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侵食とは、地表プロセス（水の流れや風など）の作用によって、土壌、岩石、溶解物質が地球の地殻上のある場所から除去され、別の場所へと運ばれ、堆積する現象です。侵食は、動きを伴わない風化とは異なります。 [1] [2]岩石や土壌が砕屑性 堆積物として除去されることは、物理的侵食または機械的侵食と呼ばれます。これは、土壌や岩石の物質が溶解によってある場所から除去される化学的侵食とは対照的です。[3]侵食された堆積物や溶質は、わずか数ミリメートル運ばれることもあれば、数千キロメートル運ばれることもあります。
侵食の原因としては、降雨、[4] 河川における岩盤の摩耗、海や波による海岸侵食、氷河の削り取り、摩耗、洗掘、面的洪水、風による摩耗、地下水作用、および地滑りや土石流のような急峻な地形における土砂移動作用などがある。このような作用の速度が、表面が侵食される速度を制御する。通常、物理的侵食は急勾配の表面で最も速く進行し、速度は、供給される水の量（例えば、雨による）、嵐、風速、波の吹っ飛び、または気温（特に一部の氷関連作用の場合）など、気候によって制御される特性にも左右される可能性がある。侵食速度と、例えば河川や氷河によって既に運ばれている侵食物質の量との間でフィードバックが生じる可能性もある。[5] [6]侵食物質が元の位置から運ばれた後、堆積、つまり物質が新しい場所に到着して定置される。[1]
浸食は自然のプロセスですが、人間の活動により、世界的に土壌浸食が起こっている速度の10～40倍に増加しています。 [7]アパラチア山脈の農業現場では、集約的な農業慣行により、その地域の自然浸食速度の最大100倍の浸食が発生しています。[8]過度の（または加速した）浸食は、「現場」と「現場外」の両方の問題を引き起こします。現場の影響には、農業生産性の低下と（自然景観では）生態系の崩壊があり、どちらも栄養豊富な上層土壌の損失が原因です。場合によっては、これが砂漠化につながります。現場外の影響には、水路の堆積と水体の富栄養化、および道路や家屋への堆積物関連の損害があります。水と風による浸食は、土地劣化の2つの主な原因です。これらを合わせると、世界の劣化した土地の約84％を占め、過度の侵食は世界中で最も重大な環境問題の一つとなっている。[9] : 2 [10] : 1 [11]
集約的農業、森林伐採、道路、人為的な気候変動、都市のスプロール化は、侵食を促進する影響に関して最も重要な人間活動の一部です。[12]しかし、脆弱な土壌の侵食を抑制または制限できる予防および修復方法は数多くあります。
物理的プロセス
降雨量と表面流出
降雨と、降雨によって生じる表面流出によって、スプラッシュ侵食、シート侵食、リル侵食、ガリー侵食という4つの主なタイプの土壌侵食が発生します。スプラッシュ侵食は、一般的に土壌侵食プロセスの最初で最も軽度な段階と考えられており、その後にシート侵食、リル侵食、最後にガリー侵食（4つの中で最も深刻）が続きます。[10] : 60–61 [13]
飛沫浸食では、落下する雨滴の衝撃によって土壌に小さなクレーターが形成され、[14]土壌粒子が噴出します。[4]これらの土壌粒子が移動する距離は、平地では垂直方向に0.6メートル（2.0フィート）、水平方向に1.5メートル（4.9フィート）にもなります。
土壌が飽和状態にある場合、または降雨量が土壌への水の浸透量を上回る場合、表面流出が発生します。流出に十分な流動エネルギーがある場合、緩んだ土壌粒子（堆積物）が斜面を下って運ばれます。 [15]表層侵食は、地表流によって緩んだ土壌粒子が運ばれることです。[15]
リル侵食とは、丘陵斜面の侵食における堆積物源と堆積物運搬システムの両方として機能する、小さく一時的な集中した流路の発達を指します。一般的に、撹乱された高地の水侵食率が最も高い場所では、リルが活発です。リルの流れの深さは通常、数センチメートル（約1インチ）以下で、水路に沿った傾斜はかなり急な場合があります。これは、リルが、より深く広い小川や川の水路を流れる水とは非常に異なる水理学的特性を示すことを意味します。 [16]
