ひずみ計

ひずみ計とは

ひずみ計は、地殻や岩盤に生じる微小なひずみ（伸び縮み）を精密に測定する装置です。主に地震や火山噴火などの地殻変動を観測するために使用され、地球潮汐のような現象も捉えることができます。日本では、気象庁が東海地震や南海トラフ地震の予測に活用しています。

ひずみ計の概要

ひずみ計は、地下の岩盤のわずかな伸び縮みを高感度に観測できるため、地震観測や火山観測において非常に重要な役割を担っています。特に南海トラフ地震の観測では、直径約15cmのボアホール（縦穴）を数百メートル掘削し、その底に円筒形の検出部を設置します。岩盤は周囲からの力によってごくわずかに伸縮しますが、ひずみ計の検出部が岩盤と同様に変形することで、10億分の1という極めて小さな変化まで検出・測定することができます。この精度は、小中学校のプールにビー玉を入れた際の体積変化を見逃さないほどです。

気象庁や関連機関は、プレート境界で発生するゆっくりとした滑りによる岩盤の変形を捉えるため、南海トラフ沿いにひずみ計による観測網を構築しています。観測されたデータは、専用回線を通じて気象庁に集約され、地震に関する情報発信に利用されています。

ひずみ計の種類

ひずみ計にはいくつかの種類があり、それぞれ特徴があります。

伸縮計・ひずみ地震計

これは、地震動による地盤の伸縮（水平ひずみ）を精密に測定する装置です。岩盤上の2地点間の距離変化を測定し、地殻変動や地球潮汐による固体地球の変形も記録できます。1kmあたり1μmという微小な変形まで捉えることができます。石英管伸縮計が代表的で、これは数十メートル離れた2本の柱を石英管で繋ぎ、柱間の距離変化を測定するものです。温度や風の影響を受けにくくするため、地下に設置されることが多いです。

体積ひずみ計・多成分ひずみ計

気象庁では、体積ひずみ計と多成分ひずみ計の2種類を使用しています。体積ひずみ計は、岩盤の伸び縮みによる検出部の体積変化を測定し、多成分ひずみ計は、検出部の異なる4方向の直径変化を測定します。体積ひずみ計はひずみの大きさの変化を捉え、多成分ひずみ計はひずみの大きさと方向の変化を測定できます。体積ひずみは、物体の変形による体積変化の割合で表されます。

体積ひずみ計の検出部にはシリコン油が充填されており、岩盤の膨張・収縮に伴うシリコン油の体積変化を測定します。サックス・エバートソン式の体積ひずみ計が有名で、直径約11cm、長さ約3mの金属製円筒形容器です。ただし、体積ひずみ計はひずみの1成分しか測定できないため、後に「坂田式三成分歪計」などの改良型も開発されています。

気象庁は、1976年以降、東海地方や南関東に31箇所に体積ひずみ計を設置しています。これらのひずみ計は非常に高感度ですが、降雨などのノイズの影響を受けることもあります。遠地地震の際には井戸の水位が変動することがあり、この現象は体積ひずみ計のメカニズムと類似しています。

南海トラフ沿いのひずみ計

産総研が設置したひずみ計の一部は、今後気象庁の観測対象に追加される予定です。これらのひずみ計は、南海トラフ地震の監視体制を強化するために重要な役割を果たすと期待されています。

ひずみ計は、地震や火山活動の予測において不可欠なツールであり、そのデータは防災対策に大きく貢献しています。

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