地球環境研究,Vol.12(2010)

凍結・融解サイクルによる地表面物質移動の実験的研究
瀬戸真之＊

須江彬人＊＊

曽根敏雄＊＊＊＊田村俊

和＊澤田結基＊＊＊

キーワード：凍結融解サイクル､ 物質移動プロセス､ 地温､ 土壌水分１. はじめに森林限界を超える高山の斜面では､ 凍結・融解プロセスによる物質移動プロセスについて､ 国内に限っても､ともに考察の一部についても言及する｡

２. 実験方法

これまで多くの報告があった (岩田､ 1980；檜垣､ 1990；

実験は北海道大学低温科学研究所の実験室で行った｡

鈴木､ 1992；苅谷ほか､ 1997；福井・小泉､ 2001；高橋・

この実験室は気温をコントロールすることで､ 地表面の長谷川､ 2003など)｡

凍結・融解を再現することができる｡ 2007年〜2009年に一方､ 森林限界以下の低標高の山地斜面では周氷河性

Ex１から Ex23の実験を行った｡ なお､ Ex１は試験的物質移動が十分に起こりうるポテンシャルを持ちつつも､に箱を凍らせるだけにとどめたため､ 実験結果からは除植生によって地表が覆われているために通常は周氷河性外した｡ 実験は発砲スチロール製の箱に厚さ約10cm のの物質移動プロセスが活発に起こることは少ない｡ しか土壌を入れた Box A と Box B を用意した｡ 傾斜は10度しながら､ 澤口 (1987) が北上山地で報告したように､から15度とし､ 御霊櫃峠の砂礫地で採取した長径15cm､低標高の斜面であっても何らかの原因で植生が失われて厚さ２cm 程度の扁平礫を１つの箱につき､ ３個から８地表面が裸地化し､ 周氷河性物質移動が起きることがあ個置いた (写真１)｡ 各礫の表面には×印を２カ所付け､る｡ また､ 郡山・猪苗代両盆地の分水界に位置する御霊この交点の座標を計測した｡ 礫の位置測定には専用定規櫃峠 (海抜約900m) には尾根上に裸地が広がり､ そことノギスを用いた｡ この方法では､ 測定者が慣れれば±には一種の構造土が発達している (鈴木ほか1985)｡ こ１mm 程度の精度で測定できると考えられる｡ さらにれまで､ その微地形・構成物質や地表面物質移動の特徴

実験斜面の土層中には−１､ −３､ −５､ −８cm にそについては田村ほか (2004)､ 瀬戸ほか (2005)､ Seto

れぞれ地温センサーを設置し､ −２､ −５､ −８cm 深et. al. (2006)､ 瀬戸ほか (2008) が報告している｡ こに土壌水分計を設置した｡ 箱の傾斜､ 土壌水分､ 室温ののような斜面では森林限界を超える斜面と同様な凍結・変化については実験ごとに設定した (表１､ 表２)｡

融解に起因する物質移動プロセスが発現し､ 高山とよく似た景観を呈するようになる｡

凍結・融解サイクルおよび計測は次の手順で行った｡
まず､ 箱の中での水分の偏りを防ぐため､ 傾斜なしで凍しかしながら､ 標高が低いこともあり､ 非周氷河作用結させた｡ 次に礫の上に置いた×印の上にある座標を計による物質移動も無視できない｡ すなわち､ 周氷河作用測した｡ 凍結後､ 箱を傾斜して融解させた｡ この際､ 実と非周氷河作用の両作用が複合して斜面上の物質移動を験によっては雪で表面を礫が見えなくなるくらいの厚さ引き起こすという､ 他の高度帯とは異なる特徴を持ったで覆った｡ 雪には低温科学研究所に用意されているザラ物質移動プロセスの発現が期待できる｡ そこで本研究でメ状の氷を用いた｡ 融解後､ 礫の上の座標を再計測しては､ 実験斜面に礫を置いて凍結融解を繰り返し､ どのよ移動量を算出した｡ 礫の座標は Box の傾斜方向をＹ､うなプロセスで礫が移動しているのを明らかにする｡ 本

