科学はいかにして自然災害と戦ってきたか

2005 年 8 月 29 日、ハリケーン カトリーナがルイジアナ州南東部に上陸しました。カテゴリー 3 のこの嵐は、ニューオーリンズ市の 80 パーセントを浸水させ、米国で少なくとも 1,836 名の命を奪いました。8 年経った今も、破壊された地域の住民は再建に奮闘しています。認めるのは悲しいことですが、災害の多い地域のほとんどが、自然破壊に対する防御力を高めるために悲劇から学ばなければなりませんでした。私たちは、ポピュラーサイエンスのアーカイブからそのようなテクノロジーの初期の例を集めました。私たちは、第一次世界大戦直後の 1919 年の秋、火災を探すために飛行船が国有林を滑空したときから始まります。戦後、木々を焼き尽くす炎を消すために、多数の飛行機と飛行船が、馬に乗った消防士たちと合流するよう依頼されました。一方、地球の反対側では、推定 14 万人が死亡することになる地震が日本を襲おうとしていました。 1923年の関東大震災と津波で東京と横浜が壊滅した後、科学者たちは協力して将来の災害で犠牲者を減らす方法を考案した。日本の科学者は建物の模型で地震をシミュレーションし、どのような工学技術が耐えられるかを調べ、一方、アメリカ人教授は住宅の安定性のためにボールベアリングを設置することを提案した。一方、一般の人々は災害から身を守るためにできる限りのことをした。ある建築家は、嵐の時に風で回転する涙滴型の「ハリケーンハウス」を建て、企業は組み立て不要で一体型で配送できるオールスチール製のサイクロンセラーを販売した。前庭に穴を掘り、その下にセラーを埋め込んで、風が吹き始めたら飛び込むだけだ。

1919 年、国立公園を訪れた人々は、戦争が終わっていたこともあり、なぜ飛行機や飛行船が頭上を飛んでいるのか不思議に思った。ほとんどの人は知らなかったが、森林警備隊は森林火災の場所を特定できるように航空訓練を受けていた。消火活動はチームワークで行われ、監視員、つまり戦略的な監視所に配置された男性が電話で本部に通報し、本部は消火のために数人の男性を派遣した。監視員の視界は限られていたため、森林局は視界が遮られた森林の一部を巡回するために、新しい不燃性のヘリウムガスを充填した飛行船を発注した。さらに、通常の地上要員が到着するまで、空中偵察隊が消火爆弾で火を封じ込めることができた。それだけでは目新しい話ではないとでも言うべきか、地上のパイロット間の通信を改善するために航空機に無線機が搭載される予定だった。

今日の地震計は電子センサー、増幅器、記録装置（最も一般的なのはコンピュータ）を採用しているが、20世紀初頭には、燻製紙で覆われたドラムにスタイラスで模様をなぞる装置が使われていた。ハワイのキラウエア天文台のA.T.ジャガー博士とアーノルド・ロンバーグ博士は、地震の動きを写真で記録する機械を使ってシステムを改良することを提案した。「ランプは、オオモリ100キログラム水平振り子の腕の端から150センチの距離に、腕と一直線に、しかしわずかに上方に設置され、腕の先端には磁化された水平針が取り付けられていた。直径 12 ミリメートルの通常の光鏡が、コンクリートのテーブルの上に立てられた支柱に垂直に張られた絹繊維にしっかりと固定されました。一方、2 番目の磁石が、その N 極がアーム磁石の S 極に隣接するように、直角になるように鏡の背面に取り付けられました。」

新しい地震計の記録では、ギザギザの線ではなく、異常な動きを示す小さな断続的な線が記録された。

マグニチュード7.9の関東大震災は東京・横浜地域を壊滅させ、14万人が死亡した。その後に続いた津波は155軒の家屋を破壊し、60人が犠牲になった。科学者たちは地震を防ぐことはできないとわかっていたが、死者数については何かできることはわかっていた。日本のB・マノ教授とA・イノクティ教授は、建物の模型を揺らして耐えられるかどうかを確かめる大きな台を作った。一方、スタンフォード大学名誉地質学教授ベイリー・ウィリス博士は、地震による死者や破壊の原因は地震そのものではなく、私たちにあると述べた。建物の設計不良、火災、地震を予測できないことはすべて、不必要な死につながる。家屋や基礎の中に巨大なボールベアリングを入れれば、問題は解決するだろう。彼はまた、プレートの揺れは地震になる何ヶ月も前に地表下で発生すると仮定した。地球内部を監視する方法を見つけることができれば、地震がいつ起こるかを予測できるはずです。それは実現しませんでしたが、エンジニアが台北 101 に同調質量ダンパーを設置したときに、ボールベアリングに関する彼のアイデアは実現しました。

