滝と地質(主要17岩石毎の検討)

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 滝と地質の関係を見ることは本HPのテーマの一つであるが、滝を構成する岩石の種類は広範である。中には類例の少ない岩石も多数あり、統計学的な検討が困難である。そこで、比較的滝数が多い岩石、今回は概ね20(変成岩は15)滝以上ある岩石のみを対象として集計し滝の諸因子との関連を見た。
 対象岩石を多くしたために統計学的有意差は出にくくなっている。別に主要な5岩石(砂岩、チャート、溶結凝灰岩、安山岩、花崗岩)のみの検討、すべての岩石を8つの地層区分(砕屑岩、他の堆積岩、火砕岩・溶結凝灰岩、安山岩、他の溶岩、花崗岩、他の深成岩、変成岩)に分けて検討したページがある。このページはその内容を補完する内容である。
 なお、このページは北中康文著「日本の滝、東日本661滝1)、西日本767滝2)」に記載された滝データ、地質データをもとに行ったメタ解析の一部である。

解析対象とした滝数
 検討に用いた滝は砂岩74滝、泥岩29、礫岩21、チャート69、玄武岩溶岩26、火砕岩(火山角礫岩等)30、溶結凝灰岩150、流紋岩58、安山岩195、玄武岩23、詳細不明の溶岩19、花崗班岩(石英班岩含む)34、花崗岩112、花崗閃緑岩40、結晶片岩(泥岩由来)16、結晶片岩(玄武岩溶岩由来)17、片麻岩18、計931滝である。全体は1025滝だから、全体の91%を解析対象にしたことになる。
 そのうち単瀑(滝おやじ分類の連瀑、壇瀑を除いたもの)は砂岩56滝、泥岩20、チャート45、玄武岩溶岩18、火砕岩(火山角礫岩等)18、溶結凝灰岩114、流紋岩39、安山岩154、玄武岩20、詳細不明の溶岩16、花崗班岩(石英班岩含む)26、花崗岩80、花崗閃緑岩28、結晶片岩(泥岩由来)14、片麻岩12、計660滝であった。単瀑とした結果対象が少なくなった礫岩と結晶片岩(玄武岩溶岩由来)は解析対象から除いた。
 なお、検討によってはデータ不明の滝があり除外したため、滝数は微妙に異なった。ただし、検討滝数が多く、全体の結論には影響しないと考えられるので詳細は省略した。

1.滝の主要構成岩石と形態分類
 滝の分類としては永瀬嘉平氏の著作に紹介された分類法(直瀑、渓流瀑、段瀑などに分類。以下、永瀬氏分類とする)が最も有名である。この分類は滝の姿が人の心にどのように映るかという事に着目した心象分類と言えるであろう。簡単で分かり易く、印象深いという特徴を持つ。しかし科学的な観点からは問題が多い。
 HP「滝を観る」に記載された分類(以下、滝おやじ分類)は科学的観点からみた客観的で重厚な分類である。分類法というよりも客観的な滝の記述法という色彩が強く、初心者にはやや難解である。今回はメインの分類のみを検討に用いた。
 永瀬氏分類(図1A)では緑で示す直瀑は玄武岩、次い詳細不明の溶岩が多かった。安山岩も直瀑が多く、火山岩に直瀑が多いのがはっきりしている。黄色の渓流瀑は砂岩、泥岩の堆積岩、火砕岩、溶結凝灰岩など火砕流噴火に関する岩石に見られ花崗岩、花崗閃緑岩にも多い。ピンクの段瀑は堆積岩では礫岩に多いほか、花崗岩などの深成岩、変成岩に多い。ただし、その中でも花崗班岩、結晶片岩(泥岩由来)は直瀑、分岐瀑が高頻度である。

