洞窟

レチュギラ洞窟、ニューメキシコ州、アメリカ合衆国

洞窟や洞穴は地球の地表下にある自然の空洞であり[ 1 ]、他の岩石惑星（例えば火星）でも観測されています。洞窟は岩石の風化によって形成されることが多く、地下深くまで広がることがあります。外因性洞窟は、比較的短い距離に地下に広がる小さな開口部（岩陰など）です。開口部の幅よりも地下深くまで広がる洞窟は内因性洞窟と呼ばれます。[ 2 ] [ 3 ]

洞窟学は、洞窟とその環境のあらゆる側面を探求し研究する科学です。レクリエーションとして洞窟を訪れたり探検したりすることは、ケイビング、​​ポッホリング、スペランキングなどと呼ばれることがあります。

フォーメーションの種類

洞窟の形成と発達は洞窟生成と呼ばれ、数百万年かけて進行することがあります。[ 4 ]洞窟の規模は様々で、様々な地質学的プロセスによって形成されます。これらのプロセスには、化学プロセス、水による浸食、地殻変動、微生物、圧力、大気の影響などが複合的に関与している可能性があります。同位体年代測定法を洞窟堆積物に適用することで、現在の洞窟の形成と形を決定した地質学的イベントのタイムスケールを特定することができます。[ 4 ]

洞窟は、上部の岩石の圧力により、地表から垂直に3,000メートル（9,800フィート）を超えることはないと推定されています。しかし、これは洞窟の最大深度を規定するものではありません。洞窟の最大深度は、洞窟の最も高い入口から最も低い地点まで測られます。なぜなら、最低地点より上の岩石の量は、その上部の地形に依存するからです。カルスト洞窟の場合、最大深度はカルスト形成過程の下限値、つまり可溶性炭酸塩岩の基底部と一致する値に基づいて決定されます。[ 5 ]ほとんどの洞窟は、石灰岩の溶解によって形成されます。[ 6 ]

洞窟は、活洞窟と残存洞窟の対比を含め、様々な方法で分類することができます。活洞窟には水が流れていますが、残存洞窟には水は流れていませんが、水が保持されている場合があります。活洞窟の種類には、流入洞窟（「水が流れ込む」）、流出洞窟（「水がそこから湧き出る」）、貫通洞窟（「水が横切る」）などがあります。[ 7 ]

南ウェールズの溶岩洞窟、フィンノンのオゴフ・クレイグにある山の王のホールにある洞窟生成物。

解決策

溶解洞窟、またはカルスト洞窟は、最も頻繁に発生する洞窟です。このような洞窟は溶解性の岩石に形成されます。ほとんどは石灰岩に発生しますが、チョーク、ドロマイト、大理石、塩、石膏などの他の岩石にも形成されることがあります。塩洞窟を除き、溶解洞窟は、地層面、断層、節理、および類似の地形から浸透する地下水に含まれる天然の酸によって岩石が溶解することによって形成されます。時間の経過とともに亀裂が拡大し、洞窟や洞窟群へと発展します。

最大かつ最も豊富な溶解洞窟は、石灰岩の中にあります。石灰岩は、H 2 CO 3（炭酸）と天然の有機酸を含んだ雨水や地下水の作用で溶解します。この溶解過程により、陥没穴と地下水路を特徴とするカルストと呼ばれる独特の地形が形成されます。石灰岩の洞窟は、ゆっくりとした沈殿によって形成された炭酸カルシウムの層で覆われていることが多く、これらには、流石、鍾乳石、石筍、ヘリクタイト、ソーダストロー、石柱などが含まれます。洞窟内のこれらの二次鉱床は、鍾乳石と呼ばれます。

溶解洞窟のうち、地下水面または地下水の局所的なレベルより下にある部分は浸水する。[ 8 ]

ニューメキシコ州のレチュギラ洞窟と近隣のカールスバッド洞窟は、現在では別のタイプの溶解洞窟の例であると考えられています。これらの洞窟は、石油貯留層から硫黄の煙が噴出する地下から上昇するH 2 S（硫化水素）ガスによって形成されました。このガスは地下水と混ざり合い、H 2 SO 4（硫酸）を生成します。この硫酸は、地表から浸透する酸性水によって、上からではなく下から石灰岩を溶かします。

主要な

ハワイの溶岩洞窟を探検。

周囲の岩石と同時に形成された洞窟を一次洞窟と呼びます。

溶岩洞は火山活動によって形成され、最も一般的な原始洞窟です。溶岩が斜面を流れ落ちるにつれて、表面は冷えて固まります。高温の溶岩は地殻の下を流れ続け、その大部分が流出すると、空洞の洞が残ります。このような洞窟は、カナリア諸島、済州島、アイダホ州東部の玄武岩質平野など、様々な場所で見られます。ハワイ島ヒロ近郊のカズムラ洞窟は、長さ65.6キロメートル（40.8マイル）と、驚くほど長く深い溶岩洞です。

