Loading article…
海底地すべりは、大陸棚を越えて深海に堆積物を運搬する海洋地すべりです。海底地すべりは、下向きの駆動応力（重力やその他の要因）が海底斜面物質の抵抗応力を上回ったときに発生し、1つまたは複数の凹面から平面の破断面に沿って動きが生じます。海底地すべりは、1°程度の傾斜面を含むさまざまな環境で発生し、人命と財産の両方に大きな被害をもたらす可能性があります。近年、サイドスキャンソナーやその他の海底マッピング技術の使用により、海底地すべりの性質とプロセスに関する理解が進んでいます。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
海底地すべりには、地すべり物質の地質学的特性と海底環境に影響を与える一時的な環境要因の両方に関連するさまざまな原因があります。地すべりの一般的な原因には、i) 脆弱な地質層の存在、ii)堆積物の急速な蓄積による過剰圧力、iii)地震、iv) 暴風波荷重とハリケーン、v)ガスハイドレートの解離、vi)地下水の浸透と高い間隙水圧、vii)氷河荷重、viii)火山島の成長、ix) 過度の傾斜などがあります。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]
脆弱な地質層の存在は、あらゆる規模の海底地滑りに寄与する要因である。これは、スワス測深マッピングや3D地震反射データなどの海底イメージングによって確認されている。脆弱な地質層は遍在しているにもかかわらず、その性質や特性についてはほとんど知られていない。これは、それらの地質層がほとんどサンプリングされておらず、地質工学的研究もほとんど行われていないためである。脆弱な地質層によって引き起こされた地滑りの例としては、ノルウェー近海で発生した総体積3,300 km 3のストアレッガ地滑りがある。[ 3 ] [ 4 ]
堆積物の急速な堆積による過剰圧力は、脆弱な地質層と密接に関係している。急速な堆積による過剰圧力によって引き起こされた地滑りの例としては、1969年にハリケーン・カミールがミシシッピ川デルタを襲った後に発生した事例がある。[ 2 ]
地震は、ほとんどの大規模な海底地滑りを引き起こす重要な要因です。地震は大きな環境ストレスをもたらし、間隙水圧の上昇を促進し、崩壊につながる可能性があります。 1929年のグランドバンクス地滑りは地震によって引き起こされ、地震後に20 km 3の海底地滑りが始まりました。 [ 3 ] [ 5 ]地中海では、記録されているほとんどの海底地滑りは、海底峡谷の形成のように、地震または斜面侵食によって発生しているようです。[ 6 ]
暴風波の負荷やハリケーンは浅瀬での海底地滑りを引き起こす可能性があり、 1969年にハリケーン・カミーユの後にミシシッピ・デルタで発生した地滑りの一因となった要因の一つとして認識されている。[ 2 ]
複数の研究により、多くの海底斜面の下にはガスハイドレートが存在し、地滑りの引き金となる可能性があることが示されています。ガスハイドレートは、水と天然ガスからなる氷のような物質で、海底で通常見られる温度と圧力の条件下で安定しています。温度が上昇したり圧力が低下したりすると、ガスハイドレートは不安定になり、ハイドレートの一部が解離して気泡相の天然ガスを放出します。間隙水の流れが阻害されると、このガスの充填により間隙水圧が過剰になり、斜面の安定性が低下します。ガスハイドレートの解離は、米国東海岸沖の水深1000～1300mでの地滑りや、ノルウェー東海岸沖のストアレッガ地滑りの原因となったと考えられています。[ 2 ] [ 7 ]
地下水の浸透と間隙水圧の上昇は、海底地滑りを引き起こす可能性があります。間隙水圧の上昇は滑りに対する摩擦抵抗を低下させ、通常の堆積プロセスによって生じる場合もあれば、地震、ガスハイドレートの解離、氷河荷重などの他の原因と組み合わさる場合もあります。[ 3 ]
氷河荷重の結果として氷河縁辺部で発生する堆積物の崩壊は一般的であり、フィヨルドにおける比較的小規模な質量移動プロセスから数千平方キロメートルに及ぶ大規模な地滑りまで、幅広い規模で発生する。氷河荷重によって誘発される地滑りにおいて重要な要因は、変動する氷河前線の荷重と除荷による地殻の屈曲、排水と地下水の浸透の変化、低塑性シルトの急速な堆積、半遠洋性間氷期堆積物上のモレーンとティルの急速な形成である。氷河荷重が海底地滑りを引き起こす例として、ノルウェー北部のニク地滑りがある。[ 2 ] [ 8 ] [ 9 ]
火山島の成長による斜面崩壊は、地球上で最大規模であり、数立方キロメートルもの体積を伴います。崩壊は、崩壊しやすい脆弱な海洋堆積物の上に大量の溶岩 が形成されることで発生します。崩壊は、2500メートルを超える火山体で特に多く発生しますが、2500メートル未満の火山体ではまれです 。地滑りの挙動には大きなばらつきがあり、火山の上部の成長にかろうじて追いつく程度のものもあれば、遠くまで前進し、200キロメートルを超える地滑りの長さに達するものもあります。火山島の海底地滑りは、ハワイ諸島[ 1 ] [ 10 ] [ 11 ]やカーボベルデ諸島[ 12 ] などの場所で発生しています。
