川の堆積物と流速の関係
地学の野外実習で、生徒が同じ川の上流・中流・下流の3地点から川底の堆積物を100 gずつ採取し、砂利・砂・泥の質量を調べた。上流では砂利80 g、砂15 g、泥5 g、中流では砂利20 g、砂60 g、泥20 g、下流では砂利5 g、砂25 g、泥70 gだった。川は上流から下流に向かって標高が下がり、川幅は広がっている。3地点とも同じ日に採集し、流れの速さは上流で最も速く、下流で最も遅かった。生徒は「泥が多い下流では、流れが遅いので大きな粒も堆積するはずだ」と予想したが、実際には大きな粒は少なかった。採取は各地点で3か所行い、平均値を用いた。粒径の区分は、砂利が2 mm以上、砂が0.06〜2 mm、泥が0.06 mm未満である。川は海に注ぐ直前で河口付近に広い平野を作っている。上流には大きな岩が多く、下流の川岸には細かい粒子が積もっていた。生徒は、流れの速さと運搬できる粒子の大きさの関係を調べる模型実験を計画した。同じ川の別の支流では、下流でも砂利が多く見つかったという報告がある。実習中、下流では水が濁っており、泥が浮いているように見えた。
1. 上流・中流・下流の試料で、砂利・砂・泥の割合が変化する理由を、流れの速さと粒子の運搬・堆積の関係から説明せよ。
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流れが速いところでは、水は大きな粒子も運べる。上流は流速が大きく、砂利のような大きな粒子が運ばれやすく、細かい泥は流されやすい。流速が落ちると、大きな粒子から順に沈降する。中流では砂が堆積し、下流では流速がさらに小さく、泥のような細かい粒子が堆積する。
このため、上流で砂利80%、中流で砂60%、下流で泥70%というように、粒径の割合が下流へ向かって細かくなる。これは運搬力と沈降速度の違いによる淘汰（分級）である。
2. 下流で泥が70%を占めることから、下流の流速について何が言えるか。また、泥が海まで運ばれる条件を述べよ。
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下流で泥が70%を占めるのは、流速が小さく、泥が堆積しやすい条件だから。ただし泥は一度沈むと再び流されにくい一方、流速が上がれば再懸濁する。したがって「泥が多い＝流速がいつも遅い」とは限らず、洪水後のような高流速時には泥が海へ運ばれる。
泥が海まで運ばれる条件は、流速が泥の沈降速度より大きい状態が続くこと。河口で流速が急に落ちると、泥は凝集して沈殿し、三角州や干潟を作ることがある。
3. この考えを確かめる模型実験を1つ考え、操作変数と測定する量を具体的に書け。
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模型実験：長いとい（または塩ビ管を半分に切ったもの）に、砂利・砂・泥を混ぜた試料を置き、上流側から一定量の水を流す。といの傾きを変えて流速を変え、各地点に堆積した粒子の質量を粒径別に測る。
操作変数は傾き（流速）、測定する量は各粒径の堆積距離と質量。流速が大きいほど大きな粒子が遠くまで運ばれ、流速が小さいほど細かい粒子も手前で沈むことを確かめる。水の量と試料の量はそろえる。