扇状地

扇状地は、断崖から現れる狭い峡谷など、堆積物が集中している場所から外側に扇状に広がる堆積物の集積地です。扇状地は乾燥気候から半乾燥気候の山岳地帯に特徴的ですが、雨量が多い湿潤環境や現代の氷河地帯でも見られます。扇状地の面積は 1 平方キロメートル (0.4 平方マイル) 未満から 20,000 平方キロメートル (7,700 平方マイル) 近くまで及びます。

扇状地は通常、限られた水路から流れが出て、自由に広がり、地表に浸透する場所に形成されます。これにより、流れの運搬能力が低下し、堆積物が堆積します。流れは、まれに発生する土石流、または 1 つ以上の一時的または永続的な川 の形をとることがあります。

扇状地は地質学上の記録ではよく見られ、北米東部の三畳紀の盆地やデボン州南部の新赤色砂岩などに見られる。このような扇状地の堆積物には、地質学上の記録の中で最も大きな砂利の堆積物が含まれている可能性が高い。扇状地は火星やタイタンでも発見されており、他の惑星でも河川作用が起こったことを示している。

インド・ガンジス平野のヒマラヤ山脈前線沿いには、最大級の扇状地がいくつかある。支流の水路の移動（結節剥離）は、2008年にコシ川扇状地で発生したような壊滅的な洪水を引き起こす可能性がある。

扇状地は、断崖から現れる狭い峡谷など、堆積物の集中源から扇状に広がる堆積物の集積地です。この集積地は浅い円錐の一部のような形をしており、^[1]その頂点は堆積物の源にあります。^[2]

扇状地の規模は様々で、基部で幅が数メートルのものから幅が150キロメートルに及ぶものまで様々で、傾斜は1.5度から25度である。^[1]巨大扇状地の中には、面積が2万平方キロメートル（7,700平方マイル）近いものもある。^[3]扇頂から測った傾斜は一般に凹状で、扇頂付近（基部扇状地^[4]または扇頭^[5]）で最も急な傾斜で、外側に行くほど傾斜が緩やかになり（中間扇状地または中扇状地）、扇の端（末端扇状地または外扇状地）では傾斜が浅くなる。基部扇状地には、粗い砂利の塊である篩い堆積物が存在することがある。扇状地の堆積物は通常、粗く分級が悪く、基部扇状地には最も粗い堆積物が見られる。^{[6] [7]}

沖積平野に十分な空間があり、堆積物が他の谷壁や河川に接触することなく扇状に広がる場合、非閉じ込め扇状地が形成される。非閉じ込め扇状地では堆積物が自然に扇状に広がり、扇状地の形状は他の地形的特徴の影響を受けない。沖積平野がより制限され、扇状地が地形的障壁に接触すると、閉じ込め扇状地が形成される。^[8]

扇状地の端の波や溝による浸食（横方向の浸食）により、扇状地の端が小さな断崖で特徴づけられる「先端が切り取られた」扇状地が形成されることがある。^[9]先端が切り取られた扇状地は、気候変動や地殻変動を記録している可能性があり、横方向の浸食のプロセスにより、扇状地の帯水層や石油貯留層の可能性が高まる可能性がある。 ^[10]火星の先端が切り取られた扇状地は、過去の河川システムの証拠を提供している。^[11]

多数の河川が山地から平野に流れ出ると、扇状地が集まって連続したエプロンを形成する。これはバハダまたは山麓沖積平野と呼ばれる。^{[12] [13]}

扇状地は通常、限られた支流が山の前面^{[14] [15]}または氷河の縁から出る場所に形成されます。^[6]支流から扇状地の表面に流れが流れると、広く浅い溝に広がったり、表面に浸透したりします。これにより、流れの運搬力が低下し、堆積物が堆積します。^[15]

傾斜が最も急な近位扇状地の流れは、通常、1本の溝^[6]（扇状地溝^[3]）に限定されており、深さは最大30メートル（100フィート）にもなる。^[6]この溝は堆積した堆積物や土石流によって閉塞されるため、流れは定期的に古い溝から抜け出し（節点剥離）、扇状地のより急勾配の部分に移動し、そこで堆積が再開される。^[15]その結果、通常、扇状地の一部だけが特定の時点で活動し、迂回された領域では土壌形成や浸食が起こる可能性がある。^[6]

