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４６．プラヤと地下水（２）（4）テキサス High Plains のプラヤ筆者が当地を訪れたのは、故山本荘毅先生を団長とする地盤沈下をメインとした視察団の一員に加えてもらい、アメリカの東西を横断するツアーの途中で立ち寄った時のことである。今から 40 年も前のことなので視察現場の模様や訪問先の関係機関脚注 1）での意見交換の内容の多くは記憶の彼方へと消えてしまったが、今でも強烈に頭に残っているのは、空中からみたテキサス州の広大な高原と、そこに散在するプラヤの景観である（写真 25，26）。その大きさがほぼ揃っていることや配置に規則性が認められる、などの点が特に印象的であった。またそれらのほとんどが水を湛えているのも注目を惹いた。
テキサス High Plains
におけるプラヤの数は論文やレポートによって 20,500～37,000 と、幅があって、正確には把握されていない。また成因についても風蝕や溶解による沈下あるいは構造運動 脚注 2 ） などの諸
写真 25 テキサス High Plains の上空からみたプラヤ①説があって意見の一致をみない。
プラヤの形成年代もこれに付随する風下の砂丘堆積物から数千年から 33,000 年と推定されているが詳しいことは分かっていないようである。
先にその大きさが揃っていると述べたが、現地に降り立つと直径数10m から数㎞におよぶ

写真 26 テキサス High Plains の上空からみたプラヤ②ものまで大小様々であ脚注 1：Texas Tec University,や High Plains Underground Water Conservation District など。
脚注 2：地盤の沈下はオガララ帯水層の堆積時（中新世～鮮新世）から続いているという説もある。

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る。元々成因や年代も一概ではないということなのであろうか。
さて、その分布特性に関してはプラヤの成因に係る問題であるが、これもまだ定説をみない。このことはテキサス High Plains における地下水の涵養機構の把握と適正な地下水管理、あるいはプラヤを利用した人工涵養につながる課題でもあり、このような視点から行われた研究も多数ある。たとえばプラヤはランダムに分布するのではなく、集団性を示すものと、ある規則性をもって分布するものとがあり、規模も含めて、それらは High Plainsの中にあって、図 14 のように地域によって異なるとしている脚注）。
筆者が訪れた場所は図 14 のLubbock 郡で、ここに“HighPlains Underground WaterConservation District No.1”という名のオフィスがある。写真 27 はここを訪問した時にいただいた記念メダルで、右下の部分がテキサス州、左上の部分がそのうちの□の範囲を拡大したものである。地下水管理地域はその凹んだ部分である。

図 14 Texas High Plains 南部におけるプラヤの分布（出典：脚注参照）

Texas

写真 27 High Plains Underground Water Conservation
District No.1 の記念メダル（直径 75 ㎜）
脚注：J. P. Quillin et al.(2005): Spatial Distribution of playa basins on the Texas high plains. TheTexas Journal of Agriculture and Natural Resources. 18: 1-14 など.

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ところで世界最大規模と言われるオガララ帯水層（Ogallala Aquifer)脚注）は、北アメリカ大陸中西部のロッキー山脈と東側のプレーリー（Prairie) と呼ばれる中央平原の間に広がる台地状の堆積平野にあって、地下数 10m から 300m 程度の比較的浅いところに存在し、アメリカにおける灌漑地の 27％はこの帯水層の地下水に依存している。
オガララ帯水層の範囲とプラヤの分布は図 15 のようによく対応していて、両者は密接な関係にあることが推察されるが、筆者が訪れた時代にはそれらを取り巻く水文地質環境に関する知見は乏しく、むしろ両者は直接の関係はなく、オガララ帯水層の地下水は涸渇性であると考えられていたようである。

Nebraska

Colorado
KansasOklahoma
New MexicoTexas

図 15 オガララ帯水層とプラヤ（出典：Playa Lakes Joint Venture. 略称 PLJV）
脚注：中新世後期から鮮新世初期とされ、ロッキー山脈の構造運動がまだ活発だった時代に堆積した。

