入門編。 地形学

はじめに

数百万年の間に、地球は多くの変化を経て、現在の形と構造を形成してきました。 星雲説によるダストボールから現在の姿に至るまで、地球は大きく変容してきた。 かつて人が住める場所であったハデ期には、40億年以上もの長い時間をかけて、さまざまなプロセスを経てきたのだ。 現在の居住可能な世界を形成した発達段階には、内的な力と外的な力の両方が含まれています。 隕石の衝突、火山活動、河川・風・氷河・海洋などの侵食活動、そして海底拡散やプレートテクトニック活動が絶えず働き、現在の地球を形成してきました。 これらの活動は、短い期間で起こるものもあれば、数百万年かけてさまざまな気候、地質、地形体制を作り出している。 これらの終わりのないプロセスは、現在も継続的に進行し、私たちの地球を形作っている。 これらのプロセスの中で最も注目すべきは地形プロセスであり、現在の地球の姿や形を作り出している。

「地形学」の語源は、ギリシャ語のγεω（地球）、μογρφη（形態）、λογοϛ（議論）であり、文字通り「地球の形態についての議論」を意味しています。 したがって、山、丘、平野、川、モレーン、圏谷、砂丘、海岸、砂嘴など、地球上に見られるさまざまな地形が、川、氷河、風、海など、さまざまな要因によって作り出されていることを研究するものである。 紀元前4世紀以降、多くの人々が、現場でのさまざまな観察と関連づけながら、地球の成り立ちを研究してきた。 アリストテレス、ストラボ、ヘロドトス、クセノファネスなど、古代ギリシャ・ローマ人は、渓谷の起源、三角州の形成、山上の貝殻の存在などについて議論していた。 クセノファネスは、山頂の貝殻を観察して、地表が時々刻々と隆起・沈降して河谷や山ができたのではないかと推測した（前580-480年頃）。 アリストテレス（紀元前384〜322）は、山頂の貝殻や広大な砂地を見て、現在乾燥地になっているところは過去に海に覆われていたはずで、現在海のあるところはかつて乾燥地であったはずだと考えた。 つまり、陸と海は場所を変えるということを提唱したのである。 従来、景観の発達史は、堆積物や地形の特徴をマッピングすることによって行われてきた。 景観の変遷を理解するためには、「現在が過去を知る鍵である」という黄金律が貫かれてきた。 この法則は、現在目に見える形で作用しているプロセスは過去にもあったはずで、過去の地形形成の理由を推測するために用いられると仮定している。 したがって、過去の形成は主に相対的な情報と熟成方法に依存していた。

ただし、「地形学」という言葉は、1870年代から1880年代にかけて、地球表面の形態を表すために初めて造語され、使用されたものである。 しかし、この言葉は、ウィリアム・モリス・デイビス（William Morris Davis）が提唱した「地理的サイクル」（別名「デイビス・サイクル」）によって一般化された。 彼は、地形の発達は、隆起と侵食の交互作用によって起こることを提唱した。 彼は、隆起は速やかに起こり、隆起した地塊は徐々に侵食されてその地域の地形が形成されると仮定した。 隆起は短時間で起こるが、侵食は時間をかけて起こるというのが彼の仮説である。 このように、高い山や深い谷を作ることは、地形形成の青年期、壮年期、老年期を示すことになる。 デイヴィスサイクルは古典的な作品とされているが、彼の仮説は、隆起と侵食が同時に起こるという基本的な理解に欠けている。 この2つの現象は同時に起こるものであり、必ずしも交互に起こるものではないのである。 そこで、その35年後、Walther Penckは「Davisモデル」の変形を提案し、隆起と侵食の両方が同時に起こることを明らかにした。 彼は、同時作用により、斜面が大きく3つの形態で発達することを示唆した。 まず、隆起の速度が侵食の速度より大きい凸型スロープ、次に、両者の速度がほぼ等しい定常段階、すなわち直線スロープ、最後に、隆起の速度が侵食の速度より小さい凹型スロープである。 このように、地形学者は、長い間、地形のさまざまな側面を研究してきた。 ある地形学者は、これらの地形の形成過程を研究し、ある地形学者は、その起源や歴史を研究し、またある地形学者は、様々な地形の形態を量的に分析した。 したがって、一言で言えば、現代の地形学者は、地形の形態、プロセス、歴史の3つの側面に主に焦点を当てている。 このうち、形態と過程の研究を機能地形学、最後の研究を歴史地形学と呼んでいる。 また、地形が形成される様々なプロセスの研究は、機能地形学の範囲に入ります。

地球上で目に見えるこれらの地形はすべて、甌穴、フルート、波紋などのマイクロスケールから山脈、河川流域などのメガスケールの特徴までサイズが異なります。 したがって、これらの地形が形成されるのに要する時間も、数十年から数百万年までさまざまである。 また、ある地形はある気候帯に特有であり、乾燥、熱帯などの気候帯の発達が地形の形成と進化に重要な役割を果たすことが分かっています。 例えば、高緯度の地形には、第四紀の気候環境を示す氷河化・氷河減少のサイクルが見られるが、アメリカのコロラド川流域のグランドキャニオンなどでは、数億年前の様々な活動の痕跡が地形に残されている。 地形の多くは、対流熱サイクル、上昇流、マグマ溜りなど地殻内で起こる内生的なプロセスと、水、風、氷河、海などの風化作用によって地表の地形を形成する外生的プロセスによって形成・変形される。 寿命、気候帯、プロセスに関する地形進化のこれらすべての現象を図1に示す。