扇状地は土石流（土石流扇状地）または河川流（河川扇状地）によって支配される。^{[4] [16] [17]}どのような扇状地が形成されるかは、気候、地質構造、扇状地に流れが流れ込む地域の岩盤の種類によって決まる。^[18]

土石流扇状地は、その堆積物のほとんどを土石流の形で受け取っている。土石流は、粘土から岩石まであらゆる大きさの粒子と水が混ざったスラリー状の混合物で、湿ったコンクリートに似ている。土石流は降伏強度を持つことが特徴で、流速が低いときには粘性が高いが、流速が上がると粘性が低くなる。つまり、土石流は中程度に傾斜した地面の上で停止する可能性がある。その後、土石流は自身の重さで固まる。^[19]

土石流扇状地はあらゆる気候で発生しますが、より粗く透水性のよい表土よりも泥岩やマトリックスに富むサプロライトが源岩である場合によく発生します。細粒の堆積物が多いと、最初の斜面崩壊とそれに続く土石流が促進されます。^[20]粘土に富む崩積土が局地的に激しい雷雨によって飽和すると、斜面崩壊が始まります。その結果生じた土石流は、給水路を下り扇状地の表面に流れます。^[21]

土石流扇状地は、上部扇状地にほとんど活動していない分流路網を持ち、それが中位から下位のローブに取って代わる。これらの路は、その後の凝集性土石流によって埋められる傾向がある。通常、一度に活動するのは 1 つのローブのみであり、活動していないローブでは、1,000 年から 10,000 年のタイム スケールで砂漠ワニスが発生したり、風成塵の堆積による土壌プロファイルが発生したりすることがある。 ^[22]土石流は粘性が高いため、土石流が卓越する沖積扇状地でも扇状地の近位と中間部に限定される傾向があり、遠位扇状地では河川洪水が卓越する。^[23]ただし、乾燥気候の土石流卓越扇状地は、ほとんどが土石流と、土石流の風成による堆積砂利で構成され、面状洪水やふるい堆積物の証拠はない。^[24]土石流卓越扇状地は、急勾配で植生が乏しい傾向がある。^[25]

河川扇状地（河川流優勢扇状地）は、堆積物のほとんどを土石流ではなく河川流の形で受け取っている。土石流扇状地ほど、通常の河川堆積物と明確に区​​別されることはない。^[14]

扇状地は、扇状地の分流系に水を供給する通年、季節的、または一時的な水流がある場所で発生します。乾燥または半乾燥気候では、堆積はまれですが激しい降雨によって支配され、分流路で鉄砲水を引き起こします。[ ^23]これにより、扇状地でシート状洪水が発生し、堆積物を含んだ水が流路を離れ、扇状地の表面全体に広がります。これには、堆積物が20％以下であるシート状洪水と堆積物が45％を超える土石流の中間である、20％から45％の堆積物を含む超濃縮流が含まれる場合があります。^[25]洪水が引くと、網目状の川のネットワークのように見える砂利堆積物のラグが残ることがよくあります。^[23]

春の雪解け水のように流れがより連続的な場所では、網目状の河川網の中で、高さ1～4メートル（3～10フィート）の水路の浸食された水路流が発生する。^[25]このような扇状地は傾斜が緩やかになる傾向があるが、巨大になることもある。^[23]インド・ガンジス平野のヒマラヤ山脈沿いにあるコシ山脈やその他の扇状地は、巨大な河川流が卓越する扇状地の例であり、メガファンと呼ばれることもある。^[26]ここでは、過去1000万年間にわたる主境界断層断層の継続的な動きにより、750キロメートル（470マイル）の山間部の排水がわずか3つの巨大な扇状地に集中している。^[3]

扇状地は地質学上の記録では一般的だが、古生代中期に陸上植物が進化する以前には特に重要だった可能性がある。^[27]扇状地は断層に囲まれた盆地の特徴で、盆地の地殻沈下と山地前面の隆起により、厚さが 5,000 メートル (16,000 フィート) 以上になることもある。扇状地のほとんどは、浅い酸化環境で鉄分を豊富に含む鉱物の続成作用によって生成された赤鉄鉱で、赤色をしている。扇状地の例としては、北アメリカ東部の三畳紀盆地、南デボンの新赤色砂岩、^[23]ノルウェーのデボン紀 ホルネレン盆地、カナダのガスペ半島のデボン紀- 石炭紀などがある。^[27]このような扇状地堆積物には、地質学上の記録の中で最も大きな砂利の堆積が含まれている可能性がある。^[28]