傾斜方向に直交する方向をＸとした｡ この時､ Box の報告では全ての実験結果を報告して今後の資料にすると上端をＹ軸の０､ 右端をＸ軸の０とした｡ また､ 深さ方＊

立正大学地球環境科学部
立正大学大学院地球環境科学研究科大学院生＊＊＊
産業総合技術研究所地質標本館＊＊＊＊
北海道大学低温科学研究所＊＊

19凍結・融解サイクルによる地表面物質移動の実験的研究 (瀬戸・須江・澤田・曽根・田村)

向には Box の縁の部分から礫表面までの距離をはかり､この値をＺとした｡ Ｙ軸の値は Ex２から Ex６までは斜距離を計測し､ Ex７から Ex23までは直線距離を計測した｡ これは実際の斜面では傾斜が一様ではないため､筆者らのこれまでの研究 (瀬戸ほか､ 2005；Seto et al.,2006) で直線距離を計測しているためである｡

３. 実験結果
実験では霜柱が形成され､ 実験斜面が凍上した｡ 凍結時には礫は霜柱によって持ち上げられた｡ 融解時には斜面下方へ移動した｡ 実験によっては礫が回転したり､ 斜面上方へ移動した (図１〜図27)｡
実験における座標の動き方はかなり複雑である｡ 多くの座標は霜柱クリープの動きを反映して､ 鉛直方向へ持ち上がった後､ 沈下しつつ斜面下方に移動した (図７､図13､ 図22など)｡ しかしながら､ このような動きを見せない座標も多く見られ､ それは以下の５パターンに大別される｡
写真１Ex18での Box B

鉛直方向に沈下しつつ､ 斜面下方へ移動 (図１､図２､ 図３､ 図６B)

表１

Box A の実験条件

表２

実験 No

設定温度(℃)

傾斜(度)

水分供給(cc)

実験 No

設定温度(℃)

傾斜(度)

水分供給(cc)２−５15霧吹き

0２−５15霧吹き

0３−1015霧吹き

0３−1010霧吹き

0４−５15霧吹き

0４−５10霧吹き

0５−５15霧吹き

0５−５10霧吹き

0６−５15霧吹き

0６−５10霧吹き

0７−100霧吹き

0７−100霧吹き

0８−1015霧吹き

0８−1015霧吹き

0９−10151800

0９−10151800010−101500

10−101500

11−10151000

011−1015

1000

012−10

15

00

12−10

15

00

13−1015

1200013−1015

1200

014−1015400

不明

14−1015400

不明

15−15101800

0

15−15

10

1800

0

16−25

10

1900

0

16−25

10800

1300

17−25

1000

17−25

100

1800

18−25

10

900

0

18−25

10250

2300

19−25

10

1000

0

19−25

100

1200

20−25

101050

0

20−25

10

100

0

21−25

10

1900

0

21−25

10950

1200

22−25

10650

022−251050

1200

23−25

100023−25

1002100

20雪(ｇ)Box B の実験条件
雪(ｇ)地球環境研究,Vol.12(2010)



鉛直方向に沈下したのち､ 持ち上がりつつ斜面下の際 Box A には900cc の水を供給した｡ Box B には250方へ移動 (図５A の座標 AB7B)

cc の水を供給し､ 2300g の雪で斜面上を覆った｡ Box A

鉛直方向に持ち上がり､ そのまま斜面下方へ移動と Box B の実験斜面には径15cm 程度､ 厚さ２cm 程度(図７B の座標 AB2B)の扁平礫をそれぞれ３個置いた｡

鉛直方向にのみ動き､ 水平方向には移動しない雪を載せなかった Box A の礫はＺ方向へ2.5cm 持ち(図11)

上がり､ Ｙ方向へ0.8cm 移動した (図22A)｡ Ｚの値が鉛直方向にも水平方向にも移動しない (図８D､2.5cm なので10°という傾斜から求められるＹ方向への

図８F)

