堆積学の概要

堆積構造の形成に関する理論と実験,堆積データの解析方法,シーケンス層序学の基本概念,地層の形成過程と海水準変動などに関する基礎を学ぶ

目的・目標

この講義は、地域における開発・保全・防災・環境などの問題に取り組み,社会に貢献するために,地球科学に関連する幅広い多様な分野の知識を習得し,多様な現場における問題解決に応用できる基礎知識を身につけることを目的としている.特に,(1)水流と密度流のダイナミクスと砕屑物輸送,(2)堆積構造の形成プロセスに関する理論と実験的解析手法,(3)堆積物の野外・室内における分析方法,(4)海進・海退現象と海水準変動との関係,(5)シーケンス層序学の基礎など,将来の資源開発,環境問題,保全などに応用できる基礎知識の修得を目標とする。

授業計画・内容

「堆積」とはなんだろうか?:Exner方程式の意義

\[ (1-\lambda_{p}) \frac{\partial \eta}{\partial t} = - \frac{\partial q_t}{\partial x} \]

配布資料:
Exner方程式の意義

流体の挙動1:等流と流れの抵抗則

配布資料:
等流と流れの抵抗則

流体の挙動2:エネルギー保存則

流体のエネルギー保存則はベルヌーイの法則と呼ばれる.エネルギー保存式と連続式を連立させて解くことで,さまざまな自然現象を理解ことができる.開水路の射流・常流の成因もエネルギー保存の観点から理解することができる.

配布資料:
エネルギー保存則

流体の挙動3:浅水方程式

流速を垂直方向に平均化することで定式化した流れの運動量保存則を,浅水方程式と呼ぶ.浅水方程式と連続式を連立させて解くことで,流体のさまざまな挙動を理解することができる.

配布資料:
流体の挙動:浅水方程式

流体の挙動4:水面形方程式

定常流の場合,浅水方程式と連続式から水面形方程式を導くことができる.水面形方程式を使えば,地形が水流の水面形に与える影響を理解することができる.

配布資料:
流体の挙動:水面形方程式

相似則と次元解析

堆積学の室内実験では,自然界とはまったく異なるスケールで自然現象を再現しようとする.なぜこのようなことが可能なのだろうか? 堆積学では,相似則に基づいて大きさスケールの違う実験系でも自然現象を再現することに成功している.

現象を支配する無次元数が等しければ,自然界と実験水槽では同じ現象が発生する.これが相似則である.複雑すぎて理論的な解析が不可能な現象であっても,次元解析によって有次元パラメーターから無次元数を作り出せば,実験に基づいて現象を予測する法則を発見することができる.次元解析は堆積学・水理学以外のあらゆる物理現象でも有効な研究手法であり,自然現象の実験・理論的解析を行う際には強力な武器となる.

配布資料:
相似則と次元解析:

堆積物輸送1:掃流

配布資料:
掃流:

堆積物輸送2:浮流

配布資料:
浮流:

地形・流れ・堆積物の相互作用1: 河川の勾配

地層の形成(堆積)・侵食現象は地形・流れ・堆積物の相互作用として理解できる.

配布資料:
平衡河川:

地形・流れ・堆積物の相互作用2:ベッドフォーム

配布資料:
ベッドフォームの分類:
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ベッドフォームのダイナミクス:

混濁流のダイナミクスと海底地形形成作用

配布資料:
混濁流のメカニズム:
配布資料:
混濁流の発生:

土石流のダイナミクス

地形ダイナミクスの簡略化1:拡散方程式による堆積物移動プロセスの再現

地形ダイナミクスの簡略化2:セルオートマトンによる堆積物移動プロセスの再現

成因論層序学:シーケンス層序学から層序ダイナミクスへ

配布資料:
成因論層序学

逆解析:いかにして地層から過去の環境を復元するか?


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