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堆積とは、堆積物、土壌、岩石が地形または陸塊に追加される地質学的プロセスです。風、氷、水、重力によって 、以前に風化した表面物質が運ばれ、流体の十分な運動エネルギーが失われると、堆積して堆積層が形成されます。
これは、堆積物の輸送を担う力が重力と摩擦の力を克服するのに十分でなくなり、運動に対する抵抗が生じる場合に発生します。これはヌルポイント仮説として知られています。堆積は、有機由来の物質または化学プロセスによる堆積物の蓄積を指す場合もあります。たとえば、チョークは海洋プランクトンの微細な炭酸カルシウム骨格で部分的に構成されており、その堆積により化学プロセス (続成作用)が誘発され、さらに炭酸カルシウムが堆積します。同様に、石炭の形成は、嫌気性条件下で主に植物由来の有機物質が堆積することから始まります。
帰無点仮説
ヌルポイント仮説は、堆積物がその粒径に応じて海岸プロファイル全体にどのように堆積するかを説明します。これは水力エネルギーの影響によるもので、堆積物の粒子サイズが海に向かって細かくなるか、または流体力が各粒径の重力と等しくなります。[2]この概念は、「特定のサイズの堆積物は、その堆積粒子に作用する波や流れと平衡状態になる位置までプロファイルを横切って移動する可能性がある」と説明することもできます。[3]この選別メカニズムは、プロファイルの下り勾配の重力の影響と流れの非対称性による力を組み合わせたものです。正味の輸送がゼロの位置はヌルポイントとして知られ、1889年にコルナリアによって初めて提案されました。[3]図1は、堆積物の粒径と海洋環境の深さの関係を示しています。
ヌルポイント理論の根底にある第一原理は重力によるもので、細かい堆積物はより長い時間水柱内に留まるため、砕波帯の外に運ばれてより穏やかな条件下で堆積することができる。重力効果または沈降速度によって細かい堆積物の堆積場所が決まり、粒子の内部摩擦角によって海岸線上の大きな粒子の堆積が決まる。[3]海に向かって堆積物が細かくなる第2原理は、波下の非対称閾値仮説として知られている。これは、波の振動流と波紋ベッドフォーム上を非対称パターンで流れる潮汐との相互作用を説明したものである。[4]「波形の比較的強い陸打ちストロークは、波の風下側に渦または渦流を形成します。陸打ちの流れが続く限り、この渦流は波の風下に閉じ込められたままになります。流れが逆転すると、渦流は底から上向きに投げ出され、渦流によって生成された浮遊堆積物の小さな雲が波の上の水柱に排出され、堆積物の雲は波の沖打ちストロークによって海に向かって移動します。」[4]波紋の形が対称性がある場合、渦流は中和され、渦流とそれに関連する堆積物の雲が波の両側に発生します。[4]これにより、波の軌道運動が平衡状態にあるため、潮汐の影響を受けて移動する濁った水柱が作成されます。
ヌルポイント仮説は、ニュージーランドのアカロア港、英国のザ・ウォッシュ、中国本土の渤海湾と西黄世羅、および Ippen と Eagleson (1955)、Eagleson と Dean (1959、1961)、Miller と Zeigler (1958、1964) などの多数の研究で定量的に証明されています。
非粘着性堆積物の堆積
底質または浮遊物によって運ばれた大粒子の堆積物は、底質のせん断応力と流体の乱流が不十分で堆積物の動きが維持できない場合に静止します。[4]浮遊物の場合、粒子は水柱を通り抜ける必要があるため、この距離は長くなります。これは、粒子の下向きの重力と浮力と流体抵抗の組み合わせによって決まり、 [4] 次のように表すことができます。
下向きに働く重力の力 = 上向きに働く浮力 + 上向きに働く流体抗力[4]
どこ：
- π は円の円周と直径の比です。
- Rは球体の半径（m）です。
- ρは流体の質量密度（kg/m 3）であり、
- gは重力加速度（m/s 2）、
- C dは抗力係数であり、
- w s は粒子の沈降速度（m/s）です。
抗力係数を計算するには、粒子のレイノルズ数を知る必要があります。レイノルズ数は、堆積粒子が流れる流体の種類、つまり層流、乱流、またはその両方の混合に基づいて決まります。粒子のサイズが小さくなったり沈降速度が速くなったりして流体の粘性が高くなると、予測はそれほど単純ではなくなり、沈降のストークスの法則（摩擦力、抗力とも呼ばれる）を組み込むことが適用できます。[4]