溶岩洞窟には溶岩洞が含まれますが、これに限定されるものではありません。火山活動によって形成された他の洞窟には、裂け目、溶岩型、開いた垂直の導管、膨張洞窟、水疱洞窟などがあります。[ 9 ]

海または沿岸

カリフォルニア州サンタクルーズ島にある大きな海の洞窟、ペインテッド洞窟

海蝕洞窟は世界中の海岸沿いに見られます。特殊な例としては、海食崖の脆弱部における波の作用によって形成される沿岸洞窟があります。これらの脆弱部は断層であることが多いですが、岩脈や層理面の接触である場合もあります。波食洞窟の中には、後の隆起によって海面より上に存在しているものもあります。また、タイのパンガー湾などでは、溶食洞窟が海水に浸水し、沿岸侵食の影響を受けています。海食洞窟の長さは一般的に5～50メートル（16～164フィート）程度ですが、300メートル（980フィート）を超えることもあります。

侵食性

ソドム山の塩の洞窟

侵食洞窟は、岩石やその他の堆積物を運ぶ河川の浸食によってのみ形成される洞窟です。花崗岩などの硬い岩石を含むあらゆる種類の岩石に形成されます。一般的に、断層や節理など、水の流れを誘導する何らかの脆弱な領域が存在する必要があります。侵食洞窟の一種に、風洞または風成洞窟があり、これは風によって運ばれた堆積物によって削り出されます。[ 9 ]当初は溶存作用によって形成された多くの洞窟は、その後、活発な河川や小川が通過する場所で、侵食作用または通気拡大の段階を経ることがよくあります。[ 10 ]

氷河

ワシントン州ビッグフォー山のビッグフォー氷河の氷河洞窟、1920年頃

氷河洞窟は、氷河内および氷河下の氷が溶け水によって形成されます。氷河洞窟は氷の非常にゆっくりとした流れの影響を受け、再び崩壊する傾向があります。氷河洞窟は「氷洞」と誤認されることもありますが、この用語は一年中氷床が張っている岩盤洞窟を指すのに適切です。

骨折

破砕洞窟は、石膏などの溶解性の高い鉱物の層が、溶解度の低い岩石の層の間から溶け出すことで形成されます。これらの岩石は破砕され、岩塊へと崩壊します。[ 11 ]

距骨

崖錐洞窟は、崖の麓などで、大きな岩が崩れて無秩序に堆積し、その間にできた穴によって形成されます。[ 12 ]これらの不安定な堆積物は崖錐またはガレと呼ばれ、落石や地滑りが頻繁に発生します。

アンキアリン

アンキアリン洞窟は、通常は海岸沿いにあり、淡水と塩水（通常は海水）が混ざり合った洞窟です。世界各地に分布し、高度に特殊化した固有の動物相を持つことが多いです。[ 13 ]

物理的なパターン

カステッラーナ洞窟、イタリア
  • 枝状洞窟は、地表の樹枝状の流れのパターンに似ており、下流で支流として合流する通路で構成されています。枝状洞窟は最も一般的な洞窟パターンであり、地下水の涵養が行われる陥没穴の近くに形成されます。各通路または枝は、それぞれ異なる涵養源から水を供給され、下流で他のより高次の枝に合流します。[ 14 ]
  • 角張った網目状の洞窟は、炭酸塩岩の交差する亀裂から形成され、化学侵食によって亀裂が広がりました。これらの亀裂は、高く狭く直線的な通路を形成し、広範囲に広がる閉じたループを形成しています。[ 14 ]
  • 吻合洞は、主に表層の網状河川に似ており、流路は分岐し、その後、排水路の下流で合流します。吻合洞は通常、単一の層または構造に沿って形成され、上層または下層の層に交差することは稀です。[ 14 ]
  • スポンジワーク洞窟は、化学的に多様な水が混ざり合うことで、溶液空洞が結合して形成されます。空洞はスポンジに似た、三次元的でランダムなパターンを形成します。[ 14 ]
  • 枝状洞窟は、不規則な大きな部屋、回廊、通路として形成されます。これらのランダムな三次元空間は、地下水位の上昇によって炭酸塩岩が硫化水素を豊富に含む水によって侵食されることによって形成されます。[ 14 ]
  • 竪穴洞窟（竪穴洞窟、甌穴、または単に「ピット」）は、水平方向の洞窟通路ではなく、垂直方向の竪穴で構成されています。上記の構造パターンのいずれかに該当する場合と、そうでない場合があります。