ワシントン DC の標準局のジョージ E. メリットは、地殻の奥深くをのぞき込むことで地震を予測できると推測しました。その数年前、日本の科学者たちは、地震が発生する数か月前に地殻が傾いたと主張しました。その研究を基に、メリットは傾斜計を製作しました。この傾斜計は、地殻の変化を 10 分の 1 秒以内に記録できると言われています。この傾斜計を使用するには、井戸の奥深くに平行な反射面 (石英板の上に油を敷いた板) を設置します。ヘリウム ランプの光が液体を反射して光線を透過し、地球が傾くと光線が変化します。次に、ずれの角度を測定して、それが地震を引き起こすほど劇的かどうかを判断します。

カリフォルニア州ロンポックでマグニチュード 7.3 の地震が発生し、町が瓦礫と化したあと、カリフォルニア工科大学、MIT、スタンフォード大学の科学者たちは建物の設計改善に努めた。鋼鉄のバネで支えられたプラットフォームに取り付けられた超高層ビルの小型模型は地震シミュレーターとして機能し、建築の弱点を明らかにした。スタンフォード大学とカリフォルニア工科大学では、小型の計測器で模型が「機械的地震」にさらされたときの損傷を計測した。データ収集により、科学者たちはより弾力性のある構造物を建てるための数式を考案して建築家を支援することができた。有名な建築家フランク・ロイド・ライトも協力し、重心が低く、基礎が浅く、屋根が軽い構造を推奨した。

防空壕が家庭に普及するずっと前から、鋼鉄製の管状の地下室は竜巻地帯に住む人々にとってほぼ当たり前のものとなっていた（記事のタイトルには「サイクロン」とあるが、実際にはハリケーンではなく竜巻を指していることを述べておくべきだろう）。この終末論的な構造は組み立てる必要もなく、1 つの部品で出荷される。大人 12 人を収容できるこの地下室には、2 つの換気装置、セット、地上に続く鋼鉄製の階段が付属していた。

10 年が経つにつれ、地震のテストはより洗練されていった。米国沿岸測地測量局の研究者たちは、さまざまな建物にポータブル「地震計」を持ち込み、建物の「ピッチ」、つまり倒壊する頻度を計測した。このデータは、建物の弱い部分を見つけるのに役立つだけでなく、地震の際に建物がどのように動くかを理解するのにも役立った。なぜ一部の建物は倒壊し、他の建物は倒れないのか。一般的に、すべての要素がより「しっかりと結びついている」ほど、建物が倒れずに済む可能性が高くなる。あるエンジニアは、高層建築物は地震の際に倒壊する可能性のある斜めの支柱で建てることを提案した。そうすると、建物は揺れと同期しなくなる。他のエンジニアは、低層建築物は地震によって放出されるエネルギーを吸収する弾性材料で建てることを推奨した。いずれにせよ、軽石 (砂利ではなく) で作られたコンクリートなどの新しい軽量材料が利用できるようになったことで、エンジニアは耐震性のある建物を建設する準備がより整った。

風見鶏の家との組み合わせ？なぜダメなのでしょう？ニューヨーク市の建築家、エドウィン・A・コッホは、円形の軌道の上に涙型の家を建てました。悪天候のときは、家が回転して風の方向に向きます（天気の良い日には、太陽の方を向くことができます）。家全体が車輪の上に設置され、車輪は3つの別々の軌道を走ります。1つは構造物の尖った先端にあり、もう1つは外壁の真下にあり、3つ目は建物の内部の下にあります。水道管と下水管は家の軸の下にあり、電気は内側の軌道から供給されます。家を回転させるには、中央制御盤のボタンを押すだけです。家が嵐で吹き飛ばされる心配はありません。

自然の残酷さに翻弄されるほど無力感を感じることはない。だからこそ、米国気象局はハリケーンの発達を制御することでこうした状況を解消しようと提案した。気象の専門家は、雲にドライアイスの塊をまき、ハリケーンを遠ざける。その反応で嵐のエネルギーが解放され、その進路が（理想的には）外洋へと方向転換される。その年の夏、国立ハリケーン研究プロジェクトは、カリブ海に向かう嵐でこの方法をテストすることを計画した。当然のことながら、このプロセスには大量の機材が必要だった。ロケットにカメラを搭載してハリケーンを撮影し、B-50とB-47でペレットを投下して海洋の活動を監視。ハリケーンビーコン（無線装備気球）を嵐の目に入れれば、地上の観測者が追跡できる。

1938 年のニューイングランド大ハリケーンと 1954 年のハリケーン キャロルがロードアイランド州プロビデンスを襲った後、当局は将来の災害に備える措置を講じることを決めました。プロビデンス川を横切ってダウンタウンを大規模な洪水から守るフォックス ポイント ハリケーン バリアが建設されました。このバリアには、暴風雨による洪水を防ぐゲートがあり、ポンプ場から湾に水が放出されます。緊急警報が解除されると、ゲートが開き、ポンプが停止し、生活は通常通りになります。