岩盤川

岩盤川とは、その川が流れる岩盤を覆う沖積層がほとんどないか全くない川のことである。しかし、岩盤川のほとんどは純粋な形ではなく、岩盤河川と沖積層河川の組み合わせである。岩盤川と沖積層川を区別する方法は、堆積物の覆い具合によってである。^[1]

堆積物の被覆範囲は、河川に供給される堆積物の流量と河川の輸送能力によって決まります。^[1]岩盤河川は、通常、高地または山岳地帯に見られます。その形成には、いくつかの侵食要因が考えられます。

岩盤河川は、氷河とは関係のない岩盤の浸食を研究できる数少ない方法の一つでもある。^[2]

岩盤の浸食は、プレート運動によって引き起こされることがあります。^[2]土地が隆起すると、川は流れ続けるために岩盤を浸食せざるを得なくなります。浸食はさまざまな侵食プロセスを通じて行われます。川が下流に流れるにつれて岩盤の種類が変化し、侵食プロセスに影響を与える可能性があります。主なプロセスは、水流の力、摩耗、採石、くさび、溶解です。^[2]これらの川は、これらすべてのプロセスの組み合わせですが、個々の川と岩盤の種類によって異なります。

水力は、傾斜の急峻化により運動エネルギーに変換される水からのプロセスエネルギーです。水が水路を流れるとき、それは重力による位置エネルギーによって流れています。^[2]エネルギー保存の法則により、下流への移動中に失われるエネルギーは、別​​の種類のエネルギーに変換される必要があります。変換されるエネルギー形式は、岩盤に打ち寄せる水の運動エネルギーです。^[2]位置エネルギー損失率は、川の水力で計算されます。水力方程式は次のとおりです。

${\displaystyle \Omega =\mathrm {\rho {}gQS} }$^[1]

どこ：

${\displaystyle \オメガ}$= ストリームパワー

${\displaystyle \rho}$= 水の密度

g = 重力定数

Q = 河川の水力流量（m ³ /s）

S = チャネルの勾配

この式は、水流の力が岩盤の侵食において最も重要な要素である可能性を示唆している。沖積河川では、水流の力は緩い物質を拾い上げて堆積させるため、輸送力に近いが、堆積物が絶えず流入するため、侵食力にはならない。^[3]

摩耗とは、堆積物が流れの中で運ばれる過程である。摩耗による侵食の速度は、岩盤の強度によって左右される。^[3]侵食の形態には、「摩耗、引き剥がし、キャビテーション、土石流の洗掘、風化」などがある (4)。摩耗は、川に存在する堆積物の量によっても左右される。堆積物が多すぎると、ほとんどの粒子が十分なエネルギーを持たない。逆に少なすぎると、粒子が十分に河床と接触しない。この過程により、個々の粒子、つまり岩石表面の薄片が侵食される可能性がある。^{[3]摩耗の最も一般的な指標は、岩盤の穴や川の谷のような形状である。河川}過程における堆積物の輸送には、溶解負荷、懸濁負荷、河床負荷の 3 種類がある。^[2]岩盤河川に最も影響を与える過程は、懸濁負荷である。^[2]

浮遊粒子は、水中で運ばれるほど軽く、川底に障害物や地形の変化がない限り川底に接触しない粒子です。これらの粒子が岩盤の川を侵食するのは、これらの障害物に接触するためです。川の流れの一部として運ばれるため、運動エネルギーが著しく高く、川底の異常な部分に接触すると、エネルギーが低い大きな粒子よりも大きな粒子の方が大きな被害を引き起こす可能性があります。^[1]通常、浮遊粒子に含まれる粒子のサイズは、非常に細かいものから細かいものまで、粘土やシルトまでさまざまです。

掃流土砂による侵食も、岩盤侵食の大きな要因となることがあります。掃流土砂は、砂粒の跳躍や牽引によって発生します。

塩水化とは、粒子が水に持ち上げられ、その後、再び下に投げ込まれることです。ほとんどの場合、これは砂利で行われ、水流の力が十分大きい場合は小石で行われます。しかし、粘土とシルトは凝集力が強すぎるため、この方法では輸送できません。粒子が岩盤に接触すると、表面がゆっくりと摩耗します。徐々に微小な亀裂を形成したり、既存の亀裂を広げたりします。この侵食プロセスの背後にある物理学は、入ってくる粒子によって摩耗した岩の質量は、入ってくる粒子の運動エネルギーに正比例すると述べています。^[2]

