・筑波山SP
筑波山での自然電位観測(Aug.20-Aug.23, 2000)
山地斜面を地下水が流れると電位が発生することが野外観測や室内実験から知られています。この「自然電位」を測定することによって、山地斜面の地下水流動を推定するという試みを、筑波山で実施しました。筑波山は標高871mです。測定はその北麓の標高130m～780mの範囲で行いました。
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まずは山登り。といっても、ケーブルカーを使いました。今回は3名x 2班で、道具一式を携えて山頂に向かいます。道具（1班分）は以下のようです。
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山頂に着きました。測定に入る前には電極のキャリブレーション（Calibration）を行います。キャリブレーションとは、電極そのものの発生する電位差がどの程度かを調べる作業です。測定途中の随所や測定終了時にもキャリブレーションを実施して、電極に異常がないかどうかを確認します。 |
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キャリブレーションの様子を詳しく見てみましょう。下のように、キャリブレーション時には、電極2本を5～10cmの距離でならべておき、電極間の電位差をデジタルテスター（Digital Multimeter）で記録します。電極間隔が短いため、このときの電位差は0mVになるはずですが、電極の特性によっては0mVになりません。5mVを越えるようであれば、電極が異常なのでスペアと交換します。 |
どの電極を使っても電極間の電位差が大きいときは、地下に発生している電位差が影響しているかもしれません。この時は、2本の電極の位置を入れ替えてみて、キャリブレーションを行います。こうすることで、地下に発生している電位差が0mVかどうかのチェックも出来ます（2本の電極を入れ替えたとき、測定電位差の符号が反転すれば、地下には電位差が発生しています）。ちなみに上の写真ではデジタルテスターを2台使用しています。このときは2班に分かれて自然電位測定を行うため、デジタルテスターを2台使いましたので、2台のテスターの測定値にずれがないかどうかをチェックも行いました。
次に電極について紹介します。下は電極の拡大写真です。「銅-硫酸銅非分極電極」という電極です。これは自作（愛知教育大型）でペットボトルを利用しています。原型は高知大型です。作り方は…
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こうすることで、土壌→硫酸銅水溶液→銅線→テスターというように、電気的なつながりが形成されます。 写真左も銅-硫酸銅電極（筑波大型）。愛教大型との違いは、石膏の変わりにポーラスカップを用いていて、土などにはさすことが出来ることです。その他の点は同じです。灰色の円筒部の中には銅線と硫酸銅水溶液が入っています。 腐葉土が厚くある場合は、電気的接触が不安定なため、腐葉土層をシャベルである程度取り除かないといけないのですが、筑波大型は土に突き刺すことが出来るので、その必要がありません。一方、愛教大型は硬い地面のうえで測る場合に適しています。（硬い地面だとポーラスカップが刺さらないため） |
実際の自然電位測定の様子
それでは、筑波山で行った自然電位測定の様子を見てみましょう。まず片方の電極を土に接して設置します。草や腐葉土のように空気を含む層が多いと電気的な接触も悪くなるため、地面を少し掘る必要があります（写真程度です）。コンクリートのような硬い地面も、電極の底と地面の間に隙間が出来ることが多いため不向きです。測定には土は必要です。|
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電極をテスターのプラス側に接続します（テスターのワニ口クリップが地面にくっつかないように注意）。 |
 ▼ ▼ ▼ 歩きます。 リールからケーブルを延ばしながらひたすら歩きます |
次に100m程度のケーブルを用意します。ケーブルの片端をテスターのマイナス側につなぎます。もう1本の電極とシャベルをもったら… |
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100m歩いて、ケーブルが伸びきったらその場所に電極を設置して、ケーブルと電極を接続します。電極の設置の仕方は上の写真と同じです。これで |
- カエル跳び法（Leapfrog method）
50-100mのケーブル1本を使って、上記に示したような測定を繰り返します。電極は1回の測定毎に交互に移動していきます（図を参照）。調査地域全体の電位分布を得るには、各々の測定値を積算します。このため、測定誤差が蓄積する傾向があります。また1箇所の電位差測定値が異常な場合は、測定結果全体に影響を与えます。このため、始点と終点が等しく途中が異なる2つの測線の電位分布を比較して測定誤差をチェックすることがあります。あるいは始点と終点が同じになるようなループ状の測線を設置して、ループ沿いの電位分布が終点ではゼロになるかどうかをチェックすることがあります。
- 基準法（Baseline method）
100mケーブルの替わりにエナメル線のように長くて軽いケーブル（長さは数百m～数km）を使い、片方の電極は動かさずに、もう一方の電極だけを動かします（図を参照）。測定値を積算する必要がないので、測定誤差は蓄積しません。ただし車や人通りの多い地域では長いケーブルが通行の邪魔になるため、車道や市街地ではカエル跳び法のほうが便利です。
一日歩けばお腹もすきます。で、こんなかんじです。
お疲れさまでした～
※測定結果に関しましては下記の英語論文をご参照ください。
http://obem.jpn.org/files/article/Goto_IJG_2012.pdf
