地球内部の観測

地震・火山活動の観測

地形を変化させる力を「営力」(地営力とも)いいます。風雨、氷河の移動、生物などの作用による外的営力と地震や火山活動などの作用による内的営力があります。地球表面下で固着していた岩盤が急激に動くことによって地震が発生します。地球の表面を覆う複数のプレート間の境界で、プレートが沈み込んだり衝突しあうと、周辺の岩盤には「ひずみ」が放出されずにたまります。ひずみに耐えられなくなると岩盤がずれ動き地震が起こります。その結果、断層が生じます。一方、プレートの内部で発生する地震は数万年の間、ある程度の周期で、ずれ動く「活断層」によって起こります。活断層は常時、動いているわけではありません。直下型地震は活断層の地下浅いところで発生するので地上では大きな揺れになります。

地震が発生すると震源からP波、S波の2種類の地震波が発生します。P波は縦波で秒速約8キロメートル、初期微動として観測できます。S波は横波で秒速4キロメートル、大きな揺れで主要動になります。初期微動時間(秒)を8倍すると、おおよその震源距離(キロメートル)になります。地震の大きさは、地表の各地点での揺れの大きさを表す「震度」階級と地震で放出されるエネルギー量を表す「マグニチュード」(M)があります。マグニチュードは米国の地震学者リヒター(Charles Francis Richter 1900〜1985)が考案したものでリヒター・スケールともよばれます。地震による被害は、地盤が液体のようになる液状化現象、海面が大きく変動する津波、表土や砂礫が水とともに流下する土石流などがあります。

火山活動は地殻の深部で岩石が溶けて液体状になったマグマが地表や水中に噴出する現象です。マグマは800〜1300度の高温で地表から数キロメートルの火山の地下に溜まり、「マグマ溜まり」といいますが、マグマがあるきっかけで上昇し火道をとおって火口から噴出するのが噴火、地表に出たマグマを溶岩と呼びます。

日本近隣の巨大な活火山としては、北朝鮮と中国の国境にある白頭山(ぺくとうさん、2774メートル)がありますが、946年に大噴火を起こしましたが1000年に一度程度、大噴火を起こしています。小規模のものは100年に一度程度です。日本では20万年前頃、十和田火山の噴火活動で中央部が陥没した地形となり、3.5〜1.5万年頃の巨大噴火で水が流入してカルデラ湖(十和田湖)が形成されました。十和田湖は915年に大噴火を起こしています。

地震や火山活動の観測は地球物理学の分野ですが測地とも関連が深く、測地が地球表面での観測によって地球の形状、大きさなどを求めるのにたいして、地震や火山活動の観測は地球内部の状態を知ることを目的としています。地震の波は地球の内部を通過ができるので、地震の波を地震計で記録することによって地球の内部がわかってきます。このために人工的に地震を起こすこともあります。地震計は地面に設置されるので地震が発生して地面が揺れると,地震計も地面といっしょに動くことになります。そのため地面の振動の周期よりもはるかに長い周期(広帯域地震計は固有周期が数10秒程度)の振子をつかい地面が動いても空間に静止できる不動点をつくり、これと比較して大地の揺れを記録します。

日本の地震研究

日本で地震の研究が始まったのは、1880年(明治13)に発生した、マグニチュード5.8の横浜地震が契機でした。同年、お雇い英国人ミルン(John Milne 1850〜1913、地震学者、人類学者)などによって日本地震学会が創立されました。東京帝国大学においても地震学講座が誕生し関谷清景(せきや・きよかげ 1855〜1896)が担当しました。関谷は当初、お雇い英国人ユーイング(James Alfred Ewing 1855〜1935 物理学者)のもとで地震観測を行っていましたが、ユーイングの帰国後、ミルンとともに日本全国の地震観測網を整備し、震度階の原型である微震・弱震・強震・烈震の名称をつくりました。1886年(明治19)には東京帝国大学の地震学教授となっています。関谷の生誕地、大垣市歩行町(おかちまち)二丁目8の秋葉神社境内(小公園)に「關谷先生誕生之地」という記念碑が見られます。1929年(昭和4)に門下生の矢橋亮吉(やばし・りょうきち 1867〜1946、実業家)により建立されたものです。JR大垣から徒歩10分、大垣別院の東北角近傍です。神社には社名の表示がありませんが、向かいの美容院が目印です。墓所は神戸市須磨区板宿の禅昌寺にあります。