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筆者が視察した頃よりさらに遡る 10 年以上も前から、その地下水保全対策としての人工涵養が行われはじめ、その初期のものはプラヤのオーナーが取り組める程度の簡単なピットや竪穴を通しての涵養、または揚水と涵養を兼ねた多目的（dual-purpose ）井戸であった。しかしこれらを効果的に進めるためにはさらに実験を重ねる必要があることが分かってきた。
筆者が訪ねたのはその頃で、ベーズン法脚注１）ベーズン法
井戸法と井戸法の両者を備えた涵養方法（ basinrechargeand well recharge）などが一部で実行に移されていた（写真28）。
なお井戸法では雨期に湛水したプラヤ
写真 28

Artificial groundwater recharge site

(Castro county, Texas)(出典：Groundwater management on the high plains of Texas)の水は圧力をかけない状態で自然流入させていた脚注 2)。これらの方法は基本的には現在も引き継がれているようである。
さてプラヤとオガララ帯水層の関係をめぐる問題であるが、次の 2 点が課題とされてきたようである。すなわち一つは物質循環を含めた地下水の循環機構に関する問題であり、他はそれを支配している水文地質環境である。
まず前者についてであるが、プラヤとオガララ帯水層の間には厚い粘性土層が介在していて、これが不透水性を示すことから、かつてプラヤは都市排水や工業廃水などの処分地として利用されていたことがある。そのためオガララ帯水層への地下水汚染の拡大の危険性は早く

写真 29

Tail water の再利用(Lubbok county, Texas)から懸念されており、1968
年ごろには灌漑水や降水によって生じる“末端余水” ともいえる Tail water の再循環
脚注 1：ベーズン法の最大の欠点は蒸発による損失で、夏期には降水量の 75％は蒸発によって失われるという報告もある。
脚注 2：オガララ帯水層へは圧力をかけて注入する方法も一部では採られている。

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やプラヤ水の回復システム（tail water and playa water recovery system）による沈殿物、栄養塩分、その他の化学物質の除去、濃度抑止対策が試行された。これは 1972 年にラボックの北に隣接するカストロ県(Castro County)で実証試験を経て実施に移され、その数は 3 年後には 125 ユニット、率にして 28％に達した。
図 16 はプラヤに集められた灌漑余水や降水①を凝集剤処理して②、沈澱池に集め③、その清澄水④を涵養井戸⑤によって地下に浸透させるシステムを模式的に示したものである。なおここで⑤の井戸法に代わってベーズン法が採られている場合もある。

図 16 Tail water による地下水涵養システムの概要
出典：Richmond F. Brown et al.(1978), Artificial groundwater Recharge as aWater-management on the Southern High Plains of Texas and New Mexico.

先にも触れたようにプラヤ底とオガララ帯水層の間にある風成のローム質層脚注１）は、通常は不飽和脚注 2）の状態にあり、以前はプラヤからの自然涵養は行われず、蒸発計の水のように大気中に消えるだけだ、といった意見が強かったようである。しかし近年に至って、乾燥期にプラヤ底に堆積している粘性土層に形成される深さ 1ｍ以上に達するクラックが地下水涵養に深く係っているとい

写真 30 乾期に生じるプラヤ底のクラックった見解が出されるようになった。写真 30 は筆者が観察したプラヤ底にみるクラック
脚注 1： Black-water Draw formation と呼ばれ、第四紀の風成層である。層厚は 30m 前後で SouthernHigh Plain のほぼ全域にわたってオガララ帯水層をカバーしている。
脚注 2：不飽和帯の厚さは数 10 から数 100 フィートに達する。

