ガレ場
カナダ、アルバータ州、ヤムナスカ山の麓にある崖錐

ガレとは、崖やその他の急峻な岩盤の基部で、定期的な落石によって堆積した砕けた岩片の集合体です。これらの物質に関連する地形は、しばしば崖錐堆積物と呼ばれます。

ガレ場という用語は、岩の破片やその他の岩屑でできた不安定な急斜面と、岩の破片と岩屑の混合物自体の両方に適用されます。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]これは、突出した岩塊の基部に蓄積する物質である崖錐、 [ 2 ] [ 4 ]または崖錐でできた地形である崖錐斜面とほぼ同義です。[ 5 ]ガレ場という用語は、斜面を覆う緩い岩の破片のシートを指す広義の用語として使用されることがありますが、崖錐は、明らかに侵食された崖やその他の岩の斜面の基部に蓄積する物質を指す狭義の用語として使用されます。 [ 2 ]

ガレは落石によって形成されるため[ 3 ] [ 6 ] 、崩積土とは区別されます。崩積土は、雨水、シートウォッシュ、またはゆっくりとした斜面下降によって堆積した岩の破片または土で、通常は緩やかな斜面や山腹の麓に発生します。[ 7 ]ただし、ガレ、崖錐、[ 2 ] [ 3 ]、そして時には崩積土[ 8 ]という用語は互換的に使用される傾向があります。崖錐堆積物という用語は、地形とその構成物質を区別するために使用されることがあります。[ 9 ]一次文献におけるガレの正確な定義はやや緩やかで、崖錐と崩積土の両方と重複することがよくあります。[ 8 ]

語源

screeという用語は、地滑りを意味する古ノルド語のskriðaに由来しています。[ 10 ]一方、talusという用語は斜面や土手を意味するフランス語です。[ 11 ] [ 12 ]

説明

崖錐堆積物は典型的には上向きに凹んだ形状をしており、その最大傾斜は平均的な堆積粒子の大きさの安息角に対応する。 [ 8 ]

ガレ斜面はしばしば安息角に近いと想定されます。安息角とは、粒状物質の堆積が機械的に不安定になる傾斜です。しかし、ガレ斜面を注意深く観察すると、新たな物質が急速に蓄積されている斜面、または基底部から物質が急速に除去されている斜面のみが安息角に近いことがわかります。ほとんどのガレ斜面はそれほど急ではなく、凹型の形状を呈することが多く、斜面の麓は斜面の頂上よりも緩やかです。[ 13 ] [ 14 ]

大きな岩塊ほどの大きさの岩片が混じったガレ場は、岩塊の間に崖錐洞窟、つまり人間が通れるほどの大きさの通路を形成することがある。 [ 15 ]

形成

ノルウェー、スヴァールバル諸島、イスフィヨルド北岸の崖錐

ガレ斜面および崖錐堆積物の形成は、岩盤に作用する物理的・化学的風化と、その物質を斜面下方へ運ぶ侵食作用の結果である。高地の北極および亜北極地域では、ガレ斜面および崖錐堆積物は典型的には丘陵や河川の谷に隣接している。これらの急斜面は通常、後期更新世の周氷河作用に由来する。[ 16 ]

ガレ斜面の進化には主に 5 つの段階があります。

  1. 蓄積
  2. 統合
  3. 風化
  4. 侵入する植生
  5. 斜面の劣化。

ガレ斜面は、堆積した緩い粗粒物質によって形成される。しかし、ガレ斜面自体では、堆積物は一般的に大きさによってよく分級されており、大きな粒子は斜面の底部でより速く堆積する。[ 17 ]細粒物質が岩屑の隙間を埋めることで、セメント化が起こる。圧密の速度は斜面の組成に依存し、粘土質成分は砂質成分よりも速く岩屑同士を結合させる。風化が堆積物の供給を上回った場合、植物が根付く可能性がある。植物の根は粗粒成分と細粒成分の間の凝集力を弱め、斜面を劣化させる。[ 18 ]岩盤斜面を劣化させる主なプロセスは、主に地域の気候（以下を参照）に依存するが、母岩材料を支配する熱応力と地形応力にも依存する。プロセス領域の例には以下が含まれる。

