パプアニューギニア・フライ川中流にある 支流閉塞湖 のミステ...

この川沿いの湖はどのようにできたのだ

ろうか

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

Gary Parkerアメリカ・イリノイ大学

2008年

Bill Dietrich, Tetsuji Muto, Chuck Nittrouer, Joel Rowland と Rudy

Slingerlandの協力に感謝

する。

パプアニューギニア・フライ川中流にある支流閉塞湖

のミステリーを解こう！

ミステリーはニューギニア島で展開する

オーストラリア

ニューギニア

NASA World Wind

ここは次スライドに拡大されている

フライ川・ストリクランド川流域系

Australia

フライ川下流

ストリクランド川フライ川中流

パプア湾

中部山地

合流点

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フライ川中流

ストリクランド川

フライ川下流

フライ川・ストリクランド川流域系

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謎――川沿いにあるたくさんの湖はなぜここにできているのだろうか

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フライ川中流

ストリクランド川

フライ川下流

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“Blocked valley lake” という専門用語はBlake and Ollier (1971)によるものである。また Dietrich et

al. (1999)を参照のこと。

ここは次スライドに拡大されている

フライ川中流区間に流入する支流のどれも、合流点に支流閉塞湖（blocked valley lake)ができている

フライ川にある支流閉塞湖の事例

Google Earth

支流閉塞湖のもうひとつの事例

フライ川中流

川と湖を結ぶ連絡流路

（tie channel） 湖

支流

Image courtesy J. C. Rowland

Rowland et al. (2008)

前スライドの支流閉塞湖とフライ川をつなぐ連絡流路

フライ川

氾濫減の水準が川より高いとき、水が湖から川へ流れる フライ川の水準の方が高いとき、

水が川から湖へ逆流する

Image courtesy J. C. Rowland

支流閉塞湖と連絡流路のもうひとつの事例

Image courtesy J. C. Rowland

多くの河川の場合、支流は閉塞されずに本流と合流する

アメリカ・ミネソタ川

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フライ川・ストリクランド川流域系のどこが違うから支流閉塞湖ができたのだろうか。

ストリクランド川とつながっているマレー湖は（サダムフセインの言い

回しを借用すると）支流閉塞湖の母である

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

パズルの第一コマ――氷河の影響

http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Beardmore_Glacier_-_Antarctica.JPGAntarctic Photo Library, U.S. Antarctic Program