1891年(明治24)年の濃尾地震はマグニチュード8.0で死者7千人以上の大きな被害をもたらしました。現岐阜県本巣市の根尾谷で地表に高低差6メートルの断層のずれが発生し、また地震が引き起こした濃尾断層沿いに8メートルの水平ずれが現れています。この濃尾地震を契機として、地震と被害を食い止める震災防止の研究を協力して進めるべきという意見が菊池大麓(きくち・だいろく 1855〜1917東京帝国大学総長、文部大臣)などにより帝国議会に出され、翌1892年(明治25)、文部省に「震災予防調査会」が設立されました。初代会長は加藤弘之(かとう・ひろゆき 1836〜1916、政治学者、教育者)です。

ミルンの門下生であった大森房吉(おおもり・ふさきち 1868〜1923)は濃尾地震の余震について研究を行い、1896年(明治29)に東京帝国大学地震学教授になっています。大森が地震学教授であった当時、助教授であった今村明恒(いまむら・あきつね 1870〜1948)は1905年(明治38)、今後50年以内に東京で大地震が発生することを予告し、対策も喚起しましたが、新聞などに大きく報じられたため、大森は社会に混乱を起こすことを恐れて、今村説を退けました。しかし1923年(大正12)に関東大震災が発生し、今村の予告が現実のものとなりました。研究者の社会的義務や責任、良心がどうあるべきかは問題です。震災予防調査会は関東大震災に際して有効な対策が打ち出せなかったとする批判もあり、1925年(大正14)、発展解消して震災予防評議会と東京帝国大学に地震研究所が新設されました。震災予防評議会は1969年(昭和44)に発足した地震予知連絡会になり現在も継続されています。

ジョン・ミルン

ミルン(John Milne 1850〜1913)は英国出身の鉱山技師、地震学者、人類学者です。1876年(明治9)、工部省工学寮教師として来日し、日本における地震学の基礎をつくりました。1886年(明治19)、東京帝国大学の設置にともない鉱山学、地質学を担当しました。この間、浅間山をはじめ日本の火山活動を紹介したり、 モース(Edward Sylvester Morse 1838〜1925、米国の動物学者) 、ブラキストン(Thomas Wright Blakiston 1832〜1891、英国の博物学者)らとともに貝塚の発掘をしています。また地震観測のため「水平振子地震計」も製作しています。

1881年(明治14)、函館願乗寺の住職、堀川乗経(ほりかわ・じょうきょう 1824〜1878)の長女、トネと結婚しました。堀川乗経は陸奥国(現青森県)出身の僧侶で(天保12)、北海道に渡り信徒を入植させ開墾し、箱館(現函館)では亀田川を掘削し市街へ水利の便をはかりました。箱館の発展に尽力した開拓功労者です。

ミルンは1895年(明治28)、トネをともない帰国しましたが、1913年(大正2)、英国で亡くなり、その後、トネは病気のため函館に戻り、1925年(大正14)に亡くなりました。函館市船見町の本願寺別院墓地にミルン夫妻の墓と、その右隣に堀川乗経の墓があります。本願寺函館別院台町出張所前の道路に面してミルンと堀川の説明板があり、その南にすすんだ突き当りになります。

