水平傾斜の成層砂岩にかかる高落差の直瀑群 |
宮崎県の代表的な滝の一つである祇園滝と布水滝はともに砂岩からなり同じ地層に属している。宮崎県中北部の珍神山層は整然とした成層砂岩からなっており、前述二滝を含め大型の直瀑6滝をはじめ多数の滝がある。 成層砂岩とは砂岩が板状になって積み重なっている地層を言い、この成層砂岩が水平傾斜で厚く積み上がった所に滝がかかると直瀑になりやすい。更に成層砂岩の単層が厚いこと、整然としていること、滝上部に厚い砂岩層があること、成層砂岩が下流側が上向きのわずかな傾斜を持つことが直瀑になりやすい条件である。一般に落差が高いと直瀑を維持するのは難しいが、これらの条件が重なり合うと高落差の直瀑を形成する可能性がある。一方、これらの条件を満たせないと階段状斜瀑になる可能性がある。 全国的に見てもここは砂岩からなる高落差の直瀑を有する代表的地域である。一般には砂岩の直瀑はせいぜい30mの落差しか有しないので、水平傾斜の成層砂岩の存在は砂岩の滝が高い直瀑となるための一つの条件であろう。 |
はじめに
宮崎にある大きな滝は火成岩由来の地形にかかることが多い。堆積岩地形に有る滝で有名なものといえば木城町の祇園の滝、西米良村の布水滝があるが、どちらも高落差の直瀑である。この二滝は同じ地層にかかっていて、珍神山層注1という成層砂岩(砂岩泥岩互層であるがほとんど砂岩からなるもの)からなる層である。木城と西米良村の中間の西都市北部にも同様な大型の滝が存在するが地元の人以外にはほとんど知られていない。大型の直瀑以外にも幾つかの滝がある。これらの滝の成因、特に高落差の砂岩の直瀑が出来るメカニズムについて考えてみた。
成層砂岩と珍神山層
宮崎県の堆積岩地質の大部分は西北部を除き四万十帯からなっている。四万十帯の基本構造は砂岩泥岩互層である。これは板状になった砂岩と泥岩を交互に重ね合わせたような構造で、横断面をみると砂岩と泥岩が交互に棒状にみえる。その中でも砂岩の比率が多い場合には砂岩優勢、逆の場合には泥岩優勢の互層と呼ぶ。その中でほとんど砂岩ばかりになっているにも関わらずに互層構造を残す場合を成層砂岩と呼ぶ。分厚く整然とした成層砂岩層が宮崎県の中北部、延岡市から西米良村にかけて、北東から南西の方向に線状に分布している。古い地質図には珍神山層として紹介してあるが、最新のものでは日向層群中の成層砂岩相(神門)や日向層群北部帯厚層理砂岩相とされている。
大昔、この互層が大洋底で形成された時にはその傾斜は水平に近いものであったろうが、プレートの動きに乗って移動し、プレートが沈み込むときに剥がされて付加体として日本列島に次々に張り付けられていった。貼り付けられていく過程で地層は引き起こされ、曲がったり折れたり(褶曲、断層)、古い地層の上に新しい地層が盛り上がったりした。結果として地層は瓦を葺いたような形になり(覆瓦構造)同じ地層構造が水平的または垂直的に繰り返し出現する場合がある。 成層砂岩は崖になることが多く、しばしばごつごつした山容を呈する。成層砂岩の傾斜はばらばらであるのだが、所によっては水平に近いところもある。水平傾斜の成層砂岩が厚く積み上げられたところには垂直の崖が出来やすく、そこに滝が出来ると高落差の直瀑となる。
図1.成層砂岩相と滝群 |
珍神山層にかかる滝群の紹介
珍神山層にかかる滝13滝をリストアップした(H名称不詳滝はおまけだが)。高落差の直瀑群6滝、階段状斜瀑2滝、その他5滝に分類した。参考に成層砂岩相の下部に存在する水車滝を提示する。
1.高落差の直瀑群
