地上重力測量

　ニュートンの万有引力の法則でよく知られるように、全ての物体は「引力」で互いに引き合っています。地球上の物体には地球の引力が働きます。一方、回転する物体には回転軸と逆方向に遠心力が働きます。地球上の物体には、地球の自転による遠心力も働いています。この地球の引力と遠心力の合力が重力の正体です。
　重力の大きさは時間や場所によって異なります。例えば、遠心力は自転軸からの距離が遠くなるほど大きくなることから、赤道上の重力は北極や南極よりも約０．５％小さくなります。また、地下の密度構造の違いでも変わります。さらに、同じ場所であっても、月や太陽の引力（潮汐）、地殻変動等により時間的にも変化します。

　重力の大きさは、それによる加速度（重力加速度）の大小によって表現されます。高校の物理では、地球の重力加速度をg=9.8m/s²（=980Gal）の定数として扱うことがほとんどです。測地学や地球物理学では重力加速度を表す際には「Gal（ガル）」（=0.01m/s²）という単位を用います。これは、物体の自由落下の法則を発見した「ガリレオ・ガリレイ（1564～1642）」にちなんで名付けられました。
　時間や場所による重力の変化を捉えるためには、より細かい単位での表現が必要です。国土地理院では、1Galの1,000分の1を表す1mGal、1Galの100万分の1を表す1µGalの精度の観測を行い、日本全国の重力の基準を定めています。

 

　国土地理院では、国際的に合意された基準に整合した国内の重力基準網を構築することを目的として、全国に設置した重力点で重力測定を行い、基準となる重力値を提供しています。

　提供した重力値は、土地の標高を決める際の重力補正やジオイド・モデルの作成、伏在活断層や地下資源の探査等の地球科学の分野から、質量計、気圧計、圧力計等の計量機器の校正といった生活に密接に関わる分野まで広く活用されています。

　私たちの生活の中で「重さ」をはかることはとても身近ですが、実は物の重さは重力の大きさによって変わります。地球の遠心力は高緯度ほど小さくなるので、北海道と沖縄を比べると北海道の方が少しだけ（約0.15%）重力が大きくなり、同じ物でもその分重くなります。例えば、沖縄で1kgの金が、北海道に持っていくだけで約1g重くなるのでとてもお得に感じます。しかし、そのような状態では社会が混乱するため、同じ物が日本どこでも同じ重さとしてはかれるように、各地の重力値ではかりを校正しています。このはかりの校正にも国土地理院が測定した重力値が使用されています。

　鉱床のような周囲より密度の高い物体が地下にあると、その物体の引力の影響で地上の重力は増加します。また、活断層などによる地層の不連続でも、断層の両側で密度が変わるため地上での重力に変化が生じます。地表の重力の分布を調べることで、このような地下構造の様子が分かるため、重力の測定結果は地下資源の探査や、地下の活断層の分布や形状、規模の推定などの防災・減災分野にも活用されています。また、同じ場所で重力を継続して観測することで、火山のマグマの動きなども監視できます。