扇状地には 数種類の堆積物（堆積相）が見られます。

扇状地は粗い堆積が特徴であるが、扇状地を構成する堆積物は頂点から離れるほど粗くなっていく。砂利は頂点に向かって沈む小石とよく重なり合う。 ^[23]扇状地の堆積物は典型的には扇状地の発達によってよく発達した逆分級化を示す。すなわち、扇状地の縁にはより細かい堆積物が堆積するが、扇状地が成長し続けるにつれて、より粗い堆積物が以前のより粗くない堆積物の上に堆積する。しかし、少数の扇状地では活動停止または扇状地の後退を示す正常な分級化を示し、より細かい堆積物が以前のより粗い堆積物の上に堆積する。正常な分級化または逆分級化の順序は、厚さが数百から数千メートルになることがある。^[27]扇状地の堆積相としては、土石流、シート状洪水、上流域の河川洪水、篩分堆積物、網状河川流などが報告されており、それぞれが地質学者によって識別できる特徴的な堆積物を残します。^{[23] [29]}

土石流堆積物は、扇状地の近位部と中位部でよく見られる。^[23]これらの堆積物は、基底部に向かって時折逆分級された層理を除いて堆積構造を欠き、分級も不十分である。 [ ^30]扇状地の近位部には、流出水が急速に浸透し、粗い物質だけが残る篩い分け堆積物と解釈されている砂利ローブも含まれる場合がある。しかし、砂利ローブは土石流堆積物と解釈されていることもある。^[30] 扇状地の土石流に由来する礫岩は、扇状地岩と呼ばれる。^[31]

流水堆積物はシート状になる傾向があり、土石流堆積物よりもよく分類されており、交差層理などのよく発達した堆積構造を示すこともあります。これらは、中間扇状地と遠位扇状地でより一般的です。^[25]遠位扇状地では、水路が非常に浅く網状になっており、流水堆積物は平面および谷状の傾斜した成層を伴う砂質の互層で構成されています。^[32]流水が卓越する扇状地の中間扇状地は、通常の河川環境とほぼ同じ堆積相を示しているため、古代の扇状地の特定は、山麓地帯での放射状の古地形学に基づく必要があります。^[33]

扇状地は乾燥から半乾燥気候の山岳地帯に特徴的に見られるが^{[34] [6]}、多雨地帯のより湿潤な環境や現代の氷河地帯でも見られる。^{[ 7]また、}太陽系の他の天体でも扇状地が見つかっている。^{[35] [36]}

扇状地は、地殻変動による侵食を受けて形成される。^[37]扇状地を形成する地層の上方粗大化は、扇状地に堆積物を供給する高地の侵食サイクルを反映している。しかし、気候や基盤レベルの変化は、地殻変動による隆起と同じくらい重要である可能性がある。例えば、ヒマラヤの扇状地では、古い扇状地が新しい扇状地に根を下ろし、その上に覆われている。新しい扇状地は、2つの段丘面を示す深く刻まれた谷によって切り開かれている。光刺激ルミネッセンスによる年代測定では、古い扇状地と新しい扇状地の間には7万～8万年の空白期間があり、4万5千年前に地殻変動の証拠があり、扇状地の堆積は2万年前に終了していることが示唆されている。この空白期間と、より最近の扇状地の堆積の終了は、南西モンスーンの降水量増加の時期と関係があると考えられている。気候は米国カリフォルニア州デスバレーの扇状地の形成にも影響を与えており、地層の年代測定から、過去25,000年間の扇状地堆積のピークは、湿潤から乾燥、乾燥から湿潤への急速な気候変化の時期に発生したことが示唆されている。^[38]

