シンクホール

シンクホールとは、地表層の何らかの崩壊によって生じた地面の窪みまたは穴のことです。この用語は、ドリーネ、シェイクホールとしても知られる囲まれた窪み、およびポノール、スワローホール、またはスワレットとして知られる地下通路に地表水が流れ込む開口部を指す場合にも使用されます。^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}セノーテは、地下水を露出させるタイプのシンクホールです。^{[ 4 ]}シンクとストリームシンクは、堆積物や砕けた岩への浸透によって地表水が排出される場所を表すより一般的な用語です。^{[ 2 ]}

ほとんどのシンクホールはカルスト作用、つまり炭酸塩岩の化学的溶解、崩壊、または窒息作用によって引き起こされます。 ^{[ 1 ] [ 5 ]}シンクホールは通常円形で、直径と深さの両方で数十メートルから数百メートルまでの大きさがあり、土で覆われたボウルから岩盤で縁取られた裂け目まで、形状も様々です。シンクホールは徐々に、または突然形成され、世界中で見られます。^{[ 2 ] [ 1 ]}

人間の活動はカルスト陥没穴の崩壊を加速させ、自然条件下では数千年かけて進行するはずの崩壊を数年以内に引き起こす可能性がある。^{[ 17 ]： 2 [ 18 ] [ 16 ]： 1および92}土壌崩壊陥没穴は、土壌が下層の岩盤空洞に落下して形成された土壌の空洞が崩壊することを特徴とし、生命と財産に最も深刻な危険をもたらす。水位の変動はこの崩壊プロセスを加速させる。水が岩の亀裂を通って上昇すると、土壌の凝集力が低下する。その後、水位が低下すると、軟化した土壌が岩盤空洞に浸透する。カルスト水路を流れる水は土壌を運び去り、岩盤空洞への土壌の蓄積を防ぎ、崩壊プロセスを継続させる。^{[ 19 ]： 52-53}

人為的に誘発された陥没穴は、人間の活動によって地表水が地下水を涵養する方法が変化する場所で発生します。人為的に誘発された陥没穴の多くは、自然な拡散涵養が阻害され、地表水が集中する場所で発生します。陥没穴の崩壊を加速させる可能性のある活動には、木材の伐採、溝掘り、パイプライン、下水道、水道管、雨水排水路の敷設、掘削などがあります。これらの活動は、地下水の自然な涵養速度を超えて水の下方への移動を増加させる可能性があります。^{[ 17 ]： 26-29}道路、屋根、駐車場などの不浸透性表面からの流出量の増加も、人為的に誘発された陥没穴の崩壊を加速させます。^{[ 16 ]： 8}

人為的に発生する陥没穴の中には、ひび割れ、沈下、ドアの詰まり、ひび割れ音などの警告サインが先行するものもあるが、ほとんど、あるいは全く警告なしに発生するものもある。^{[ 17 ]： 32-34}しかし、カルスト地形の発達はよく理解されており、適切な地盤特性評価によってカルスト災害を回避できる。したがって、ほとんどの陥没穴災害は「天災」ではなく、予測可能で予防可能なものである。 ^{[ 20 ]： xii [ 16 ]： 17および104}米国土木学会は、カルスト地域における土地利用計画には陥没穴崩壊の可能性を考慮に入れなければならないと宣言している。構造物の陥没崩壊が人命損失につながる可能性がある場合、一般市民にそのリスクを周知させるべきである。^{[ 19 ]： 88}

陥没穴の崩壊が最も起こりやすい場所は、既に陥没穴が密集している地域です。これらの陥没穴の存在は、地下に洞窟系やその他の不安定な空洞が存在することを示しています。[21] 石灰岩に大きな空洞が存在する場合、フロリダ州ウィンターパークの陥没穴崩壊のように、大規模な地表崩壊が発生する可能性があります^{。 [ 16} ]：^{91-92カルスト地域における土地}利用に関する推奨事項は、地表面と自然排水の改変を避けるか最小限に抑えることです。^{[ 17 ]： 36}

水位の変化は陥没穴の崩壊を加速させるため、水位の変化を最小限に抑える対策を講じる必要があります。陥没穴の崩壊が最も起こりやすい地域を特定し、回避することができます。^{[ 19 ]： 88}カルスト地域では、構造物を支える土壌の能力に関する従来の基礎評価（支持力と沈下）に加えて、下層の岩盤の空洞や欠陥を調べるための地盤工学的調査を実施する必要があります。 ^{[ 19 ]： 113}カルスト地域では土壌/岩盤の表面が非常に不規則であるため、単位面積あたりに必要な地下サンプル（ボーリングとコアサンプル）の数は、通常、非カルスト地域よりもはるかに多くなります。^{[ 19 ]： 98-99}