図1A.滝の構成岩石別に見た永瀬氏分類
χ二乗検定を行ったが、期待値が5以下のセルが多すぎて統計学的有意差は得られなかった。

滝おやじ分類(図1B)では緑で示す連瀑は泥岩、礫岩、チャートなどの堆積岩に多い。溶結凝灰岩、流紋岩、安山岩、玄武岩、詳細不明の溶岩など火山岩はいずれも少ない。青で示す階瀑は礫岩、結晶片岩(玄武岩溶岩由来)、片麻岩に多い。灰色の懸崖瀑は火砕岩〜詳細不明の溶岩の火山岩、そして砂岩、礫岩に見られる。
 ピンクの直下瀑は玄武岩、詳細不明の溶岩に目立つが、溶結凝灰岩、安山岩、花崗班岩、片麻岩にも多い。オレンジで示す急斜瀑は結晶片岩(泥岩由来)で目立っている。明青色で示す緩斜瀑は花崗岩、花崗閃緑岩、玄武岩溶岩に多い。灰色の壇瀑は火砕岩、詳細不明溶岩など火山岩に多かった。

図1B.滝の構成岩石別に見た滝おやじ分類
χ二乗検定を行ったが、期待値が5以下のセルが多すぎて統計学的有意差は得られなかった。

 図1Bを用いて、コレスポンデンス分析を行い、滝の主要構成岩石17種類を分類すれば以下のようになる(あくまで一例である)。計算法の詳細はこちら
 どの岩石も直下瀑、急斜瀑、緩斜瀑、連瀑などを作るが、敢えて多いパターンで分ければ下表のようになる。
表1.コレスポンデンス分析を用いた滝形態パターンによる各岩石のグループ分けの試み
ただし、どの岩石も直下瀑、急斜瀑、緩斜瀑、連瀑などを作りうることに注意
含まれる岩石 特徴
A 詳細不明の溶岩、玄武岩、火砕岩 直下瀑が多く、懸崖瀑や壇瀑などを生じる
安山岩、溶結凝灰岩、花崗班岩、流紋岩 直下瀑〜急斜瀑になりやすい
片麻岩、砂岩、チャート、玄武岩溶岩 連瀑になりやすい
花崗岩、泥岩、花崗閃緑岩、結晶片岩(泥岩由来) 緩斜瀑になりやすい
E 礫岩、結晶片岩(玄武岩溶岩由来) 階瀑になりやすい

2.主要岩石と落差の関係
 主要17岩石別に見た滝の落差を図2Aに示す。残念ながら、ばらつきが多くて統計学的有意差がないために、どの岩石の高い、低いという結論は出すことができない。

図2A.滝の構成岩石別に見た滝の落差(全滝対象)
棒の高さは落差の平均を上に付けたひげは標準偏差を表す。一元配置の分散分析の結果全体での有意差がなかった。

 そこで、滝おやじ分類の連瀑と壇瀑を除き単瀑のみにして、落差を比較した(図2B)。安山岩、詳細不明の溶岩、花崗班岩の三者は平均落差30m越えで落差が高かった。溶結凝灰岩、流紋岩も高かった。これらは花崗班岩を除き、いずれも火山岩である。花崗班岩も硬いことで知られた岩石である。
 一方、花崗閃緑岩、結晶片岩(泥岩由来)、片麻岩の滝の落差が低かった。

図2B.滝の構成岩石別に見た滝の落差(単瀑のみでの検討)
棒の高さは落差の平均を上に付けたひげは標準偏差を表す。多重比較:安山岩は砂岩、チャート、火砕岩、溶結凝灰岩、花崗岩、花崗閃緑岩、結晶片岩(泥岩由来)、片麻岩に比較して有意に高かった。花崗班岩は砂岩、チャート、花崗岩、花崗閃緑岩より有意に高かった。詳細不明の溶岩は花崗閃緑岩、片麻岩に比較して有意に高く、溶結凝灰岩、流紋岩も花崗閃緑岩より有意に高かった。

3.主要岩石と滝面傾斜(単瀑のみでの検討)
 前項と同じく単独瀑にして滝面傾斜を比較した。数字が低い方が急傾斜、大きい方が緩傾斜を示す。最も急傾斜だったのは詳細不明の溶岩、玄武岩、安山岩と続いた。一方、花崗閃緑岩、花崗岩が緩傾斜であった。