地理的分布

スロバキア カルストのドミツァ洞窟(スロバキア)
ロホヤ（フィンランド）のトルホラ洞窟の入り口
フラサッシ洞窟、イタリア

洞窟は世界中に存在しますが、記録されている洞窟群の分布は、長年洞窟探検が盛んな国（フランス、イタリア、オーストラリア、イギリス、アメリカなど）に大きく偏っています。その結果、探検された洞窟はヨーロッパ、アジア、北米、オセアニアに広く分布していますが、南米、アフリカ、南極大陸にはほとんど存在しません。

これは大まかな一般化です。北米とアジアの広大な地域には記録された洞窟が存在しないのに対し、マダガスカルの乾燥落葉樹林やブラジルの一部には多くの記録された洞窟が存在するからです。世界中の可溶性岩盤が洞窟探検家によって調査されるにつれて、記録された洞窟の分布は変化する可能性があります。例えば、中国は世界の露出した石灰岩の約半分、100万平方キロメートル（39万平方マイル）以上を擁しているにもかかわらず、記録された洞窟は比較的少ないです。

記録と最優秀賞

調査期間が最も長い5つ

  1. マンモスケーブ、ケンタッキー州、アメリカ合衆国[ 15 ]
  2. システマ オックス ベル ハ、メキシコ[ 15 ]
  3. システマ サック アクトゥン/システマ ドス オホス、メキシコ[ 15 ]
  4. ジュエル洞窟、サウスダコタ州、アメリカ合衆国[ 15 ]
  5. 双河洞洞窟群、中国[ 15 ]

生態学

カリフォルニアの洞窟に生息するタウンゼントオオミミコウモリ
スロベニアの洞窟のオルムス

洞窟に生息する動物は、洞窟性（洞窟限定種）、好洞窟性（一生を洞窟内で過ごすことができるが、他の環境にも生息する種）、洞窟訪問性（洞窟を利用するが、生活環を洞窟内で完全に完結できない種）、偶発性（前述のいずれのカテゴリーにも属さない種）に分類されることが多い。水生種については、別の用語を使用する著者もいる（例えば、スティゴバイト、スティゴフィレス、スティゴクセネス）。

これらの動物のうち、洞窟性生物はおそらく最も珍しい生物である。洞窟性種は、地下生活への適応に関連した、洞窟形態学的特徴と呼ばれるいくつかの特徴を示すことが多い。これらの特徴には、色素の喪失（多くの場合、青白くまたは白い体色になる）、目の喪失（または少なくとも視覚機能の喪失）、付属肢の延長、および他の感覚の増強（水中の振動を感知する能力など）が含まれる。絶滅が危惧されているアラバマ洞窟シュリンプなどの水生洞窟性生物（またはスティゴバイト）は、洞窟内の水域に生息し、洞窟に流れ込む堆積物やコウモリなどの洞窟生息者の排泄物から栄養分を得る。他の水生洞窟性生物には、洞窟魚、およびオオルリやテキサスブラインドサンショウウオなどの洞窟サンショウウオがいる。

Oligaphorura（旧称Archaphorura）schoettiなどの洞窟昆虫は好洞窟性で、体長は1.7ミリメートル（0.067インチ）に達します。広範囲に分布し、かなり広範囲に研究されてきました。標本のほとんどは雌ですが、1969年にはセント・カスバーツ・スワレットから雄の標本が採集されました。

灰色コウモリやメキシコオヒキコウモリなどのコウモリは洞窟性コウモリで、洞窟内でよく見られます。彼らは洞窟の外で餌を探します。洞窟コオロギのいくつかの種は、昼間は洞窟でねぐらに過ごし、夜間に地上で餌を探すため、 洞窟性コウモリに分類されます。

洞窟の生態系の脆弱性と、洞窟の各地域が互いに隔離されている傾向があることから、洞窟には、歯洞窟グモ、リフィスティウストタテグモ、ハイイロコウモリ など、絶滅危惧種が数多く生息しています。

洞窟には、人間を含む多くの地上生物が訪れます。光と栄養が不足しているため、これらの生物の滞在期間は比較的短いことが多いです。

洞窟の入り口には、典型的な植物相が見られることが多い。例えば、アメリカ合衆国東部の温帯地域では、洞窟の入り口には球根シダの一種、Cystopteris bulbiferaが最も多く（そしてしばしば密集して）生息している。

考古学的および文化的重要性

アルゼンチン、ペリト・モレノのラス・マノス洞窟。洞窟内の壁画は紀元前7300年から紀元後700年の間に描かれたものと推定される。[ a ]型紙には主に左手が描かれている。[ 27 ] [ 28 ]
プエルトリコの洞窟にあるタイノ族のペトログリフ

