ビーチカスプ
ビーチカスプは、様々な粒度の堆積物が弧状に重なり合う海岸線の形成物です。ホーンは粗い堆積物で構成され、湾入部はより細かい堆積物を含んでいます。
ビーチカスプは世界中で見られ、小石のビーチなどの粗い堆積物のある海岸で最も顕著です。ただし、堆積物のサイズに関係なく発生する可能性があります。ほとんどの場合、同じサイズと間隔のカスプが海岸線に沿って規則的なパターンで現れます。これらのカスプは、ほとんどの場合、数メートルの長さです。ただし、幅が 60 メートル (200 フィート) に達することもあります。ビーチ カスプの起源はまだ証明されていませんが、カスプが一度生成されると、自立した構造になります。これは、向かってくる波がビーチ カスプのホーンに当たると、波が分割されて 2 つの方向に強制されるためです。波がカスプに衝突すると速度が遅くなり、粗い堆積物が懸濁液から落ちてホーンに堆積します。次に、波は湾に沿って流れ (細かい堆積物を巻き込み)、中央で互いにぶつかります。この衝突の後、これらの波は海へ戻ろうとしますが、そこで入ってくる波と出会います。そのため、カスプが形成されると、粗い堆積物がホーンに堆積し続け、細かい堆積物は湾から侵食されていきます。[ 1 ]このプロセスにより、ホーンと湾は少なくともその大きさを維持し、場合によっては拡大します。
形成
ビーチカスプが形成される理由についてはさまざまな説がありますが、現在のところ、実際に信憑性のある説明は 2 つしかありません。
定在波理論
定在エッジ波理論は、海岸線付近において、海岸に接近する波と、海岸線に垂直に発生する「エッジ波」と呼ばれる波との相互作用に基づいています。海岸付近の海域に定期的に到来する波は、到来波の方向と垂直な波の発達を引き起こします。これらを「エッジ波」と呼びます。これらのエッジ波は海岸線付近に閉じ込められ、2つのエッジ波が反対方向から衝突すると、定在エッジ波が形成されます。これらの波の運動パターンは固定されているため、節点と腹点という2つの関心領域として定義できます。
腹点は、水位の上昇と下降のすべての動きが発生する場所であり、一連の山と谷を作り出します。これらの腹点の間には、垂直方向の動きが発生しない節点があります。入ってくる波はほぼ均一な高さですが、定在エッジ波と衝突すると高さが変わります。山に衝突すると波の高さが増加し、谷に衝突すると高さが減少します。隣の図では、2 つの波が互いに打ち消し合って平らな面を形成しています。ただし、これは非常に単純化されたイベントのバージョンです。入ってくる波はエッジ波と同じ波周期であるため、入ってくる波は、定在波が変化するのと同じ周期で山から谷に変化し、同じパターンを維持します。これらは同期波として知られ、非常にまれです。
より一般的な定在波は分数調波であり、その周期は入射波の2倍になることがあります。これにより、入射波が山から谷まで1周期を完了するまでに、定在波は2周期を完了しているため、はるかに複雑な波動システムが形成されます。つまり、入射波の谷間にある定在波の山は、入射波が変化する前に谷に変化します。そのため、当初高さが上昇していたものが、今度は下降することになります。これは基本的に、入射波の長さに沿って、定在波との相互作用によって引き起こされる山と谷が一定間隔で出現し、これがビーチカスプの形成を引き起こすことを意味します。
波高が上昇した地域では波の力が強くなり、侵食が進みます。一方、波高が下がった地域では波の力が弱まり、侵食はそれほど進みません。これがカスプの形成です。侵食が大きい地域はカスプの湾となり、侵食が小さい地域はホーンとなります。
定在エッジ波理論の問題点は、カスプの初期形成のみを説明し、その後の継続的な成長は説明できないことです。これは、カスプのサイズが大きくなるにつれて、エッジ波の振幅がもはや要因にならないレベルまで減少するためです。
自己組織化
この理論は当初、その複雑さゆえに否定されていましたが、より高度なコンピュータシミュレーションを用いることで、定在波理論に代わる妥当な代替理論として発展しました。この理論は、規則的に並ぶビーチカスプの形成を説明する2つの主要な論点を有しています。