地盤環境エンジニアリング(株)ホームページ 新藤静夫の地下水四方山話 www.jkeng.co.jpの一例であるが、実際にはもっと規模の大きいものがある。
1990 年代頃からこのようなクラックの存在を考慮した地下水の涵養機構に関する研究が数多く行われるようになった。それらの一例としてプラヤの中心部で乾燥期に形成されたクラックから洪水初期の 1 分間に水柱高にして 270～340 ㎜/hr、といったように大きな浸透量を観測したとの報告もあり、クラックが地下水涵養に大きな役割を果たしていることが注目されるようになった脚注 1）。ここでプラヤからの涵養は洪水初期に大きく、時間経過とともに低下して、上記の例の場合 1 時間後には 1.25～2.25mm/hr と急減した。これはプラヤの粘性土が吸湿するに従い膨張して亀裂が塞がるためである。
プラヤの地下には過去の気候を反映した湖沼堆積物や時には風成の砂質層、あるいは古土壌が挟在し、これらが複数層準に堆積していて、プラヤの周りの環状の縁にはその規模の消長を反映した堆積物も見られる。
プラヤとその周辺には粘性土やロームに加えて乾燥地に特有な caliche 層が見られる。
これは炭酸カルシウムを主剤とする蒸発の激しい乾燥地特有の堆積物で、セメントのように固いが孔隙性に富み、また溶解によって生じたチャネルも発達しているので、より深部への水の移動に貢献している。たとえばテキサスの Southern High Plains の変動の少ないプラヤでは涵養量は年間 7cm～10cm を越えるという報告がある。しかし一方70％以上のプラヤでは耕作、掘削その他の地形改変によって浸透機能が低下し、地下水涵養が阻害されたプラヤの水は殆ど蒸発によって失われているという報告もある脚注 2）。
次の課題であるプラヤの成因を含む地形・地質環境に関しては、アプローチの立場によって異なるようである。前号に述べたように風の作用によるとする説の他に構造運動によるものとする見解があるが、テキサスの高原という環境では西側のロッキー山脈から吹き降ろす風の作用を考えるのが順当であり、その形態や堆積物からみても説得性はある。
図 17 はプラヤと“lunette”と呼ばれる三日月状の砂丘の関係を発達段階ごとに示したもので、図にあるように、両者は一体的である。

図 17 プラヤとそれを給源とする風成層の発達を示す模式図（出典：Vance T. Holliday(1996), Origin and Evolutionof Texas and New Mexico, Department ofGeography, University of Wisconsin

脚注 1：最大 290 ㎝/hr といった途轍もない浸透量を示した例もある。
脚注 2：Jason J. Gurdak and Cassia D.Roe(2009), Recharge Rates and Chemistry Beneath Playasof the High Plains Aquifer －A literature Review and Synthesis, U.S. Geological Survey, などのプラヤに関する調査研究は 2008 年に USGS と Playa Joint Venture の協力によって進められた。

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lunette(≒dune) 脚 注 ） は石灰質の砂質ロームあるいはローム質の砂で少量のセピオライト（海泡石）を含む。これらはプラヤベー
ズンから風力によって運ばれたもので、 14C 年代から 8,000～25,000 年 B.P に堆積したものとされている。この間、寒暖、乾湿といった気候変動の影響を反映して地下水面も上下を繰り返し、lunette の構造も変化してきたが完新世にいたってこれらは安定したとされている。
図 18 は Lunette 堆積物の給源と発達過程を示した模式図、写真
31 は耕地化されたプラヤとその前方に広がる Lunette、写真 32

図 18 Lunette 堆積物の給源の模式図
A は Black water formation から直接風力によって運搬されたケース、B はプラヤおよびプラヤ壁から、C は湖成堆積物および Black water formation から風力運搬されたもの（出典：図 17 に同じ）は lunette の露頭で、傾斜は東方向である。中央にみえる不整合面より上位の地層の年代は 11,670±80 yrs B.P.と計測されている。
以上を総括してテキサス
Southern High Plain の模式断面を示すと図 19 のようになり、以下のようにまとめられる。
① ニューメキシコ州東部からテキサス州北西部に跨る