ガリー侵食は、大雨や雪解けの際、またはその直後に流出水が蓄積して狭い水路に急速に流れ込み、土壌をかなりの深さまで削り取ることによって発生します。 [17] [18] [19]ガリーは、少なくとも1平方フィートの臨界断面積、つまり通常の耕作作業ではもはや消去できない水路のサイズに基づいてリルと区別されます。 [20]
極端なガリー侵食はバッドランドの形成に発展する可能性がある。バッドランドは侵食に適した気候のもと、侵食されやすい岩盤の起伏が激しい状況で形成される。保護植生（レキシスタシー）の成長を制限する条件や撹乱はバッドランド形成の重要な要素である。[21]
川と小川
谷または河川の浸食は、線状の地形に沿って水が流れ続けることで発生します。浸食は下向きに起こり、谷を深くするとともに、上流に起こり、谷を丘の中腹にまで広げて、切通しと急峻な堤防を作ります。河川浸食の初期段階では、浸食活動は主に垂直方向で、谷は典型的な V 字型の断面を持ち、河川勾配は比較的急です。ある基準面に達すると、浸食活動は横方向の浸食に切り替わり、谷底が広がり、狭い氾濫原が形成されます。河川勾配はほぼ平坦になり、河川が谷底を蛇行するにつれて、堆積物の横方向の堆積が重要になります。河川浸食のすべての段階で、浸食が最も多く発生するのは洪水時で、この時にはより多くの水がより速く流れ、大量の堆積物を運ぶことができます。このようなプロセスでは、水だけが侵食するわけではありません。浮遊している研磨粒子、小石、岩も表面を横切る際に侵食作用を及ぼし、これをトラクションと呼びます。[22]
河岸侵食とは、川や小川の河岸が削り取られることである。これは、洗掘と呼ばれる水路底の変化とは区別される。河岸侵食や河岸形状の変化は、河岸に金属棒を挿入し、異なる時間にその棒に沿って河岸表面の位置をマークすることで測定できる。 [23]
熱侵食は、流水によって永久凍土が溶けて弱くなることによって起こる。 [24]熱侵食は河川沿いと海岸沿いの両方で発生する可能性がある。シベリアのレナ川で観察される急速な河道移動は熱侵食によるもので、これらの河岸部分は永久凍土で固められた非粘着性材料でできている。[25]この侵食の多くは、弱くなった河岸が大きな崩落で崩壊するときに起こる。熱侵食は北極海岸にも影響を及ぼし、そこでは波の作用と沿岸温度が組み合わさって海岸線に沿った永久凍土の断崖を削り、崩壊させる。ボーフォート海の海岸線の100キロメートル（62マイル）区間に沿った年間侵食率は、1955年から2002年まで平均して年間5.6メートル（18フィート）であった。[26]
川の侵食は、河口の近くで多く発生します。川の湾曲部では、最も長くて鋭くない側では水の流れが遅くなります。ここに堆積物が蓄積します。湾曲部の最も狭く鋭い側では水の流れが速いため、この側が主に侵食される傾向があります。
大河川による急速な侵食により、十分な堆積物が除去され、河川背斜が形成されることがあります[27] 。これは、等圧反発により、上部の岩盤の侵食による負担が軽減された岩盤が隆起するためです。
海岸侵食
海岸線の浸食は、露出した海岸と保護された海岸の両方で発生し、主に海流と波の作用によって発生しますが、海面（潮汐）の変化も影響を与えることがあります。
水圧作用は、波が突如として接合部の入口を塞ぐことで接合部内の空気が圧縮されるときに発生します。これにより接合部が割れます。波の衝突は、断崖や岩にぶつかる波の純粋なエネルギーによって破片が砕け散る現象です。摩耗または腐食は、波が断崖に海水荷重を発射することで発生します。これは海岸侵食の最も効果的で急速な形態です (腐食と混同しないでください)。腐食は、海水中の炭酸によって岩が溶解することです。 [28] 石灰岩の断崖は、この種の侵食に対して特に脆弱です。摩耗は、波によって運ばれた粒子/海水荷重が、互いに、また断崖にぶつかることで磨耗することです。これにより、材料が洗い流されやすくなります。材料は最終的に小石や砂になります。特に炭酸塩の海岸線での侵食のもう 1 つの重要な原因は、生物による掘削、削り取り、粉砕であり、これは生物侵食と呼ばれます。 [29]
