侵食と地殻変動

侵食とテクトニクスの相互作用は、1990 年代初頭から議論の的となっている。侵食などの地表プロセスに対するテクトニクスの影響は古くから認識されているが (たとえば、地殻隆起の結果としての河川形成)、その逆 (侵食による地殻活動への影響) についてはごく最近になってようやく取り組まれている。^[1]このテーマを取り巻く主な疑問は、侵食とテクトニクスの間にどのような種類の相互作用が存在するのか、そしてこれらの相互作用が意味するものは何なのか、ということである。これはまだ議論の余地があるが、ひとつ明らかなのは、地球の景観は 2 つの要因の産物であるということ。1 つは地殻隆起で地形を作り、地表や岩石の隆起によって起伏を維持するテクトニクス、もう 1 つは時間の経過とともに高地を侵食するプロセスを媒介する気候である。 ^[2]これらのプロセスの相互作用により、地球表面の地形が形成、変更、または破壊される可能性がある。

テクトニクスという用語は、地球の表面構造とそれが時間とともに変化する様子を研究する学問を指します。テクトニクスのプロセスは、通常、収束境界、発散境界、または変換境界の3種類のいずれかのプレート境界で発生します。^[3]これらのプロセスは、地球の表面の地形を形成および変更し、アイソスタシー隆起、地殻の肥厚、断層や褶曲の形での変形のメカニズムを通じて、実質的に起伏を増加させます。地域のベースレベルと比較して標高が増加すると、河川の勾配が急になり、地形的に局所的な降水量が増加し、最終的に侵食率が大幅に増加します。特定の地域の地形と一般的な起伏によって、表面流出水の流速が決まり、最終的に流出水の潜在的な侵食力が決まります。より長く急な斜面は、より短く緩やかな傾斜の地域よりも、大雨の期間中に侵食率が高くなる傾向があります。そのため、地殻隆起によって形成された大きな山脈やその他の起伏の激しい地域では、侵食率が著しく高くなります。^[4]さらに、地殻隆起は短期間で侵食率に直接影響を与える可能性があり、地震の場合にそれが明らかです。地震は地滑りを引き起こし、地震による擾乱によって周囲の岩石を弱める可能性があります。

いずれにせよ、地殻隆起は何らかの形で標高の上昇を招き、侵食率の上昇につながりますが、侵食と地殻隆起の相互作用の原因と結果の間に根本的なつながりをもたらすため、等圧隆起に主な焦点が当てられています。

アイソスタシーの原理を理解することは、侵食とテクトニクスの間で共有される相互作用とフィードバックを理解するための重要な要素です。アイソスタシーの原理によれば、リソスフェアは垂直方向に自由に移動できる場合、アセノスフェア内の適切なレベルで浮遊し、リソスフェアの基部よりかなり下のアセノスフェア内の補償深度での圧力は同じになります。^[3]アイソスタシー隆起は侵食の原因と結果の両方です。地殻の肥厚という形で変形が発生すると、アイソスタシー応答が誘発され、厚くなった地殻が沈み、周囲の薄い地殻が隆起します。結果として生じる表面隆起により標高が高まり、今度は侵食が誘発されます。^[5]一方、大量の物質が地球の表面から侵食されると、アイソスタシー平衡を維持するために隆起が発生します。アイソスタシーにより、広い水平領域にわたる高い侵食率は、下部地殻や上部マントルから物質を効果的に吸い上げることができます。このプロセスはアイソスタシーリバウンドとして知られており、大規模な氷河の氷床が除去された後の地球の反応に似ています。^[6]

等圧隆起とそれに伴う侵食は、地域規模の地質学的特徴と局所的な構造の形成に関係しています。その例を 2 つ挙げると、次のようになります。

• 大陸シールド– 一般的には、先カンブリア時代の結晶質火成岩と高品位変成岩が露出している、地球の地殻内の低起伏（<100 m）の広大な地域。 ^[3]シールドは、その縁やプレートの境界で起こっている活動と比較すると、地殻構造上安定した地域であると考えられていますが、その形成には大量の地殻構造活動と浸食が必要でした。シールドは、安定したプラットフォームとともに、大陸の基本的な地殻構造構成要素であるため、その発達を理解することは、地球上の他の地表構造の発達を理解する上で重要です。最初に、山脈帯が収束プレートの縁に形成されます。山脈帯からシールドへの変化は、主に次の 2 つの要因に依存しています。(1) 流水による山脈帯の浸食、および (2) 浸食による表層の岩石の除去から生じるアイソスタシー調整。この浸食とそれに続くアイソスタシー調整のプロセスは、システムがアイソスタシー平衡に達するまで続きます。この時点では、表面がほぼ海面まで浸食され、システムの平衡状態により隆起が停止するため、大規模な浸食はもはや発生しません。 ^{[3] [7]}