一つ目は、ビーチの形状と水の流れの間の正のフィードバックによって起伏パターンが形成されることです。平坦なビーチでは、表面領域は周囲よりもわずかに低い起伏で発達します。起伏の低い領域は水粒子を引き寄せて加速するため、粒子のエネルギーが増加し、その領域はさらに侵食されます。正のフィードバックにより、その領域はますます侵食され、湾が形成されます。これらの起伏の低い領域の発達により、平均ビーチ水位が低下し、当初は水面レベルにあった領域が平均より低くなり、結果として起伏の高い領域になります。起伏の高い領域では水の流れが遅くなり、その上に堆積物が堆積してその影響が増大します。こうして角が形成されます。
カスプの均一な間隔は、ビーチが平面内の変化を減らすために自らを再配置しようとするときにビーチ表面が滑らかになり、ビーチに沿った表面勾配が伝達されることによって生じます。
カスプの規則的な間隔に関する2つ目の重要な点は、負のフィードバックによって、よく形成されたカスプ内での純侵食量と堆積量が減少することです。波が浜に打ち寄せると、まずカスプホーンに接触し、水流が減速します。これにより水はエネルギーを失い、運んでいる重い堆積物の一部が堆積します。しかし、この堆積物の損失は水に余分なエネルギーを与え、このエネルギーを利用して湾内の堆積物を逆流で除去します。
この理論の問題点は、このカスプ形成方法には時間がかかることです。もし実際に観察すると、海岸沿いにランダムにカスプが形成され、その後、小さなカスプが合体し、大きなカスプが二つに分かれるなど、サイズが均一化していくにつれて海岸沿いにゆっくりと広がっていくでしょう。しかし、実際には、カスプはほぼ瞬時に規則的なパターンを形成し、すべて同時に現れます。
フィールドスタディ
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近年、ビーチカスプの形成が定在波の存在と関連しているのか（定在波理論）、変化する地形とスワッシュ運動の間の自己組織化フィードバックの結果なのか（自己組織化理論）、あるいは他のあまり一般的ではないメカニズムに起因するのかについて、かなりの議論が行われています。
フランス国立科学研究センターは、過去50年間にわたる実験室実験とフィールド研究から膨大なデータを収集し、2つの主要なカスプ形成仮説の予測を検証しました。これらの分析は、従来の試みよりも多くのデータを用いており、カスプの発達とエッジ波およびスワッシュ・セジメントフィードバックとの間に関連性がある可能性があり、これまで行われた単純な測定では、どちらかの理論が他方よりも優れていると決定的に裏付けることはできないことを確認しました。[ 2 ]
アメリカ海軍と海兵隊の共同研究機関である海軍研究所は、ノースカロライナ州ダックで約9年間にわたりビデオ撮影を実施し、カスプ形成の時期（半日以内）と連続するカスプホーン間の距離（50cm以内）を特定しました。沿岸計測機器と測量車両から得られた補足データは、カスプ発達時の環境条件を記録するために使用されました。
これらの広範な観測は、この場所でのカスプが、嵐の後、高エネルギー波から低エネルギー波への移行期、すなわち波の角度が垂直入射に近づくにつれて発達することを決定的に実証しています。カスプ間隔の時系列には特異なヒステリシスが見られ、既存のカスプ形成理論を再定式化する必要があることを示唆している可能性があります。[ 3 ]
参照
参考文献
- ^イースターブルック、ドン・J.『地表プロセスと地形』第2版、プレンティス・ホール、1999年、447-448頁。
- ^ INIST-CNRSウェブページ
- ^ノースカロライナ州ダックのビーチカスプの形成と間隔 2007年3月11日アーカイブ、 Wayback Machine
外部リンク
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