火砕流堆積物と滝、なぜ矢部に滝が多い？

火砕流堆積物と滝 
　巨大火砕流噴火で堆積した火砕流堆積物は堆積直後は高温でガラス質が溶けて結びつき再結晶化に向かう。またその中にいろいろな異物を挟むこともある。次第に冷えて固まると溶結凝灰岩になる。厚く積もったところでは高温が長く維持され溶結が強くなるが、地表面や基底岩の直上では未溶結または弱溶結凝灰岩となる。
 　溶結凝灰岩は冷える過程で収縮するので割れ目が入る。急速に冷えると割れ目は粗大で不規則に入り、ゆっくり冷えるとより細く規則的に割れる。その結果、柱状節理が代表的な節理として現れる。地表面から浅いところでは太い柱状節理が、深いところでは細い柱状節理ができる傾向にあるが、節理の入り方は場所によりしばしば複雑である。
 　火砕流堆積物は元々の地形を平坦になるように堆積したので、もともと川が流れていたところは厚く、山間部では薄く堆積した。厚く堆積したところでは収縮による沈降も大きいので、新たにできた河川は以前の河川と同じ流路をとるのが原則となる。地表面では未溶結または弱溶結凝灰岩であるので侵食に弱く、また火砕流堆積物の傾斜は緩いので、幅広の谷に蛇行を繰り返しながら流れる場合もあったであろう。
 　上流では小河川で集水域も狭いが下流になるにしたがって合流し、水量も豊富となって侵食力も増す。侵食が深くなり、溶結凝灰岩にまで及ぶと硬いので侵食（側刻）に抵抗するため蛇行は起こらず、狭く切り立った崖に囲まれた深い谷が出現する。その侵食が一番盛んなところ＝流速が最も早いところ、まだ侵食されていないところとよく侵食されたところの境界、細くて深い谷の最上流部にしばしば滝を掛けることになる。こうして深くて狭い谷をさかのぼると滝が掛かり、その上には平坦地が広がるという特徴的な景観が生み出される。
 　侵食は一般的に下流のほうから進み、前述の様に下流のほうが水量が多く侵食力が強い、下流のほうが溶結凝灰岩の堆積も厚いという特性を反映して、川の下流部に落差が高く節理が発達した滝が上流になるにしたがって落差が低く節理の発達も弱い滝が並ぶという原則が出来る。また滝は侵食により上流側に後退していくわけであるが、川の合流点に差し掛かると二つに別れることがある。支流の同様な位置に同じような滝が分布することがある。このHPでは兄弟滝と呼ぶことがある。
 　これらの滝には直瀑傾向、丸くて半円柱状の滝崖、丸い滝つぼなどの特徴も有するが、その形成仮説等は「巨大カルデラの滝の成因を考える」のページを参照されたい。

火砕流堆積物が作る地形
 火砕流堆積物はすべての方向に巻き散らかされたはずで、放射状の分布を示すはずである。実際にはもともとの地形の影響を多分に受けることになる。その影響が少なく外輪山の裾野がなだらかに広がっているのは阿蘇カルデラの北側（小国方面）、東〜北東側（竹田方面）である。そしてその裾野は西側ではほとんど発達していない。山地であれば厚く堆積するところと薄いところの差が大きいが、平地なので一様に他の地域に比べると薄く堆積したと考えられる。水量豊富な大河がある場所でもあるので溶結する前に冷やされ流されてしまったのかもしれない。火砕流噴出物が偏西風で押し戻された可能性もある。
 さて、外輪山の南側、矢部地区ではどう広がったのだろうか。その前に、矢部地方の地形と地質を概観しておく。

矢部地方の原地形
  　さて、火砕流が堆積する前の矢部地方はどんな地形をしていたのだろうか。それを知る手がかりは二つ。それは火砕流堆積物が埋め尽くせなかった山地の観察。そして河川の侵食が基盤岩まで及んだ場合の観察である。図１にその概要を示す。

