私たちの住む日本は、豊かな自然に恵まれている一方で、「地震」という自然現象と切っても切り離せない関係にあります。

地震は怖いものですが、理科の知識があれば、そのメカニズムを理解し、いざという時の備えにも役立てることができます。この記事では、地震の基本的な仕組みから、中学理科で習うP波・S波といった重要な知識、そして発生時刻を計算する方法まで、分かりやすく解説します。

 

1. 地震の正体：地球内部で起こる大地の変動

① 地震とは？

地震とは、地下の岩盤が急にずれることによって発生する地面の揺れのことです。

岩盤はずっと力を受け続けていますが、その力が限界を超えて解放された瞬間に、大きな揺れ（エネルギー）が発生し、波となって地面を伝わっていきます。

震源（しんげん）: 地震の揺れが発生した地下の場所。

震央（しんおう）: 震源の真上の、地表の場所。

 

② なぜ日本は地震が多いのか？

日本が世界でも有数の地震多発地帯である主な理由は、地球の表面を覆うプレートの境目に位置しているからです。

地球の表面は十数枚の巨大な岩盤（プレート）で覆われており、これらは常にゆっくりと動いています。日本列島の周辺では、主に以下の4つのプレートがひしめき合っています。

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

これらのプレートが互いに押し合ったり、沈み込んだりすることで、大きなひずみ（力）が蓄積されます。そして、このひずみが限界に達し、プレートの境目や内部で岩盤が破壊されると、大規模な地震が発生するのです。

 

2. 地震の揺れを生み出す2種類の波：P波とS波

地震の揺れは、主に2種類の波となって私たちに到達します。これらを理解することが、地震の科学を学ぶ上で最も重要です。

③ P波とS波の説明

私たちが最初に感じる小さな揺れ（初期微動）がP波によるもので、その後に来る大きな揺れ（主要動）がS波によるものです。

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3. P波・S波の速さと初期微動継続時間を求める

P波とS波は速さが異なるため、震源からの距離が遠いほど、到達する時間に差が生まれます。この差を利用して、様々な値を計算することができます。

 

④ P波とS波の速さの求め方

P波・S波は、それぞれ「距離÷時間」で速さを求めることができます。

速さ = 震源からの距離 (km)/震源から波が届くまでの時間 (秒)

 

⑤ 初期微動継続時間の求め方

初期微動継続時間とは、P波が到達してからS波が到達するまでの時間差のことです。この時間は、震源からの距離が遠くなるほど長くなります。

初期微動継続時間（T）は、以下の公式で求めることができます。

初期微動継続時間} (T) = (S波の到着時刻) - (P波の到着時刻)

または、速さの差を利用して、震源からの距離（D）から求めることもできます。

初期微動継続時間 (T) = 震源からの距離 /P波の速さ (V_P) - 震源からの距離 (D)/S波の速さ (V_S)

この初期微動継続時間が、緊急地震速報の発表にも使われています。P波を素早くキャッチして初期微動継続時間を計算することで、主要動（S波）が到達するまでの時間を予測し、揺れが来る前に警報を出すことができるのです。

 

4. 計算問題：地震が発生した時刻を特定する！

理科の計算問題では、このP波とS波の時間差を利用して、地震が発生した時刻（発震時刻）を求めることがよくあります。

 

⑥ 地震が発生した時刻の求め方

発生時刻は、P波またはS波のどちらか一方の情報と、その速さが分かれば求めることができます。

発生時刻 = (波の到達時刻) - (震源からの距離) / (波の速さ)

 

【計算例】

震源からの距離が90 kmの地点で、P波が午前10時00分15秒に到着した。

この地震のP波の速さは6 km/sとする。

問題： 地震が発生した時刻を求めなさい。

解き方：

まず、P波が震源から観測地点まで届くのにかかった時間（伝達時間）を求めます。

伝達時間 = 90 km ÷ 6 km/s = 15 秒

次に、P波の到達時刻から伝達時間を引いて、発生時刻を求めます。

発生時刻 = 10時00分15秒 - 15秒 = 10時00分00秒

答え： 午前10時00分00秒

地震のメカニズムやP波・S波の知識は、単にテストの点数を上げるためだけでなく、私たちが暮らす環境を理解し、災害から身を守るための「生きる力」につながります。

 

地震の分野でつまずいている方、計算問題を克服したい方は、ぜひ一緒に学んでみませんか？

 

 

ミツカル教育通信からインタビューを受けました！
インタビュー記事は、以下のURLから確認いただけます。
https://resemom.jp/kyoiku/interview/5-days-interview/