傾斜の急化は、海流による浸食によって引き起こされ、海底地滑りの引き金となる可能性がある。[ 2 ]
原因と結果として生じる地滑りの関係が明確な場合もあれば（例えば、傾斜が急すぎる斜面の崩壊など）、そうでない場合もある。ほとんどの場合、地滑りの発生には複数の要因が関与している可能性がある。これはノルウェー大陸斜面で顕著に見られ、StoreggaやTraenadjupetなどの地滑りの発生場所は脆弱な地質層と関連している。しかし、これらの脆弱層の位置は、堆積様式の地域的な変動によって決まり、その変動自体は、氷期と間氷期の気候変動などの大規模な環境要因によって制御されている。上記のすべての要因を考慮しても、最終的には、地滑りが最終的に発生するには地震が必要であると計算された。[ 1 ] [ 3 ]
海底地滑りが一般的に見られる環境は、フィヨルド、大陸縁辺部の活発な河川デルタ、海底峡谷扇状地システム、開けた大陸斜面、海洋火山島および海嶺である。[ 1 ]
海底地滑りにはさまざまな種類があります。これらの動きはすべて相互に排他的であり、たとえば、地滑りは落下にはなり得ません。地滑りなどの一部の地滑りは、崩壊した塊の移動がわずかであったことを示す、段差状の形態の乱れによって区別できます。地滑りで移動した物質は、高歪みの薄い領域上を移動します。流れでは、地滑り帯はむき出しになり、移動した塊は地滑りの発生源から数百キロメートル離れた場所に堆積する可能性があります。落下の移動した堆積物は、主に水中を移動し、落下、跳ね返り、転がります。海底環境にはさまざまな地滑りが存在しますが、重力による堆積物輸送に大きく寄与するのは、地滑り、土石流、混濁流だけです。[ 2 ] [ 3 ]
最近の3D地震探査マッピングの進歩により、アンゴラとブルネイ沖の海底地滑りの壮大な画像が明らかになり、運ばれたブロックの大きさや海底に沿ってどのように移動したかが詳細に示されています。[ 13 ] [ 14 ]
当初、粘着性堆積物中の海底地すべりは、徐々に崩壊が進み、水が巻き込まれることで、斜面を下るにつれて地すべりから土石流、混濁流へと系統的かつ順次的に発達すると考えられていた。しかし、図3に示すように、地すべりの中には混濁流に変化することなく数百キロメートルも移動するものもあれば、発生源付近で完全に混濁流に変化するものもあるため、このモデルは単純化しすぎであると考えられている。このような様々な海底地すべりの発達のばらつきは、移動した塊における速度ベクトルの発達と関連している。地中の応力、堆積物の特性（特に密度）、および崩壊した塊の形態によって、地すべりが破断面に沿って短い距離で停止するか、長距離を移動する流れに変化するかが決まる。[ 1 ] [ 2 ]
堆積物の初期密度は、流れへの移動と滑りが移動する距離に重要な役割を果たします。堆積物が柔らかく流動性のある物質であれば、滑りは長距離を移動し、流れが発生する可能性が高くなります。しかし、堆積物が硬い場合は、滑りは短い距離しか移動せず、流れが発生する可能性は低くなります。さらに、流動性は、崩壊イベント全体を通して落下する堆積物に伝達されるエネルギー量にも依存する可能性があります。大陸縁辺部の大規模な地滑りは複雑な場合が多く、海底地滑りの残骸を調査すると、滑り、土石流、混濁流の要素がすべて明らかになることがあります。[ 1 ] [ 2 ] [ 7 ] [ 14 ]
海底地滑りに伴う主な危険は、インフラの直接的な破壊と津波である。
地滑りは、光ファイバー海底通信ケーブルやパイプラインの断線、沖合掘削プラットフォームの損傷など、インフラに重大な経済的影響を与える可能性があり、1°程度の傾斜角でも継続する可能性があります。海底ケーブルの損傷の例は、1929年のグランドバンクス地滑りで発見されました。この地滑りとそれに伴う混濁流により、地滑りの開始地点から最大600km近く離れた一連の海底ケーブルが切断されました。 [ 1 ] [ 3 ] [ 5 ] 1969年にハリケーン・カミーユがミシシッピデルタを襲った際にもインフラが破壊され、地滑りによって複数の沖合掘削プラットフォームが損傷しました 。[ 2 ]
海底地滑りは津波を引き起こすと重大な危険をもたらす可能性があります。さまざまなタイプの地滑りが津波を引き起こす可能性がありますが、結果として発生する津波はすべて、津波の近くで大きな遡上高があるものの、地震による津波に比べて減衰が速いなど、類似した特徴を持っています。その例として、1998年7月17日のパプアニューギニアの 地滑り津波があり、高さ15mにも達する波が 海岸の20km区間を襲い、2,200人が死亡しましたが、遠方では津波は大きな危険にはなりませんでした。これは、ほとんどの地滑り津波の発生源領域が（大地震の影響を受ける領域に比べて）比較的小さいため、波長の短い波が発生するためです。これらの波は、沿岸増幅（局所的な影響を増幅する）と放射状減衰（遠方の影響を減少させる）の影響を大きく受けます。[ 3 ] [ 15 ]
