はじめに
阿蘇カルデラを初めとする巨大カルデラの周辺部には類似した構造の滝が多数見られる。「巨大カルデラと滝」のページで私は阿蘇カルデラの周辺部にある大型の滝の特徴として表１の項目を挙げ、その形成仮説を溶結凝灰岩に発達した直立した柱状節理との関係から述べた。「巨大カルデラと滝」のページで例示した滝のうち「五老ヶ滝」、「七滝」、「下城滝」は以下の条件をほぼ満たしていたが、「数鹿流ヶ滝」、「鮎帰りの滝」は溶岩にかかる滝で柱状節理は有しないが、見た目はそっくりである。また、「鵜の子滝」に至っては溶結凝灰岩で構成されているが柱状節理は直立しておらず屈曲し横倒しになっている。
「巨大カルデラと滝」のページで述べた仮説は参考文献に記載された記述（定説）を元にしているので間違っているとは思わないが、表１のすべてが溶結凝灰岩の直立した柱状節理に起因するわけではなく、滝一般の特徴も混在しているのではないかと考えるようになった。
そこで、この点について滝の一般的な成因を述べ、「巨大カルデラの滝」との関係を考察する。
表１．阿蘇カルデラの周辺部にある大型の滝の特徴
- 滝の上流部は比較的平坦（しばしば田園が広がる）である。
- 滝の上流部は滑床で、しばしば甌穴が発達する
- 柱状節理が発達する断崖にかかる。
- 直瀑が多い。
- しばしば滝の下部が上流部にえぐれ、裏見の滝となる。
- 滝崖は半円形（蒲鉾を立てたような形）。
- 川幅に比べて、極端に広く円形の滝壺を持つ。
- 滝の下流部には両岸が切り立った（しばしば柱状節理の）断崖を有する渓谷が出現する。
- 懸谷型の滝を多く伴う。
- 巨大カルデラ外輪山の周辺部に位置する。
表１の性質の内、２，３は溶結凝灰岩の特徴であることを「巨大カルデラと滝」のページで述べた。また１０も「阿蘇外輪山の滝の統計学的解析」のページで検証済みである。
なぜ滝はできるのか？
河川は一般に上流部で浸食、下流部で堆積が起こる。究極的に浸食され尽くすと最早浸食も堆積も起こらない状態になる。図１Aにその状態を示す。その曲線は指数関数に近似する。この場合は浸食の開始点と終了点(＝海面）が固定されているという条件である。
もし、何らかの理由でこの前提が崩れたときには新しく浸食が始まることになる。それは海水面の後退、造山活動による隆起、火山噴出物の堆積などである。
新しく浸食が始まると最初に河床に段が出来るところがあるとその下流では流れが速くなるので下刻が強くなり、その段は大きくなる。このように傾斜が急に強くなる所を遷急点という。遷急点に滝が出来やすくなる（図１Ｂ）。
やがて遷急点自身も浸食されたり、崩落することによって遷急点は後退することになる（図１Ｃ）。遷急点は浸食の最前線とも言える場所である。遷急点の後退により河川が浸食されると言い換えることも可能である。図１には遷急点を一つしか書いていないが、実際には多数の遷急点が同時に生じ、それぞれが分割したり併合したりを繰り返している。
こういった現象は均一な地層の場合にも起こることに留意することが必要である。実際には均一な地層など存在せず、硬い地層の所は浸食に抵抗するため遷急点を生じやすく、滝をかけやすくなる。しかし、一般的には硬いとされない岩石の場合でも周囲の岩石がより軟ければ滝をかけることになる。その際には滝の寿命は短くなる。
滝の下流から遡行するとどうなるかを考えてみよう。傾斜は次第に急になり滝の直下で最大になる。滝（遷急点）を越えると傾斜は急に緩やかになることになる。表１の１は実は滝の一般的な性質を述べているに過ぎない。しかし、巨大カルデラによる火砕流堆積地形は平坦であるので、この特徴を明瞭に観察できる場所である。
平坦地に出来る滝
図２．豪雨後の林道に出来た浸食痕
図３．模式図
上の方の水の落ち口から同じ幅の深い溝が下流に続いている。溝の壁は直立というより下掘れして少しオーバーハングになっているようだ。溝の深さは落ち口が一番深く、手前（下流側）は浅くなっている。