京都大学 阿武山観測所

京都大学の地震研究は1909年(明治42)に志田順(しだ・とし 1876〜1936)によってはじめられました。志田が第一高等学校教授から京都帝国大学理工科大学に着任し、1918年(大正7)に地球物理学講座担任となり、1920年(大正9)には理学部地球物理学科に発展しました。大阪府高槻市の小高い丘(阪急電鉄茨木市の真北5キロメートル)にある京都大学阿武山(あぶやま)観測所(地形図:高槻)は1930年(昭和5)、地元から敷地を300年間契約で提供されこの地に設置されました。現在は宇治市に本部がある防災研究所所属の施設になっています。[飯尾能久:京大阿武山観測所「京都新聞」京都新聞社 2009.6.18]

ウィーヘルト(Johann Emil Wiechert 1861〜1928、ドイツ物理学者)が1904年に開発したウィーヘルト地震計(立てた板バネの上に錘を取り付けた、長周期の倒立振子を使った機械式地震計)やガリチン(Boris Borisovich Golitsin 1862〜1916、ロシア物理学者)が1910年に開発したガリチン地震計(電磁式地震計)などが設置され、総延長250メートルを越える観測坑道があります。1962年(昭和37)からは微小地震の観測も開始され観測データは宇治市の地震予知研究センターに集約されています。2008年(平成20)には重さ1.5キログラムの小型地震計が京都大学と近計システムにより開発、「満点地震計」と名づけられ全国各地に設置されています。

建物の塔屋には先端から地下まで「フーコーの振子」が垂下しています。振動面が地面に対して回転することにより地球の自転を立証できます。(実際は振動面は変りませんが、地面のほうが回っています。)観測技術の進歩などで阿武山観測所は現在、その役割を終え、2015年(平成27)からは科学ミュージアムとして運営されています。1934年(昭和9)観測施設の増設工事中、古墳が発見されました。ミイラ化した遺骨がほぼ完全に残っておりガラス玉や金糸もあったことから「貴人の墓」とされています。藤原鎌足の墓とする説もあります。

浅間山の火山観測

浅間山は標高2568メートルで世界でも有数の活火山として知られています。爆発的な噴火とそれにともなう火砕流の発生は多くの災害をもたらし7世紀頃からそれらの記録が見られます。とくに1783年(天明3)の大噴火では死者が1600人以上といわれています。1911年(明治44)、大森房吉(おおもり・ ふさきち 1868〜1923、東京帝国大学地震学教授)は長野県の依頼により浅間山火口の西南2キロメートルの「湯の平」で観測研究をはじめました。しかし標高が高く年間を通じて観測が困難なこともあり1924年(大正13)には観測業務は長野測候所追分支所に引き継がれました。1931年(昭和6)から翌年にかけて噴火が多発したことを契機に軽井沢町は寄付金を集め火口の東4キロメートルの「峰の茶屋」(地形図:浅間山)に観測建屋をたて、これを東京大学地震研究所に寄付する形で、1933年(昭和8年)浅間火山観測所が発足しました。発足当時は電気もなく観測には乾電池を使ったそうです。現在も引きつづき24時間の観測が行われています。観測所前庭には1934年(昭和9)に設置された一等水準点10823号があり頑丈な鉄蓋で保護されています。[行田・小山・辻:浅間山火山観測所の創設とその後の経過「技術研究報告」No.1 東京大学地震研究所 1996 p78−79]

1935年(昭和10)と1939年(昭和14)には東京大学地震研究所の委託により陸地測量部が浅間山周辺を火山変動測量のため水準測量を行っています。測量は沓掛、峰の茶屋、浅間山、小諸、沓掛の環状ルート、約50キロメートルの水準路線で急斜面では標尺距離を5〜6メートルにした精密水準測量(一等水準測量)でした。この際、一等水準点標石、小型水準点標石、金属標、岩石またはコンクリート柱に取付の大型円頭鋲が標識としてつかわれました。標識番号は「小×」、「固×」、「金×」、「浅×」(×は1または2桁の数字)になっています。[土橋忠則:浅間山ふんせん記「測量」1973年9月号 日本測量協会 1973 p20−22]