2015年、米国地質調査所は、カルスト関連のプロセスに起因する被害の修復費用を過去15年間で年間少なくとも3億ドルと推定したが、不十分なデータに基づくとこれは大幅な過小評価である可能性があると指摘した。^{[ 22 ]}米国でカルストの陥没穴による被害が最も大きいのは、フロリダ州、テキサス州、アラバマ州、ミズーリ州、ケンタッキー州、テネシー州、ペンシルベニア州である。^{[ 23 ]}米国で最近発生した最大の陥没穴は、おそらく1972年にアラバマ州モンテバロで、近くの採石場で人為的に水位を下げた結果として形成されたものである。この「ディセンバー・ジャイアント」または「ゴリー・ホール」と呼ばれる陥没穴は、長さ130メートル（425フィート）、幅105メートル（350フィート） 、深さ45メートル（150フィート）である。^{[ 17 ] : 1–2 [ 19 ] : 61–63 [ 24 ]}      

カルスト地形による危険が深刻なその他の地域としては、スペイン北部のエブロ盆地、サルデーニャ島、イタリア半島、イングランド南部の白亜紀の地域、中国の四川省、ジャマイカ、フランス^{[ 25 ]}、クロアチア^{[ 26 ]}、ボスニア・ヘルツェゴビナ、スロベニア、そして国土の3分の1がカルスト地形であるロシア^{[ 27 ]などが挙げられる。}

シンクホールはカルスト地形に発生する傾向がある。^{[ 12 ]}カルスト地形には、狭い範囲に数千ものシンクホールが存在することがあり、地形に穴が開いたような外観を与えている。これらのシンクホールはすべての水を排出するため、これらの地域には地下河川しか存在しない。多数の巨大なシンクホールがあるカルスト地形の例としては、カムムアン山脈（ラオス）やマモ高原（パプアニューギニア）などがある。 ^{[ 28 ] [ 29 ]}砂岩に形成された既知の最大のシンクホールは、ベネズエラのシマ・フンボルトとシマ・マルテルである。^{[ 29 ]}

シンクホールの中には、均質な石灰岩の厚い層に形成されるものもあります。シンクホールの形成は、降雨量が多い場合によく起こる地下水流の増加によって促進されます。このような降雨は、パプアニューギニアのニューブリテン島にあるナカナイ山脈の巨大なシンクホールの形成を引き起こします。 ^{[ 30 ]}強力な地下河川は、石灰岩と下にある不溶性の岩石との接触面に形成され、大きな地下空洞を作り出すことがあります。

このような状況下では、深さ662メートル（2,172フィート）の小寨天坑（中国、重慶）、メキシコのケレタロ州とサン・ルイス・ポトシ州にある巨大なソタノなど、世界最大のシンクホールが形成されています。^{[ 29 ] [ 31 ]} 

タマウリパス州（メキシコ）のザカトン地質系には、火山性の酸性地下水によって形成された20以上のシンクホールやその他のカルスト地形があり、これは特異なプロセスによって形成されたものです。 ^{[ 32 ] [ 33 ]}これにより、世界で最も深い水で満たされたシンクホールであるザカトンが形成されただけでなく、シンクホールの上部でトラバーチンが堆積するという独特のプロセスも生じ、シンクホールがトラバーチンの蓋で覆われる結果となりました。^{[ 33 ]}

北米の米国フロリダ州は、特に州中央部で頻繁に陥没穴が発生することで知られています。その地域の石灰岩は1500万年から2500万年前のものです。州の端では陥没穴はまれで、存在しない場合もあります。その地域の石灰岩は約12万年前のものです。 ^{[ 34 ]}

イタリア南部のムルジェ地方にも多数の陥没穴がある。陥没穴は、大量の雨によって貯水池に形成されることがある。^{[ 35 ]}

北極海の海底では、メタン排出によって大きな陥没穴が形成されている。^{[ 36 ] [ 37 ]}

シンクホールは何世紀にもわたって様々な種類の廃棄物の処分場として利用されてきた。その結果、地下水資源が汚染され、そのような地域では深刻な健康被害が生じている。^{[ 38 ] [ 39 ]}

マヤ文明では、ユカタン半島の陥没穴（セノーテとして知られる）を貴重品や人身御供を納める場所として利用することがあった。^{[ 40 ]}

シンクホールが非常に深い場合や洞窟と繋がっている場合は、経験豊富な洞窟探検家や、水が満たされている場合はダイバーにとって挑戦となる可能性があります。最も壮観な例としては、メキシコのザカトン・セノーテ（世界で最も深い水で満たされたシンクホール）、南アフリカのボエスマンスガット・シンクホール、ベネズエラのサリサリニャマ・テプイ、メキシコのソタノ・デル・バロ、南オーストラリアのマウント・ガンビアの町などがあります。サンゴ礁や島に形成され、巨大な深さまで陥没するシンクホールはブルーホールとして知られており、しばしば人気のダイビングスポットになります。^{[ 41 ]}

大きくて見た目が珍しい陥没穴は、古くから地元の人々によく知られていました。現在では、陥没穴は場所固有の名前または一般的な名前でグループ化され、命名されています。そのような名前の例を以下に示します。^{[ 42 ]}