説明のための模式図が図３である。落ち口から落ちた水は底に激しくぶつかり穴を深めたであろう。そしてそこで乱流となって周囲を浸食し、滝の足元をも削っている。図２では分かりにくいかもしれないが、滝の下部が上流側に洞窟のように削れている（いわゆる裏見の滝の構造）。やがて滝は崩落し、後退するわけだがその時に直瀑が維持されることになる。
落ち口の乱流は上流側を削るだけでなく、両側も削ることになる（側刻）。浸食力は落ち水の着水点からの距離に関係するはずだから、ある程度削ったところで急に浸食力は弱くなるだろう。それでも滝が同じ所に止まれば更に浸食が進むが、前述のように滝が後退するため次第に着水点からの距離が遠くなり時間とともに浸食力は弱まる。そのため、滝から下流に同じ幅の溝が続くことになる。
滝壷付近を考えると浸食力は着水点からの距離に関係するので、着水点から同じ距離の所で止まるはずである。従って滝の上流側の壁（滝崖）は半円形となる。
崩落した壁や上流から流れてきた土砂は乱流に乗って下流へ押し流されるが、大きな石は滝の近くに止まり、さらに土砂を堰きとめ川底を埋める（図３の茶色の部分）。そのために滝壷の水溜りが形成される。川幅が大きい場合には中心部は流速が早いためより遠くまで土砂が流され、川岸では近くに止まるために、下流に突出した半円形となる。全体としては大きな円形の滝壷が形成される。
円形の滝壷と書いたが実際には円形でなく河川の流れの方向を長軸とした楕円形に近い曲線であろう。着水点が必ずしも円の中心にくるわけではないので滝崖は円でなく変形されるであろう。下流側の滝壷も同様に円形でなく楕円形となるだろう。
それでも円形と書いたのは普通私たちは滝の下流の低い位置から滝壷を眺めるので、河川の流れの方向を長軸とした楕円形でも円形に見えるからである。下流から見ると円形の滝壷であっても、滝口から見ると全然円形に見えない場合も少なくない（例えば矢部の越早滝）。
図２の水の流れた後を良く見るとこの溝の全面から水が落ちただろうと思われる。そうすれば滝の落ち口が半円形である理由は滝壷での浸食でなく、むしろ川の中心部は流れが速く浸食が強いために滝の中心部の後退速度が速かったためと考えられる。この場合には河川の流れの方向を短軸とした楕円形に近くなるだろう。例えば大分県の原尻の滝は川幅が広くそういう仮説を考えやすい。しかし、一般には洪水時でも滝崖一杯に水が落ちそうにない滝にも滝崖が半円形の形をしている滝が多い。滝壷での乱流を成因とする方が一般的であると考える。
表１の４、５、６、７、８、９に書いた性質は溶結凝灰岩や柱状節理とは無関係で、単に平坦な地形に出来た滝の特徴ということになるのであろうか。もう少し議論を進めてみる。
崖は直立を維持できるのか
前項の議論をそのまま現実の滝に応用することは出来ない。直立した壁をどれ位の高さまで程度維持できるのかという問題が残っているからだ。一般には垂直の壁は高さが低いほど出来やすく、岩質が硬い（粘り気も必要そうだ）ほど高くなりうると言える。垂直でなく傾斜があれば壁は更に高くなりうる。また、時間とともに崩落しやすくなるので新しくできた岩盤という条件も必要だ。
図２の滝の模型では高さは数十ｃｍ、材質は踏み固めた土である。仮にこの高さが数ｍだとしたら崖は崩壊し滝は直瀑でなく、渓流瀑になり、下流の壁は傾斜を持ったV字谷（普通の谷）になるだろう。溶結凝灰岩の場合には溶結して硬く、崖を垂直（または急傾斜）に維持できるものと考えられる。柱状節理は強溶結の部分に出来るものであり、図２（または表１）に示した構造を維持しやすくなると考えてよいだろう。
ところで直立した柱状節理はどれ位の高さになれるのだろうか。確たる根拠はないが数十ｍ、多分２〜３０ｍ位ではないだろうか。もし滝の下流がこれ以上の高さを持つ場合には柱状節理が階段状に並ぶことになるであろう。