寺田寅彦随筆集のなかの「小浅間」(東京朝日新聞 1935年9月 掲載)には浅間山の火山変動観測のため陸地測量部による水準測量や東大地震研究所が重力測定、天測を実施していることが描かれています。

「一合目の鳥居の近くに一等水準点がある。深さ一メートルの四角なコンクリート柱の頂上のまん中に径一寸ぐらいの金属の鋲を埋め込んで、そのだいじな頭が磨減したりつぶれたりしないように保護するために金属の円筒でその周囲を囲んである。その中に雨水がたまっていた。自分はその水中に右の人差し指を浸してちょっとその鋲の頭にさわってみた。 (中略) 水準点のすぐそばに木の角柱が一本立っている。もうだいぶ長く雨風にさらされて白くされ古びとげとげしく木理(もくめ)を現わしているのであるが、その柱の一面に年月日と名字とが刻してある。これは数年前京都大学の地球物理学者たちがここにエアトヴァスの重力偏差計をすえ付けて観測した地点を示す標柱だそうである。 (中略) 頂上にはD研究所のT理学士が天文の観測をするためにもう十数日来テントを張って滞在している。バンベルヒの天頂儀(ゼニステレスコープ)をすえ付けて天頂近く子午線を通過する星を観測してこの地点の緯度ををできるだけ精密に測定しておく、そうして他日また同じ観測を繰り返して、この地点が火山活動の影響のためいくらかでも移動するかどうかを験出しようというのである。」編者注として「 D研究所−地震(Disin)研究所のこと」[小宮豊隆編:寺田寅彦随筆集 第五巻 小浅間 岩波文庫 1948 p216−218(東京朝日新聞 1935年9月 掲載)]

小浅間山は浅間山の側火山(寄生火山)です。側火山は主火口以外の位置での噴火で形成された火山性地形のことです。当時のの水準点とおもわれる円筒で囲んだ金属標が一点残存しています。「峰の茶屋」にある東京大学火山観測所をへて小浅間山への途上、「馬返し」とよばれた平らな場所に防災科学技術研究所の「浅間山小浅間火山観測施設」があります。峰の茶屋から樹林のなかを徒歩30分程度要します。この観測施設は現在、無人で運用されていますが建屋のわきに「金1」号とおもわれる水準点標識が見られます。観測建屋の南外壁東端近くから南へ1.6メートルの草むらのなかです。金属鋲は直径6センチメートルでコンクリートに埋められ2センチメートルの突起になっています。全体が直径16.5センチメートルの鉄の円筒で囲まれ、その地上高さは16センチメートルあります。金属鋲は青く錆びており中央に直径1.5センチメートルの丸印、その周囲に内向きに右書きで「水準點」の刻字があります。鉄の円筒の上部は腐食磨耗していましたが前夜の雨水がわずか溜まっていました。

「馬返し」からは樹木はなくなり砂礫の斜面を徒歩15分で小浅間山山頂に到達できます。山頂の低木の茂みにある三等三角点「小浅間」(こあさま)の東、約5メートルには天頂儀を据え付けたとおもわれる観測台が残存しています。コンクリートの角柱でできた観測台は南北40、東西65、高さ102センチメートルあり基礎は南北60、東西90センチメートルのコンクリートですが基礎と観測台本体の向きがややずれています。観測台が真北を向いているわけではありません。この観測台は寺田の著作「小浅間」に現れる天頂儀を置いた台ではないかと思われます。この位置から西に浅間山の雄大な姿と登山道を望むことができます。

1939年(昭和14)には測量の最中に噴火が発生し落石に追われ逃避したことがありました。命がけの測量は戦地だけではなかったのです。

「東前掛の斜面を登りその頂上で、この1観測で中休みしょようと話した瞬間である。ドオーンという腹にしみる音に思わず空を見上げると、不思議にもいつの間にか霧はすっかり晴れていて、何か空一面から降ってくる。「ヤッ噴火だ、逃げろ!」と叫ぶなり、レベルを肩に一気に斜面を駆け出した。2〜3歩も走るや否や、前後左右に落石の砂煙りが上る。そのうち首筋を叩かれたような衝撃をうけた。手を当てると血がついた。」(中略)1本の標尺と途中の荷物を持った主任測手が『旦那大丈夫ですか!』と叫びながら走ってくる。とにかく全員無事だったかとほっとする。」[土橋忠則:浅間山ふんせん記 「測量」日本測量協会 1973.9 p21]