移動は0.43cm であり､ この実験ではその約1.9倍の移動

また､ 計測ミスと思われるイレギュラーな動きもある(図１F の AB6R､ 図３A の CD5R)｡

量を観察した｡ 一方､ 雪を載せた Box B の礫はＺ方向へ1.1cm 持ち上がり､ Ｙ方向へ1.2cm 移動した (図22E)｡

典型的な霜柱クリープの動きを見せた Ex３の実験結

同じく計算上は0.19cm であるので､ 観察した移動量は果を報告する (図７)｡ Ex３では Box A を15度､ Box Bその約6.3倍である｡ このように雪で斜面を覆ったときを10度傾斜させて実験斜面とし､ 室温を−10℃から＋５の方が雪を載せないときよりも､ 計算上の値に対してＹ℃まで変化させて実験斜面の土壌試料を凍結融解させた｡

方向へ大きな移動量が認められた｡ この結果は他の雪を実験斜面には径15cm 程度､ 厚さ２cm 程度の扁平礫を載せた実験でも同様の結果が認められる｡

４個置いた｡ 凍結開始は2008年９月20日13時､ 融解開始

また､ 実験ではＹ方向にマイナスの動きをする礫が認が2008年９月22日18時で､ 融解完了が2008年９月25日19められた (図12B､ 図12C､ 図12D ほか多数)｡ すなわち､時である｡ 実験斜面の凍上 (礫の垂直移動) は凍結開始

礫が斜面上方へ向かう動きである｡ この現象は､ 実験斜直後に始まり､ ９月21日頃ピークを迎えている｡ 水平移面上において礫と礫の隙間の地表に細粒物質がない部分

動量は凍上が終わり､ 霜柱が崩壊するときにピークを迎が凍結によってマウンド状に盛り上がり､ この盛り上がえた｡ その時期は９月24日頃である｡ 一方､ 地温の観測りに押されて礫が斜面上方へ動いたものである｡ 実際の結果は９月22日の夜に最低値を記録している｡ 垂直移動

斜面においても同様のことは十分に起こりうると考えら量の最大よりも水平移動量が最大になる時期が遅れるこれる｡とからも､ 礫の移動は霜柱クリープによることが明らかである｡ Box A に置いた礫はＺ方向1.0cm 持ち上がり､Ｙ方向へ1.1cm 移動した (図７A､ 図７B､ 図７C)｡
Box B の礫は平Ｚ方向に0.7cm 持ち上がり､ Ｙ方向へ0.1cm 移動した (図７D､ 図７E､ 図７F)｡ Box A とBox B の移動量の大きな差には､ 箱の傾斜のみならず､箱Ａでは霜柱が成長し凍上した一方で箱Ｂでは霜柱がほとんど成長しなかったことが影響している｡ これには土層中のアイスレンズの成長が関与していると考えられる｡
同様のことは Ex３のみならず､ 実験全体で認められた｡
次に実験斜面を雪で覆った場合とそうでない場合について､ その違いを述べる｡ Ex14を除いて実験斜面を雪で覆ったのは Box B のみであり､ Box A には雪は載せなかった (表１､ 表２)｡ Box B の斜面を雪で覆ったのは Ex14､ 16､ 17､ 18､ 19､ 21､ 22､ 23である (図18､図20〜図27)｡ 斜面を覆う雪の量はそれぞれの実験開始時における実験斜面の土壌水分の状態を見て1300g から2300g の間で調整した｡
ここでは主に Ex18について述べる｡ Ex18は実験室内の温度を−25℃まで下げてＡ､ Ｂ両方の実験斜面を凍結させた後､ それぞれ10°の傾斜をつけて融解させた｡ こ21

凍結・融解サイクルによる地表面物質移動の実験的研究 (瀬戸・須江・澤田・曽根・田村)

図１ Ex１の礫移動量
横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図２ Ex１の礫移動量
横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図３ Ex１の礫移動量
横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図４

Ex２の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図５ Ex２の礫移動量
横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図６ Ex２の礫移動量
横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図７ Ex３の礫移動量
横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図８ Ex４の礫移動量
横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図９ Ex５の礫移動量
横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図10

Ex６の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図11

Ex７の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図12

Ex８の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図13

Ex９の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図14

Ex10の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図15

Ex11の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図16

Ex12の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図17

Ex13の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図18

Ex14の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図19

Ex15の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図20

Ex16の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図21

Ex17の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図22

Ex18の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図23

Ex19の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図24

Ex20の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図25

Ex21の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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図26