南極大陸のビアードモア氷河

いや、この謎はニューギニアにある氷河と無関係だ

ニューギニアは赤道に位置するにも関わらず、いくつかの山頂に氷河がある。2万年前には、氷河の数が現在よりはるかに多かった。

http://www.peakware.com/peaks.html?pk=333

しかしニューギニアの氷河は支流閉塞湖のミステリーに関与するには規模が小さすぎた（小さすぎる）。

ニューギニア・西イリアンにあるプンジャクジャヤ氷河

やく２万年前の最新氷河極大期のとき、陸上の多くの面積が氷河に覆われ、海岸線は極端に沖方向に遠退いた。

http://www.seed.slb.com/en/scictr/watch/climate_change/impact.htm

大量な水分が氷河に捕捉されたために海水準は～120メートル低下し、大陸棚の多くが陸地化した。

かつて５０万年に渡って氷期が５回、または間氷期が５回訪れた。

http://www.teachingboxes.org/seaLevel/lessons/lesson4_SeaLevelCurveGraph.htm

氷河極大期

間氷期

現在の間氷期

海水準は氷期・間氷期サイクルにおいてほぼ１２０メートル変動する。

http://www.teachingboxes.org/seaLevel/lessons/lesson4_SeaLevelCurveGraph.htm

最新の氷期・間氷期サイクルの際、基準面＝海水準は１２０メートル低下し、その後１２０メートル上昇した。

基準面＝河川とその流域系に支配的な影響を与える、下流端の水準または河床高のことを差す。この場合は基準面＝海水面。

Years before present

http://www.teachingboxes.org/seaLevel/lessons/lesson4_SeaLevelCurveGraph.htm

河川は基準面低下にどのような反応を示すのだろうか。

アメリカ・ミード湖という貯水池の事例を見よう。

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アメリカ・ラスベガス

ここを次スライドに拡大する

ミード湖

この場合は基準面＝ミード湖の水準

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

この場合は基準面＝ミード湖の水準

ラスベガス川

アメリカ・ネバダ州のラスベガス川の基準面は長期の旱魃のために２５メートル低下した。

Image courtesy J. Duan

河口デルタより上流のラスベガス川を見よう。

河口デルタ(三角州）とは？

川が運んでいる流砂の比較的粗い成分は頂置面（上部堆積

層）に堆積する。

流砂の細かい成分は 深い湖床にある低置面（底部堆積層）に沈殿する。

上値面の下流端に輸送される、土砂の荒い成分は水に落ち込んで前置面（前部堆積層）

に堆積する。

デルタは土砂堆積によって前進する。

ラスベガスの河口デルタは、基準面が低下するに連れて急激に前進した。

Image courtesy J. Duan

このスライドと八枚の次スライドはその前進を記述する。

Image courtesy J. Duan

Image courtesy J. Duan

Image courtesy J. Duan

Image courtesy J. Duan

Image courtesy J. Duan

マリーナよあばよ

Image courtesy J. Duan

Image courtesy J. Duan

Image courtesy J. Duan

Image courtesy J. Duan

Image courtesy J. Duan

下流端に河口デルタを有する河川の河床縦断形状を考えよう。

河床高

流下方向の距離

デルタ

湖

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Downchannel distance m

Elev

atio

n m

一定水準の湖に流入する、下流端に河口デルタを有する河川の縦断形状の発達を考えよう。

デルタは前進する。。

河床は上昇する。

沖積領域は後退する。

岩盤Lake

流下方向の距離

河床

高

-550

-450

-350

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-150

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50

150

250

-400000 100000 600000 1100000 1600000

Downchannel distance m

Elev

atio

n m

水準がゆっくり低下し始めた湖に流入する、下流端に河口デルタを有する河川の縦断形状の発達を考えよう。

岩盤Lake

デルタはより早く前進する。

河床上昇も抑制される。

沖積領域の後退は抑制される。

流下方向の距離

河床

高

-550

-450

-350

-250

-150

-50

50

150

250

-400000 100000 600000 1100000 1600000

Downchannel distance m

Elev

atio

n m

水準が急激に低下し始めた湖に流入する、下流端に河口デルタを有する河川の縦断形状の発達を考えよう。

岩盤

Lake

デルタは極めて早く前進する。

河床上昇ではなくて低下が上流に伝導する。

沖積領域は逆の湖に向かって引きずられる。

流下方向の距離

河床

高

ラスベガス川の場合、

基準面の早い低下は上流に伝導する、顕著な河床低下を起こした。

流れ方向

河床低下の伝導方向

川は河床高が低下するに連れて多くの段丘を残した。

段丘は河床低下によって取り残された、昔の氾濫源の一部である。

最新氷期の氷河拡大による基準面低下（海水準低下）はニューギニアとオーストラリアにどのような影響をもたらしたのだろうか。

NASA World Wind

大陸棚外縁は大陸棚と大陸斜面の接線である。

ニューギニア

オーストラリア大陸棚

大陸斜面

ニューギニアとオーストラリアは大陸棚の陸地化によってつながり、ひとつの大陸を

なした。

NASA World Wind

低海水準期（氷河極大期）の海岸線は大陸棚外縁近傍に海退した。

Years before present

フライ川は海水準低下にどのような反応を示したのだろうか。 NASA World Wind

Years before present

川は～150キロほど延長しただろう。

NASA World Wind

フライ川は大陸棚外縁まで延長し、そこで低海水準期のデルタを形成しただろう。

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50

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Downchannel distance m

Elev

atio

n m

Years before present

フライ川デルタ近傍の大陸棚を見よう。

現在のフライ川デルタ

大陸棚

フライ川は大陸棚外縁まで伸びただろう。低海水準期の

フライ川河道

Slingerland et al. (2008)

Image courtesy R. Slingerland

低海水準期に大陸棚に進出したフライ川はその痕跡を残したのだろうか。

ここを次スライドに拡大する。

現在のフライ川デルタ

大陸棚

Image courtesy C. Nittrouer

海底にあるキワイ流路はおそらく低海水準期に大陸棚に穿入したフライ川河道だろう。流路は海水準上昇のときに沈水して残されただろう。

これはParkerの解釈であり、かならずしもCrockett et al. (2008)の解釈ではない。

キワイ流路についての詳細はCrockett et al. (2008) を参照のこと。

Image courtesy C. Nittrouer

海水準低下はおそらくフライ川流域系の上流に伝導する、顕著な河床低下を起こしただとう。

ここに～１０メートルの河床低下？

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

上流に伝導する河床低下

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250

-400000 100000 600000 1100000 1600000

Downchannel distance m

Elev

atio

n m

Fly River

ストリクランド川

フライ川

ここに～１０メートルの河床低下？

フライ川中流の氾濫源近傍にある古い段丘は数百キロも上流までたどり着いた、氷河の拡大による河床低下を物語っているだろう。

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

例えばここマンダの段丘に流量観測所がある。

しかし海水準はほぼ２万年前から氷期が終わるとともに上昇し、ほぼ７千年前に現在の水準に到達した。

http://www.globalwarmingart.com/wiki/Image:Post-Glacial_Sea_Level.png

Fleming et al. 1998, Fleming 2000, & Milne et al. 2005.

