 km に達します。

3 つ目の震源を東西の断面に並べると、海溝から陸の側へ向かって深くなっていく 1 枚の面が現れます。これが深発地震面（和達・ベニオフ帯）です。地下のプレートを直接見ることはできませんが、この面の形がプレートの沈み込んでいる位置を教えてくれます。太平洋プレートが沈み込む東北日本の断面で、特にはっきり見えます。

例題で解き方を確かめる

例題1　用語の見分け

次のア〜エのうち、誤りを含む文をすべて選びなさい。

• ア　1 回の地震でも、震度は観測する地点によって異なる。
• イ　M の大きい地震は、どの地点でも必ず M の小さい地震より震度が大きくなる。
• ウ　震度は 0 から 7 までの 10 階級で表される。
• エ　M が同じ地震なら、どの地点でも震度は同じになる。

1. 各文が「場所の値」と「地震の値」のどちらを語っているかに印を付けます。2 つの値を無理に結び付けた文に誤りが隠れているからです。
2. 結び付けている文（イとエ）には反例を探します。「必ず」「どの地点でも」は 1 つの反例で崩れるからです。遠い沖の M8 より真下の M6 のほうが強く揺れることがあるのでイは誤り、同じ M でも距離と地盤で震度は変わるのでエも誤りです。
3. 残る文は決まりと照らします。覚えた内容とそのまま比べられるからです。ウは 5 と 6 を 2 段ずつ数えて 10 階級なので正しく、アは図1の内容そのものです。

答え：イ、エ

例題2　エネルギーの計算

図2は M6、M7、M8 の地震のエネルギーを、正方形の面積で比べたものです。M6 の点のような正方形が、M8 の正方形の中には 1000 個入ります。次の問いに答えなさい。

1. M8.0 の地震のエネルギーは M6.0 の地震の何倍か。
2. M8.0 の地震 1 回のエネルギーは、M7.0 の地震の約何回分か。
3. M5.0 と M8.0 では、エネルギーは約何倍違うか。

1. M の差を計算します。エネルギーの比は M の値そのものではなく差だけで決まるからです。差は (1) が 2、(2) が 1、(3) が 3 です。
2. 差を「1」と「2」の組に分けます。覚えている倍率が約 32 倍と 1000 倍の 2 つだけだからです。(1) はそのまま 1000 倍、(2) はそのまま約 32 倍で、(3) の差 3 は 2 と 1 に分けます。
3. 分けた倍率をかけ合わせます。M の目盛りはかけ算の目盛りなので、足すと正しい値になりません。(3) は 1000×32 で約 32000、つまり約 3.2 万倍です。

答え：(1) 1000 倍、(2) 約 32 回分、(3) 約 3.2 万倍

例題3　断面図の読み取り

図3は東北日本を東西に切った断面の模式図で、縦と横を同じ縮尺で描いています。点は地震の震源を表します。

1. 紺色の点の深さは、東から西へ向かうとどう変わるか。
2. 1. の並びから、太平洋プレートの動きについて何がわかるか。
3. 赤い点とオレンジ色の点は、それぞれどの型の地震か。

1. 図の向きと軸を先に確かめます。読み取りの答えは向きを取り違えると逆になるからです。右が東で太平洋、左が西で日本海、深さの目盛りは下へ行くほど増えます。
2. 紺色の点を海溝の側から西へたどります。傾向は 1 点ではなく列で見るものだからです。海溝の近くでは浅く、列島の下で深さ 100 km ほど、日本海の下で数百 km、左端では 600 km ほどになります。
3. 並びの意味を考えます。震源は沈み込むプレートの内部に並ぶので、面が西へ傾き下がっていることは、プレートが海溝から西へもぐっていることを表すからです。
4. 赤とオレンジは場所で判定します。型の違いは起こる場所の違いだからです。赤は海溝から列島の下へ続くプレートの境界に沿い、オレンジは列島の真下の浅いところにあります。

答え：(1) 西へ行くほど深くなる、(2) 太平洋プレートが日本海溝から西へ向かって沈み込んでいる、(3) 赤は海溝型、オレンジは内陸型

例題4　理由の説明

M7.3 の内陸型地震で最大震度 7 を観測した一方、M8.0 の海溝型地震で最大震度が 6 弱にとどまった例があります。M の小さいほうで強い揺れの地点が生じた理由を、「震源」「距離」の語を使って 60 字程度で説明しなさい。

1. 震度を決める要因を並べます。規模、距離、地盤のどれが効いているのかを絞るためです。
2. 2 つの型で、震源と人の住む地表との距離を比べます。M は海溝型のほうが大きいので、逆転の原因は規模には求められないからです。内陸型は真下の浅いところに、海溝型は沖の離れたところに震源があります。
3. 指定の語を入れて短い文にします。論述は原因から結果の順に書くと、短くまとまるからです。

答え：内陸型は震源が浅く地表の真下にあり距離が近いが、海溝型は震源が陸から遠い沖にあり、揺れが弱まって陸に届くから。

ただし、型だけで震度が決まるわけではありません。海溝型でも M9.0 の東北地方太平洋沖地震では最大震度 7 を観測しており、規模が極端に大きければ離れた陸地でも激しく揺れます。論述では「海溝型は揺れない」と書かないように気をつけてください。

