ビーチカスプ

ビーチカスプは、さまざまな等級の堆積物が弧状に集まった海岸線の形成物です。ホーンは粗い物質で構成され、湾には細かい堆積物が含まれています。

ビーチ カスプは世界中で見られ、小石の多い海岸など、堆積物が粗い海岸で最も顕著です。ただし、堆積物のサイズに関係なく発生する可能性があります。ほとんどの場合、海岸線に沿って同じサイズと間隔のカスプが規則的なパターンで現れます。これらのカスプは、ほとんどの場合、数メートルの長さです。ただし、幅が 60 メートル (200 フィート) に達することもあります。ビーチ カスプの起源はまだ証明されていませんが、カスプが一度形成されると、自立した構造になります。これは、向かってくる波がビーチ カスプの角に当たると、波が分割されて 2 つの方向に押しやられるためです。波がカスプに衝突すると速度が遅くなり、粗い堆積物が浮遊状態から落ちて角に堆積します。次に、波は湾に沿って流れ (細かい堆積物を巻き込み)、中央で互いに衝突します。この衝突の後、これらの波は海へ流れ戻ろうとし、そこで入ってくる波と出会う。そのため、カスプが形成されると、粗い堆積物が絶えず角に堆積し、細かい堆積物が湾から侵食される。^[1]このプロセスにより、角と湾は少なくともその大きさを維持し、さらに大きくなる。

ビーチカスプが形成される理由についてはさまざまな理論がありますが、現在のところ、実際に信憑性のある説明は 2 つしかありません。

定在エッジ波理論は、海岸線近くで、海岸に近づいてくる波と、海岸線に垂直に立てられた「エッジ波」と呼ばれる波との間の相互作用に基づいています。海岸近くの水域に定期的に入ってくる波により、入ってくる波の方向に対して垂直な波が発生します。これらは「エッジ波」と呼ばれます。これらのエッジ波は海岸線近くに閉じ込められ、そのうちの 2 つが反対方向から集まると、定在エッジ波が形成されます。これらの波の動きのパターンは固定されているため、2 つの関心領域、つまり節点と反節点として定義できます。

腹点は、水位が上昇および下降するときにすべての動きが発生する場所で、一連の山と谷を作成します。これらの腹点の間には、垂直方向の動きが発生しない節点があります。入ってくる波はほぼ均一な高さですが、定在エッジ波に衝突すると高さが変わります。山に衝突すると波の高さが増加し、谷に衝突すると高さが減少します。隣の図では、2 つの波が互いに打ち消し合って、平らな表面を形成しています。ただし、これはイベントを非常に単純化したバージョンです。入ってくる波はエッジ波と同じ波周期であるため、入ってくる波は、定在波が変化するのと同じ周期で山から谷に変化し、同じパターンを維持します。これらは同期波として知られ、非常にまれです。

より一般的な定在波は低調波であり、その周期は入射波の 2 倍になります。これにより、はるかに複雑な波のシステムが生成されます。入射波が山から谷まで 1 サイクルを完了するまでに、定在波は 2 サイクルを完了していることになります。そのため、入射波の谷の中で定在波の山として始まったものは、入射波が変化する前に谷に変化します。そのため、当初高さが上昇していたものが、今度は下降します。基本的に、これは、定在波との相互作用によって入射波の長さに沿って、山と谷が一定間隔で存在し、これらがビーチ カスプの発生の原因となっていることを意味します。

波高が上昇した地域では、波の力が強くなり、より多くの浸食が可能になります。一方、波高が下がった地域では、波の力が弱くなり、浸食はそれほど起こりません。これがカスプの形成で、浸食が大きい地域はカスプの湾になり、浸食が小さい地域はホーンになります。

定在エッジ波理論の問題点は、カスプの初期形成のみを説明し、その後の継続的な成長は説明できないことです。これは、カスプのサイズが大きくなるにつれて、エッジ波の振幅がもはや要因にならないレベルまで減少するためです。