機能地形学や歴史地形の分野で多くの仕事が行われている． 現在では、地殻変動地形学、海底地形学、惑星地形学、気候変動地形学、モデリング地形学など、多くの分野・種類の地形学が研究されています。 地殻変動と地形形成の相互作用によって地殻が規則正しく変動することから、地殻変動学が発展してきた。 地形学と連動して、構造学、地球化学、年代学、気候変動など他の地質学分野の技術やデータを利用する。 海底地形学は、その名が示すように、浅海域と深海域の両方で発達した海底地形の起源、形成、発達に焦点を当てた学問です。 惑星地形学は、地球上の地形形成の理解を、月や惑星、太陽系外惑星などの地球外天体に応用することを扱っています。 比較的新しい分野であり、急速に発展している。 金星、火星、木星、タイタン、その他の惑星の地形研究は、最近ホットな分野です。 乾燥地、熱帯、温帯など、それぞれの気候帯に適した地形の形成には、気候が重要な役割を担っています。 このことを理解することが、流れとしての気候地形学の発展の基礎となる。 また、気候現象が地殻変動に影響を与えることにより、気候-地殻変動地形学という新たな地形学の流れが形成されています。 近年，様々な科学分野で学際的・複合的なアプローチが行われていますが，地形学もそのような交配が顕著に見られる分野の一つです． 地形学は，現在までに様々な枝葉が展開され，それらの学際的な領域で多くの研究が行われています。

景観を形成する外生要因の中で，水は最も有望かつ効果的なものです。 それゆえ、河川地形学は詳細に多くの研究がなされてきた。 本書は、このような観点から、水の作用によって形成される地形に主眼をおいて構成されています。 したがって、本書では、河川地形学について2章、海岸地形学について1章を設けている。 3856>

水文地形学は、水文プロセスの研究であり、表面流出、底流、流出、土壌や河床浸食のプロセスが含まれ、流域の地形プロファイルを絶えず刻んでいる。 このようなプロセスの寿命は、数百年から数百万年まで様々である。 水文プロセスや土壌・河床侵食プロセスの定量化とは別に、連続的な水文地形モデリングは、これらの物理プロセスの将来的な傾向を知る上で貴重な情報を提供します。 流出、土壌侵食、土砂輸送の各過程を連続的にシミュレートする統合モデルは、多種多様に提供されている。 第2章では、ギリシャ北東部に隣接するKosynthos川流域（ギリシャ北東部トラキア県Xanthi地区）とNestos川流域（ギリシャ北東部マケドニア-トラキア国境）における水文地形プロセスの連続シミュレーションと土壌・河床侵食プロセスの連続シミュレーションを目的とした複合数学モデルを提示する。 このモデルは、2つの流域の出口における連続的な水路図と堆積物グラフを細かい時間スケールで生成し、流域出口における測定量との統計的効率が非常に高く、満足のいく結果を得ることができた。 その結果、両流域とも実測値との相関係数は80％以上であった。

人為的な活動は、短期間のうちに河川地形に大きな影響を与えている。 ダム建設による貯水池の堆積量の増加や河床形状の変化、森林伐採や都市化による河川流域の侵食率の上昇など、人為的な活動は自然現象にその跡を残してきた。 カナダ・ケベック州のセントローレンス低地では、ダム建設によって土手幅が拡大し、河道の曲がり角が減少し、河川生態系が変化している。 また、土地利用形態の変化も侵食と堆積を増加させた。 農業のための森林伐採は、森林破壊を引き起こし、農業従事者の減少によるその地域（農業地域）の植林は、カナダのケベック州の河川の形態的進化に影響を与えている。 そこで、第3章では、カナダ・ケベック州のマタンビン川の河道の形態（幅と洞道）に及ぼす再植林と水文気象変動の影響を拘束することを試みた。 その結果、1935年から1964年まで、この地域では強い洪水流の発生頻度が低かったため、河道の全幅が21％減少したことが確認された。 これは、強い洪水流の頻度が増加し、土壌侵食によって生じる浮遊土砂の量が減少したことに関連している。 そして、海洋の広大な広がりと海岸で起こる浸食を考慮すると、第一位を占める。 この影響は、海岸線の変化や海面上昇にはっきりと表れています。 世界中の人口の多い都市は海岸近くに位置しており、世界人口の大半が海岸から数キロメートル以内に住んでいることになります。 そのため、増え続ける人口に対応するためには、適切な海岸の土地管理が必要です。 海岸線の変化（崖崩れ）については、過去の記録やある地域の地形データに基づく予測モデルを用いて研究されてきた。 現在の歴史的外挿モデルは、過去の後退データを用いているが、同じ歴史的値を持つ異なる環境では、環境変化に対する潜在的な応答が不均等であるにもかかわらず、同一の年間後退特性を生じることがある。 そのため、第4章では、他のモデルでは予測できない自然や人為的な変化の影響を定量的に予測するために、ホルダーネス海岸（イギリス）の実データをもとにプロセス応答モデルを解説している

衛星技術の出現により、衛星データから地球表面を調べることが全く容易になった。 様々な地形を特定し、物理的な外観を記述する場合、衛星画像や航空写真は非常に便利です。 しかし、この方法は定量的というよりは定性的で、形態学と定義され、その特徴がどのように作られたかという情報を与えずに外形を記述するものです。 形状の起源や発達のメカニズムを明らかにするために、様々な方法が用いられる。 これは形態形成学に含まれ、形態年代学は形状の年代を絶対的・相対的に推定するものである。 最後に、地形の幾何学的特徴の測定による定量的な推定は、形態学として知られている。 地形学では、地形解析や分類を定義するために、様々な形態学的パラメータや形態学的指標が用いられている。 第5章では、様々な地形指標やパラメータを説明し、これらの情報を抽出するためのDEMの活用を示すことで、詳細なレビューを行う。 また、これらのツールについて、様々なGISパッケージで利用可能な様々な例を挙げて説明している

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