南海トラフで何が起こっているか

研究掘削船・グローマーチャレンジャー号による国際深海掘削計画の実施

528 地点での海底堆積物柱状資料の掘削採取

南海トラフに存在している堆積層の物質構成を確認する作業を実施したところで発見した事実

掘削地点 水深 4800m の深海底堆積層に川や湖などの淡水に棲むケイ藻が含まれていた

コアの中に数ミリメートルから 1/10 ミリメートル程度の大きさのたくさんの火山岩片が含まれており、風化が少なく噴出が新しく見られる砂粒状の堆積物

観測地点から一番近い陸地は四国で、一番最近の地質時代、第四紀（最近 170 万年間）に活動した火山は無い。

南海トラフに面した陸地で火山活動が活発な場所は、九州と伊豆・箱根地方になる

- 1970年後半に、日本海底研究にとって大きな発展があった

1. 海底の地形に関しての情報がまとめられて、精度の良い海底地形図が得られるようになった
2. 反射式人工地震波探査の技術が発達した

プレートテクトニクス

• 地球表層は数十個の堅い岩盤（剛体の板）であるプレートから成り立っている
• それらは互いに運動していると 考えられている

テクトニクスとは、地質構造の形成を研究する学問のこと

プレートは中央海嶺で玄武岩マグマが冷えて出来上がる。さらに冷却が進むと、マントルの上部も冷えて、堅い岩盤になり、その下の柔らかい層の上をすべるように移動し、海溝で沈み込み再びマントルへ入っていく

• 海洋プレート: 中央海嶺で作られたプレート … 海の底を示す海底と区別する
• 海洋プレートの表面: 海洋底 … 大陸プレートと区別する

プレートとは、主として地震学的性質から求められた岩圏の力学的性質に基づく用語

• 海洋プレートは十分冷えてくると 100km 近い厚さになる
• 上部 5km 程は、マグマから形成された岩石からなり、海洋地殻と呼ばれる
• 残りの大部分は、マントルの最上部を作っている岩石からなる

大陸もまたプレートの一部をなしている

• 北米プレートは、大西洋の海洋プレートと北米大陸のプレートから成り立っている

大陸プレートもまた、地殻とマントル最上部の岩石から成り立っている

• 大陸地殻は、海洋地殻と比べると、より花崗岩質
• 厚さは 30〜50km

中央海嶺でプレートが生産されて拡大していく時に、プレートとプレート間で横ずれ運動が起きる場合がある

この横ずれ境界をトランスフォーム断層と呼ぶ

マントル深部からマグマの上昇してくる場所、ホットスポット上をプレートが横切ると海山列が出来上がる

プレートは、中央海嶺で生まれた時は、その表面は 約2000m 程度の水深を持っている、これが冷えて固まってくると重量（密度）が増して重くなり沈降する

• 表面の水深は中央海嶺から遠ざかるに従って深くなっていき、最終的には 約6000m 位のところでほぼ一定の深さになる
• プレートの水深と、年代の平方根は比例する関係にある

プレートの運動は、大陸の移動や山脈の形成など、地球表面の地質や地形の成り立ちを支配している

日本列島のように、オプレートの沈み込むエリアでは、地震、火山活動、地殻変動（地盤の隆起や沈降など）の原動力になる

日本列島にはふたつの海洋プレート、太平洋プレートとフィリピン海プレートが沈み込んでいる

• 南海トラフでは、フィリピン海プレートが年間 3〜4cm の速度で沈み込んでいる
• 日本海溝では、太平洋プレートが年間 10cm 程度の速度で沈み込んでいる

太平洋プレートのうち、日本海溝に沈み込もうとしている部分は、1億1千万年前から1億3千万年前までに造られたもの

• 水深5500m から水深6000m くらいの海底面になっている
• 日本海溝では、このプレート面が曲がって、東北日本の下に潜り込んでいる
• 曲がった部分はさらに海底が深くなり 7000m 以上となっている

フィリピン海プレートはもっと若い年代のプレート

• 四国沖では平均して 2000万年前ぐらいの年代を示している
• 水深は太平洋プレートより浅く約 4000〜4500m の深さになっている
• プレートが沈み込む様子は、四国南東沖や紀伊半島の下で起こる地震が 約100km ぐらいまでの浅深発地震となっている

南海トラフは年齢の比較的若い、浅い海洋底の沈み込みとなっている

• 日本海溝より水深が浅い

水深の浅い理由は、厚い堆積層によってトラフが埋め立てられている

• 堆積層のためにトラフ底は平らな地形となっている
• 水深は最大で 4800m 程度
• 東に行くに従って浅くなっている

この堆積層は、フィリピン海プレートに乗ったまま沈み込んでいる

• 1970年代にこの堆積層の行方が地球科学上のひとつの大きな問題になってきた

南海トラフの反射人工地震波探索記録

縦軸は地震波が発信後ハイドロフォンで地震されるまでの時間

橫軸は実際に地震波を発信した回数

回数ごとに記録された反射波形を縦に並べたものがこの図

船が一定速度で航走、一定間隔で地震波を発信

音を出した回数は距離に換算することができる

強く地震波が反射されるとこが黒い線状に表現されている

このような反射の強い面を反射面という

海水と海底面の境界で強い反射が見られ、これが海底地形を表してる

右側の縦軸 約7.1秒 のところに強い反射面が見られる

この反射面は、南海トラフのそこから陸側の周面の地下深くまで連続して追跡できる

フィリピン海プレートの最上部にある玄武岩層とその上の堆積層との境界の反射面にあたる

海洋プレートというのは、中央海嶺で海底下のマグマだまりから作られる

海洋プレートが出来る時、玄武岩の熔岩が吹き出して海底の表面に流れ出す

海洋プレートの上面は熔岩で出来ている

熔岩層は、上に降り積もった堆積層より密度が高いために両者の境界は地震波を強く反射する

地震波探査の記録では明瞭な反射面としてあらわれる

南海トラフの中央部では玄武岩層の上位に水平の反射面が何層も見られ、厚い堆積層があることがわかる

その厚さは 約1000m ある

地震波の伝わる時間に伝播速度を掛けると地層の厚さになる

堆積層はふたつの部分、下部の比較的透明な部分と上部の反射面のたくさん認められる部分に分けることができる

これらを上部層、下部層と呼ぶ

上部層は陸の方に追跡しいていくと褶曲する様子が見えると同時に、斜めに入った反射面で水平の反射面がズレて断層が見られる

上層部が陸側に向かって褶曲し、断層で断ち切られて変形している様子がわかる

このような海溝堆積物の変形の様子が、南海トラフでの反射地震波探査によって捉えられた

• 断層が描き出されたことに、大変な興奮を湧き起こした
• 海溝堆積物がプレートの沈み込みを実証していた
• 海溝堆積物に巨大な力が加わっていることを明瞭にしました

南海トラフ南方からみた日本 3D マップ