地震計はどのよう動くのか
それでは、地震計がどういうふうに動くのか、その辺について少しご説明したいと思います。地震の揺れを測るには、長さや重さを測ったりするようにはいきません。地震計のない昔は人の体感や墓石が倒れる程度、それから建物が揺れるようなことから地震の大きさを指定してきたように思います。実際に気象庁でもは、計測震度計ができる前は職員が体で感じる揺れと周りの状況、例えば電灯がゆらゆらするとか、棚から物が落ちるとかいうのを見て、震度3とか震度4などの地震の大きさを決めていました。しかし、それではあまり科学的ではありませんので、機械を使って測ることも必要です。地震計の原理や構造を言葉だけでお伝えするのは非常に難しいのですが、基本的な考え方は重りをバネでつっておいて、その重りが地震の際に動く量を測定しようというものです。と言いますのは、地面が動くときには皆、周りが一緒に動いてしまいますので、どうやって測ったらいいかよく分からないのです。こういうふうにバネでつっておくことで、実際には地面が動いても重りが動かないので、それで相対的に揺れが分かる、ということです。その後、実際に重りに針やペンを付けて、その動きを機械式に紙に書いておいたのですが、だんだんと技術が進歩してきて、その重りにコイルをつけて、その周りを磁石で囲っておくことで、磁界の中をコイルが動くことで電気が発生しますから、その原理を使って電気信号に代えて測定するようになってきました。磁界の中をコイルが動くことで電気が発生するというのは、身近なものでも発電機があります。最近、防災用に手でハンドルを回すとライトがついたり、携帯電話の充電ができるような防災グッズが販売されていますけれど、それらもこの原理を使っています。
その重りが動くことで測定をするという方法は、小さな地震では測定できるのですが、大きな地震になってきますと重りが振り切れてしまって観測できなくなります。そこで地震の際に重りが動こうとするときに、その重りを動かないようにすると、これは重りに取り付けたコイルに逆に電気を流してやることでコントロールしてやる、その時の電気の流す力によって地震の大きさを測る、というような方法がとられるようになってきました。この方法を使った地震計のことをサーボ型地震計と呼んでいます。計測震度計に使われている地震計は、ほとんどがこの方法を使って観測されていますので、最近すごく大きな地震でも観測できるようになってきております。
このような地震計は、各気象庁の施設、消防署の中や防災科研のK－netと呼ばれる防災関係のものは小学校や公園の小屋に付けられているものがあるのですが、実際に中に立ち入ることはできないので、皆さんが現物を見ることはないと思います。
マグニチュードと震度
マグニチュードというのは、地震の大きさそのもののことを表します。ですから地震が発生したとき、その震源地で、その地震がどのくらいの力、大きさで揺れたかを表すものがマグニチュードですので、地震の規模とも言われます。一方、震度というのは、各地点で、その地震がどのくらいの大きさで揺れたかということを表します。各地点の震度3とか4とかいうのは、地点ごとによって違います。小さく揺れる所は震度は小さいですし、大きく揺れる所は震度も大きいのですが、マグニチュードはその地震そのものの大きさを表しますので一つだけです。
地震計で分かること
次に、地震計で地震の起こった場所、地震の大きさ、マグニチュードを決めているというようなお話を少ししたいと思います。地震計は設置された地点の地震の大きさを観測するものです。ですから先ほども言いましたように、震度を測るものなのですが、その観測結果から地震そのものの大きさ、マグニチュードですね、それとか震源地、地震が発生した場所、中心になる所、それを決める重要な役割を持っています。
ご存じのように、地震は震源地から遠ざかれば遠ざかるほど地震の大きさが小さくなり、到達時間も長くなります。そこで複数個所の地震計で観測された地震の揺れ始めた時間の違いを見ることで、地震が発生した場所を決めることができるのです。例えば具体的にA、B、Cと地震計があったとすると、A地点まで地震の波は10秒かかってきた、B地点は8秒かかってきた、C地点は5秒かかってきたというときに、それから地面を進む地震の波のスピードを絵で表しますと、半径で円を描きます。そうすると、どこかで重なる点が出てきますから、簡単に言えばそれが地震の中心ということが言えるのです。
それからまた地面を伝わる間に、どの程度地震の波が小さくなるか、これを計算することで、逆に地震の大きさ、マグニチュードを求めることもできるのです。その際に重要なのが、それぞれの地震計の時刻を正確に合わせておく、ということです。昔の地震計は時刻を合わせるのにラジオの時報を利用したりしていました。でも最近はGPS衛星が打ち上げられるようになり、この時刻の補正をGPS衛星からの電波を使って、非常に正確に合わせることができるようになりました。このGPS衛星は皆さんもご存じのように車のナビゲーションとかに使われていますが、地震観測においてもGPSの衛星は非常に重要な役割を果たしています。さらに最近では1台の地震計でも初期微動、P波の形を分析することで、震源地までの距離や方向を知ることができるようになってきました。これらを複数台の地震計の結果を重ね合わせると、それだけ精度の高い結果が得られるので、この方法を使って緊急地震速報システムでは地震情報を求めています。