地滑りによって発生する津波の規模は、地滑りの地質学的詳細（フルード数[ 16 ]など）と、津波発生をシミュレートするために使用されるモデルの流体力学に関する仮定の両方に依存するため、不確実性の幅が大きくなります。一般的に、地滑りによって発生する津波は、地震によって発生する津波よりも距離とともに急速に減衰します[ 17 ]。これは、地滑りによる津波は発生源で双極子構造を持つことが多く[ 18 ]、放射状に広がり、波長が短い（波のエネルギー損失率は波長に反比例する、つまり波の波長が長いほどエネルギー損失が遅くなる） [ 19 ]のに対し、地震による津波は発生源の断層に垂直に伝播するにつれてほとんど拡散しないためです[ 20 ]。特定の津波モデルが正しいかどうかをテストすることは、巨大な崩壊がまれであるため複雑です[ 21 ] 。
最近の調査結果によると、津波の性質は、原因となる地滑りの体積、速度、初期加速度、長さ、厚さに依存することがわかっています。体積と初期加速度は、地滑りが津波を形成するかどうかを決定する重要な要素です。地滑りの急激な減速も、より大きな波を引き起こす可能性があります。地滑りの長さは、波長と最大波高の両方に影響を与えます。地滑りの伝播時間または到達距離も、結果として生じる津波の波長に影響を与えます。ほとんどの場合、海底地滑りは著しく亜臨界であり、つまりフルード数（地滑り速度と波の伝播の比）は1よりかなり小さくなります。これは、津波が波を発生させる地滑りから離れ、波の蓄積が妨げられることを示唆しています。浅瀬での崩壊は、伝播速度が遅いため波がより臨界的であるため、より大きな津波を発生させる傾向があります。さらに、浅瀬は一般的に海岸に近いため、津波が海岸に到達するまでに半径方向の減衰が少なくなります。逆に、地震によって引き起こされる津波は、海底の変位が深海で発生する場合に、より深刻になります。これは、最初の波（水深の影響を受けにくい）の波長が短く、深い水から浅い水へと伝わるときに大きくなるためです。[ 3 ] [ 15 ]
海底地滑りがインフラに及ぼす影響は甚大であり、地滑りによって発生する津波は破壊的かつ致命的なものとなる可能性がある。
ストアレッガ地滑りは、世界中で発見された最近の海底地滑りの中で最大級のものです。北大西洋の他の多くの海底地滑りと同様に、更新世から完新世にかけてのものとされています。このような大規模な海底地滑りは、北半球氷河期（NHG）または氷河後退期に最も頻繁に発生したと解釈されています。[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]氷河期または氷河後退期には、一連の地質学的プロセスによって海底大陸縁辺の浅い構造が大きく変化しました。たとえば、氷河期中の海面変動とそれに伴う海面低下は、侵食プロセスを加速させました。前進または後退する氷河は大陸を侵食し、大陸棚に大量の堆積物をもたらしました。これらのプロセスにより、河川扇状地デルタに似たトラフ口扇状地が形成されました。大量の堆積物が蓄積すると、斜面崩壊が促進され、地下構造では土石流が積み重なったような現象が観察される。滑りは、ガスハイドレートの溶解、その他の流体、あるいは堆積層内の堆積物の特性の差異などにより、有効間隙水圧が高くなりせん断強度が低下した脆弱な層に沿って頻繁に発生する。氷河の衰退に伴う地殻均衡回復によって引き起こされる地震は、一般的に最終的な地滑りの引き金になると考えられている。
近年、地球物理学的探査手法を用いてノルウェー大陸縁辺部の地下地質記録の複数の場所で、ストレッガ地滑りの堆積物よりも体積がはるかに大きい一連の巨大な土砂移動堆積物（MTD）が発見されている。これらのMTDは、最も新しい高氷期のどの斜面崩壊よりも規模が大きい。個々の堆積物の 厚さは最大1kmに達し、最大のものは 長さが最大300kmにも及ぶ。地震探査法で画像化された内部構造は、時には透明であったり、混沌とした特徴を示しており、地滑り塊の崩壊を示唆している。他の例では、ほぼ平行な層状構造が、大規模な凝集滑り／崩落を裏付けている。局所的な過剰圧力は、重力によって駆動される水に富む堆積物のほぼ垂直な移動を示すダイアピル構造によって示されている。ノルウェーとスバールバル諸島の海盆には、これらの巨大なMTDが複数存在し、その年代は鮮新世の270万～230万年前から約50万年前まで及ぶ。ロフォーテン海盆でも同様の巨大なMTDが検出されているが、この場合、すべての地滑りは約100万年前より新しい。[ 30 ]巨大な地滑りの発生と北半球の氷河作用との関係については、現在も議論が続いている。