火星の巨大峡谷マリネリス峡谷で今も断層が動いている、火震の解析で判明

太陽系最大の峡谷は、死んだ地形ではなかった。NASAの火星探査機InSightが記録した火震（火星の地震）は、マリネリス峡谷（Valles Marineris）の地下深くで断層がずれたことによって発生していた。火星の表面を四千キロ近くにわたって切り裂くこの峡谷系で、数十億年前に生じた断層が、いまも惑星に働く応力によって再び破壊されうることを意味する。

これが重要なのは、火星には動くプレートが存在しないからだ。地球では、プレート同士がこすれ合うことで古い断層が活動を続ける。一方、火星の外殻はゆっくりと冷えていく一枚の「ふた」のようにふるまい、こうした地殻の断層は時間とともに癒着し、強度を増していく可能性がある。今回の分析は、峡谷の下にある少なくとも一つの深部断層が、地表から二十〜四十キロの深さで、閉じきらずに残っていることを示している。

この研究は学術誌Nature Communicationsに掲載された。インペリアル・カレッジ・ロンドンのJung-Hun Song氏が主導し、同じくインペリアルのDoyeon Kim氏、コロンビア大学のFolarin Kolawole氏らが参加した。研究の土台となっているのは、S0976aとして登録された一つのイベントで、InSightが火星の西半球で位置を特定できた唯一の火震である。

「Valles Marinerisは太陽系全体でも屈指の壮大な地質構造ですが、これまでその断層がいまも活動しているかどうかは確実にはわかっていませんでした」とSong氏は語る。「私たちが見ているのは、ここが単なる『死んだ』化石的な地形ではないということです。峡谷の地下深くの断層は、それらを形成した地質学的プロセスが止まってからずっと後になっても、ずれ動いて火震を起こしうるのです」

火星の裏側から、たった一台の地震計で断層を読み解く

地球では、地震学者は震源を取り囲む数十の観測点で記録された最初の揺れを比較し、断層がどう動いたかを割り出す。InSightの地震計は一台だけで、しかもS0976aはほぼ惑星の反対側、角距離にして約146度、地表に沿って約8,600キロ離れた場所で起きた。直達波は使える形では着陸機に届かなかった。届いたのはPP波とSS波、つまり伝播経路の中間地点で火星表面に一度反射した縦波（P波）と横波（S波）だった。

研究チームは、火星内部の複数のモデルについてコンピューターで合成した理論地震波形を使い、この二つの波群を再現した。断層の向き、すべりの方向、深さ50キロまでのあらゆる組み合わせを検証している。単独の観測点でこれが可能かを確かめるため、同じ手法を、ほぼ同じ距離にあるオーストラリアの一台の地震計が記録した米ネバダ州のマグニチュード6.5の地震にも適用した。その結果、正しい断層が再現された。

S0976aについての答えは横ずれ断層の破壊だった。カリフォルニアのサンアンドレアス断層のように、急傾斜の断層に沿って二つの地殻ブロックが水平方向にすれ違う動きである。波形と許容範囲で一致した解のうち、82.2%がこのタイプに属した。破壊が起きたのは深さ約20〜40キロ、地殻の中部から下部で、深さ55〜65キロにある地殻の底よりも上だった。波形の一致に、既知の断層の分布図と高周波の波が到来した方向を組み合わせると、震源は峡谷西部のIus Chasma付近に絞り込まれる。

地すべりや隕石衝突の可能性を排除する

火星で地震信号が観測されても、それが断層によるものとは限らない。隕石の衝突や地すべりも惑星を揺らし、Valles Marinerisには巨大な地すべり堆積物が並んでいる。チームはこれらの震源を直接検証した。衝突を模した爆発モデルや、力を加えるタイプの地すべりモデルでは、波の極性、到達時刻、相対的な強さを再現できず、データに見られる強い水平方向の揺れも生み出せなかった。また、火星で確認された衝突は高周波の信号を生じる傾向があるのに対し、S0976aは低周波のイベントだった。

研究者たちは次に、火震の後にNASAの火星偵察周回機（Mars Reconnaissance Orbiter）のコンテキストカメラ（Context Camera）が撮影した震源域の画像をすべて調べた。これほどの信号を生む地すべりなら、少なくとも1,000万立方メートルの岩石を動かし、幅数百メートルから1キロに及ぶ新しい堆積物を残すはずだ。だが、そうした痕跡はなく、新しいクレーターも見つからなかった。対照的に、InSightのカタログで唯一の後続の遠地イベントであるS1000aは、軌道上から新しいクレーターが確認された流星体の衝突だったことが判明している。

「この結果に説得力があるのは、まったく異なる種類の証拠がいくつも同じ方向を指しているからです」とSong氏は言う。「地震波は、地表よりかなり深い断層で横方向のすべり運動があったことを示し、軌道から見た地質は、長期間存続してきた断層系が走る地域であることを示しています」

グランドキャニオンの9倍近い長さを持つ峡谷

インペリアル・カレッジによると、Valles Marinerisは全長約3,900キロ、幅は最大600キロ、深さは9キロを超える。最大寸法で比べると、グランドキャニオンより長さは9倍近く、幅は20倍以上、深さは約5倍になる。峡谷は、オリンポス山（Olympus Mons）を擁する巨大な火山性の隆起地形Tharsisとともに形成された。地質学者の間では、峡谷がリフト（地溝）として開いたのか、自重で崩落したのか、斜めに引き裂かれて開いたのかをめぐって長く議論が続いてきた。

