宏観異常現象
概要
地鳴り、地下水、温泉、海水の水位変動、水質の変化、動物の異常行動、天体や気象現象の異常、通信機器、電磁波の異常など、大規模な有感地震の前兆現象として知覚されるとされている現象で、ことわざや民間伝承、迷信の形で知られているものもある。
これらの現象と有感地震の因果関係は、一応の説明(「動物の異常行動は低周波の振動などを敏感な動物が感知して騒ぐため」など)がなされているものもあり、地震予知や地震発生のメカニズム解明へ役立てようという動きがないわけではないが、定説として論じられるほどの科学的な根拠や統計的な信頼が認められているわけではない。また、地震予知ができる程には至っていない。
宏観異常現象とされるもの
以下に示す現象や説は、地震前、地震後の証言や民間伝承を含む事象であり、科学的なメカニズムや根拠、妥当性についての検証、証明は行われていない。これらの現象は地震の発生とは関係なく発生しうるということ、地震による精神的なショックによる事実ではない認識やデマといったものも含まれうる。
宏観異常現象をとりまく諸問題
宏観異常現象はそれ自体が宏観異常現象といえるかどうかあいまいな定義の現象を扱い、再現性、定量性を正しく評価することは難しい。科学的な証明の難しさや俗説を背景に、地震後の証言、あるいはオカルトを元に、地震予知を行うといったものも存在し、ときとして無責任に口コミやマスコミ、ウェブサイトを通して扱われデマが流布することもある。
電磁的現象
地震の前後には、震源およびその近傍から、特定の空間帯域あるいは電離層に影響を及ぼすといった以下のような仮説があり、これらの現象を直接ないし間接的に捉えることで、切迫した地震の発生を予知しようとする研究が行われている。
即ち、地殻にプレート運動などによって圧力の増大が生じると、石英を含む花崗岩などでは圧電効果(ピエゾ効果)により、圧力に比例した分極(表面電荷)が現れる。あるいは、花崗岩以外の岩石でも地震に至らない岩石の微細な破壊によって電荷が発生する。または、ラドンから電荷を帯びたイオンが発生する。
いずれにせよ、大地表面や海面に帯電した巨大な電荷が下部電離層(D領域)のプラズマ化を促進する。この電離層が遠方の電波を反射してオメガ、アマチュア無線、FM放送などの異常伝播を発生させる。同時に、岩石の微細な破壊時あるいは、上記電荷の放電時に、直流からVHF帯以上の広帯域なスペクトルを有するパルス状電磁波を多数発生する。これが長波帯LFの電波時計(40kHz、60kHz)の誤作動、中波ラジオ(1000kHz前後)への音声雑音や、VHF帯のFM電波(約80MHz)の雑音レベル(基線)の変動、アナログテレビ(90MHz〜)画面の白や黒の横線雑音の原因となる。
また、地電流によって生じる磁場のベクトルが地磁気を相殺または増大させる事で地磁気が変動する事により、それまで地磁気で弾かれていた宇宙線の電離層への到達量が増加あるい減少することにより電離度が変動するため、見かけ上、電離層の高度が変動するようにみえるという説がある。
以上は全て仮説であって検証されていない。個々の物理現象、たとえば花崗岩へ圧力をかけることによる圧電効果、岩石の高圧力破壊実験での電荷と電磁波の発生は広く知られた物理現象で300MHz、2GHz、22GHz帯のマイクロ波が照射される、さらに地震の前の電波の異常伝播などは学術的に観測されている。
観測の対象としては、ギリシャのVAN法では地電流を測定している。「八ヶ岳南麓天文台」の串田嘉男などによる方法では既存のFM放送の電波を用いて電離層の変節を観測している。以上のように、その手法や観測対象もまちまちである。
これまでにも1993年に発生した北海道南西沖地震では地震発生の1週間前からLFとVLFの著しい増加があったという記録と共に1995年に発生した兵庫県南部地震では地震発生の6時間半前に録画されたテレビ番組にノイズが入る前兆現象を捉えていたという報告もある。
2011年に発生した東北地方太平洋沖地震では、地震後、森谷武男らが半年ほど前から道内で岩手県からのFM放送波の強度が通常の2-3倍になったことを観測していたと発表、早川正士らが約一週間前に太平洋上の電離層の境界が下がった(超長波の到達に要する時間で測定している)ことを観測していたと発表、日置幸介が地震の40分前に東北地方上空の電離層で電子数が増えていたことをGPSの受信データから確認したと発表している。
地震後の現象としては、東北地方太平洋沖地震発生の数分後から、地震発生に伴う大気波動によって電離圏における電子数の変動（電離圏擾乱）が同心円状に起こったことが観測されている。
批判
電磁波は現代社会では至る所から発生しており、この中からいかにして地震前兆による(とされる)電磁波を拾い出すかと言う根本的な問題が有る。
さらに地電位の観測では、1000km 程度遠方まで伝播する雷雲による電磁変動を感知している可能性や、経済活動による様々なノイズ（鉄道、水道管防蝕の為の電流）や、センサー（検出コイル）が地震波の直接的影響で電位を発生している可能性もあるとして疑問が投げかけられている。
長波
日本では、理化学研究所やJAXAのリモートセンシング研究により極超長波223Hz/17Hzの電磁波予知研究が先駆で、全国各大学など40箇所ほどの観測点があり、データの数量・規模・定量性に関する信頼性は高いとされる。ただし、地震前の電荷発生や伝搬メカニズムについては多くの部分が解明されておらず地震との因果関係については、少なくとも一般的に論じられる段階には無い。
