2016 Fiscal Year Research-status Report
科学的に未解明な課題から作るESDも視野に入れた超学際的な高校「理科」の教材開発
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15K12394
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| Research Institution | J. F. Oberlin University |
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Principal Investigator |
根本 泰雄 桜美林大学, 自然科学系, 准教授 (30301427)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関根 秀太郎 公益財団法人地震予知総合研究振興会, その他部局等, 主任研究員 (90455254)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 地震 / 地震に伴う地鳴り / 理科 / 教材開発 / 高等学校 / 東京大学地震研究所筑波地震観測所 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題を遂行するため，地震波形と地震に伴う地鳴りとの同時観測を行うプロトタイプ機を構築し観測を行った．本研究2年目に実施した調査・研究・成果報告は次の(1)～(5)の通りである．
(1) 安価な既製部品を組み合わせることによる観測機材の構築，(2) 構築した観測機材の一つを用いて東京大学地震研究所筑波地震観測所にて観測の実施，(3) 得られた観測記録の分析，(4) （公社）日本地震学会2016年度秋季大会他にて発表，(5) 教科書などの教材の分析．
構築した観測機材の一つを東京大学地震研究所筑波地震観測所に設置し観測を継続中である．地鳴りの周波数領域が未知であったため，サンプリング周波数は可聴域の上限である20 kHzまでの周波数領域をカバーするため，40 kHzとした．本観測から，筑波地震観測所にて目的とする記録が月に平均して数イベントは得られることを確認できた．
得られた地震波形記録から，機材を設置した筑波地震観測所の地震波形記録と対比できる記録であることが確認でき，地鳴り記録は，主として低周波であることが確認できた．また，1年目に引き続き，地震動センサーとして手作り地震計を用いる可能性も探り，手作り地震計の性能確認試験も進めた．
これまでの観測記録から，低周波音源を拾えるマイクロフォンを用いることが可能であると判明したことにより，2017年3月に安価なマイクロフォンを購入し，3年目の観測に向けた観測機材の組み立て開発を進めている．2017年度は，この組み立て開発中の観測機材での観測も開始し，引き続き観測記録の蓄積を行い，安価なマイクロフォンを用いた場合の記録収集の限界を定量的に評価すること，音源方向の特定を行うマイクロフォンのより適切な配置を考察すること，およびA/D変換を安価に行う方法を構築することを目指す．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
予定より進捗がやや遅れている．これは，2年目中には観測を開始する予定であった安価なマイクロフォン等を用いた観測を開始することが出来なかったことによる．その理由は次の通りである．安価なマイクロフォン等を用いた追加で観測を開始する予定の観測機材は，地震に伴う地鳴りの音源方向の特定もできるように設計した．この目的を果たすためには，マイクロフォンを屋外に設置する必要がある．観測地は筑波山の山麓にあることから落雷発生データを検証したところ，落雷への備えは欠かせないことが判明した．落雷対策を怠ると，最悪の場合には機材を置かせて頂いている東京大学地震研究所筑波地震観測所で使用している種々の観測機材に負の影響を与える恐れが生じる．残念ながら，研究代表者，研究分担者，研究協力者（3名）ともに地震学を背景としていることから，気象学や落雷対策などの専門家ではない．よって，落雷対策に対応する方法を学習，検討するため，研究計画時に想定した以上の時間を費やすこととなった．しかしながら，設計に落雷対策を取り入れることができたこと，2年目中にプロトタイプ機による観測を開始し，予想を上回る数の地震記録と地震に伴う地鳴りのイベントデータを適当な間隔で観測，記録できることが判明したこと，および得られた記録からターゲットであるデータの性質がある程度定量的に解明できたことから，本報告作成時点では2年目での遅れを取り戻せると考えている．
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| Strategy for Future Research Activity |
現在組み立て中の安価なマイクロフォンによる観測機材を早急に筑波観測所へ設置し観測を開始する．なお，本機材は，音源方向の特定が出来るようにするため，アレーを組む設計にしたことから，複数のマイクロフォンを使用する．また，プロトタイプ機による観測も継続し，両機材にての観測記録の蓄積および比較を進めるとともに，より定量的な解析結果が得られるように得られた観測記録の分析を引き続き進める．
さらに，2年目に行った改良版手作り地震動センサー（同センサーと記録器であるPCとの間に必要であった増幅器が不要となるように改良）を観測機材に組み込み，高価な地震計を用いることなく高校生でも取り扱える機材を提案する．なお，2年目に改善する予定であった記録回収方法であるが，未だに記録器がインターネット等の通信回線に接続されておらず，オフラインで観測を行っている．そのため，2年目も試作機の動作確認や記録の回収等は，現地の筑波地震観測所に行かなければならない状況が続いていた．この状況は，地震発生直後に記録の収録状況を確認できず研究上非効率であるため，早々にインターネットへ接続できるようにする．なお，得られた記録は回収され次第解析を行っているが，結果の詳細な検討会を2年目までに行っていないことから，研究代表者，研究分担者，研究協力者（3名）による検討会を行う．また，現時点では開発が遅れている産学協同による観測機材の開発もプロトタイプ機で得た記録の結果に基づき進め，当該観測機材による観測を本研究3年目中には開始できるよう進める予定である．
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| Causes of Carryover |
現在までの進捗状況での理由を記す欄にも記述した通り，研究計画時に想定した以上の時間を落雷対策の学習や対応に費やしたため，地震に伴う地鳴りの音源方向も探る設計機材の構築，筑波地震観測所での組み立て，および本機材による観測の開始が予定していた時期より遅れることとなった．その結果，組み立てに必要な資材は2016年度中に購入の手配を行い構築を開始したものの，実際の支払いは2017年度予算として扱われることとなった．あわせて，予定していた筑波地震観測所へ組み立てに行かなかった分の交通費を2016年度中に使用することが無くなった．さらに，収集した記録を保存するために必要となる外部記憶媒体等の購入を2016年度中には行う必要が生じなかった．以上のことが，次年度使用額が生じた理由である．
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
会計上は2016年度に使用したこととはならなかったものの，すでに地震に伴う地鳴りの音源方向も探る設計機材の組み立てに必要な部品の購入を2016年度中に済ませている．本研究を2016年度までに予定していた研究計画の遅れを取り戻して遂行していくためにも，本年度は当初の予定通り，プロトタイプ機による観測の継続，地震に伴う地鳴りの音源方向も探る観測機材による観測の開始，得られた記録の分析，本観測用機材の開発，および産学協同による観測機材の開発のために使用する計画である．得られた研究成果の発表に関しては，（公社）日本地震学会2017年度大会などにて発表を行う予定である．よって，この発表を行うための旅費としても計画通り使用予定である．
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