• 河川背斜– 侵食の激しい限られた地域 (河川など) の下にある岩石が集中的に隆起して形成された地質構造。侵食によって上部の岩石が急速に除去された結果生じるアイソスタシー反発により、地殻岩の弱い部分が河川の頂上から隆起します。これらの構造が形成されるには、河川の侵食速度が、その地域の平均侵食速度と造山帯の隆起速度の両方を超えている必要があります。これらの構造の形成に影響を与える 2 つの要因は、関連する河川の水力と、その地域の地殻の曲げ剛性です。水力の増加と曲げ剛性の減少の組み合わせにより、システムは横方向の背斜から河川背斜へと進行します。 ^[8]

チャネルフローは、高温で粘性のある地殻物質が上部地殻と岩石圏マントルの間を水平に流れ、最終的に地表に押し出されるプロセスを表します。このモデルは、いくつかの衝突造山帯、特にヒマラヤ-チベット高原システムの変成岩後背地に共通する特徴を説明することを目的としています。降雨量が多い（したがって侵食率が高い）山岳地帯では、深く削り取る川が形成されます。これらの川が地球の表面を侵食すると、2つのことが発生します。（1）下層の岩石への圧力が低下し、岩石が実質的に弱くなります。（2）下層の物質が表面に近づきます。この地殻強度の低下と侵食による隆起により、下層のチャネルフローが地球の表面に向かって方向転換されます。^{[9] [10]}

侵食という用語は、風化、溶解、摩耗、腐食、輸送など、物質が地球の表面から削り取られて他の場所に運ばれ、堆積する 一連の自然現象を指します。

• 差別侵食– 表面物質の抵抗力と硬度の違いにより、不規則または異なる速度で発生する侵食。柔らかく弱い岩石は急速に削り取られる一方、硬くて抵抗力のある岩石は尾根、丘、山を形成します。差別侵食は、地殻構造とともに、地球上の大陸地形の進化を左右する最も重要な要因の 2 つです。^[7]

侵食が地殻構造に及ぼす影響は、地表または地殻近くの物質（岩石、土、砂、レゴリスなど）が新しい場所に移動することで生じます。^[1]この物質の再分配は、移動した物質の量に応じて、その地域の重力応力の状態に大きな影響を与える可能性があります。地殻構造のプロセスは重力応力の現在の状態に大きく依存するため、地殻構造の物質の再分配は地殻構造の活動につながる可能性があります。^{[1]定義上、あらゆる形態の侵食は地球の表面から物質を削り取りますが、深部}河川の浸食によって生じる物質の消失プロセスは、地殻構造に最も大きな影響を及ぼします。

岩塊崩壊とは、主に重力の影響で、地表の物質が塊として斜面を下る地形学的プロセスである^[11]。急勾配の山を川が流れ下る際、川の流れが下にある岩を削り取るため、深い溝の浸食が起こる。溝の浸食が大きいと、斜面崩壊の発生に必要な重力の量が徐々に減少し、最終的に岩塊崩壊が起こる。^[1]このように大量の地表の物質が除去されると、平衡に達するまで隆起をもたらす等圧反応が誘発される。

最近の研究では、侵食と地殻変動のプロセスが、いくつかの地質学的特徴、特に造山帯の構造的進化に影響を及ぼしていることが示されています。砂の水平層をバックストップにゆっくりと押し付ける非常に有用なサンドボックスモデルは、侵食と堆積がある場合とない場合の造山帯の形成の形状、構造、運動学が大幅に異なることを示しています。^{[12] [13]}数値モデルはまた、造山帯の進化、最終的な地殻変動構造、高原の潜在的な発達はすべて、山岳地帯の長期的な気候、たとえば、優勢な風向の下での地形性上昇による造山帯の片側への降水量の集中に敏感であることも示しています。 ^[14]

• ダイナミックな地形
• 氷河のノコギリ
• 造山運動の崩壊
• 氷河期後の回復