まちがえやすいところと直し方

誤り1　M と震度を換算してしまう

誤った書き方：「M7 の地震だったので、震度も 7 だった。」

どこが違うか：M は地震 1 つにつき 1 つの値、震度は地点ごとの値で、どちらも 1 桁の数字で語られるので似て見えるだけです。間に距離と地盤がはさまるため、換算の式はありません。そもそも震度は地点の数だけあるのですから、「この地震の震度」とひとことで言うこと自体が不十分です。

正しい書き方：「M7.0 の地震で、最大震度は 6 強だった。震度は地点によって異なる。」

誤り2　M の差を足し算や 10 倍で考えてしまう

誤った書き方：「M が 1 増えると 10 倍、2 増えると 20 倍。」「M が 2 増えると、32 の 2 倍で 64 倍。」

どこが違うか：まちがいが 2 つ重なっています。1 段あたりの倍率は 10 倍ではなく約 32 倍で、2 段上がるときは倍率を足すのではなくかけます。図4は M5 を 1 として、縦軸の 1 目盛りを 10 倍にしたグラフです。M が 1 増えるごとに同じ高さだけ上がる直線になり、その 1 段が約 32 倍、2 段続くと 1000 倍です。さらに 2 段上がった M9 は、M5 の 100 万倍に届きます。

正しい書き方：「M が 1 増えると約 32 倍、2 増えると約 32 倍をもう 1 回かけて 1000 倍になる。」

誤り3　海溝の真下で地震が最も深くなると思う

誤った書き方：「海溝は海でいちばん深い場所だから、地震も海溝の真下で最も深くなる。」

どこが違うか：海底地形の深さと震源の深さを混ぜています。海溝はプレートが沈み込む入口で、入口の震源はまだ浅く、プレートが陸の下へもぐっていくにつれて震源も深くなります。図3の紺色の点を海溝から左へたどると、この順序が確かめられます。地図の上に震源の深さを色分けした図で問われても、「海溝から陸の側へ深くなる」と方向で覚えておけば崩れません。

正しい書き方：「東北日本では、震源は海溝付近で浅く、日本海側へ向かうほど深くなり、深さ数百 km に達する。」

用語のまとめ

練習問題

練習1　次の文の空欄に「震度」か「マグニチュード」を入れなさい。1 回の地震で値が 1 つに定まるのは（ア）で、地点ごとに値が変わるのは（イ）である。地盤のやわらかい場所で大きくなりやすいのは（ウ）である。

練習2　次の組のエネルギーの比を答えなさい。(1) M6.5 と M7.5　(2) M6.5 と M8.5　(3) M6.0 と M9.0　(4) M7.0 と M7.4

練習3　次の地震は海溝型、内陸型、深発地震のどれか答えなさい。

• 1. 列島の真下、深さ 10 km で活断層が動いた M6.9 の地震
• (2) 太平洋の海溝から陸寄りのプレート境界で起こり、津波を伴った M8.4 の地震
• (3) 日本海の下、深さ 450 km で起こった M6.5 の地震

練習4　東北日本の 3 つの地震の深さが、海溝に近い順に 30 km、150 km、500 km であった。この 3 つの震源を結ぶ線は何を表しているか。また、その面は東西のどちらへ向かって深くなるか。図3を参考に 2 文で答えなさい。

答えと解説

練習1　ア マグニチュード、イ 震度、ウ 震度。地盤は地点ごとの性質なので、地点ごとの値である震度に効きます。

練習2　(1) 約 32 倍、(2) 1000 倍、(3) 約 3.2 万倍、(4) 約 4 倍。(3) の差 3 は 2 と 1 に分けて 1000×32 とします。(4) の差 0.4 は 0.2 が 2 回なので、2×2 で約 4 倍です。

練習3　(1) 内陸型、(2) 海溝型、(3) 深発地震。決め手は場所と深さです。(3) は深さ 100 km をはるかに超えているので、沈み込むプレートの内部で起きたと考えます。

練習4　沈み込む太平洋プレートの位置を表している。その面は西の日本海側へ向かって深くなる。東北日本では海溝が東にあるので、海溝に近い震源ほど東にあって浅いことになります。

次の単元へのつながりと確かめ方

次に学ぶ断層の単元では、海溝型と内陸型で岩盤がどのようにずれるのかを、力の向きから説明します。津波や液状化を扱う防災の単元でも、ここで区別した型がそのまま土台になります。

紙と鉛筆で 5 分あれば足りる確かめが 2 つあります。1 つ目は、紙の上で 2 を 5 回と 10 回かけて 32 と 1024 を作り、0.2、1、2 の差に対応する倍率を何も見ずに言えるか試すことです。2 つ目は、図3を隠して海溝と列島と紺色の点の列を白紙に描くことで、点が西へ下がっていれば合格です。お子さまと地震の速報を見たときに、どちらの数字が場所で変わるのかを話題にしてみるのも確かめになります。

個別指導では、型の区別で止まっている場合はプレートの沈み込みの図まで戻り、どちらのプレートが下へもぐるのかを本人に描いてもらって確かめます。

まとめ

自転車置き場で聞かれた「震度 5 弱はマグニチュードでいくつ」には、もう「換算はできない」と答えられます。数字が 2 つ並ぶのは、地下で起きたことと、地上で感じたことが別の話だからです。次に速報を見たら、地図に並ぶ数字の奥に、陸の下へ傾いて沈んでいくプレートを思い浮かべてみてください。ひとつの地震に、規模の数字は 1 つ、揺れの数字は町の数だけあります。