図１では着色した部分以外はすべて火砕流堆積物（＝溶結凝灰岩）である。緑の部分が火砕流堆積物が覆い尽くせなかった「埋め残し」である。南側の大きなブロックと西側の大きなブロックに分かれる。両者の間には中央構造線に相当する臼杵八代構造線が存在すると考えられる。同構造線の正確な位置は溶結凝灰岩に埋め尽くされて分からないが、緑川近辺に緑川に平行して存在していると考えられる。この構造線に関連して周囲には多くの断層が存在し、それと関連し緑川の南には緑川と平行に屏風を立てたような山嶺が存在する。この部分は秩父帯である。変成岩、堆積岩、深成岩など多彩な岩石が存在する地域である 。
　矢部の西側にある比較的広域な山地がある。つまり、島木を挟んだ地域の山地〜万坂山にかけての山塊である。これらの地域は変成岩を主体とした地域で、花崗岩を挟んでいる。この地域では御船川、瀬峰川が流れこの山地の谷を溶結凝灰岩で埋めている。金内の南北で、東西方向にそれぞれ点状に堆積岩が分布する。その方向に尾根が埋まっていることが示唆される。 一方、矢部の東側では御嶽山付近に存在するのみである。ここはれき岩を主体とした堆積岩である。
 　図１でピンクの部分が河川による基盤岩の「削り出し」である。緑川本流は大矢川との合流部より下流で基盤岩を削りだしている。花崗岩が主体で結晶質石灰岩が存在する。また千滝川は千滝より下流で基盤岩を削りだしている。ここには基盤岩にかかる牧野の三段滝がある。こういったまとまって削り出された地域以外では五老ヶ滝の断崖にれき層とチャート（現地看板に記載があるが私は観察してない）が存在するというし、また横野滝下流の基底にはれき層が存在する。
　図１のオレンジ色の部分、外輪山では西部に一部火山岩性のれきが存在する（これは巨大火砕流噴火以前のもの）が、標高の高いところは火山岩で覆われているところもある。これは巨大火砕流噴火以後の噴火によるものと考えられる。
 　まとめると、矢部中央部の基盤は変成岩と泥質岩を主体とし、花崗岩も豊富に存在する。南側は中央構造線を挟んで秩父帯であり、変成岩を始め多種多様な岩石が存在する。北側には阿蘇火山噴出に関係した火山岩性の岩石が存在し、巨大火砕流噴火以前、または以後に噴出したものと関係するかもしれない。
 　矢部の中央部全体は溶結凝灰岩で覆い尽くされている。が、西側と南側にある山地で堰止められて吹き溜まりになったという解釈もできるであろう。　

矢部における火砕流噴出物の堆積の特徴と矢部に滝が多い理由 
　こういう地形に火砕流堆積物が押し寄せられるとどういう形で堆積するだろうか。一番の特徴は緑川の南には緑川と平行に屏風を立てたような山嶺が存在することである。火砕流噴出物はこの山嶺を越えられずにその麓である緑川を埋め尽くすことになる。このことは他の地域に比べてカルデラの裾野が狭くなったことをも意味している。
　また、矢部の西にも山地がある（これはそんなに高くなく山地の谷の間にも火砕流堆積物は積もっている）。その両方の山地に囲まれた地域は吹き溜まりとなり、特に厚く火砕流堆積物が積もることになる。この場所が最も厚かったかは確認してないが、最も厚く積もった地域の一つであるとは言って良いだろう。山で火砕流が堰止められた場所は他にもあろうが、矢部では一様な山並みをしていることと、火砕流堆積物を厚く堆積させる溝として緑川があったことも特に厚く堆積することに関係したであろう。
 　緑川の源流は南側の山地にある。そして、北側の阿蘇カルデラに源流を持つ支流や南側の山地に源流を持つ支流が合流してくる。普通外輪山を流れる川はその外輪山に源流を持ち放射状に流れ出すのに対し、緑川はその放射状に流れ出した支流を横切る形で合流させている。つまり、単なる外輪山の河川であった場合に比べて水量が豊かである可能性が強い。
 　以上述べたように火砕流堆積物の堆積が厚かった。それを侵食する緑川の水量が多いために特に深い谷が刻まれ、本流である緑川の下刻とともに各支流も盛んに侵食を行なったものと考えられる。その侵食の過程で多くの滝が生まれることは想像に難くない。カルデラの裾野が狭いということは深い滝ができると急傾斜になりやすいということであり、更に浸食は盛んになる。言い換えれば本来ならばポツリポツリと存在するはずの滝が、カルデラの裾野が狭いので詰まって存在するとも言い換えられる。

まとめ
　矢部に滝が多い理由としては、火砕流堆積物が厚く堆積した上に、カルデラ以外からも水流があり比較的水量豊かであったこと、カルデラの裾野が狭いため急傾斜となりやすいため、河川の浸食力も強いことがあげられる。もちろんこれは矢部のもともとの地形のあり方によるものである。

---

参考文献

１）熊本県地質図編纂委員会（２００８）：熊本県地質図（１０万分の１）．社団法人熊本県地質調査業協会