本滝群の中核を成す滝群であり、高落差の直瀑からなっている。成層砂岩が厚く積み重なり、たまたま水平に近い傾斜であるときに高落差の斜瀑がかかる可能性がある。山奥にあり地理的にはかなり近いのだが、訪問しようとすると道程が全然違うので同じグループとは気付きにくい。
図2-1A.F祇園滝 | 図2-1B.同遠景 | |
本滝群の代表的な滝。落差75mを誇り、水が全面に渡って自由落下している。滝面全体が水平傾斜の成層砂岩からなり、整然とした平行線を描いている。この写真では位置関係が分かり辛いが、まず川の上下流軸に沿って垂直な壁が立っている。その壁に直角に交わり川を横断する壁が立ち川の上流側に棚を作っている。その棚上を川が流れ滝を作っている。従って落ち口の上に見える壁は川の上下流軸に沿った壁の続きである。 砂岩層は滝の上部で厚く、下部では薄くなっている。滝壺の対岸の節理を見るとわずかに下流側が上、上流側が下という向きに傾いているのが分かる。 |
祇園滝の遠景像。手振れで失礼。祇園滝の周囲全体が成層砂岩相であるのが分かる。この角度からは位置関係が分かり易い(川の上下流軸に沿って垂直な壁が立っている。その壁に直角に交わり川を横断する壁が立ち川の上流側に棚を作っている。その棚上を川が流れ滝を作っている。 左の写真は見上げで撮っているので歪んでいるが、この写真では祇園滝の層状砂岩の整然とした様がよく分かる。 |
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図2-2.C鍵掛の滝 | 図2-3.D椎尾の滝 | |
祇園滝の下流に懸谷型に出来た滝。落差は50m。 祇園滝同様に滝面全面が成層砂岩からなるが整然さは祇園滝に遠く及ばない。厚い砂岩層と薄い砂岩層が交互になっている。滝の頂上部は斜瀑様、上半分は自由落下、下半分は滝面に傾斜がついている。直瀑とすべきか、急斜瀑とすべきか迷うが、辛うじて直瀑とした。この写真は滝壺から見上げているので、下部の落差が強調されていることに注意。 滝壺から手前に流れ椎尾の滝からの流れと合流し、100mほどで祇園滝からの本流と合流している。 |
鍵掛の滝と同様に祇園滝の下流に懸谷型にできた滝。落差は40m。 樹木に隠れて全容を見渡すのは困難であるが、全面が成層砂岩で覆われている。その傾斜は写真の向かって右が上の方に傾いている。滝面には傾斜があり急斜瀑である。水量は少なくこの後写真の右の方に流れを変え、落差10mほどの直瀑を落ち鍵掛の滝との流れと合流し、祇園滝からの本流と合流する。 |
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図2-4.J地蔵滝 | 図2-5.I石の元滝 | |
滝全面が水平傾斜の成層砂岩からなる。基本的には直瀑であるが、滝中央部には段がある。この写真では滝上部に日が射して分かり難いが、滝上部と滝下部は砂岩の単層が厚いのに対して、中央部は薄くなっている。成層砂岩は整然としているが、滝上部では少し風化が進んでいる。 滝壺はなく、石畳に直接落水している。滝下部は大きな転石に覆われた急傾斜で、水は転石の下に伏流し、所々で転石の間から顔を見せている。詳しくは「地蔵滝訪問記」参照。 |