この理論は当初、その複雑さゆえに却下されましたが、より高度なコンピュータ シミュレーションを使用することで、定在波理論に代わる妥当な理論を提供できるまでに発展しました。この理論には、規則的に間隔を置いたビーチ カスプの形成を説明しようとする 2 つの主要なポイントがあります。

1 つ目は、ビーチの形状と水の流れの間の正のフィードバックによって起伏パターンが形成されることです。平坦なビーチでは、表面領域は周囲よりもわずかに低い起伏で発達します。起伏の低い領域は水粒子を引き寄せて加速するため、粒子のエネルギーが増加し、その領域はさらに浸食されます。正のフィードバックにより、領域はますます浸食され、湾が形成されます。これらの起伏の低い領域の発達により、平均ビーチ水位が低下し、最初は水位にあった領域が平均以下になり、起伏の高い領域になります。起伏の高い領域では水の流れが遅くなり、その上に堆積物が堆積してその影響が増大します。これにより、角が形成されます。

カスプの均一な間隔は、ビーチが平面の変化を減らすために自らを再配置しようとするときにビーチ表面が滑らかになり、ビーチに沿った表面勾配が伝達されることによって生じます。

カスプの規則的な間隔に関する 2 つ目の主なポイントは、負のフィードバックによって、よく形成されたカスプ内での純侵食量と堆積量が減少することです。波が浜辺に当たると、まずカスプの角に接触し、水の流れが遅くなります。これにより、水はエネルギーを失い、運んでいる重い堆積物の一部が堆積します。しかし、この堆積物の損失により、水に余分なエネルギーが与えられ、このエネルギーを利用して、湾から堆積物を逆流で除去します。

この理論の問題点は、このカスプ形成方法には時間がかかり、その形成を観察すると、ビーチに沿ってランダムにカスプが形成され、その後、小さなカスプが結合し、大きなカスプが 2 つに分かれて、サイズが均一になりながら海岸に沿ってゆっくりと広がっていくのがわかることです。しかし、現場では、カスプはほぼ瞬時に規則的なパターンを形成し、すべて同時に現れます。

近年、ビーチカスプの形成が定在波の存在と関連しているのか（定在波理論）、変化する地形とスワッシュ運動の間の自己組織化フィードバックの結果なのか（自己組織化理論）、あるいは他のあまり一般的ではないメカニズムに起因するのかについて、かなりの議論が行われています。

フランス国立科学研究センターは、 2つの主要なカスプ形成仮説の予測を検証するために、過去50年間に発表された実験室実験とフィールド研究から大量のデータを収集しました。以前の試みよりも多くのデータを使用したこれらの分析により、カスプの発達とエッジ波およびスワッシュ堆積物フィードバックの間には関連がある可能性があり、以前に行われた単純な測定では、どちらかの理論が他方よりも優れているという決定的な裏付けを得ることは不可能であることが確認されました。^[2]

アメリカ海軍と海兵隊の共同研究機関である海軍研究所は、ノースカロライナ州ダックで約9年間にわたりビデオ撮影を行い、カスプ形成のタイミング（半日以内）と連続するカスプホーン間の距離（0.5メートル以内）を判定しました。沿岸の計測機器と測量車両によって提供された補足データは、カスプ発達中の環境条件を記録するために使用されました。

これらの広範囲にわたる観測は、この場所でのカスプが、高エネルギー波から低エネルギー波への移行中に嵐が起こり、波の角度が法線入射に近づくにつれて発達することを決定的に実証している。カスプ間隔の時系列内でヒステリシスの特異な兆候が観察され、カスプ形成に関する既存の理論を再定式化する必要があることを示唆している可能性がある。^[3]

• 尖頭丘陵

ウィキメディア・コモンズには、ビーチカスプに関連するメディアがあります。

• クートニー湖：ビーチカスプ
• スミソニアン/NASA ADS ホームページ: ビーチカスプの形成と発達に関する自己組織化モデルの調査