物理的風化プロセス

オールーズ山地のマイ渓谷下部のガレ場（フランス、オート＝アルプ）

ガレの形成は、一般的に山の岩盤斜面の氷の形成に起因すると考えられています。岩壁に節理、亀裂、その他の不均一性があると、降雨、地下水、地表流出が岩を通り抜けることがあります。特に寒い夜間などに、岩に含まれる流体の凝固点よりも温度が下がると、この水が凍結することがあります。水は凍結すると9％膨張するため、大きな力が発生し、新しい亀裂が生じたり、岩盤が不安定な位置にくさびで固定されたりする可能性があります。これが発生するには、特別な境界条件（急速凍結と水の閉じ込め）が必要な場合があります。[ 19 ]凍結融解によるガレの生成は、日々の気温が水の凝固点付近で変動し、雪解けによって十分な自由水が生成される春と秋に最も多く発生すると考えられています。

凍結融解過程が岩屑生成にどのように影響するかについては、現在も議論が続いている。多くの研究者は、大規模な開放型亀裂系における氷の形成は、母岩を破砕するほどの圧力を発生させることはできないと考えており、圧力が高まるにつれて水と氷は亀裂から流れ出るだけだと主張している。[ 20 ]永久凍土地域の土壌で見られる凍上現象と同様に、凍上現象が寒冷地における崖の劣化に重要な役割を果たしている可能性があると主張する研究者も多い。[ 21 ] [ 22 ]

最終的には、岩盤斜面は自身のガレによって完全に覆われ、新たな物質の生成が停止します。この状態は、斜面が岩屑で「覆われた」状態と呼ばれます。しかし、これらの堆積物はまだ固結していないため、堆積斜面自体が崩壊する可能性は依然として残っています。崖錐堆積物が移動し、粒子が安息角を超えると、ガレ自体が滑落して崩壊する可能性があります。

化学的風化プロセス

酸性雨などの現象も岩石の化学的劣化に寄与し、より多くの緩い堆積物を生成する可能性があります。

生物的風化プロセス

岩石と相互作用する生物は岩石を機械的または化学的に変化させることができるため、生物的プロセスは物理的風化と化学的風化の両方のレジームと交差することがよくあります。

地衣類は岩石の表面または内部によく生育します。特に初期のコロニー形成過程においては、地衣類は母岩に存在する小さな亀裂や鉱物の劈開面に菌糸を侵入させることがよくあります。 [ 23 ]地衣類が成長するにつれて菌糸が膨張し、亀裂を広げます。これにより破砕の可能性が高まり、落石につながる可能性があります。地衣類の葉状体が成長する過程で、母岩の小さな破片が生物学的構造に取り込まれ、岩石を弱める可能性があります。

ノバスコシア州ペイセス湖の東岸にある高い崖。麓にはガレ場が広がっている。侵食速度が遅いため、ガレ場の一部は森林化している。

微気候による水分含有量の変化により、地衣類全体の凍結融解作用が熱収縮と熱膨張を交互に引き起こし、母岩に応力を与えます[ 23 ]。地衣類はまた、代謝副産物として多くの有機酸を生成します[ 23 ]。これらの有機酸はしばしば母岩と反応し、鉱物を溶解させ、基質を未固結の堆積物へと分解します。

氷河との相互作用

氷河の底にはしばしばガレが堆積し、氷河を周囲の環境から隠しています。例えば、ドロミテ山脈のセッラ群にあるレフ・デル・ドラゴン氷河は、氷河の融解水から生じたもので、厚いガレの層に覆われています。氷河を覆うガレはエネルギーバランスに影響を与え、ひいては融解プロセスにも影響を与えます。[ 24 ] [ 25 ]氷河の氷がより速く融解し始めるか、より遅く融解し始めるかは、表面のガレの層の厚さによって決まります。

デブリの下の氷の表面に到達するエネルギー量は、フーリエの法則の1次元均質物質の仮定によって推定できる。[ 25 ]