堆積物は海岸に沿って卓越流（沿岸漂流）の方向に運ばれる。堆積物の上昇流の供給量が流される量より少ない場合、侵食が発生する。上昇流の堆積量が多い場合、堆積の結果として砂州または砂利州が形成される傾向がある。これらの砂州は沿岸漂流の方向に海岸に沿ってゆっくりと移動し、海岸線の一部を交互に保護したり露出させたりします。海岸線が曲がっている場所では、侵食された物質が堆積して長く狭い砂州（砂州）を形成することがよくあります。装甲ビーチと水没した沖合の砂州も、海岸線の一部を侵食から保護する場合があります。何年もかけて浅瀬が徐々に移動すると、侵食が方向を変えて海岸の別の部分を攻撃する可能性があります。[30]
海岸面の浸食とそれに続く海面低下により、隆起海岸と呼ばれる特徴的な地形が形成されることがあります。[31]
化学的侵食
化学的侵食とは、溶質の形で地形中の物質が失われることである。化学的侵食は通常、河川に含まれる溶質から計算される。アンダース・ラップは、 1960年に出版されたケルケヴァッゲに関する著作で化学的侵食の研究の先駆者となった。[32]
陥没穴やその他のカルスト地形の特徴の形成は、極端な化学的侵食の一例である。 [33]
氷河
氷河は、主に、摩耗/洗浄、剥ぎ取り、および氷の押し出しという 3 つの異なるプロセスによって侵食されます。摩耗プロセスでは、基底氷の破片が氷床に沿って削られ、木材に紙やすりをかけるのと同じように、下にある岩を磨いたりえぐったりします。科学者は、谷の深さの形成における温度の役割に加えて、侵食などの他の氷河プロセスも谷間の変化を制御していることを示しました。均質な岩盤侵食パターンでは、氷の下に湾曲したチャネルの断面が形成されます。氷河は垂直に削り続けますが、氷の下のチャネルの形状は最終的に一定になり、現在氷河谷で見られる U 字型の放物線の定常形状に達します。科学者はまた、安定した形状のU 字型の谷が最終的に形成されるために必要な時間について、約 10 万年という数値的な推定値を示しています。一方、弱い岩盤（周囲の岩石よりも侵食されやすい物質を含む）の侵食パターンでは、氷の速度と侵食率が低下するため、過度に深くなる量は制限されます。[35]
氷河は、剥ぎ取る過程で岩盤の破片を剥がすこともあります。氷河の押し流しでは、氷河が氷床で凍り、前方に押し寄せるにつれて、氷河とともに底部の凍った堆積物の大きな層が移動します。この方法により、カナダ楯状地の端に点在する何千もの湖盆の一部が作られました。山脈の高さの違いは、岩の隆起などの地殻変動の結果であるだけでなく、局所的な気候の変動も原因です。科学者は地形の地球規模の分析を使用して、山の頂上と雪線の間の起伏が一般に高度1500メートル未満に限定されているため、氷河の浸食が山の最大の高さを制御していることを示しています。[36]世界中の氷河によって引き起こされる浸食は山を非常に効果的に浸食するため、「氷河のノコギリ」という用語が広く使用されるようになりました。これは、氷河が山脈の高さを制限する効果を表しています。[37]山が高くなると、一般的に氷河活動が活発になり（特に氷河平衡線高度より上の堆積帯で）、 [38]山の浸食速度が速まり、等圧回復が山に加えるよりも速く質量が減少する。[39]これは負のフィードバックループの良い例である。進行中の研究では、氷河は山のサイズを縮小する傾向があるが、一部の地域では氷河が実際に浸食速度を低下させ、氷河の鎧として機能することがわかっている。[37]氷は山を浸食するだけでなく、浸食から守ることもできる。氷河の状況によっては、氷の助けを借りて、険しい高山地帯でさえも時を経て保存される可能性がある。科学者たちは、Be10とAl26を使用して北西スヴァールバル諸島の8つの山頂をサンプリングすることでこの理論を証明し、北西スヴァールバル諸島が、比較的穏やかな氷河期の最大気温下での氷河侵食状態から、第四紀氷河期が進むにつれて、はるかに寒い氷河期の最大気温の間に、冷たい基盤を持つ保護氷で占められた氷河装甲状態に変化したことを示しました。[40]