こう考えてくると表１の４〜９の性質（図２の形）は岩質が堅牢である場合には維持される。その一つの例が火砕流堆積物（溶結凝灰岩）であり、もう一つの例が火山噴出物（溶岩）であることが理解できる。ともに平坦な地形を作る硬い岩石であると言える。両者に同じような滝が出来ることが理解できる。
表１の４〜８の性質は平坦な地形にできる滝の特徴を示す。こういった平坦な地形は火砕流堆積物（溶結凝灰岩）や火山噴出物（溶岩）の場合に出来、また岩石が硬いためその特徴を明瞭に残すことになる。また、表１の８の性質は支流が合流する際に懸谷型の滝になりやすい（表１の９）ことを示している。
補足説明
１．滝壷の乱流が滝崖浸食の唯一の原因か？
以上のように滝壷における乱流が丸い滝崖を構成する唯一の理由かというとそうではないであろう。より上流の小河川にかかる滝には大きな滝壷を有しないにも係わらず同様な構造を有する滝がままあるからである（旧矢部町津賀野滝、鹿児島市比志島の滝など）。これらの滝では滝の下流の傾斜がきつく土砂によるせき止めが見られず、滝壷はないか小さいものになる。
考えられる可能性としては、滝の下流の開いた空間に滝崖が崩落していく場合に固結が強い岩石の場合に急傾斜を保つことが挙げられる。その際、溶結凝灰岩に節理があればその傾向はより顕著になるだろう。また、地滑りによる崩落地にできた断崖に滝がかかる場合もあるであろう（大津町岩戸神社にある滝）。
更に、滝壷における乱流が丸い滝崖を構成する主要な要因かという疑問についても十分には検証は出来ていない。
２．滝構造における柱状節理の関与
溶結凝灰岩の滝にはしばしば直立した柱状節理が発達している。河川によって浸食される場合には柱状節理に沿って崩落するため、直立した性質を保ちつづけやすくなる。しかし、前述のように直立した柱状節理だけが直立した壁を作る要因でなく、固着（溶結）が強い場合には直立した壁を作る。
柱状節理は直立するものばかりでなく、しばしば横倒しになったり、屈曲するものもある。しかし、柱状節理を作るのは溶結が強い場所であるので、やはり直立した壁を作りやすくなると考えられる。
３．滝と裏見の構造
溶結凝灰岩の滝（直瀑の場合）にはしばしば滝足部に洞窟様に穴が開いていることがある（裏見の滝）。これは一義的には直下した水が滝壷で乱流となり、滝足部を浸食する結果と考えられる。通常はこういった構造は不安定で上部が崩落し穴をふさいでしまったり、滝が渓流瀑となり滝足部を浸食する傾向が弱まり消失すると考えるが、溶結凝灰岩の場合にはしばしば残存する。
これは滝本体が硬く、滝足部が浸食に弱い場合に顕著になる。火砕流堆積物は上部と下部で弱溶結（比較的軟らかい）、中心部で強溶結（硬い）ため、滝足部の浸食が進むと考えられる。また、溶結凝灰岩の浸食が進み、基底岩が滝足部に露出した場合にも基底岩が浸食に弱い場合には同様に裏見の構造を発達させやすくなる。
また、滝足部が浸食に弱いという溶結凝灰岩の特徴は滝壷における滝足部の浸食を強めるために丸い滝壷の形成や直瀑傾向の維持に一役買っていると指摘することもできる。
４．甌穴と滝
溶結凝灰岩には甌穴が随所に見られる。しかも比較的平坦で流れが緩やかなところに出来やすい。滝の周囲で考えると最も傾斜が緩やかなところは「なぜ滝は出来るのか」で述べたように滝の上流部ということになる。従って、表１の２「滝の上流部は滑床で、しばしば甌穴が発達する」という指摘は理論的には正しいものであろう。しかし、もちろん甌穴の形成は滝の成因とは通常関係ない。
阿蘇カルデラでは甌穴の発達は小規模であるが、南九州の加久藤カルデラ、姶良カルデラ、阿多カルデラでは大規模なものが見られる。関之尾滝（都城市）、三連とどろ（財部町）、谷田滝（鹿屋市）、こせの滝（加世田市）では大規模な甌穴群の下流に滝が見られるという共通した特徴を備えている。
５．本考察を延長できる限界