凝集性堆積物の堆積
堆積物の凝集は、シルトや粘土に関連する小さな粒径、またはファイスケールで4ϕ未満の粒子で発生します。[4]これらの微粒子が水柱に分散したままの場合、個々の粒子の沈降速度にストークスの法則が適用されますが、[4]海水は強力な電解質結合剤であるため、個々の粒子が電気的結合を形成して互いに付着し、フロックを形成する凝集が起こります。 [4]「粘土板の表面はわずかに負に帯電し、端はわずかに正に帯電します。2つの板が互いに接近すると、一方の粒子の表面ともう一方の粒子の端が静電的に引き付けられます。」[4]フロックは、結合した質量が大きくなるため、粘土やシルトの個々の微粒子の場合よりも、落下速度が速くなり、より海岸方向への堆積につながります。
ヌルポイント理論の出現
アカロア港は、ニュージーランド、カンタベリー地方のバンクス半島、南緯43度48分 東経172度56分 / 南緯43.800度 東経172.933度 / -43.800; 172.933に位置している。この港は、死火山の活発な浸食作用によって形成されたもので、海がカルデラに浸水し、長さ16km、平均幅2km、中心軸の横断面から9km地点の平均海面からの深さ-13mの入り江を形成した。[5]主な嵐の波のエネルギーは、南方向から外港に無制限に吹き付ける一方、内港内の環境はより穏やかであるが、局地的な港湾の風が表面流と波を立て、海洋堆積作用に影響を及ぼしている。[6]その後の氷河期からの黄土の堆積物は、数千年にわたって火山の割れ目を埋め尽くし、[7]アカロア港に堆積する主な堆積物の種類として火山玄武岩と黄土が生まれました。
Hart ら (2009) [5] は、深浅測量、ふるい、ピペットによる潮間帯堆積物の分析から、堆積物の組織は、深さ、海岸線からの距離、港の中心軸に沿った距離という 3 つの主な要因に関連していることを発見しました。この結果、深さが増すにつれて、また港の中心軸に向かうにつれて堆積物の組織は細かくなり、粒度クラス サイズで分類すると、「中心軸のプロットされた横断面は、潮間帯のシルト質砂から内陸沿岸の砂質シルト、湾の外側のシルト、そして 6 メートル以上の深さの泥に至ります」。[5]詳細については、図 2 を参照してください。
他の研究でも、流体力の影響による堆積物の粒度の選別プロセスが示されています。Wang、Collins、Zhu (1988) [8]は、流体力の強さの増加と粒度の増加を定性的に相関させています。「この相関は、渤海湾(中国)の低エネルギー粘土質干潟、底質がシルト質である江蘇省沿岸 (中国)の穏やかな環境、およびザ・ウォッシュ(英国)の高エネルギー沿岸の砂質干潟で実証されました。」この研究は、異なる流体力学的エネルギー レベルの干潟、および侵食と堆積の両方の干潟に存在するヌル ポイント理論の決定的な証拠を示しています。
カービー・R（2002）[9]はこの概念をさらに推し進め、細かい粒子が空中に浮遊して沖合で再加工され、その下の細かい基質から分離された主な二枚貝と腹足類の殻の堆積物が残り、波と流れがこれらの堆積物を積み上げて潮汐帯全体にシェニエリッジを形成し、それが前浜プロファイルに沿って押し上げられる傾向があると説明しています。シェニエは前浜のどのレベルでも見られ、主に侵食が支配的な状態を特徴付けます。[9]
沿岸計画と管理への応用
ヌルポイント理論は、動的平衡または不安定平衡で機能し、多くの現場や実験室での観察では、プロファイル全体の各粒度でヌルポイントの状態を再現できなかったため、主流の沿岸科学への受け入れには議論がありました。[3]環境コンテキスト内での変数とプロセスの時間の経過に伴う相互作用は問題を引き起こします。「多数の変数、プロセスの複雑さ、観察の難しさはすべて、体系化の妨げとなるため、特定の狭い分野では基本的な物理理論は健全で信頼できるかもしれませんが、ギャップは大きいです。」[10]