• アヴェン– フランス南部（この名前はオック語で「穴の洞窟」を意味する）。
• ブラックホール（宇宙のブラックホールと混同しないように） – この用語は、バハマ諸島にある独特な円形の水で満たされた窪地のグループを指します。これらの地形は、海水によって上から炭酸塩泥に溶解しているようです。水の暗い色は、深さ15～20メートル（49～66フィート）の濃い紫色の層に集中している光合成微生物の層によって引き起こされます。この層は光を「飲み込みます」。微生物の層での代謝により水が加熱されます。そのうちの1つがアンドロス島のブラックホールです。^{[ 43 ]}  
• ブルーホールとは、もともとバハマ諸島の深い海底にある陥没穴を指す名称でしたが、現在では炭酸塩岩に形成された水で満たされた深い窪み全般を指す言葉として広く用いられています。この名称は、陥没穴の水が深い青色をしていることに由来します。これは、水の透明度が高く、陥没穴の深さが非常に深いため、可視光線の中でも深い青色だけがその深さまで透過し、反射して戻ってくることができるからです。
• セノーテとは、ユカタン半島、ベリーズ、その他いくつかの地域に見られる、水で満たされた特徴的な陥没穴のことです。セノーテの中には、チクシュルーブ・クレーターの縁の上に形成されたものもあり、クレーターの存在を特定するのに役立ちました。
• ドリーナ– カルスト地形の陥没穴を指す国際的に使用されているスロベニアの地名。元の意味は「谷」または「谷間」である。^{[ 44 ]}
• フォイバ（Foiba）は、イタリア語のフリウリ＝ヴェネツィア・ジュリア州、クロアチア、スロベニアの国境地帯にあるカルスト高原の陥没穴を指す言葉です（ラテン語のfŏvea：「穴」または「裂け目」に由来）。
• ソタノス― この名前は、メキシコのいくつかの州にある巨大な穴に付けられている。
• 天坑（ティエンケン）とは、非常に大きな陥没穴で、通常は深さと幅が250メートル（820フィート）を超え、壁面はほとんど垂直で、多くの場合、洞窟の崩落によって形成されたものです。この用語は中国語で「空の穴」を意味し、この種の巨大な陥没穴の多くは中国にあります。^{[ 20 ]： 64}  
• Tomo – この用語はニュージーランドのカルスト地帯でシンクホールを表すのに使われます。 ^{[ 45 ]}
• Vrtača、ponikva、dolac、dô – 陥没穴を意味するクロアチア語。^{[ 44 ] [ 46 ]}

2010年のグアテマラシティの陥没穴は、同年5月に突然発生しました。熱帯低気圧アガサによる豪雨と排水システムの不備が原因とされています。陥没穴は3階建ての建物と家屋を飲み込み、幅約20メートル、深さ約30メートルでした。^{[ 47 ]} 2007年2月にも、近くで同様の陥没穴が発生していました。 ^{[ 48 ] [ 49 ] [ 50 ]}    

この大きな垂直の穴は、石灰岩、ドロマイト、大理石、またはその他の水溶性岩石の溶解によって形成されたものではないため、真のシンクホールではありません。^{[ 51 ] [ 52 ]}むしろ、これらは、都市の下にある脆弱で崩れやすい第四紀火山堆積物に発達した大きな空洞の崩壊によって形成された「パイピング擬似カルスト」の例です。脆弱で崩れやすいものの、これらの火山堆積物は垂直な面を形成し、内部に大きな地下空洞を発達させるのに十分な凝集力を持っています。最初に「土壌パイピング」と呼ばれるプロセスによって大きな地下空洞が形成されました。漏水した水道管からの水がこれらの火山堆積物を通過し、細かい火山物質を機械的に洗い流し、その後徐々に粗い物質を侵食して除去しました。最終的に、これらの地下空洞は十分に大きくなり、天井が崩落して大きな穴ができました。^{[ 51 ]}

クラウンホールとは、鉱山や軍事塹壕などの地下での人間の活動による地盤沈下のことである。^{[ 53 ] [ 54 ]}例としては、ベルギーのイーペルにある第一次世界大戦の塹壕の上、スロバキアのニトラにある鉱山の近く、^{[ 55 ]}イギリスのダドリーにある石灰岩採石場、 ^{[ 55 ] [ 56 ]}アイルランドのマゲラクルーンにある古い石膏鉱山の上などが挙げられる。^{[ 54 ]}

世界最大のシンクホールのいくつかは次のとおりです。^{[ 29 ]}

 この記事には、米国地質調査所のウェブサイトや文書からのパブリックドメインの資料が含まれています。

参考文献

• ティルズ、トニー（2013）、『サイエンス・イヤー』、ワールドブック社、ISBN 978-0-7166-0567-6

• 米国地質調査所水科学スクールのシンクホールに関するページ
• デイリー・テレグラフ紙が掲載した31個の陥没穴のスライドショー
• テキサス州で発生した陥没穴の映像（2008年5月8日）
• 各州で最も深い「穴」を示すGoogleマップ（アンディ・マーティン撮影）
• テネシー州の陥没穴：54,000個以上
• ジェームズ、ヴィンセント（2014年2月18日）「シンクホールとは何か、どのように形成されるのか、なぜこれほど多く見られるのか？」インディペンデント紙。 2014年2月19日閲覧。