写真 31 耕地化されたプラヤと前方の lunette

Southern High Plain には厚さ 30m ほどの第四紀風成層(Black Draw Formation)が広く覆っている。
② それを構成する堆積物は南西から北東方向へ砂質からシルト質へと漸移する。これらには乾燥気候を反映する風成層が卓越する部分とともに、湿潤な
写真 32

lunette の構造、右前方が風下側（出典：図 17 に同じ）

脚注：三日月形の飾りが本来の意味であるが、これと形状が似ているので付けられた用語

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安定した古気候環境を反映する埋没古土壌が挟在する。

図 19 層序断面概念図（出典：Vance T. Holliday(1990):Soils and landscape evolution of eolian
plains: the Southern High plains of Texas and New Mexico Geomorphology, 3(1990)489-515③ オガララ帯水層は新生界の主な地層で中新世から鮮新世にかけて堆積し、更新世のBlackwater Draw Formation によって被覆されている。この地層中にはプラヤを伴う湖成層が挟在する。
④ Blackwater Draw Formation は High Plains の最上位を構成し、オガララ帯水層のキャップロックを構成する。
⑤ Lunettes(dune)は Blackwater Draw Formation、または湖沼堆積物の上に堆積している。
さてプラヤの成因に関しては上記のように風蝕という地表に近いところの現象とするもの以外に、この地域の基盤である二畳紀～三畳紀の蒸発岩の溶解に起因するという見解がある脚注 1）。それを実証するために、テキサス州北部にある Panhandle というところにある Sevenmile Basin と称する大きな季節的に出現する湖（プラヤ）で浅層弾性波探査が実施された。なおここで取り上げたプラヤは、広さ 5.5×3.6km、深さ 14mで、そこに厚さ 20m の湖成層と風成層が第四紀の Blackwater Draw Formation とinterfinger の関係で堆積している。
調査の結果、沈下は上部第三紀の Ogallala Formation の堆積時から続いていいて、これがプラヤ形成の重要な要因であることが示唆された（図 20）。なおこの図中のオガララ帯水層中に認められた反射層は過去の地下水面の可能性があるとしている。
写真 33 の画像は Google Earth から抜粋したこの地域のものである。プラヤが直線状に配列している点も注目され、プラヤが風成に加えて地質要因も関係している可能性も排除できないような気がする脚注 2）。
脚注 1：その他パイピング、動物活動などを加えた説もある。
脚注 2：例えば Finely and Gustavson(1981)は多くのプラヤの配列が線状をなしていることから地下地質構造の影響をうけていることを注目している。最近の見解では土壌学、地形学、水文化学、気候学、生物作用の総合作用だとする見解が出されている。

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図 20 上図：反射波の生データ。下図：同解析結果Horizon 1:中部オガララ層の反射面、Horizon 2: オガララ層基底の反射面、その他は基盤岩（二畳紀～三畳紀）の反射面
出典：脚注 3：Jeffry G. Paine(1994): Subsidence beneath a playa basinon the Southern High Plains, U.S.A.: Evidence from shallow seismic data.

写真 33 Seven mile basin とその周辺のプラヤの配置

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オガララ帯水層とプラヤの関係、そしてその涵養機構に関して、以下の一文が注意を喚起する。重要な指摘なので原文のまま引用しておく。また最後に今は亡き山本荘毅先生のありし日の姿を偲んで埋め草として添える。
Dry Playas Still Function
One might think that a dry playa doesn't have much to offer. But the truth is thatplayas require periods of drying out for proper function.
During dry periods, cracks that are essential for aquifer recharge form in the claybottom. When this layer dries, it develops deep cracks and fissures, which arechannels for recharge. If playas never dried out, recharge to the Ogallala Aquifer
would be significantly compromised.
Playa Lakes Joint Venture

埋め草：今は亡き山本荘毅先生の後ろ姿と筆者（テキサス州ラボックのプラヤにて）