質問＝−け（Ts−T私d）{\displaystyle Q=-k\left({\frac {T_{s}-T_{i}}{d}}\right)}、

ここで、kはデブリ材料の熱伝導率、 Tsはデブリ表面上の周囲温度、Tiはデブリ下面の温度、dはデブリ層の厚さである。[ 25 ]

ガレで覆われた氷河、レヒ・デ・ドラゴン、イタリア

熱伝導率が低い、あるいは熱抵抗率が高いデブリは、氷河にエネルギーを効率的に伝達できず、氷面に到達する熱エネルギーの量が大幅に減少します。これは、氷河を入射放射から 遮断する役割を果たします。

アルベド（放射反射）

アルベド、つまり物質が入射する放射エネルギーを反射する能力も、考慮すべき重要な特性です。一般的に、デブリのアルベドはそれが覆う氷河の氷よりも低いため、入射する太陽放射の反射量は少なくなります。その代わりに、デブリは放射エネルギーを吸収し、それを被覆層を通してデブリと氷の界面に伝達します。

氷が比較的薄い堆積層（厚さ約2センチメートル未満）で覆われている場合、アルベド効果は最も重要になります。[ 26 ]氷河の上にガレが堆積するにつれて、氷のアルベドは低下し始めます。代わりに、氷河の氷は入射する太陽放射を吸収し、それを氷の上部表面に伝達します。そして、氷河の氷はエネルギーを吸収し始め、それを融解プロセスに利用します。

しかし、デブリの厚さが2cm以上になると、アルベド効果は消え始めます。[ 26 ]代わりに、デブリの毛布は氷河を断熱する役割を果たし、入射放射線がガレを透過して氷の表面に到達するのを防ぎます。[ 26 ]岩のデブリに加えて、厚い積雪は冷たい冬の大気とガレの氷床下空間の間に断熱毛布を形成します。[ 27 ]その結果、土壌、岩盤、そしてガレの地下空洞は高地でも凍結しません。

微気候

ガレ場には多数の小さな空隙がありますが、氷洞には少数の大きな空洞があります。冷気の浸透と空気の循環により、ガレ場の斜面底部は氷洞に似た温度環境となります。

地下の氷は薄い透水性の堆積層によって地表から隔てられているため、堆積物が最も薄い斜面の底から岩屑には冷気が浸透します。[ 28 ]この凍結した循環空気によって、岩屑内部の温度は外部の岩屑温度よりも6.8～9.0℃低くなります。[ 29 ]これらの0℃未満の温度異常は、年間平均気温が0℃の地点の地下1000mまで発生します。

0℃未満の条件下で形成される部分的な永久凍土は、年間平均気温が6.8～7.5℃であるにもかかわらず、一部のガレ場斜面の底部に存在している可能性がある。[ 29 ]

生物多様性

循環する凍結した空気によって維持されるガレ場の微気候は、地域の条件で生き残ることができなかったタイガの植物や動物を支える微小な生息地を作り出します。 [ 28 ]

チェコ共和国科学アカデミーの物理化学者ヴラスティミル・ルージチカ率いる研究チームは、66のガレ斜面を分析し、2012年に自然史ジャーナルに論文を発表し、次のように報告しています。「この微小生息地、そしてこの斜面の他のガレブロック間の隙間は、北方および極地のコケ類、シダ類、節足動物の重要な集団を支えており、それらははるか北方の通常の生息域から分離しています。この凍結するガレ斜面は、地域の景観生物多様性の保護と維持に大きく貢献する古代の避難所の典型的な例です。」[ 28 ]

ウェストバージニア州にある巨大な岩屑の山、アイスマウンテンは、北緯地域とは明らかに異なる動植物の分布を支えています。[ 28 ]

ガレ場走行（アクティビティ）

ガレ走とは、ガレ場を駆け下りるアクティビティです。ガレ場もランナーと一緒に移動するため、非常に速いスピードで滑走できます。ガレ場によっては、石が下の方に移動したために滑走できなくなっている場合もあります。[ 30 ] [ 31 ] [ 32 ]

参照

参考文献

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