図3.滝の構成岩石別に見た滝面の傾斜(単独瀑のみでの検討)
数字が少ない方が急傾斜、大きい方が緩傾斜を表す。棒の高さは落差の平均を上に付けたひげは標準偏差を表す。多重比較:詳細不明の溶岩は玄武岩以外の全岩石に比較して有意に急傾斜であった。玄武岩は砂岩、泥岩、玄武岩溶岩、溶結凝灰岩、流紋岩、花崗岩、花崗閃緑岩に比較して有意に急傾斜であった。安山岩は泥岩、玄武岩溶岩、溶結凝灰岩、流紋岩、花崗岩、花崗閃緑岩より有意に急傾斜であった。砂岩、チャート、火砕岩、溶結凝灰岩、花崗班岩は花崗岩、花崗閃緑岩に比較して有意に急傾斜であった。

4.主要岩石と連瀑数の関係
 連瀑数をみると礫岩、結晶片岩(玄武岩溶岩由来)、片麻岩に多い。これらの永瀬氏分類では壇瀑が多いと評価されているが、滝おやじ分類では連瀑が多いというより階瀑が多かった。階瀑の場合でも連瀑数は1と評価したので、多連の連瀑であることを示している。滝全体の落差(図2A)は特に高いわけではないので、落差の低い滝が連続することを示唆する。
 詳細不明の溶岩、玄武岩、安山岩などの火山岩は連瀑傾向に乏しいことを示している。

図4.滝の構成岩石別に見た連瀑数
棒の高さは落差の平均を上に付けたひげは標準偏差を表す。多重比較:礫岩は溶結凝灰岩、安山岩、玄武岩、詳細不明の溶岩、花崗班岩、結晶片岩(泥岩由来)より有意に多かった。結晶片岩(玄武岩溶岩由来)は安山岩、玄武岩、詳細不明の溶岩、花崗班岩より有意に多かった。片麻岩は玄武岩、詳細不明の溶岩より有意に多かった。チャート、花崗岩は安山岩より有意に多かった。

5.滝を構成する主要岩石と滝の標高の関係
 滝の標高が何を意味するのか客観的に評価するのは難しいが、北中氏の著作では全滝に滝口の標高が記載してあるので、集計してみた(図5)。
 滝の標高は安山岩、詳細不明の溶岩が最も高く、火砕岩、溶結凝灰岩、チャートが次いだ。花崗閃緑岩、花崗岩も同程度であった。花崗班岩が最も低かった。

図5.滝の構成岩石別に見た滝の標高
棒の高さは落差の平均を上に付けたひげは標準偏差を表す。多重比較:安山岩は詳細不明の溶岩以外の全岩石と比較して有意に高かった。詳細不明の溶岩は砂岩、泥岩、礫岩、玄武岩溶岩、流紋岩、玄武岩、花崗班岩、結晶片岩(泥岩由来)、結晶片岩(玄武岩溶岩由来)よりも有意に高かった。チャート、火砕岩は泥岩、花崗班岩より有意に高かった。溶結凝灰岩は砂岩、泥岩、玄武岩溶岩、花崗班岩より有意に高かった。花崗岩、花崗閃緑岩は泥岩、花崗班岩より有意に高かった。

 5.滝を構成する主要岩石の形成年代
 滝を構成する岩石ができた地質年代といってもそれは岩石そのものの性格であって、滝とは関係で変わるものではない。参考に表示したと考えて欲しい。
 詳細不明溶岩、玄武岩、安山岩などの火山岩が新しい。堆積岩中のチャート、玄武岩溶岩、深成岩、変成岩の形成年代が古い。

