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岩石が衝撃破壊すると電磁波が出る！-- 地震や噴火の予知に？ --
教授・小林秀敏
岩石・岩盤から発生する電磁波は、地下資源の探査に古くから利用され、また、地震発生時には強い電磁波がしばしば観測される事から、最近では地震の予知に活用できるのではないかと期待されています。電磁波が発生する原因は、岩石に含まれる石英やトパーズのような圧電物質の周囲の電界が、外部から受ける大きな力で生じる岩石内部の電位差によって変化するため、と言われていますが、本当のところは、まだ、よくわかっていません。
私たちは、過去に、石英岩、大理石、砂岩の三種類の岩石試験片を用いて衝撃圧縮試験を行い、圧電物質である石英を含む石英岩、砂岩の破壊時に400k~1MHzの周波数を持つ電磁波が観測されるが、石英を含まない大理石では電磁波は観測されないこと[1]を明らかにしました。そこで、この結果を踏まえて、圧電物質である石英の含有量の異なる二種類の岩石を用いて、圧縮試験に加え曲げ試験をも実施し、岩石の機械的性質と負荷速度の関係や、岩石の破壊力学的パラメーターと電磁的現象の関連性について、万能材料試験機やホプキンソン棒型衝撃圧縮試験装置（図１）を使って種々の実験を行いました。その結果、花崗岩，斑レイ岩の圧縮強度・曲げ強度や、岩石の破壊時に観測される電磁波の最大振幅は、ゆっくり圧縮するよりも衝撃的に圧縮する方がより大きく、その現象は石英の含有量が多い花崗岩でより顕著に現れること、特に花崗岩については、その振幅は、図２のように、破壊に対する抵抗が大きい場合ほど大きくなることなどが明らかとなりました[2~4]。
火山の噴火や隕石の地球への衝突、宇宙空間での星の発生メカニズムである岩石の相互衝突など、岩石の衝撃的な変形や破壊を伴う自然現象は極めて多い。私たちの研究が、このような事象の解明に少しでも役立てばと思っています。
【文献】[1]Watanabe K., Ogawa K., Tanaka K., Kobayashi H. and Horikawa K., Electromagnetic phenomena associated with dynamic deformation and fracture of rocks, Proc. DYMAT 2009, pp.757-763. [2]田中，小川，小林，渡辺，山下，堀川：岩石の衝撃圧縮および曲げ変形における強度と電磁的現象，材料，Vol.58 (2009), pp.910-916. [3]Kobayashi H., Ogawa K., Horikawa K. and Watanabe K., "Fracture Behavior Accompanying Electromagnetic Waves of Granite in Dynamic Three Point Bending", J. Solid Mech. Mater. Eng., Vo.5, No.11, pp.873-881, (2011.12). [4] Kobayashi H., Horikawa K., Ogawa K. and Watanabe K., "Impact Compressive and Bending Behaviour of Rocks Accompanied by Electromagnetic Phenomena", Philosophical Transactions of The Roy. Soc. A, Vol.372, 20130292, (2014). (http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2013.0292)