ほんの少し傾斜があるが直瀑といって良いだろう。落差は目測で30〜40mくらい。水平傾斜の薄い砂岩層が厚く積み上がり、最上部に厚い砂岩層が載っている。この写真では分かり辛いがその上にもう一枚厚い砂岩層が載っていて、少し後退している。そこに段を生じて水が跳ねほんの少し左にねじられて落ちてきている。手前の石の向こうに浅くて小さな滝壺がある。 この滝の下流部も水平傾斜の厚い成層砂岩で2〜5m程度の小滝が5連続している。滝の上流部も同じ構造で小滝が少なくとも3連している。詳しくは「石の元滝訪問記」参照。 |
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図2-6A.K布水滝(上部) | 図2-6B.同(全体像) | |
落差75mとこの滝群を代表する滝でありながら、水量が少ないことが欠点である。 この写真は落ち口の様子であるが、厚い砂岩層と薄い砂岩層が交互に来ている様子が分かる。この部分では浸食が進み、わずかに斜瀑状(階段状斜瀑)になっている。 |
滝の全体像である。厚い砂岩層と薄い砂岩層が交互に来ているのが分かるが、下部には特に厚い砂岩層が二つあるのが目立っている。傾斜はほぼ水平である。水は自由落下しているのであるが、水量が少なく霧状に降り注いでる。水量が多いときには落水が見られるという。 滝壺は無く滝下部は転石が積もって急傾斜で落ちていく。 |
2.階段状斜瀑群
一般的には滝の落差が高くなると直瀑を維持するのは難しく、傾斜がついて斜瀑になる。水平傾斜の成層砂岩が斜瀑になるときには階段状の段がつく。砂岩の単層が薄い場合(一つ轟)や高瀑の下部(旧名祇園滝、鍵掛の滝や椎尾の滝にも軽度)にこの傾向が現れやすい。
図3−1.一つ轟 | ||
目測で推定落差20mくらい。水平傾斜の整然とした成層砂岩にかかる斜瀑である。 | ||
図3−2.旧名祇園滝 | ||
祇園滝の上流にある滝。正式名称はないということで仮にこう呼ぶ。この写真は滝の下半分しか映っていない。推定落差、目測で50m、地形図読図で30mである。現在は祇園滝上流に向かう道は通行止めとなっているために行けない。 祇園滝上流では成層砂岩の厚さが薄くなるために階段状斜瀑になったと考えられる。 かってはこの滝が「祇園滝」という名で、現在の祇園滝は「観音滝」であったのが、いつのまにか名前が移ってしまったという話が足利武三、井上優著、「九州の滝 渓谷 湖」という本に書いてある。 |
3.その他の滝群
その他の成層砂岩にかかる滝を挙げる。整然とした成層砂岩でありながら低地にあるため落差が低い滝(石田川にある滝)、成層砂岩が整然としてないために普通の急斜瀑にしか見えない滝(お滝さん、観音滝)、二枚の逆層の砂岩層によってできた二連瀑(虹の滝)、本来は対象ではないが説明のために掲げた2滝(名称不詳滝、水車滝)である。
図4-1.@名称不詳滝(石田川にある滝) | ||
目測による推定落差は10mぐらい。ご覧のように整然とした成層砂岩であるが、ここは低山であり高落差の滝には成りえない。 | ||
図4-2.Aお滝さん | 図4-3.B観音滝(東郷町) | |
別名を津々良滝という。落差は30m。急斜瀑であるが、岩がごつごつとして落水が分岐している。この写真では成層砂岩にはとても見えない。書物などの左右幅広く撮った写真を見ると成層砂岩の壊れた部分に滝がかかっているようにも見える。AHさんの情報では滝口付近はかなり傾斜を持った逆層の厚い成層砂岩である。 | 落差は30m。急斜瀑であるが成層砂岩にかかっているようには見えない。写真の右下の岩石は成層砂岩のように見えるけど・・・成層砂岩の崩れにかかっているのだろう。 | |
図4-4.H名称不詳滝 | 図4-5.L虹の滝 | |