これらのプロセスは、氷河の下の水路による浸食や運搬と相まって、氷河の末端や後退時に、モレーン、ドラムリン、地上モレーン（ティル）、氷河カルスト、ケーム、ケームデルタ、ムーラン、氷河漂礫岩などの氷河地形を残します。[41]
最も発達した氷河谷の地形は、岩石隆起率が低く（年間2mm以下）、起伏が大きく、ターンオーバー時間が長い地形に限られているようです。岩石隆起率が年間2mmを超える場合、氷河谷の地形は一般に後氷期に大きく変化しています。氷河侵食と地殻変動の相互作用が、活動中の造山帯に対する氷河作用の地形学的影響を左右します。活動中の造山帯の高さに影響を与えるだけでなく、岩石隆起と谷の断面形状のつながりを介してその後の氷河期の侵食パターンを変化させます。[42]
洪水
流量が非常に多い場合、大量の水が急速に流れ込むことでコルクまたは渦が形成される。コルクは局所的に極端な浸食を引き起こし、岩盤を削り取り、岩盤盆地と呼ばれるポットホール型の地形を形成する。その例は、ワシントン州東部のコロンビア盆地地域に水路状のスキャブランズを形成したミズーラ湖の氷河による洪水地域に見ることができる。[43]
風食
風食は、特に乾燥地域や半乾燥地域では大きな地形学的要因です。また、森林伐採、都市化、農業などの人間の活動によって自然速度をはるかに超えて増加した後は、土地の劣化、蒸発、砂漠化、有害な空中粉塵、作物の被害の主な原因でもあります。[44] [45]
風食には主に2つの種類がある。風が緩い粒子を拾い上げて運び去るデフレーションと、風で運ばれた空中粒子が表面を打って摩耗するアベレーションである。デフレーションは3つのカテゴリーに分けられる。(1)表面クリープ、つまり大きく重い粒子が地面に沿って滑ったり転がったりする。(2)跳躍、つまり粒子が少し空中に持ち上げられ、土壌の表面で跳ね返って跳躍する。(3)浮遊、つまり非常に小さく軽い粒子が風によって空中に持ち上げられ、しばしば長距離を運ばれる。跳躍は風食の大部分（50～70%）を占め、次いで浮遊（30～40%）、表面クリープ（5～25%）が続く。[46] : 57 [47]
風食は乾燥地帯や干ばつの時期にはさらに深刻になります。例えば、グレートプレーンズでは、風食による土壌の損失は、干ばつの年には雨の多い年よりも6100倍も大きくなると推定されています。[48]
大量浪費
質量減少または質量移動は、主に重力の力により、傾斜面上の岩石や堆積物が下向きおよび外向きに移動する現象です。[49] [50]
土砂崩れは侵食過程の重要な部分であり、山岳地帯における風化した物質の分解と輸送の第一段階となることが多い。[51] : 93 土砂崩れは、高所から低所へと物質を移動させ、そこで河川や氷河などの他の侵食因子がその物質を拾い上げ、さらに低所へと移動させる。土砂崩れのプロセスは、あらゆる斜面で常に継続的に発生している。土砂崩れのプロセスの中には、非常にゆっくりと進行するものもあれば、突然発生し、しばしば悲惨な結果をもたらすものもある。岩石や堆積物の斜面下方への目に見える動きは、一般的に地滑りと呼ばれることが多い。しかし、地滑りは、動きの原因となるメカニズムと動きが発生する速度を反映した、はるかに詳細な方法で分類することができる。このような活動の非常にゆっくりとした形態の目に見える地形的兆候の 1 つが、がれき斜面である。[要出典]
地盤沈下は急斜面で発生し、粘土などの物質の内部で、はっきりとした断裂帯に沿って起こることが多い。粘土は一度剥がれると、かなり急速に下方へと移動する。地盤沈下はスプーン型の等圧陥没を示すことが多く、物質が下方へと滑り落ち始める。地盤沈下は斜面下の水が斜面を弱めることによって起こる場合もある。多くの場合、地盤沈下は高速道路沿いの施工不良が原因で、頻繁に発生する。 [52]
表面クリープとは、重力による土や岩の破片のゆっくりとした動きで、長時間観察しない限り通常は知覚できません。しかし、この用語は、直径0.5～1.0mm（0.02～0.04インチ）の土壌粒子が風によって土壌表面に沿って転がる現象を指すこともあります。[53]