Ex22の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

図27

Ex23の礫移動量

横軸は斜面下方への移動を示し､ 縦軸は垂直方向への移動を示す｡ また､ 図中の●は実験開始時の位置を示し､ ×は実験終了後の位置を示す｡ やは個々の礫を示し､ AB1R 等の記号は礫の上に置かれた座標番号を示す｡

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凍結・融解サイクルによる地表面物質移動の実験的研究 (瀬戸・須江・澤田・曽根・田村)

４. 考察得るためには土壌水分を適切にコントロールする方法を開発する必要がある｡

実験全体をとおし､ Ｚ方向への持ち上がり､ すなわち凍上量とＹ方向への移動､ すなわち斜面下方への移動に謝

辞は正の相関が認められた｡ Ｚ方向への移動の大部分は霜本研究は ｢平成21年度北海道大学低温科学研究所一般共同研

柱が礫を持ち上げていることによる｡ したがって､ いわ究｣ として助成を受けた｡ また､ 立正大学の環境変動・管理論

ゆる霜柱クリープが実験斜面上で発生し､ 移動量の一部研究室の皆様には作図にご協力いただいた｡ お礼申し上げます｡

は霜柱クリープによるものと考えて良い｡
一方で傾斜と凍上量から算出される霜柱クリープによる礫の移動量よりも大きな移動量が観察された｡ したがって､ 実験斜面では霜柱クリープが認められるものの､ 礫の移動量はそれのみでは説明できないことが明らかであ

参考文献
福井幸多郎・小泉武栄 (2001)：木曽駒ヶ岳高山帯での風食ノッ
チの後退とパッチ状裸地の拡大. 地学雑誌, 110, ３, 355−361.
苅谷愛彦・佐々木明彦・鈴木啓助 (1997)：月山の強風砂礫斜る｡ この現象は特に実験斜面上に雪を載せた場合に顕著面における通年気象観測と地形形成環境. 地理評, 70A,に認められる｡ このことから､ 融解時に雪から地表面へ676−692.

水分が供給されることでマッドフローが発生し､ これに礫が乗って動いていることが考えられる｡ この結果は御霊櫃峠において鈴木ほか (1985) が報告した観察と良く檜垣大助 (1990)：飯豊山地山稜部における斜面物質移動の観察. 東北地理, 42, 20−21.
岩田修二 (1980)：白馬岳の砂礫斜面に働く地形形成作用. 地学雑誌, 89, ６, １−17.

似ている｡ このことから､ 御霊櫃峠のような低標高の斜瀬戸真之・石田 武・松本 太・宮下香織・田村俊和 (2005)：

面では凍結・融解サイクルに起因する霜柱クリープのよ

奥羽山脈南部, 御霊櫃峠の強風砂礫地における冬季の角礫移うなプロセスと､ 積雪の融解によるマッドフローなど地表面を流れる水が関与したプロセスとが複合して､ 礫を移動させていると考えられる｡
また､ 霜柱クリープやマッドフローだけでは説明が難しい複雑な動きを見せた座標もあった｡ 現在のところ､

動. 地理予, 68, 112.
Seto

Masayuki,Miyashita

Kaori,IshidaTakeshi,

Matsumoto Futoshi, Tamura Toshikazu (2006): Surface
Stone Migration and Freeze-Thaw Cycles on a Low Mountain Peak in Northeastern Japan. Abstracts, International
Joint Symposium Environmental Changes and Earth Sur-

これらの動きを説明するプロセスは提唱されていない｡

face Processes in Semi-arid and Temperate Areas, 80.

凍結融解環境下における斜面物質移動プロセスには土壌

瀬戸真之・田村俊和・田村悠太・澤田結基・曽根敏雄 (2008)：

水分・傾斜・凍結あるいは融解の速度など､ かなり多く凍結・融解プロセスによる地表面礫移動の実験的研究. 地球のパラメータが関与していることが予想される｡

環境変動の下でのモンスーン地域の流域環境管理に資する水文地形学的基礎研究, 平成17〜19年度日本学術振興会科学研究費

５. まとめと今後の課題

補助金基盤研究Ｂ研究成果報告書, 69−97.