今回の火震はこの論争に一石を投じる。記録された応力のパターンは、厚くなった地殻の重力崩壊によって峡谷ができたとするモデルとは合わない。むしろ、伸張に加えて横方向のせん断を伴い、斜めに引き裂かれて開いた峡谷と整合する。火震の最大圧縮方向はおおむね西北西で、火星史の初期にあたるヘスペリア紀に峡谷が初期変形を受けた際に推定される圧縮方向とも一致する。同じ応力の向きが、数十億年後のいまも同じ断層構造に作用しているとみられる。

著者らは、これらの断層に応力を蓄積させうる現在の力として三つを挙げる。冷えていく惑星のゆっくりとした収縮、Tharsis隆起の重み、そして浸食が峡谷を削ることで生じる除荷である。S0976aによって、InSightは火星で三つの異なるタイプの活断層運動を明らかにしたことになる。Cerberus Fossaeの割れ目の下での引き離し、ミッション最大の火震S1222aが起きたElysium Planitia南部の地殻境界付近での圧縮、そしてValles Marinerisの下での横ずれである。

「プレートテクトニクスのない惑星でも、数十億年前にできた構造が重要であり続け、いまなお地殻がどこで割れるかを支配しうることを示しています」とKolawole氏は述べる。

今回の研究でもまだわからないこと

すべては、一台の装置が記録した一つの火震に依拠している。観測点が一つしかないため、この手法では互いに直交する二つの断層面の候補が得られるだけで、実際にどちらがずれたのかは判別できない。また推定された断層の向きは、地表で地図化されている単一の主要な断層群とは一致しない。震源の位置決めも、地図化された断層の密度に一部依存しており、著者ら自身、これは深部ですべりが起きる場所のおおよその目安であって、直接の測定ではないとしている。

余震は記録されなかった。チームはこれを想定どおりだと主張する。シミュレーションでは、その距離からInSightが50火星日以内にある程度の規模の余震を一つでも検出できる確率はわずか0.1%だった。惑星の核と深部内部が、反対側からの波を遮り、弱めるためだ。余震がなかったことは結果を否定する材料にはならないが、それを裏づける二つ目のイベントもないことになる。

この研究からは、峡谷でどれくらいの頻度で破壊が起きるのか、そこでの火震がどこまで大きくなりうるのかはわからない。S0976aは中規模のイベントで、新たな破断ではなく、既存の断層の小さな領域での限られたすべりと整合する。著者らはまた、現在の応力のうち、Tharsisの下で地殻がたわむことによる分と、より深部の支えによる分とを切り分けることもできていない。さらに、位置が十分に特定された火震が少ないのは、火星が静かだからというだけでなく、InSightの観測記録が短く、観測点が一つだけだったことも同じくらい反映している可能性があると指摘している。

マリネリス峡谷の火震についてよくある質問

火星は今も地殻変動が起きている？

はい、少なくとも一部の地域では起きている。InSightはミッション期間中に火震を記録しており、個々のイベントの解析から、Cerberus Fossaeの割れ目の下、Elysium Planitia南部、そして今回のValles Marinerisの下で活断層運動が確認されている。火星には動くプレートがないため、この活動は一枚の硬い殻の内部に働く応力によるものだ。

マリネリス峡谷とグランドキャニオンの大きさの違いは？

全長は約3,900キロ、幅は最大600キロ、深さは9キロを超える。グランドキャニオンと比べて長さは9倍近く、幅は20倍以上、深さは約5倍だ。

マリネリス峡谷の火震の原因は何？

研究によれば、峡谷西部の地下20〜40キロにある古い断層で横ずれ破壊が起き、地殻のブロックが水平方向にすれ違った。隕石の衝突や地すべりは、記録された波を再現できず、軌道からの画像にも新しいクレーターや地すべりが見られなかったため、除外された。

火星にプレートテクトニクスはある？

ない。火星の外殻は、数十億年にわたって冷却と収縮を続けてきた一枚の停滞した「ふた」としてふるまう。今回の研究は、そのふたの内部にある断層が、現在の応力のもとでもずれ動きうることを示している。

InSightがS0976aを記録したのは2021年8月25日、火星表面での976火星日目のことで、ミッションは2022年12月に終了した。論文は2026年10月15日に公開された。現在、火星で稼働している地震計はないため、既存のInSightのカタログが火星で唯一の地震記録であり、チームは今回の成果が、それらの記録にまだどれほど多くの情報が眠っているかを示していると述べている。

この火震は、すでに一度活用されている。その波は火星の核を通過し、惑星の最深部の層を描き出すのに役立った。「たった一つの火震から、惑星の中心についても、その最も注目すべき地形の一つの地下にある活断層についても知ることができるのです」と、研究の責任著者であるKim氏は語る。

参考文献：Song et al., “Active crustal straining and fault reactivation at Valles Marineris,” Nature Communications, 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-78193-6

タグ: 天文学, nasa, 火星, InSight, Valles Marineris, 惑星地質学