海底堆積物の重力流
大陸斜面では、堆積物の重力流が急激に斜面を下ることにより、海底が浸食されて水路や海底峡谷が形成されることがある。堆積物を含んだ水は、濁流として急速に斜面を下る。濁流による浸食によって急勾配の斜面が形成されると、水中の地滑りや土石流も引き起こされる。濁流は、最近堆積した未固結堆積物から硬い結晶質の岩盤まで、水路や峡谷を侵食することがある。[54] [55] [56]ほとんどすべての大陸斜面と深海盆には、堆積物の重力流によって生じたこのような水路や峡谷が見られ、海底峡谷は大陸や浅い海洋環境から深海へ堆積物を運ぶ導管として機能している。[57] [58] [59]濁流によって生じた堆積性堆積物であるタービダイトは、地球上で最も厚く最大の堆積層の一部を構成し、関連する侵食プロセスも地球の歴史において重要な役割を果たしてきたことを示しています。
侵食速度に影響を与える要因
気候
降水量と降水強度は、水による土壌浸食を左右する主な気候要因です。土壌表面が植生によって十分に保護されていない時期や場所で大雨が降った場合、その関係は特に強くなります。これは、農業活動によって土壌がむき出しになっている期間や、植生が自然にまばらな半乾燥地域の場合などが考えられます。風食には強風が必要であり、特に干ばつの時期には植生がまばらで土壌が乾燥している（そのため浸食されやすい）ため、その傾向が強くなります。平均気温や気温の範囲などの他の気候要因も、植生や土壌の特性を通じて浸食に影響を及ぼす可能性があります。一般に、植生や生態系が類似している場合、降水量（特に高強度の降雨）が多い、風が強い、または嵐が多い地域では浸食が多くなると予想されます。
世界の一部の地域（例えば米国中西部）では、降雨強度が侵食率の主な決定要因であり（侵食率の定義については[60]）、降雨強度が高いほど一般的に水による土壌侵食が大きくなる。雨滴の大きさと速度も重要な要素である。大きくて速度の速い雨滴はより大きな運動エネルギーを持っているため、その衝撃は小さく動きの遅い雨滴よりも土壌粒子をより長い距離移動させる。[61]
世界の他の地域（例えば西ヨーロッパ）では、比較的低強度の層状降雨がすでに飽和した土壌に降り注ぐことで流出と浸食が起こります。このような状況では、強度ではなく降雨量が水による土壌浸食の深刻さを決定する主な要因です。[17]気候変動予測によると、ヨーロッパでは浸食率が大幅に増加し、2050年までに土壌浸食が13～22.5％増加する可能性があります[62]
21世紀に台風の発生頻度が大幅に増加した台湾では、暴風雨の発生頻度の増加と河川や貯水池の堆積物の増加との間に強い関連が指摘されており、気候変動が侵食に与える影響が浮き彫りになっている。[63]
植生被覆
植生は大気と土壌の境界面として機能します。植生は土壌の雨水浸透性を高め、流出を減らします。植生は土壌を風から保護し、風食の減少と微気候の好ましい変化をもたらします。植物の根は土壌を結び付け、他の根と絡み合って、水[64]と風食の影響を受けにくいより固い塊を形成します。植生が除去されると、表面浸食の速度が増加します。[65]
地形
土地の地形によって表面流出水の流速が決まり、それが流出水の侵食率を決定します。長くて急な斜面（特に十分な植生のない斜面）は、短くて緩やかな斜面よりも大雨の際に非常に高い侵食率の影響を受けやすくなります。また、急勾配の地形では土砂崩れ、地滑り、その他の重力侵食プロセスも起こりやすくなります。[61] : 28–30 [66] [67]
テクトニクス
地殻変動は、地球表面の侵食の速度と分布を制御します。地殻変動によって地球表面の一部 (山脈など) が周囲の地域に比べて隆起または沈下すると、必然的に地表の勾配が変化します。侵食速度はほとんどの場合、局所的な傾斜に左右されるため (上記参照)、隆起した地域の侵食速度も変化します。また、活発な地殻変動によって、風化していない新鮮な岩石が地表に運ばれ、侵食作用にさらされます。