http://www.teachingboxes.org/seaLevel/lessons/lesson4_SeaLevelCurveGraph.htm

海水準の上昇時は低下時より変動速度が早い。

http://www.teachingboxes.org/seaLevel/lessons/lesson4_SeaLevelCurveGraph.htm

海水準が～１２０メートル上昇したとき、フライ川はどんな反応を示し

たのだろうか。 NASA World Wind

http://www.globalwarmingart.com/wiki/Image:Post-Glacial_Sea_Level.png

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-450

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Downchannel distance m

Elev

atio

n m

一定水準の湖(海）に流入する、下流端に河口デルタを有する河川の縦断形状の発達を思い出そう。

デルタは前進する。。

河床は上昇する。

沖積領域は後退する。

岩盤Lake

流下方向の距離

河床

高

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-450

-350

-250

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50

150

250

-400000 100000 600000 1100000 1600000

Downchannel distance m

Elev

atio

n m

デルタはより遅く前進する。

河床はより早く上昇する。

沖積領域はより早く後退する。

岩盤

流下方向の距離

河床

高水準がゆっくり上昇し始めた湖(海）に流入する、

下流端に河口デルタを有する河川の縦断形状の発達を考えよう。

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-450

-350

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50

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-400000 100000 600000 1100000 1600000

Downchannel distance m

Elev

atio

n m

デルタは捨て去られる。

河床は急激に上昇する

沖積領域は急激に後退する

岩盤

氾濫源は沈水し入り江に化する。

流下方向の距離

河床

高水準が急激に上昇し始めた湖(海）に流入する、

下流端に河口デルタを有する河川の縦断形状の発達を考えよう。

アメリカ・チェサピーク湾は海面上昇によって沈水した、川の溺れ谷の

事例である。

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

ワシントンD.C.

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250

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Downchannel distance m

Elev

atio

n m

フライ川の場合、キワイ流路は海水準上昇のために沈水しただろう。

NASA World Wind

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50

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250

-400000 100000 600000 1100000 1600000

Downchannel distance m

Elev

atio

n m

Image courtesy C. Nittrouer

海岸線は陸方向に移動した（海進現象）。

デルタの位置はほぼ７千年前に海水準上昇が止まってから現在の位置まで前進した（海

退現象）。

低水準期の河口デルタも沈水し、フライ川の谷間は現在の河口の位置よりはるか上流まで溺れ谷になっただろう。

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

Parker et al. (2008a,b)

http://www.globalwarmingart.com/wiki/Image:Post-

Glacial_Sea_Level.png

河床は２０～３０メートルほど上昇しただろう。

また、入り江の先端より上流のフライ川の河床は相当に上昇しただろう。

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

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Downchannel distance m

Elev

atio

n m

Parker et al. (2008)

http://www.globalwarmingart.com/wiki/Image:Post-Glacial_Sea_Level.png

デルタの沈水と急激な海進を伴う河床上昇を小規模の模型実験で再現できる。

Muto (2001)はこの現象を「autoretreat」、すなわち「自己後退」と名づけた。またMuto and Steel (1992)を参照のこと。

自己後退する汀線 沈水によって溺れたデルタ

模擬岩盤

水準上昇

汀線の移動

デルタに堆積した土砂

河床上昇

武藤哲司の実験の動画を見るには下記のウェブアドレスを訪れてください。http://cee.uiuc.edu/people/parkerg/MutoAutoretreat.htm