三松正夫による昭和新山の観測

北海道の有珠山(うすざん 地形図:洞爺湖温泉)、標高737メートルは2、30年の周期で噴火を繰り返してきました。1943年(昭和18)12月、突然地響きがして有珠山東側山麓の麦畑の土が盛り上がりはじめました。爆発を繰り返しながら、成長を続け、1945年(昭和20)に活動が収まり「昭和新山」といわれる標高407メートルの山が誕生しました。昭和新山の命名は地質学者の田中舘秀三(たなかだて・ひでぞう 1884〜1951、地球物理学者であった田中館愛橘の婿養子)によるものです。

当時、壮瞥村の三松正夫(みまつ・まさお 1888〜1977、郵便局長)は1910年(明治43)有珠山噴火の現地調査に訪れた大森房吉(おおもり・ふさきち 1868〜1923、東京帝国大学教授)の案内役をつとめ火山学への興味を深めました。三松は昭和新山が誕生していく過程を張り糸(水糸、水平線を示す糸)を基準にして記録した多数の定点観測スケッチ画をもとに約600日間の隆起の全過程を「新山隆起図」としてまとめました。この図は1948年(昭和23)、オスロでの万国火山会議において専門家から高く評価され以降は「ミマツ・ダイアグラム」として伝わっています。

昭和新山の山麓には1988年(昭和63)に三松正夫記念館が開館しており「ミマツ・ダイヤグラム」を含む資料が展示されています。また近傍には1993年(平成5)、昭和新山を望む公園に三松の像が建立されています。三松が測量機で昭和新山を観測している姿で台石には「麦圃生山」とあります。

伊豆大島三原山の火山活動観測装置

三原山(地形図:大島南部)の外輪山、御神火茶屋の北に一等三角点「大島」(東京都大島町野増)があり、そのすぐ南に国土地理院の火山活動観測装置があります。APS(Automated Polar System)連続観測装置といわれ火山活動による地殻変動をトータルステーション(SOKKIA H−BT1)により連続して測距・測角を行う装置で2002年(平成14)に設置されました。円筒状のコンテナーは局舎で山頂方向にレーザー照射の窓があります。反射点は11点あり観測されたデータは、つくば市の国土地理院に伝送されます。また三角点の西3メートルの位置に円筒形コンクリート標柱が見られます。地上高さは1メートル程度で円筒が二重の強固な構造になっており上面には金属鋲が埋められています。一等三角点「大島」の点の記には「ピラー」として載っていますが、本体に刻字もなく設置主体も不明です。火山活動観測につかわれている水準点ではないかと思われます。

三原山の噴火は全島避難となった1986年(昭和61)の大噴火ののち、1990年(平成2)に小噴火がありましたがその後、活発な活動はありません。

1939年(昭和14)に東京大学地震研究所の委託により陸地測量部が三原山山頂付近で火山変動測量のため水準測量を行っています。当時の資料によると水準測量は御神火茶屋を基点として火口まで上り、火口を一周しており標石や金属製の水準点が16ヶ所に設置されています。水準測量と同時に水準点の位置関係を正確に求めるため三角測量も行われました。これらの標石の残存状況を調べたところ、内輪山の火口一周遊歩道と、火口の南にあたる火口展望台の分岐位置に、設置されているGPS受信装置の傍にコンクリートで囲まれた標石がありました。上面には薄らと十字の刻印がみられましたが、これが当時の標石であるかは確認できませんでした。東京大学地震研究所では現在も大島町元町に「伊豆大島火山観測所」を設け火山噴火予知研究を継続しています。


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