しかし、侵食は地殻構造にも影響を及ぼす可能性がある。特定の地域から大量の岩石が侵食によって除去され、他の場所に堆積すると、下部地殻とマントルにかかる負荷が軽減される可能性がある。地殻構造は地殻に発生する応力場の勾配によって駆動されるため、この負荷軽減は、その地域の地殻構造またはアイソスタシーの隆起を引き起こす可能性がある。[ 51 ] : 99 [68]場合によっては、これらの双子のフィードバックが、地表の侵食率が極めて高い場所、例えば西ヒマラヤのナンガパルバットの極めて急峻な地形の下で、深部地殻岩石の急速な隆起帯を局所化および強化する作用をする可能性があると仮説が立てられている。このような場所は「地殻動脈瘤」と呼ばれている。 [69]
発達
農業開発や都市開発などの形での人間による土地開発は、食糧不安を悪化させる侵食と土砂輸送の重要な要因であると考えられています。[70]台湾では、島の北部、中央部、南部の地域における土砂負荷の増加は、20世紀を通じて各地域の開発のタイムラインで追跡できます。[63]人間による土や岩の意図的な除去は、浸食と呼ばれる形態です。[71]
さまざまな規模の侵食
山脈
山脈が侵食されて事実上存在しなくなるまでには数百万年かかる。学者のピットマンとゴロフチェンコは、海面が大きく変化しなければ、ヒマラヤ山脈のような山塊がほぼ平坦な準平原に侵食されるにはおそらく4億5千万年以上かかると推定している。[72]山塊の侵食により、頂上一致と呼ばれる、高さが同じ山頂のパターンが形成されることがある。[73]造山運動後の崩壊中に生じた伸張は、侵食よりも造山運動の山の高さを下げるより効果的なメカニズムであると主張されてきた。 [74]
侵食が激しい山脈の例としては、ロシア北部のティマニデス山脈が挙げられる。この造山帯の侵食によって、現在東ヨーロッパ台地で見られる堆積物が生成された。その中にはラドガ湖近くのカンブリア紀サブリア層も含まれる。これらの堆積物の研究によると、造山帯の侵食はカンブリア紀に始まり、オルドビス紀に激化した可能性が高いことが示唆されている。[75]
土壌
侵食速度が土壌形成速度を上回ると、侵食によって土壌が破壊される。[76]侵食速度が低いと 、発達に時間のかかる土壌特性の形成を防ぐことができる。インセプティソルは、安定していればより発達したアルフィソルの形成を支えていたであろう侵食された地形で形成される。[77]
土壌の浸食は自然のプロセスであるが、人間の活動により、世界的に浸食が発生する速度は 10 ～ 40 倍に増加している。過度の (または加速した) 浸食は、「オンサイト」と「オフサイト」の両方の問題を引き起こす。オンサイトの影響には、農業生産性の低下と (自然景観では)生態系の崩壊があり、どちらも栄養豊富な上層土壌の損失によるものである。場合によっては、最終的に砂漠化が起こる。オフサイトの影響には、水路の堆積と水域の富栄養化、および道路や家屋への堆積物関連の損害がある。水と風による浸食は、土地劣化の 2 大原因である。これらを合わせると、世界の劣化した土地の約 84% を占め、過度の浸食は最も重大な環境問題の 1 つとなっている。[10] [78]
アメリカでは、侵食されやすい土地を耕作する農家は、農業支援を受ける資格を得るために保全計画に従わなければならないことが多い。[79]
人為的な土壌侵食の影響
参照
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さらに読む
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- モンゴメリー、デイビッド（2008年）。『土：文明の侵食』（第1版）。カリフォルニア大学出版局。ISBN 978-0-520-25806-8。
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外部リンク
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- 土壌水保全協会