風食 北方環境では、植生や地形の局所性に影響を与える吹きだまりの形をとることがよくあります。風成プロセスは、通常、侵食、輸送、または堆積の形態として、地球上で風によって行われる仕事を伴います.
風成過程は、これらの過程を扱ったいくつかの広範なテキストを含め、長い間研究されてきましたが、研究の大部分は温暖な砂漠環境で行われてきました.
したがって、暖かい砂漠環境でのデータと結論を外挿し、それを北方地域に適用することを試みる必要があります。温暖な砂漠での風成過程の研究のこの集中と、寒帯でのこれらの過程の定量的分析の欠如のために、知られている知識の多くは定性的なものです。北方領域の定量分析はほとんどありません。
これらのプロセスは、寒帯環境の特性に重大な影響を与え、この特定の気候に似た影響をもたらします。この論文では、カナダとアラスカに限定して、世界の寒帯地域で起こる風成過程を調べて説明します。 3 つの主な目的が検討されます。 1つ目は、一般的には制限要因であり、風成プロセスの特徴と有効性を決定する北方に固有の要因です。 2 つ目は、侵食、堆積、メカニズム、地形など、北方圏における特定の風成過程です。このセクションでは、特定のプロセスの速度およびその他の定量的データが提示されます。最後に、この論文では、寒帯の要素、プロセス、およびそれに続く地形を、温暖な砂漠環境のものと比較します。
寒帯環境の特徴
風成プロセスに影響を与える要因には、風の存在、大きさ、方向、地域の地形、植生、降水量、氷河作用などがありますが、これらに限定されません。この論文の焦点は北方領域に集中しているため、その気候特性を完全に理解する必要があります。寒帯地域は、カナダの上部とアラスカの大部分で構成されています。それは一般的に寒冷砂漠に相当するツンドラ地帯と北方林に覆われています。北方地域は、広大で非常に寒い冬と、その後の一時的な暖かい夏で知られています。
冬は摂氏約-40度まで下がり、夏は摂氏30度以上まで気温が上がるなど、地球上で最も極端な温度変化が見られる場所です。年間のほとんどの期間、気温は氷点下で、土壌と下層土は数メートルまで凍結します。植生はまばらで、シダ、常緑樹、針葉樹などの厳しい冬を乗り切ることができる主に丈夫な種があります。降水量はほとんどの寒帯で非常に少なく、通常は年間を通じて 20 インチ以下の降水量であり、ほとんどの時間にわたって地面が乾燥し、風成過程の影響を受けやすくなっています。降水量は、海岸沿いや山が地形効果を誘発する場所でより一般的です。
風成プロセスに影響を与える一般的な要因
風が輸送に与える影響は、地表の地形の量に正比例します。葉が少ないほど、風はきめの細かい砂、雪、黄土を運ぶことができます。表面の粗さは、地上付近の風速を遅くします。風の速度は地上の高さとともに増加するため、地表での風の動きを妨げると輸送が減少します。壁の法則として知られる経験式 U/U* =(1/k) ln (Z/Zo) は、特定の高さでの風速を予測するために流体力学で使用される原理方程式です。地形の粗さの増加は、表面せん断応力の増加につながり、最終的には風速だけでなく U* にも影響を与えます。このゾーン、境界層の厚さは、風速に反比例します。これは、表面が粗いほど、地面からの最初の高さでの速度が遅くなることを意味します。
表面物質の水分は、風プロセスに対する堆積物の感受性に影響を与えるもう 1 つの要因です。微細な堆積物は、水分を加えるとより凝集性が高くなります。これにより、堆積物が凝集し、より大きな粒子サイズを形成するため、風による輸送が困難になります。これは、降水量と密接に関連しています。乾いた雪の形での降水は堆積物に水分を追加しませんが、雨の形での降水は堆積物の活性層の水分を増加させます。したがって、乾燥した気候は、湿った気候よりも風成過程の影響をはるかに受けやすい.