林道の脇にある小さな滝。砂岩層の厚さはせいぜい数十cmであるが、立派な直瀑である。「落差が低いと薄い砂岩層でも直瀑になるが、高くなると斜瀑になる」ことの説明、比較のために載せただけで、これが滝であると強く主張したい訳ではない。 |
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落差40m。二連の直瀑。厚い成層砂岩が二枚、傾斜は見てないが多分逆層(上流側が下、下流側が上の傾斜)に突き刺さっているのだろう(図6の逆層を参照)。 | ||
図4-6.水車滝 | ||
滝の場所から成層砂岩の滝と思って行ってみたが、ご覧のように似ても似つかない滝だった。写真で分かり難いが中央部に段があり緩傾斜の部分を挟む。落差は10〜20mくらい。頁岩から出来ている。 地質図の説明をみると成層砂岩の下、基盤の地質が露出したところに相当するということ。この滝の上部が成層砂岩相ということだ。 比較対照として掲載した。 |
考察
1.宮崎の大型の直瀑と本項着想の経緯
名前 | 場所 | 落差(m) | 形態 | 構成岩石 |
鉾岳大滝 | 北方町鹿川鉾岳谷 | 100 | 急斜瀑 | 花崗岩 |
幻の滝 | 椎葉村木浦谷 | 80 | 急斜瀑 | 砂岩 |
行縢の滝 | 延岡市行縢山 | 76.6 | 直瀑 | 花崗班岩 |
祇園滝 | 木城町中之又 | 75.2 | 直瀑 | 成層砂岩 |
白滝 | 都農町ケヤキ谷 | 75 | 急斜瀑 | 溶結凝灰岩 |
布水滝 | 西米良村石堂山 | 75 | 直瀑 | 成層砂岩 |
香花谷観音 | 北川町川内名 | 75 | 連瀑(直瀑+急斜瀑) | 花崗班岩 |
矢研ヶ滝 | 都農町矢研谷 | 73 | 直瀑 | 溶結凝灰岩 |
大斗の滝 | 西郷村笹陰 | 70 | 直瀑の三連瀑 | 玄武岩溶岩 |
常光寺滝 | 高千穂町上岩 | 70 | 急斜瀑(二連瀑) | 砂岩 |
竜ヶ脇滝 | 川南町白髭 | 63.6 | 急斜瀑の三連瀑 | 溶結凝灰岩 |
白滝 | 五ヶ瀬町荒谷 | 61 | 急斜瀑 | 玄武岩溶岩 |
竜ヶ岩の滝 | 高千穂町上野 | 60.6 | 直瀑 | 石英安山岩質凝灰岩 |
落水の滝 | 北川町落水谷 | 60 | 急斜瀑 | 花崗岩 |
すだれの滝 | 都農町ケヤキ谷 | 60 | 急斜瀑 | 溶結凝灰岩 |
銀水の滝 | 南郷村 | 60 | 急斜瀑 | 玄武岩溶岩 |
2.直瀑と斜瀑
直瀑はほぼ垂直な崖を有するが垂直な壁は高くなればなるほど構造的に不安定になる。例えば砂場で5cmの垂直な壁は作れても、1mのものは無理である。でも傾斜がある壁で良ければ、1mの壁(この場合、砂山)も容易に出来る。岩石の場合にはこれより高い垂直の壁は容易に出来るが20mぐらいが良いところだろうか。硬い岩石ほど高くできるはずだ。また同じ硬さなら、比重が軽い岩石の方が高くできるだろう。仮に垂直の壁は出来てもそれは壊れやすいはずだから、新しいということも条件になるだろう。
しかしそれにしても単一の(塊状の)岩石が高い直瀑を作るにも落差に限度があるだろう。もし、それ以上の落差の直瀑が出来るとしたら、そこには何らかの仕組みが存在することになる。「巨大カルデラの滝の成因を考える」のページではその一例を紹介した。そこでは、滝の水流が直瀑維持に重要であった。しかし、本項で指摘しているのは地質の構造そのものに垂直の壁を作る作用があり、水流は余り関係がない場合である。
3.層状構造