図6.滝の構成岩石が形成された地質年代
数字が小さい方が新しいものを大きいと古いものを示す。1:第四紀完新世、2:第四紀更新世、3:新第三紀鮮新世、4:新第三紀中新世、5:古第三紀漸新世、6:古第三紀始新世、7:古第三紀暁新世、8:白亜紀、9:ジュラ紀、10:三畳紀、11:ペルム紀、12:石炭紀、13:デボン紀、14:シルル紀。各棒が平均地質年代を、上に付けたひげが標準偏差を表す。多重比較:多くの組み合わせで有意差があった。詳細は省略。

6.同一岩石の形成年代が滝形態に及ぼす影響
 同一岩石でも形成年代が異なれば滝形態に影響を及ぼすかを検討した。類例が多い5岩石の内、チャートはすべて中生代と年代分布が均一であったので、残る砂岩、溶結凝灰岩、安山岩、花崗岩について検討した。各岩石ともヒストグラムを書いて検討した結果、溶結凝灰岩は新第三紀以降と古第三紀暁新世以前に分布が分かれていたのでその二群で(82対67滝)、安山岩は新第三紀以降がほとんどで白亜紀が少数あったので、第四紀と新第三紀以前の二群で(108対86滝)、砂岩と花崗岩は新生代と中生代(砂岩25対48、花崗岩31対79滝)に分けて検討した。
 溶結凝灰岩(図7A)では新第三紀以降の新しいものに、懸崖瀑、直下瀑が多く、古第三紀以前の古いものでは連瀑、緩斜瀑が多かった。両者の間に落差、標高、連瀑数には有意差がなかった(データ示さず)。
 安山岩(図7B)でも第四紀の新しいものに懸崖瀑、直下瀑が多く、第三紀以前の古いものでは連瀑、急斜瀑が多い。両者の間に落差、連瀑数に有意差はなかったが、標高は第四紀のものの方が有意に高かった(データ示さず)。
 砂岩、花崗岩についても新生代と中生代に分けて同様に検討したが、いずれも有意な差を認めなかった。

図7A.溶結凝灰岩の滝について岩石形成年代と滝形態の関係
溶結凝灰岩の滝について形成年代別に滝形態(滝おやじ分類)の比率の違いを見た。χ二乗検定で有意差がなかったが、壇瀑を除くとP<0.01となった。

図7B.安山岩の滝について岩石形成年代と滝形態の関係
安山岩の滝について形成年代別に滝形態(滝おやじ分類)の比率を見た。χ二乗検定でP<0.05

まとめ
1.滝形態分類の、永瀬氏分類では火山岩に直瀑が多かった。渓流瀑は砂岩、泥岩、火砕岩、溶結凝灰岩、花崗岩、花崗閃緑岩に多い。段瀑は礫岩、深成岩、変成岩に多い。ただし、花崗班岩、結晶片岩(泥岩由来)では急斜瀑が多い。

2.同じく滝形態分類の、滝おやじ分類では連瀑は 一般に堆積岩に多く、火山岩に少ない。階瀑は礫岩、結晶片岩(玄武岩由来)、片麻岩に多い。直下瀑は火山岩に多いが、花崗班岩、片麻岩にも多い。急斜瀑は結晶片岩(泥岩由来)で目立っている。緩斜瀑は花崗岩、花崗閃緑岩、玄武岩溶岩に多い。 壇瀑は火山岩に多かった。 

3.滝全体で落差に有意差はなかった。単瀑にすると火山岩(玄武岩を除く)、花崗班岩が高く、火山岩の内溶岩類が急傾斜で、花崗岩、花崗閃緑岩が緩傾斜であった。 

4.礫岩、結晶片岩(玄武岩由来)、片麻岩で連瀑数が多いが、これは階瀑が多い滝でもある。 

5.火山岩の標高が高く、火山岩、花崗班岩の形成年代が若い。

6.溶結凝灰岩、安山岩の直下瀑、懸崖瀑が多いなどの特徴は、形成時代が新しいものに顕著であった。


参考文献

1)北中康文(2004):日本の滝@東日本661滝.山と渓谷社

2)北中康文(2006):日本の滝A西日本767滝.山と渓谷社

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