堆積物は、風成過程におけるもう 1 つの重要な要素です。環境は、堆積物が豊富な場合もあれば、堆積物が不足している場合もあります。これは、環境内の堆積物の侵食と輸送を決定する多くの特性によって決まります。風成過程は堆積物に依存しており、堆積物が不足している場合、風は巻き込むものがないため、作用します。さまざまな環境に応じて、存在する堆積物はシルトや黄土から丸石までさまざまです。存在する堆積物のサイズも風成プロセスに影響を与えます。これは、シルトよりも丸石を巻き込むのにはるかに速い風速が必要であるためです。
寒帯特有の風成過程の要因
北方気候には自然界の U* の変数の 1 つである植生がほとんどないため、U* 値は比較的低く、地上ではより高い風速が発生します。これにより、堆積物の風による輸送の機会が増えます。地球の北方地域と温暖な砂漠環境の両方で、一般的に強い卓越風が吹いていますが、これらは地域によって異なります。温暖な砂漠環境では植生が不足しているため、ラフネスは非常に低くなり、ラフネスの要因は砂粒だけになります。北方の大部分は多くの植生に覆われていませんが、温暖な砂漠環境以上のものがあります。これにより、北方では粗度係数が増加し、堆積物を浸食して輸送する風の能力が制限されます。
北方地域にはかなりの量の氷と雪があり、風力輸送に影響を与える主な要因は、輸送する土砂の利用可能性です。北方に閉じ込められた氷の一部が溶け始めるのに十分暖かくなる数ヶ月の間に、氷河は大量の堆積物を侵食し、それを岩粉またはティルと呼ばれる細かい粒子に粉砕し、風で運べるようにします。 . 「典型的な寒冷気候の堆積物は、霜で砕けた斜面の堆積物、さまざまな種類の氷河の漂流物（ティル）、氷河流によって選別された砂利と砂、氷河湖と海洋シルトと粘土です。」
この堆積物は風によって容易に運ばれますが、氷河の下に水の薄い膜が形成され、氷河の下でその移動と浸食を促進する早春に大部分の堆積物が生成されるため、短命です。 1 年の冬の間、風成プロセスによって侵食されたすべての堆積物が除去されてシステムが枯渇した後、風成プロセスによって運ばれ堆積する主な対象は雪です。これは、温暖な砂漠環境とは異なります。これは、温暖な砂漠では通常、風によって運ばれる堆積物が過剰にあるためです。したがって、年間を通して、風成プロセスは温暖な砂漠で働き、侵食、輸送、および堆積を行います。
暖かく乾燥した砂漠の堆積物を寒帯地域と比較すると、水分含有量に大きな違いがあります。温暖な砂漠の降水量は、年間約 15cm 程度と言われています。これは、劇的な蒸発の影響と相まって、砂漠の土壌を非常に乾燥させます.北方環境では、通常、乾燥した砂漠よりも降水量が多くなりますが、実質的に多くはありません。これは、永久凍土と相まって、水分を扱う際の風の輸送能力を定義します。寒帯の降水量は雪の形をしていることが多く、気温が氷点下をはるかに下回っているため、雪は乾燥しています。永久凍土は表層の土壌層を湿らせ、堆積物を運ぶ風の能力を低下させます。
風成過程とその割合
黄土は、通常、更新世時代に言及された北方の風から運ばれる主要な堆積物タイプです。黄土とは、通常は粘土やシルトなどの堆積物を指し、風によって別の場所に運ばれ、蓄積して土壌層を構成します。通常、サイズは 0.01 ～ 0.06 mm で、99.5% は 0.2 mm 未満です。黄土の幅広い組成と典型的な鉱物のパーセンテージにより、黄土がどこから来たのかを示すのはしばしば簡単で、風向と侵食の場所を補間します.黄土の平均直径が小さいため、風は臨界せん断応力を容易に横切り、何年にもわたって黄土を巻き込みます。
風の方向、強さ、および持続時間に応じて、黄土は世界中のどこにでも輸送できますが、通常は風の方向に堆積します.黄土堆積物は、通常、ソースの近くで最も重い黄土堆積のパターンを持ち、卓越風の方向にソースから離れて堆積が徐々に減少します。 Muhsらによって行われた研究では。 (2003) では、アラスカ西部のセント マイケル島にあるザゴスキン湖で黄土鉱床が測定されました。彼らは、黄土が氷河河川堆積物からの北東風によって運ばれたと考えています。ザゴスキン湖の下にある玄武岩と主に珪長質の黄土のため、黄土とは何かを示し、その起源を予測することは比較的簡単でした。最終氷期の間、Muhs等。計算によると、約 125 から 700 g/m yr の質量蓄積率が見積もられました。これは、最後の氷河期にアラスカの他の地域で計算された質量蓄積率に匹敵します。
温暖な砂漠での地形因子としての風のプロセスについて聞くとき、ベンチファクトと風の摩耗は典型的な用語ですが、それは北方領域でも同様に侵食の一般的なツールです。北方では、石は堆積物粒子によって磨耗するだけでなく、雪や氷の結晶によっても侵食される可能性があります。摂氏 0 度の氷の硬度は、モース硬度計で 1.5 ～ 2.0 であることが実験的に確認されています。氷は温度が下がるほど硬度が高くなり、-50℃では硬度6程度になります。これらの石は、暖かい砂漠の環境で見られる典型的な孔食、フルーティング、またはグルービングを示しています。 Tedrow (1977) が行った調査では、カナダのプリンス パトリック島で、風によって削られた岩が発見されました。
カナダのプリンス パトリック島で風に吹き飛ばされたベンティファクト。
この地域の通気孔は石畳に囲まれており、砂が摩耗ツールとして使用されるのを防いでいるため、雪による摩耗の強力な証拠を支持しています。これらのベンチファクトは、風の摩耗が存在し、多くの場合、氷が摩耗ツールとして使用されていることを示しています。多くの亜寒帯気候では、泥炭が地面を覆っているため、泥炭の摩耗が深刻です。 1990 年に Cummings と Pollard が行った調査では、ケベック州シェファービルで 2 つの連続した冬の間、表面の泥炭が約 18cm 侵食されたことがわかりました。 2001 年に Seppala によって行われた別の研究では、風がフィンランドのラップランドで 40cm 以上の厚さの泥炭の層をすり減らしていることがわかりました.