鈴木聡樹・平井昌行・高橋俊治・小疇尚・清水長正・長谷川裕彦 (1985)：郡山西方・御霊櫃峠の周氷河現象. 地理予,実験結果から､ 霜柱クリープが礫の移動には重要な役割を果たしていることがあきらかになった｡ また､ 雪の有無が融解時の地表面の水分条件に大きく影響し､ 礫の移動量に大きく影響していることも明らかである｡
現在の実験装置では土壌水分と地温のコントロールが難しい｡ 実験室の温度調整が冷風を吹き出す構造になっているため､ 常に冷風にさらされる表面付近が水分が失われやすい｡ また､ Box に水や雪を過度に供給すると28, 84−85.
鈴木郁夫 (1992)：谷川連峰の強風砂礫地における表面礫の移動. 地理評, 65A, ２, 75−91.
沢口 晋一 (1987), 北上山地山稜部の荒廃裸地における凍結・融解による斜面物質移動, 地理学評論 Ser. A, 60, 12, 795−813
高橋伸幸・長谷川裕彦 (2003)：気温観測結果から推定される
北アルプス南部常念乗越の森林限界高度と周氷河環境. 地理評, 76, ３, 161−171

土壌水分を下げるためにかなりの時間がかかる｡ 限られ田村俊和・石田 武・西 克幸・瀬戸真之・栗下勝臣 (2004)：

た期間内で実験の回数を必要なだけ確保するためには､奥羽山脈南部, 御霊櫃峠にみられる植被階状礫縞の形態. 地Box 内の水分量など､ コンディションが悪い状況下で理予, 65, 202.

も実験を継続しなければならない｡ より良い実験結果を36

地球環境研究,Vol.12(2010)

Laboratory Experiment of Surface Stone Displacement
under Freeze-thaw Conditions
SETO Masayuki＊, SUE Akihito＊＊, SAWADA Yuki＊＊＊, SONE Toshio＊＊＊＊, TAMURA Toshikazu＊＊

Faculty of Geo-environmental Science, Rissho University
Graduate Student of Geo-environmental Science, Rissho University＊＊＊
Geological Museum, GSJ＊＊＊＊Institute of Low Temperature Science, Hokkaido University＊＊

Abstract:In order to clarify the processes of stone displacements occurred in wind-beaten bare groundwhich is very locally developed below the forest line, a series of experiments, Ex１ to Ex23, was carried out under the controlled freeze-thaw cycles in a cold laboratory. Two boxes, Box A and Box B,
were prepared. Both boxes were filled with soil 10 cm thick. Four flat and angular stones about 15
cm across with point marks were placed on soil surface of each box. Box A and Box B are inclined15 degrees and 10 degrees, respectively. The results of Ex3 under cooling to -10 degrees Celsius during 5 hours followed by warming to +5 degrees Celsius during 73 hours showed that frost heaving
was occurred and the maximum horizontal stone movement, 1.1 cm, was recorded when a needle icecollapsed. The frost heaving (vertical movement of gravels) of the experiment slope began immediately after a freeze start and maximum value was recorded in about 21 September. Frost heaving
was end, and the maximum value of horizontal movement was recorded when a needle ice collapsed
around 24 Sep. in the time. On the other hand, the ground temperature recorded the lowest at nightof 22 Sep. The delay of time between the occurrence of maximum gravel movement and that of needle-ice development suggests that gravels were moved by frost creep which was caused by the needle
ice. The average of frost heaving amount and that of gravel movement was 1.0cm and 1.1cm, respectively, at Box A, whereas 0.7cm and 0.1cm, respectively, at Box B. Both ice needles and ice lens wereobserved in the box in which frost heaving and movement occurred. Strong correlation was recognized between frost heaving amount and the maximum value of gravel movement. The differenceof gravel movement at the two boxes seems to be caused by not only the slant of the box but also
less-developed needle-ice and ice lens at Box B.

Keywords: Freeze-thaw cycles, processes of stone displacement, ground temperature,soil moisture37