地震前兆現象がなぜ起きるのか？その物理メカニズム

地震の前には、様々な前兆現象が起きると言われている。例えば・・・
・井戸水の異常な水位変化
・電離層の異常(普段なら電波が届かない地域のラジオ局の放送が聞けるなど)
・地震雲
・動物の異常行動(クジラが打ち上げられるなど)
などがある

地震の前兆現象報告サイトみたいなのはいっぱいあるけれど、地震の前兆現象がなぜ起きるのかという物理的な説明をしたサイトはなかなか見つからない。そもそも、地震の前兆現象と地震のつながりなんてよくわかっていないから当たり前である。ただ、地震の研究の中には、地震の前兆現象と地震をつなげるそれっぽい物理的な説明がされていたりするので、それを紹介する。


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・井戸水の異常な水位変化の説明
地球の表面近くは岩石でできており、その岩石は無数の小さな穴が存在する(実は岩石は小さな穴だらけ)。そして、小さな穴には水が溜まっており、その水は井戸水とつながっている。もし、岩石にかかる応力が増加した(岩石が押し潰される)時、岩石中の穴に存在する水も押し潰されて圧力が高くなり、井戸水の水位も高くなる。逆に岩石にかかる応力が減少した(岩石が引っ張られる)時、井戸水の水位は低くなる。
















ここまでで、井戸水の水位の変化は、岩石の応力の変化(岩石を押し潰すか引っ張るか)によって起きることを説明した。

そして、岩石の応力に変化があると、断層がすべり出すことがある(地震が起きることがある)。(応力変化と断層がすべりだす摩擦力の話はめんどくさいので省略、知りたい方はモール円で検索)

今までの話をまとめると、応力変化で地震が起きることがあり、井戸水の水位変化は応力変化が起きたことを表している。これより、井戸水の水位変化が地震の前兆現象となることがあると言える。

(ただし、応力が変化したからと言って、断層が必ず滑り出すとは言えない。逆に応力が変化したことによって、より地震がおきにくくなることもある。だから、井戸水の水位変化が起きたからと言って必ず地震が起きるとは限らない。また、井戸水の水位変化が起きなくても大地震は発生することもある。2011東北太平洋沖大地震の時は、井戸水の異常な水位変化は起きていない。)



・電離層の異常
電離層とは、地球の大気の上層部で分子や原子が紫外線やX線で電離している領域である。電離層の状態が変化すると、ラジオの電波の届き方も変化したりする。(ラジオ電波の届き方の異常も地震の前兆現象と考えられている)

地中で地震が発生するのに、なぜ上空にある電離層の異常が地震の前兆現象なのか？地震前に岩石に強い圧力がかかった状態から順を追って説明していく。

岩石に強い圧力がかかると、岩石中に電流が走る。
(なぜ電流が走るかについては、岩石中では、Si-O-Si結合がH2Oと反応してSi-O-O-Si+H2となり、Si-O-O-Siという結合をしているところが見られる。そこに強い圧力がかかると、その結合が壊れてSi-O・O-Siと弱い結合となり、・というホールができる。そのホールが移動すると電流が走る(ホールに電子が入って、その時、電子が移動してできたホールにまた電子が入って・・・を繰り返すことによって電子の移動が起き、電流になる)と説明している)
(もっと正しい情報を知りたければ、Freund earthquake signalsで検索)。

岩石に強い圧力がかかってできたホールは地表面に移動する。地表面に酸素分子が当たったとき、酸素分子の電子がホールに取られて、酸素分子はプラスイオンになる。

地面付近で酸素分子はプラスイオンになり、それが上昇する。電離層を形成しているマイナスの電子がプラスイオンの酸素に近づき、電離層の位置が下に下がる。この時、電離層の異常状態になったと言える。





















他にも地震前に地中から放出されたラドンがα線を発し、分子や原子が電離したというのもある。

・地震雲

電離層の異常の説明で、地震発生前に地上にプラスイオンができるという話をしたが、そのプラスイオンが雲の核となり、地上から上空に延びた地震雲が観察されることがある。

・動物の異常行動

電離層の異常の説明で、岩石に強い圧力がかかると、電流が岩石中に走ると説明した。電流が生じると、電磁波も発生し、それを動物が感知し、異常行動をしているのかも・・・

・おまけ
地震の前兆現象として、地中からのラドンの放出や地中からの水素の放出もある。

地震前に、岩石に圧力がかかり、岩石中に小さな破壊が起き、穴ができる。地中にはもともとラドンがあるが、その破壊でできた穴を通り、地上にラドンが放出される。

また、小さな破壊で穴ができ、その穴に水が入り込むと、Si-O-Si結合がH2Oと反応（岩石表面水と水の反応）してSi-O-O-Si+H2となり、水素も放出される。



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