扇状地は砂漠地帯に多く見られ、地元の丘陵地帯で雷雨が頻繁に発生し、鉄砲水が頻繁に発生する。乾燥気候の典型的な水路は、上部に大きな漏斗状の盆地があり、狭い峡谷につながり、下部の扇状地に通じている。複数の編みこまれた小川が通常存在し、水が流れている間は活動している。^{[34]乾燥気候の扇状地の先端から放射状に広がる曲がりくねった線には、地下} 水位の高い場所まで届く長い主根を持つ植物である深層水生植物が見られることがある。これらの扇状地の先端にある深層水生植物の帯は、扇状地の粗い堆積物が不浸透性のプラヤ堆積物と絡み合った埋没した経路をたどっている。 [ ^39]

扇状地は、高起伏地形が低起伏地形に隣接している湿潤気候でも発達する。^[37]ネパールでは、コシ川がヒマラヤ山脈の麓からインドに流れ込み、ガンジス川に合流するほぼ平坦な平野に流れ出る約15,000 km ² (5,800 平方マイル) の広さの巨大扇状地を形成している。コシ川の上流支流に沿って、地殻変動によりヒマラヤ山脈は毎年数ミリ隆起している。隆起は浸食とほぼ釣り合いがとれているため、川は山を出るときに毎年約1億立方メートル (3.5 × 10 ⁹ 立方フィート) の堆積物を運んでいる。数百万年にわたるこの規模の堆積は、巨大扇状地の形成を十分に説明できるものである。^[40]^

北米では、カリフォルニア州 セントラルバレーに流れ込む河川が、シエラネバダ山脈から流れ出るキングス川のような小規模ながらも広大な扇状地を堆積させている。^[41]ヒマラヤの巨大扇状地と同様に、これらは水流が支配的な扇状地である。^[42]

火星にも扇状地が見られる。地球の扇状地とは異なり、火星の扇状地は地殻変動と関連していることは稀で、クレーターの縁でよく見られる。^{[43] [44]}クレーターの縁の扇状地は土石流ではなくシートフローによって堆積したと思われる。^[45]

サヘキクレーターでは3つの扇状地が発見されている。これらの扇状地は火星に過去に河川があったことを裏付け、火星表面にかつて何らかの形で液体の水が存在していたという説をさらに裏付けた。^{[46]さらに、軌道上からの衛星による}ゲイルクレーターの扇状地の観測は、キュリオシティ探査車による河川堆積物の発見によって確認された。^[47]ホールデンクレーターの扇状地は河川浸食による爪先切りの断面をしている。^[11]

地殻変動と関連する扇状地は数少なく、マリネリス峡谷群の一部であるコプラテス峡谷とジュベンタエ峡谷の扇状地もその一つである。これらは火星のこの地域の断層の存在と性質を示す証拠となっている。^[48]

扇状地は、カッシーニ探査機の合成開口レーダー装置を使用して、タイタンのカッシーニ-ホイヘンス計画によって観測された。これらの扇状地は、地球の乾燥した扇状地と同様に、降水により頻繁に湿潤と乾燥が起こると考えられているメタン/エタン川の末端の乾燥した中緯度でより一般的である。レーダー画像によると、扇状地の物質は、直径約2センチメートルの丸い水氷または固体有機化合物の粒子で構成されている可能性が高いことが示唆されている。^[49]

扇状地は多くの地域で最も重要な地下水貯留層です。多くの都市部、工業地帯、農業地帯は扇状地上に位置しており^[50]、米国西部のロサンゼルス、ユタ州のソルトレイクシティ、コロラド州デンバーの都市圏や世界の他の多くの地域もその例です。 ^[51]しかし、扇状地での洪水は、災害の予防と準備において独特の問題を引き起こします。^[52]

扇状地に伴う粗い堆積物の層は、多くの地域で最も重要な地下水貯留層である帯水層を形成します。^{[50]これには、エジプト[53]}やイラク^{[54]などの乾燥地域と、中央ヨーロッパ[55]や台湾[56]}などの湿潤地域の両方が含まれます。