風による微粒子の侵食はデフレと呼ばれ、北方で発生する主要なプロセスです。この細かい粒子の除去は、むき出しの石の表面が露出するまで続きます。この場合、微粒子はシルト、黄土、または雪であり得る。風輸送によるデフレは、さまざまな変動性とさまざまな深さの地形を引き起こしますが、それは常に地形の劣化と関連しています。いくつかの典型的な形成は、通常は円形または細長い形状の、収縮によって引き起こされる浅いくぼみである収縮のくぼみまたは噴出です。
デフレは、植生の破壊または植生の欠如によって助長され、北方の風景で一般的なプロセスになっています。正のフィードバック サイクルがあり、風に吹かれた堆積物が植物を埋め、根を露出させます。これにより、多くの植物が枯れ、土壌が緩んで収縮が進み、植物の成長が阻害されます。収縮はまた、地下水面または堆積物が湿り始める点によって深さが制限されます。堆積物中のこの水分は凝集を引き起こし、浸食を困難にします。フィンランドのラップランドでの噴出は、深さ 10m を超え、数万平方メートルをカバーしています。斜面は通常、風成砂のすべり角である約 35 度の急勾配です。デフレは、温暖な砂漠環境だけでなく、北方気候でも支配的なプロセスです。寒帯では、しぼんだもののほとんどは雪、沈泥、または黄土ですが、暖かい砂漠環境では、細かい石英粒子やその他の細かい堆積物のしぼみを伴うことがよくあります。北方の地下水面は通常、温暖な砂漠環境よりもはるかに一般的で高いため、ブローアウトは暖かい砂漠環境よりも北方でより制限されます.
吹きだまりは、寒帯で起こる重要なプロセスです。風は、新雪と風が存在する場所ならどこでも雪を運びます。風は、砂が風に乗っているのと同じように、クリープ、塩分、および乱流拡散によって雪を運ぶことができます。通常、雪の粒子の直径は約 0.5 mm で、輸送の限界速度は約 0.1 ～ 0.2 m s です。吹きだまりは、北方気候における氷河の形成と地形に影響を与えます。雪が降ると、雪が降る表面にほぼ均等に積もります。非常に寒い気候のため、北方の雪は乾燥しているため、非常に軽く、簡単に運ぶことができます。時間と反復的な強風によって、大部分の雪が運ばれます。これにより、積雪に薄い斑点が生じ、他の積雪に蓄積します。これは通常、交通の地形的な障害 (通常は植生、露頭、または山) によるものです。
これは、氷河が自らの雪の重みで形成されるため、氷河にとって理想的な状況を作り出します。一貫した風のパターンにより特定の場所に雪が積もると、雪が厚く覆われ、雪が自重で圧縮されます。これは最終的に氷河につながり、雪が非常に圧縮されて雪の中に空気の小胞がなくなります。
結論
風成プロセスの広いカテゴリーを調べると、風、降水量、表面の粗さ、および堆積物の種類と供給の変動性と大きさがすべて、特定の地域に固有の風成プロセスの形成に寄与していることが明らかになります。これらの要因は、世界のさまざまな地域で風成プロセスを変化させる上で異なる役割を果たしますが、それらはすべて、風食、輸送、および堆積の共通の特徴を共有しています。
風成プロセスがさらに進歩するにつれて、地質学者はそのプロセスと特性をよりよく理解するようになります。風成過程の集中の多くは温暖な砂漠気候にあったが、北方環境では量的な飛躍が続いている。北方環境への風の影響に関するさらなる知識は、地質学者が降雪、優勢な風のパターン、局地的な侵食の地域の年代順の歴史を解読するのに役立ち、北方環境の理解に広く貢献するでしょう.