一般的に塊状構造より層状構造をとることで強度は増加するとされている。成層砂岩では板状の砂岩を積み重ねた形になっており、その傾斜が水平に近い場合には、垂直に折り曲げる力つまり崩れ落ちようとする力に抵抗することが期待される。そのため通常より高い落差を保つことができる。
更に、もしも切断されたとき(=崩れ落ちた時)にはその切断面は垂直になりやすいのではないかと思う。この点につき力学的裏付けの記述を探したが見つけられずにちょっと自信
図5.布水滝上部 |
4.成層砂岩の傾斜の僅かな違いによる滝の形態変化
ほぼ水平傾斜の成層砂岩でも全く水平ということはなく、少しはどちらかに傾くものである。ここでは川の流れを軸に下流側が下がっている場合(順層)、上がっている場合(逆層)を考えてみよう。その様子と実例を下表に示す。
祇園滝も下表の分類でいうとわずかに逆層になる。滝を見上げても砂岩層の下部が見える所が多く、滝壺から対岸を見ても、層が下流側を上にわずかに上がっているのが分かる。砂岩層の先端は例え破断したとしても、下側=上流側に詰まりことで、滝が崩落しにくくなり、結果的に高い直瀑が維持されることになる。
布水滝も全く同様で同じように砂岩層の下端が見える所が多い。この滝もわずかに逆層になっている。さらに前述のように最上部に極端に分厚い砂岩層を抱いている。こうしてみてくると祇園滝、布水滝の二滝が高落差ながら直瀑を維持できるわけが理解できる。
結局、高落差を保てると考えられる条件を祇園滝が一番持っているようだ。@成層砂岩が整然として壊れ、歪み、ねじれが少ない。A滝の下部に比し、上部の成層砂岩の方が厚い。B成層砂岩の傾斜がわずかに上流側を下に傾斜しているため壊れても落ちにくい。
順層 | わずかに順層 | わずかに逆層 | 逆層 |
分厚い砂岩層の上部は流れ落ち、砂岩層が露出し水が流れると緩斜瀑になる。甌穴を生じるときもある。 | 滝の上部では砂岩層の先端部がずれて落ちやすくなるために、上部に段が出来やすい。 | 砂岩層の先端は上流よりに詰まり、落ちにくく結果的に高い直瀑となる。下から見ると砂岩層の先端の下部が見える。 | 分厚い砂岩層は浸食に抵抗するために連瀑が形成される。しばしば裏見の構造や落ち口直前までの伏流が見られることがある。 |
祝口観音滝(熊本県上天草市) | 石の元滝注2 | 祇園滝 | 虹の滝 |
5.周辺地域の成層砂岩にかかる滝との比較
ほぼ水平傾斜の砂岩泥岩互層または成層砂岩にかかる滝群として、猪八重渓谷(南那珂郡北郷町)および天草諸島(熊本県天草市など)が挙げられる。
1)猪八重渓谷(南那珂郡北郷町)
県名 | 滝名 | 落差(m) | 分類注1 | 分類注2 | 地質 |
静岡 | 安倍大滝 | 80 | 直瀑 | 急斜瀑 | 泥岩・互層 |
宮崎 | 祇園の滝 | 75 | 直瀑 | 直瀑 | 砂岩 |
宮崎 | 布水の滝 | 75 | 直瀑 | 直瀑 | 砂岩 |
徳島 | 灌頂ヶ滝 | 70 | 直瀑 | 直瀑 | 泥岩 |
静岡 | 宇嶺の滝 | 70 | 直瀑 | 急斜瀑 | 砂岩・泥岩 |
和歌山 | まぼろしの滝 | 63 | 直瀑 | 直瀑 | 砂岩 |
徳島 | 轟の滝 | 58 | 直瀑 | 直瀑 | 砂岩 |
沖縄 | ピナイサーラの滝 | 55 | 直瀑 | 直瀑 | 砂岩 |
宮崎 | 鍵掛滝 | 50 | 直瀑 | 直瀑 | 砂岩 |
群馬 | 小中大滝 | 50 | 直瀑 | 急斜瀑 | 互層かチャート |
奈良 | 高滝 | 46 | 直瀑 | 急斜瀑 | 泥岩 |