地形学者、技術者、政府、計画担当者は、海岸の養浜、建築許可の発行、沿岸防衛構造物の建設などの作業を行う際に、ヌルポイント仮説に関連するプロセスと結果について認識しておく必要があります。これは、プロファイル全体の堆積物の粒度分析により、海岸のダイナミクスが変更された場合に起こり得る侵食または堆積速度を推測できるためです。計画担当者と管理者は、沿岸環境は動的であり、海岸プロファイルの変更を実施する前に文脈科学を評価する必要があることにも注意する必要があります。したがって、理論的研究、室内実験、数値および水力モデル化は、沿岸漂流と堆積物堆積に関する質問に答えることを目的としており、結果を単独で検討すべきではなく、純粋に定性的な観察データの膨大な量で計画または管理の決定を補完する必要があります。[2]
参照
- セメント化（地質学） – 堆積粒子を化学的沈殿で結合させるプロセス
- 交差層理 - 異なる角度の堆積岩層
- 漂流物（地質学） – 氷河起源の物質
- 凝集 – コロイド粒子が懸濁液から分離してフロックまたはフレークとして沈殿するプロセス
- 沿岸漂流物 – 沿岸流によって移動した堆積物
- オーバーバンク – 沖積地質堆積物
- 堆積岩 – 粒子の堆積とセメント化によって形成された岩石
- 堆積構造 – 堆積物の堆積中に形成された地質構造
- 沈降 – 粒子が液体の底に向かって移動し、沈殿物を形成するプロセス
- シールドパラメータ
- 選別- 堆積物の選別
- ストークスの法則 – 粘性流体中の物体の速度に関する方程式
- 表面堆積物 – 地質堆積物
参考文献
- ^ Oldale, Robert N. (1999). 「ケープコッドの海岸侵食：いくつかの質問と回答」。ケープナチュラリスト、ケープコッド自然史博物館のジャーナル。25 ：70–76。2016年3月15日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2016年10月15日閲覧。
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- ^ abcd Horn, Diane P (1992). 「平衡粒径と理想的な波状分布に関するレビューと実験的評価」.海洋地質学. 108 (2): 161–174. Bibcode :1992MGeol.108..161H. doi :10.1016/0025-3227(92)90170-M. ISSN 0025-3227.
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- ^ abcd Hart, Deirdre E.; Todd, Derek J.; Nation, Thomas E.; McWilliams, Zara A. (2009). Upper Akaroa Harbour Seabed Bathymetry and Soft Sediments: A Baseline Mapping Study (PDF) (Report). Coastal Research Report 1. University of Canterbury and DTec Consulting Ltd. ISBN 978-1-86937-976-6. ECan Report 09/44. 2016年2月1日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。2016年5月31日閲覧。
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- ^ Wang, Y.; Collins, MB; Zhu, D. (1988)。「開放海岸干潟の比較研究: The Wash (英国)、渤海湾、西黄世羅 (中国本土)」。沿岸域に関する国際シンポジウム議事録。北京: 中国海洋出版社。pp. 120–134。
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2601:247:C400:5E0:B9C2:ADE9:5C57:AF41 (トーク) 2024年12月3日 20:47 (UTC) [1] 2601:247:C400:5E0:B9C2:ADE9:5C57:AF41 (トーク) 2024年12月3日 20:47 (UTC)
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