Image courtesy T. Muto

このように上流に伝導する河床上昇はフライ川中流に合流する支流にどんな影響を与えたのだろうか。

フライ川中流

ストリクランド川

フライ川下流-550

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50

150

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Downchannel distance m

Elev

atio

n m

パズルの第二コマは山地と低地の土砂生産または川への供給の相違である。

NASA World Wind

ニューギニアの中部山地

低地平原

ストリクランド川フライ川

中部山地

フライ川とストリクランド川の源流は中部山地の奥深いところに位置する。

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

ストリクランド川渓谷

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

地質的に若くて隆起中にある山地は土砂を大量に生産し、フライ川とストリクランド川に供給する。

Image courtesy G. Pickuphttp://www.abdn.ac.uk/~gmi196/DrylandRivers/pickup/Hindenb

urg_Wall_slide_PNG.htm

自然の斜面崩壊

鉱山の排砂によって起こされた地すべり

源流が低地平原に位置する支流は土砂供給が大変少ない

NASA World Wind

Google Earth

要約すると山地と平原の土砂供給は下記のように大きく異なっている。

本流の土砂供給は豊富にある。

低地平原に源流を有する支流の土砂供給は極

めて少ない

NASA World Wind

１８万年前から始まった海水準上昇のために

http://www.teachingboxes.org/seaLevel/lessons/lesson4_SeaLevelCurveGraph.htm

http://www.globalwarmingart.com/wiki/Image:Post-Glacial_Sea_Level.png

河床は２０～３０メートルほど上昇しただろう。

河口デルタは入り江に化し、上流に移動しただろう。

フライ川・ストリクランド川本流は上昇しただろう。

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/http://www.globalwarmingart.com/wiki/Image:Pos

t-Glacial_Sea_Level.png

支流は本流上昇について行けるほどの土砂供給がなかっただろう。

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従ってフライ川とストリクランド川は上昇するに連れて氾濫源に自然ダムを形成し、支流の水を堰き止めただろう。

河床

川面または湖面

本流が上昇した。 土砂供給の少な

い支流の合流点近傍は沈水され

た。

Image courtesy J. C. Rowland

湖

この自然ダムは支流閉塞湖を形成しただろう。

Image courtesy J. C. Rowland

支流閉塞湖のミスれリーは

これで一見落着。

https://zulu.ssc.nasa.gov/mrsid/

参考文献

Blake, D. H. and Ollier, C. D. 1971 Alluvial plains of the Fly River, Papua. Zeitschrift füf Geomorphologie, Suppl. Bd 12, 1-17.

Crockett, J.S., Nittrouer, C. A., Ogston, A. S., Naar, D. F. and Donahue, B. T. 2008 The morphology and filling of incised submarine valleys on the continental shelf near the mouth of the Fly River. Journal of Geophysical Research Earth Surface, in press.

Dietrich, W. E.,, Day, G. and Parker, G. 1999 The Fly River, Papua New Guinea: Inferences about river dynamics, floodplain sedimentation and fate of sediment, by William Dietrich, Geoff Day, and Gary Parker. In Varieties of Fluvial Form (A. Miller and A. Gupta, eds.), John Wiley & Sons Ltd., 345-373.

Fleming, K. M., Johnston, P., Zwartz, D, Yokoyama, Y., Lambeck, K. and Chappell, J. 1998 Refining the eustatic sea-level curve since the Last Glacial Maximum using far- and intermediate-field sites. Earth and Planetary Science Letters 163 (1-4), 327-342.

Fleming, K. M. 2000 Glacial Rebound and Sea-level Change Constraints on the Greenland Ice Sheet. PhD Thesis. Australian National University.

Milne, G. A., Long A. J. and Bassett, S. E. 2005 Modelling Holocene relative sea-level observations from the Caribbean and South America. Quaternary Science Reviews 24 (10-11), 1183-1202

参考文献（続き）

Muto, T. and Steel, R. J. (1992) Retreat of the front of a prograding delta. Geology, 20, 967-970.

Muto, T. (2001) Shoreline autoretreat substantiated in flume experiment. Journal of Sedimentary Research, 71(2), 246-254.

Parker, G., Muto, T., Akamatsu, Y., Dietrich, W. E. and Lauer, J. W. (2008) Unraveling the conundrum of river response to rising sea level from laboratory to field. Part I. Laboratory experiments. Sedimentology, in press.

Parker, G., Muto, T., Akamatsu, Y., Dietrich, W. E. and Lauer, J. W. (2008) Unraveling the conundrum of river response to rising sea level from laboratory to field. Part II. Sedimentology, in press.

Rowland, J. C., Lepper, K., Dietrich, W. E., Wilson, C. J. and Sheldon, R. (2005) Tie channel sedimentation rates, oxbow formation age and channel migration rate from optically stimulated luminescence (OSL) analysis of floodplain deposits. Earth Surface Processes and Landforms, 30, 1161–1179.

Slingerland, R., Driscoll, N. W., Milliman, J. D., Miller,, S. R. and Johnstone, E. A. (2008) Anatomy and growth of a Holocene clinothem in the Gulf of Papua. Journal of Geophysical Research Earth Surface, in press.