人類は歴史を通じて洞窟を利用してきました。洞窟で発見された最古の人類の化石は、南アフリカのクルーガーズドルプとモコパネ近郊の一連の洞窟から発見されています。ステルクフォンテン、スワルトクランズ、クロムドライB、ドリモレン、マラパ、クーパーズD、グラディスベール、ゴンドリン、マカパンスガットの洞窟遺跡からは、アウストラロピテクス・アフリカヌス、アウストラロピテクス・セディバ、パラントロプス・ロブストゥスなど、300万年前から100万年前にかけての様々な初期人類の化石が出土しています。しかし、これらの初期人類が洞窟に住んでいたのではなく、肉食動物に殺されて洞窟に持ち込まれたというのが一般的な考えです。

アフリカで初めて発見された初期人類化石であるタウング・チャイルド（1924年）も、長年にわたり、ワシに捕食された後に洞窟に堆積したものと考えられてきました。しかし、現在ではこの説は議論の的となっています（Hopley et al., 2013; Am. J. Phys. Anthrop.）。ガープ高原のドロマイト層には、前期、中期、後期石器時代の遺跡であるワンダーワーク洞窟など、洞窟が形成されています。しかし、タウング・チャイルドの化石とされる洞窟のように、断崖の縁に沿って形成される洞窟は、トゥファと呼ばれる二次的な石灰岩堆積物の中で形成されます。世界のさまざまな場所で、少なくとも 100 万年前の洞窟に他の初期人類種が住んでいたことを示す証拠が多数存在します。これには、中国の周口店のホモ・エレクトス、南アフリカのマカパンガットの炉の洞窟のホモ・ローデシエンシス、ヨーロッパのアタプエルカ遺跡のホモ・ネアンデルターレンシスとホモ・ハイデルベルゲンシス、インドネシアのホモ・フローレシエンシス、南シベリアの デニソワ人が含まれます。

南アフリカでは、初期の現代人は約18万年前、初めて海を利用することを学んで以来、海の洞窟を避難所として定期的に使用していました。[ 29 ]知られている最古の遺跡はピナクルポイントのPP13Bです。これにより、人類はアフリカから急速に拡大し、6万～5万年前までにオーストラリアなどの地域に植民地化することができました。南アフリカ、オーストラリア、ヨーロッパ全体で、初期の現代人は洞窟や岩陰をジャイアンツキャッスルにあるような岩絵の場所として使用しました。知られている聖なる洞窟には、中国の千仏洞[ 30 ]やクレタ島の聖なる洞窟があります。

ガマリ洞窟の中期旧石器時代の洞窟遺跡における考古学的発掘調査、2025年

旧石器時代の洞窟壁画は世界中で発見されており、非具象芸術では64,800年前のものと[ ​​31 ]、具象芸術では43,900年前のものとされています。[ 32 ]

洞窟と音響

青の洞窟、カプリ島、イタリア

洞窟における音の重要性は、現代の音響学の理解よりも古くから知られている。考古学者たちは、スペインとフランスの洞窟内で、共鳴する特定の場所に描かれた点と線の壁画と、音楽行事や儀式の痕跡である旧石器時代のモチーフを描いた楽器との関係性を発見してきた[ 33 ]。音響的に顕著な場所では、壁画の集合体がしばしば発見され、時には壁に描かれた動物の鳴き声を再現することさえあった。また、人間の声は、洞窟内の暗い場所で懐中電灯があまり役に立たない場所を移動するためのエコーロケーション装置として使われていたという説もある[ 34 ] 。共鳴が最も高い場所では、壁画の制作が困難だったため、赤い黄土色の点がよく発見される[ 35 ]。

洞窟は、現代の音響学者にとっても利用価値を提供し続けています。今日、カンバーランド洞窟群は、洞窟の現代音楽利用の好例の一つです。洞窟は残響のためだけでなく、その異様な表面の減衰特性にも利用されています。カンバーランド洞窟群の壁の凹凸は、壁から跳ね返る音を拡散させ、その空間にまるでレコーディングスタジオのような雰囲気を与えます。[ 36 ] 20世紀には、ダイナ・ショア、ロイ・エイカフ、ベニー・グッドマンなどのミュージシャンが、洞窟をクラブやコンサートホールとして利用できる可能性を模索し始めました。今日とは異なり、これらの初期の演奏は、通常、洞窟の入り口で行われました。これは、技術の欠如により音楽機材を持って内部の奥深くまでアクセスできなかったためです。[ 37 ]バージニア州ルレイ洞窟では、巨大な石琴「グレート・スタラクパイプ・オルガン」が開発され、マレットで鍾乳石を叩くことでそれぞれ異なる音程の音を発する。 [ 38 ]

参照

注記

  1. ^ユネスコはこの芸術作品を13,000年から9,000年前のものと推定している。 [ 25 ] [ 26 ]

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