超短波(FM波)
直接波による受信は不可能である遠距離のFM放送局の電波が地震前に受信できる現象(異常伝播)が、2002年12月より57事例あったことが地震学会で発表された（2004年10月・日本地震学会2004年秋季大会において北海道大学の研究グループによる報告。）
ただし、超短波帯の長距離伝播に関しては、スポラディックE層（突発的(sporadic)に発生する特殊な電離層）、あるいは大気圏に突入した流星によってイオン化された大気が電波を反射する流星エコーや、ダクト現象などによる事象を混同している可能性が高いという指摘もある。スポラディックE層の発生分布には季節変動および時間帯変動がはっきりしており（春から夏にかけての主に昼〜夕方に多く発生する）、異常な現象と呼ぶには当らない。流星痕などによるエコーの発生も同様である。少なくともこれらの事象との切り分けが明確にされない限り、異常伝播の発生だけをとりあげて地震の前兆とは言いがたい。
ラドン濃度
水中、大気中、土中のラドン(²²Rn)濃度が計測される。1966年4月26日の旧ソ連のタシケント地震(M5.5)前の水中ラドン濃度の上昇と地震後の低下が報告されている。ラドン濃度が地震前に通常の約3倍に増加し、地震後低下したと報告されている。日本では1970年代に東京大学や地震調査所が観測を行っており地震との相関を報告している。国立防災科学技術センターは府中地殻活動観測施設において、1983年8月8日の山梨県東部 M6.0の地震に先立つラドン濃度の異常な上昇を報告している。
岐阜大学などが、地中水脈などのラドン濃度を計測している。岐阜大学は、兵庫県南部地震において兵庫県西宮市内の井戸の地下水中のラドン濃度の急上昇を捉えており、10日前には通常の20倍以上にも達した。同観測結果は米科学雑誌「サイエンス」に掲載された。また、北海道東方沖地震においても同様の変化が観測された。同大学は、地中水脈に含まれる水中ラドン濃度を計測する観測システム網を岐阜県の断層地域に構築している。
ラドンは、ウランが放射壊変をくり返して鉛の同位体になる途中で発生する水溶性の気体であり、半減期が約3.8日である。ラドンは、ウランが存在すると常に発生しているが、通常は、外部に出ることなく岩石内で鉛などに壊変する。ところが、岩石中に新しい亀裂が発生するなどで地下水と岩石が接する表面積が増加すると、地下水中へ流失し、その結果ラドン濃度が変化するとの仮説が考えられている。ただし、地震との因果関係については定説を持たない。
ナマズ
東京都水産試験場が1976年から1992年にわたって「ナマズの観察により地震予知をする」研究をしていたが日本の公的機関が「ナマズの尾で地震が発生する」との仮説のもとで研究を行った記録は存在しない。また1994年、「地震はナマズが尾を振ることで起こるという説の検証」という7年間にわたる研究に対して、日本の気象庁にイグノーベル物理学賞が贈られた。しかしながら、授賞理由とされた報道が誤りであったことが後に判明したとして、イグノーベル賞の公式Webサイトの歴代受賞者リストからは削除されている。
東海大学地震予知研究センターでは「ナマズの行動と刺激要素に関する研究」を行っている。
大気イオン濃度
岡山理科大学理学部の弘原海清(わだつみ・きよし)らは、大気イオンの濃度変化を用いた地震予知の研究を、特定非営利活動法人大気イオン地震予測研究会e-PISCOで行っている。これは1995年1月17日兵庫県南部地震の前に大気イオン濃度が異常値を記録したことから、測定を開始したとのことである。
同研究会の仮説によれば、地殻にプレート運動などによる圧力がかかり、その結果、岩石に微細な亀裂が生じる。この亀裂からラドン(気体)が大気中に放出される。大気中に放出されたラドンとその壊変生成物は、電荷を帯びたイオンであり、これに小さな塵やホコリ (エアロゾル)が付着して大きくなる。大きくなった大気イオンは重くなり地表に落ちてくるが、その際に大気イオン濃度が異常に高くなる。
平常時の10倍-約100倍に達する大気イオン濃度の異常が、地震の前にたびたび観測されているが、大気イオン濃度異常と地震との相関関係について統計的に有意であると立証される段階にはない。
行政の取り組み
静岡県地震防災センターでは「宏観異常現象収集事業」として宏観異常現象を県民から受け付け、ホームページで件数を公開している。また、関西の大学と経済界でつくる関西サイエンスフォーラムでは「地震宏観情報センター」の設置を提言している。これらは他の科学的データと読み合わせることで地震予知の一助となる可能性が期待されているが、宏観異常現象という概念に対して肯定的な立場の者だけが協力することが考えられ、研究以前にその入り口で既にフィルタがかかるという統計としての問題点があり、その目的・手法・精度に欠くという指摘がある。また公的機関が科学的立場から逸脱したオカルトじみた事業を行う事には、道義的、教育的にも問題があるとする意見もある。
中国における取り組み
中国では、1975年に発生した海城地震において、国家地震局が動物の行動異常の報告を広く募集する活動によって地震の直前予知に成功し、死傷者の軽減に貢献したとされる。この「成功例」は宏観異常現象研究者の著書などで必ずといってよいほど紹介されるが、実際にはそうした異常現象によるものではなく、本震前に多発した前震によって大地震の発生が確実視された結果、予知が可能となったものである。