山梨 | 見神の滝 | 42 | 直瀑 | 急斜瀑 | 泥岩 |
広島 | 竜頭の滝 | 40 | 直瀑 | 急斜瀑 | 泥岩 |
新潟 | 視後平の滝 | 30 | 直瀑 | 急斜瀑 | 泥岩 |
和歌山 | 雷の滝 | 30 | 直瀑 | 急斜瀑 | 互層 |
石川 | タルミガ滝 | 30 | 直瀑 | 直瀑 | 礫岩 |
岐阜 | 岩舟の滝 | 30 | 直瀑 | 直瀑 | 礫岩 |
兵庫 | 荒滝 | 30 | 直瀑 | 直瀑 | 礫岩 |
2)天草諸島
天草は緩傾斜の砂岩泥岩互層や成層砂岩が随所に見られる。緩傾斜の成層砂岩の上面に水が流れて出来た特徴的な緩斜瀑である祝口観音滝、御手水の滝(いずれも上天草市松島町)、逆層の砂岩泥岩互層にかかる百貫様の滝群(天草市旧本渡市)、逆層の成層砂岩にかかる神掛の滝の連瀑(天草市新和町)、成層砂岩にかかる行者の滝(苓北町)などの滝がある。最初の二滝を除きいずれの滝もほぼ直瀑であるが、落差は10m級である。天草諸島は標高が低く高い滝が生じる地形ではない。
6.本滝群の日本の砂岩の直瀑における位置づけ
前述のように一般には垂直の壁を持つ直瀑は構造的に不安定で高い落差を持つことは困難と考えられる。しかし、少しでも傾斜があればかなり落差を高めることが出来る。
日本の代表的直瀑の中で砕屑岩(砂岩・泥岩・礫岩)からなる滝の一覧を表に示した。表の注釈にあるとおり、「日本の滝」という書物からの抜粋である。代表的あるいは高落差の滝すべてを網羅するものでもなく、また西日本の滝記載が手厚いわけであるが、大方の傾向は知ることは出来ると思う。上記のような観点で厳密な意味での直瀑を考えてみよう。
第1位は静岡の安倍大滝で公称80mであるが、厳密には急斜瀑である。しかし、地元の滝愛好家の間ではもっと低いのではないかと言われ、地形図で読図すると30〜60mにすぎない。
第2位と3位を本滝群に属する祇園滝と布水滝が占めている。
図6.和歌山のまぼろしの滝 |
結論
宮崎県中北部の珍神山層において分厚く成層砂岩が水平に堆積したところには、高落差の直瀑が点在する。全国的にも同様の構造の滝は存在するので、水平傾斜の成層砂岩の存在が高落差の直瀑の成因に関係する可能性が考えられる。
注1:珍神山層は地質学関係者は「ちんじんさんそう」と呼び、地質図の英語表記も「Chinjinzan Formation」となっているが、地元では珍神山は「うずかみやま」と読むそうだ。
注2:石の元の滝の構造は些か複雑。滝上部では成層砂岩が下流部に向かって僅かに下向き(順層)になっているのに対し、滝下流部では僅かに上向き(逆層)になっている。そのため滝本体の薄い成層砂岩は(逆層のため)ほぼ垂直になっているの対し、最上部の厚い成層砂岩は(順層のため)先端部が脱落して僅かに後退している(ここに挙げた写真では分かり難いが)
参考文献
1)宮崎県(1987):土地分類基本調査「日向」図幅.宮崎県
2)宮崎県(1988):土地分類基本調査「延岡・島浦」図幅.宮崎県
3)足利武三、井上優(1995):九州の滝 渓谷 湖.西日本新聞社
4)宮崎県(1999):土地分類基本調査「尾鈴山」図幅.宮崎県
5)宮崎県(2001):土地分類基本調査「村所」図幅.宮崎県
6)北中康文(2004):日本の滝@東日本661滝.山と渓谷社
7)木田 薫(2005):日本滝名鑑4000.東方出版
8)宮崎県(2006):土地分類基本調査「神門」図幅.宮崎県
9)北中康文(2006):日本の滝A西日本767滝.山と渓谷社