扇状地は、頻度は低いものの、しばしば甚大な被害をもたらす洪水に見舞われる。扇状地の洪水は、その特異な特徴によって、通常の河岸の洪水とは区別される。その特徴には、予想される洪水の進路が極めて不確実であること、上流から洪水によって運ばれた堆積物が急激に堆積・浸食される可能性があること、堆積物の存在と扇状地の傾斜および地形の組み合わせが、並外れた危険を生み出すことなどがある。これらの危険は、盛土の高さを上げる（既存の建物を1メートル（3フィート）までかさ上げし、その下に新しい基礎を築く）ことで確実に軽減することはできない^[57]。リスクを軽減するには、少なくとも大規模な構造的洪水制御対策が必要であり、場合によっては扇状地表面の開発を制限する以外に選択肢はない。このような対策は、特に土地所有者にとって危険が明らかではないため、政治的に議論を呼ぶ可能性がある^[58] 。米国では、扇状地の洪水リスクのある地域は、洪水保険料率地図でゾーンAOとしてマークされている^[59]。

扇状地の洪水は、通常、短時間（数時間）だが激しい洪水の形をとり、ほとんどまたは全く警告なく発生する。扇状地の洪水は、通常、大雨が長時間続いた結果発生し、流速が高く、堆積物を運ぶ能力が高いのが特徴である。流れは、流れに含まれる堆積物の量に応じて、洪水から超集中流、土石流までの範囲に及ぶ。土石流は、大部分が粗い土石でできた、打ちたてのコンクリートに似ている。超集中流は、洪水と土石流の中間で、水分含有量は 40 ～ 80 重量パーセントである。洪水は堆積物を巻き込むと超集中流に移行する可能性があり、土石流は水で希釈されると超集中流になる可能性がある。^[60]扇状地の洪水は大量の堆積物を運ぶため、水路が急速に塞がれ、流路に関する大きな不確実性が生じ、危険が増大する。^[58]

イタリアのアペニン山脈の扇状地の洪水は、繰り返し人命を奪ってきました。1581年10月1日のピエディモンテ・マテーゼの洪水では400人の命が失われました。扇状地の洪水による人命損失は19世紀まで続き、扇状地の洪水の危険性はイタリアで依然として懸念されています。^[61]

1934年1月1日、カリフォルニア州サンガブリエル山脈の最近焼けた地域で記録的な降雨があり、モントローズとグレンデールの町が建てられた扇状地で深刻な洪水が発生しました。洪水により、多くの生命と財産が失われました。^[62]

インドのコシ川は、ヒマラヤ山脈からガンジス川平野に流れ出る地点で巨大扇状地を形成している。この川は頻繁かつ気まぐれに流路を変えてきた歴史があり、そのためインドの洪水による死者数に不釣り合いなほど大きく寄与していることからビハール州の悲しみと呼ばれている。これらの死者数は、バングラデシュを除くすべての国の数を上回っている。^[63]過去数百年にわたり、この川は扇状地を西に移動しており、2008年までに主な川の水路は巨大扇状地の最西端に位置していた。2008年8月、モンスーンによる高水流がコシ川の堤防を決壊させた。これにより、川の大部分が保護されていない古代の水路に流れ込み、巨大扇状地の中央部が浸水した。そこは200年以上にわたって安定していた人口密度の高い地域だった。^[64] 100万人以上が家を失い、約1000人が命を落とし、数千ヘクタールの農作物が破壊されました。^{[65] [66] [67]}

埋没扇状地は石油盆地の縁で時々見つかる。土石流扇状地は石油貯留層としては劣るが、河川扇状地は潜在的に重要な貯留層である。河川扇状地は複雑な構造のため、盆地中心に近い貯留層よりも品質が低いのが一般的だが、扇状地の断続的な洪水路は石油探査の潜在的に有利なターゲットである。^[68]軸流河川（断崖に囲まれた盆地の全長を流れる河川）によるトウトリム（側方侵食）を経験した扇状地は、貯留層としての潜在性が高まる可能性がある。河川は比較的多孔質で浸透性の高い軸流河川堆積物を堆積させ、扇状地堆積層と交互に堆積する。^[69]

• 沖積層 – 海洋以外の場所で侵食され、再堆積した緩い土または堆積物
• 氾濫原 – 高水位時に浸水する水域に隣接する土地
• 砂鉱床 – 重力分離によって形成された貴重な鉱物の集積
• 河口デルタ – 河口のシルト堆積地形
• 水中扇状地 – 堆積物の種類
• 扇状地への地殻変動の影響

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