巨大カルデラの火砕流噴火は複数回起こっている。例えば、阿蘇カルデラは４回の大規模火砕流噴火を起こし、それぞれの火砕流堆積物が層状に重なっていると考えられる。その境目の浸食の違いから滝が形成されている可能性もあるが、この点について考察する材料を持ち合わせていない。
巨大カルデラ（阿蘇、加久藤、姶良、阿多）の火砕流堆積物にかかる滝についてはいずれも本考察で述べたメカニズムを適応して良いであろう。火山噴出物でも阿蘇カルデラ底の数鹿流ヶ滝、鮎帰りの滝、霧島火山（加久藤カルデラの中央火口丘）の轟滝、皇子滝、肥薩火山の鹿目の滝、（多分）鍵掛けの滝、北薩火山のあさつけの滝（形態は大分異なるが）なども本考察によるメカニズムを準用して良いだろう。これらは何れも地質時代的には新しい火山噴出物とされている。
一方、堆積岩地形に存在する祖母傾大崩山火山噴出物にかかる滝は全く別のメカニズムで巨大カルデラの滝との類似性も乏しい。またこれらは古い時代（1500万年前）に噴出したものである。
やはり１５００万年前に噴出したとされる尾鈴山酸性岩と呼ばれる溶結凝灰岩にかかる滝の中にも都農町観音滝のように巨大カルデラの滝とそっくりのものがある。地質年代の違いから巨大カルデラの滝と同じ成因で考えることはできない。その理由は良く分からないが、広範囲に堆積した溶結凝灰岩が造山活動に伴って隆起し浸食される過程で、たまたま条件が一致した所（平坦な地形で柱状節理を有する）で巨大カルデラの滝と同様な滝を生じたものと考える。
６．河川構造上からの分類
河川の何処に滝ができるかという観点から滝を分類すると（１）本流型（平地型）の滝、（２）源流型（山地型）の滝、（３）懸谷型の滝と分類できる。（１）は滝の上下流の傾斜が緩やかで直瀑傾向、大きな滝壷で特徴付けられる。（２）は滝の上下流の傾斜が急で、渓流瀑傾向、滝壷の形成が弱い。（３）は本流と支流の浸食力の差のため合流点付近の支流に形成される滝で形態は多様である。また、この分類は概念的なもので実際の滝に応用しようとすると明確でないものが少なくない。
そうすると表１の性質の多くは本流型（平地型）のものである。従って表１に述べた性質は火砕流堆積物における本流型（平地型）の滝のものと言い換えることができる。逆に本流型（平地型）の滝が他の地域に存在するかというと少なくとも南九州には典型例は存在しない。日本のように傾斜が急な河川しか存在しない地域では本流型（平地型）の滝が存在しても瞬く間に浸食され尽くすと考えられるからである。従って、新しい火山噴火によって（地質年代的に）最近平地が出来浸食が開始されたところ意外には本流型（平地型）の滝は存在しないとも言える。
また、巨大カルデラに源流型（山地型）の滝が見られるかというと少なくとも阿蘇カルデラには典型例は少なく中間型のものが多い。全体として傾斜が緩やかであるからであろう。一方、火山噴出物（溶岩）は比高も高くなるため上流に源流型（山地型）、山麓に本流型（平地型）の滝という構成になるだろう。しかし、この部分は検証不十分である。
７．最後に
一応、巨大火砕流堆積物および火山噴出物における滝の成因を考察したが、滝の性質や形は第一義的には地形、岩石の偶然性に支配されるであろう。この考察に一致した具体例も、反例も多数存在する。その中で共通する性質を考察したに過ぎない。
結論
巨大カルデラの周辺部に存在する大型の滝の特徴は直瀑で川幅に比較して大きく深い円形の滝壺を持つ。滝面とその周囲の滝崖が連続的につながり、半円形で直立し、蒲鉾を立てたような形をしている。また、下流に向かって直立した崖に囲まれた深い渓谷を構成する。これらの特徴は平坦地にできる滝の一般的性質と考えることができる。こういった平坦な地形は火砕流堆積物（溶結凝灰岩）や火山噴出物（溶岩）の場合に出来、また岩石が硬いためその特徴を明瞭に残すことになる。
こう考えることで溶結凝灰岩にかかる滝と溶岩地形にかかる滝の類似性を説明できる。