牽引とは、堆積物が大きすぎて川の流れに巻き込まれないが、ゆっくりと押し流したり転がしたりできるほど小さい場合に発生します。牽引は採石でカバーされます。

採石（またはプラッキングとも呼ばれる）は、岩盤の一部を何らかの方法で川底から取り除き、川底の平面に沿って押し進めるプロセスです。^[1]このプロセスは、氷河侵食に最も似ています。^[2]ブロックが川の流れによって移動できるほど接合部が密集している川で最も効果的です。^[1]

岩盤の破片を取り除くプロセスは、さまざまな要因によって引き起こされる可能性があります。岩盤の亀裂や曲がりにより、最初は岩盤の断片が分離します。^[2]次に、油圧くさび打ちまたは凍傷によって、岩塊を押し出します。^[2]岩盤がすでに高度に節理化されていたり、破砕されていたり、層状になっていたりする場合は、岩塊を取り除くのが容易になります。^[1]高度に節理化された岩盤や層状岩盤では、岩塊を持ち上げて位置からずらすことが容易になります。科学者は、これは節理面の風化が原因であると考えています。 [ ^1]その後、節理がくさび打ちされ、掃流粒子の衝撃を受けて弱くなる可能性があります。^[1]

岩盤のブロックが取り除かれたら、それを川底に沿って押し進めなければなりません。これが起こるためには、岩盤の上部にかかる川のせん断応力が岩盤の底にかかる摩擦力を上回らなければなりません。ブロックは最終的に侵食されますが、存在する間は川の 上流方向の侵食を引き起こします。

くさび割れとは、川床に小さな亀裂が生じ、それがより小さな粒子によって拡大するプロセスです。^[1]採石プロセスの開始時に、川床から大きなブロックが取り除かれることがあります。最初の亀裂は、岩盤自体の流動によって生じ、これは「急速で大きな圧力変動」によって引き起こされます。^[1]これらは、大規模な移動や激しい嵐によって引き起こされる可能性があります。最初の亀裂が発生した後、少量の堆積物、時には1粒以下の堆積物が、受動的に亀裂に堆積します。^[1]岩盤が元の位置に戻ると、くさび割れのために亀裂が開いたままになります。徐々に、より多くの堆積物が亀裂に蓄積するにつれて、亀裂は広くなり、深くなります。これは、すでに節理のある川床でより一般的です。^[2]

溶解とは、下流の溶質濃度の変化が岩石の溶解速度によって制御されるプロセスです。 [ ^{1 ]このプロセスは、通常、}砂岩などの岩石がすでに溶解しやすい場合にのみ、岩盤の川に影響します。 [1] これは、炭酸塩岩でできた洞窟で最もよく見られます。^[1]このプロセスが依存する他の要因には、「鉱物の表面積と水量の比率、化学的不飽和度、および水塊が流域を通過するのにかかる時間」があります。^[2]これは、最も可能性の低い切断の形態の1つですが、プロセスで役割を果たします。

岩盤河川は定義上岩盤ですが、あらゆる種類の堆積物を運搬し、河床に沿って堆積物の斑点を形成することを制限しません。個々の粒子ではなく斑点である可能性が高い理由は、粒子の安定性が高まる場所では粒子が沈降する可能性が高くなるためです。^[3]岩盤が粗く、水中の運動エネルギーが少ない場所では、粒子の安定性が高まります。^[3]

岩盤河川に堆積する粒子は、ほとんどの場合、岩盤河川部分を通って、より沖積性の高い河川部分に運ばれます。^[1]粒子間の凝集力により、粒子がまとまって堆積しやすくなります。^[3]岩盤河川部分に粒子を押さえつけるものがないため、粒子は川に拾われて下流に運ばれ続けます。これが「沖積河床または砂州」の形で発達します。^[3]川が深く広いほど、川床に沿って粒子が堆積する可能性が高くなります。ただし、これは傾斜と水の流入量にも左右されます。^[3]

4. Whipple, KX, DiBiase, RA, & Crosby, BT (2013). 岩盤河川。Fluvial Geomorphology (第 9 巻、pp. 550-573)。Elsevier Inc.. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-374739-6.00254-2