の湖沼: 流域系水文環境変動
著者 嶌田 敏行, 柏谷 健二, 兵頭 政幸, 増澤 敏行
著者別表示 Shimada Toshiyuki, Kashiwaya Kenji, Hyodo Masayuki, Masuzawa Toshiyuki
雑誌名 地形
巻 23
号 3
ページ 415‑431
発行年 2002‑07‑25
URL http://doi.org/10.24517/00053681
地 形 第23巻 第3号
415−431 頁 (2002) 」GU Transactions,
Japanese 奐
Geomorphological Union−r■7 23−3,p.415−431
(2002)
余 呉 湖
・湖 沼 堆 積 物解 析 か ら 推 定 され る 後 期 完 新 世 の 湖 沼
一流 域 系 水 文 環 境 変 動
嶌
田敏
行 1 ・柏 谷 健二 2 ・兵 頭 政幸
3 ・増 澤 敏 行4Hydro ・Environmental Fluctuation in a Lake ・Catcllment System during tlle
Late
Holocene
Inferred
f
「omLake
Ybgo
Sediments
Toshiyuki SH【MADA 1,Kenji
KAsHIWAyA
2, Masayuki HyODO 3and Toshiyuki MASuZAwA 4
Abstract
Hydro
−environmentalfluctuations
in
the centralJapan
during
theLate
Holocene
have been
imprinted
in
the sediment coresfrom
Lake Ybgo, where hydrologicalconditions changed at c.
700
AD
;from
low
water regime to high water regime .An
abrupt change
in
210Pbconcentratbn of the cores shows that rapid
increase
in
thesedimentation rate may have been connected to artificial channel construction
in
1960 .
Temporal fluctuation in mineral particle size of sediment corresponds to yearly
averaged precipitation observed near the lake befbre the construction (
1896
−1960
), 1eading to that an annual prec{pitation around Lake Yogoin
the Little IceAge
maybe estimated about
2
,200
mm and in the late part of Medieval Warm Episode about2
,500mm , 1arger than during the past30
years (about2
,000
mm ).Key words : take sediments ,
paleo
−precipitation
, hydro−geomoη)hological environment1
.は じ め に地球
表
層での物質
移動 を考
えた とき,湖 沼 は流域で生産さ れる物 質の最終到達地点の 一つ で ある.その
堆
積物に は流域にお ける風化,侵
食, 運搬,堆
積 等の過 程 を含
む水 文環 境 2002年 1 月7 日受付, 2002年5
月 7 日再 投 稿, 2002年 5月 13日受理1 金 沢大学大学院 自然 科 学研究 科 博士 (後 期 )課程, 〒 920−1192 金 沢市 角間町
lGraduate
Student, Division of Global Environmental Science and Engineering, Graduate School of Natural Science and Technology, Kanazawa Univ., Kanazawa 920−1192,
Japan
2 金 沢 大 学 自然 計 測 応 用 研 究セ ン ター,〒 920−U92 金 沢 市 角 間 町
21nstitute
of Nature and
Environmental
Technology, Faculty ofScience
, Kanazawa Univ.,Kanazawa
920
−1192,Japan
3 神戸大学 内 海域機能教育研究セ ン ター
, 〒
657
−8501
神戸市灘区 六甲台町3Research
Center for Inland Seas, Kobe Univ., Kobe
657
−・8501
,Japan
4 名 古屋大 学 大 学院 環 境 学 研 究 科,〒 464−
8601
名 古屋市千種区 不 老 町4Division
of Earth and Environmental Sciences, Graduate School of Environmental Studies,
Nagoya
Univ
., Nagoya 464−8601
,Japan
416 嶌田敏行 ・柏谷 健二 ・兵頭 政幸 ・増 沢敏 行
と地形の応
答
の 情報
が含
まれて い る.即 ち, 湖沼堆 積物は過 去の情 報を豊富に含ん だ記 録媒
体の 一つ で ある とい える.これまで に, 湖沼 堆積 物 を用い て過去の水 文 環境を明ら かに し ようとい う研 究は数
多
く 行わ れ て きた.例 え ば, 東ア ジ ア モ ン ス ーン 地域 を対 象と した研 究は,中国の 西 蔵 高 原(
Kashiwaya et aL , 1991 a;1995 )
, 琵 琶湖 流域(
山本ほ か,1992
), 余呉湖 流 域 (堀 江 ・三 宅 ,1971 )
や若
狭 湾地域の 水月 湖(
福沢ほ か ,1995
) などで進め ら れて きて い る. しか し,定量 的 な 議論 までには 至っ て お らず, 今 後, 流 域における水 文プロ セ ス まで を も考 慮 し た 研究 を含め,さ ら なる発 展 が求め ら れて い る.
本
研究
におい て は,水文環境
の支
配要
因の 一つ である降水 量の 変 動と湖沼 堆 積物の物理量 との関係に注 目 し た.「湖 沼 一流域
」
を一つ の 系 と考
えた場 合, 湿 潤 地域で あ り変動 地 帯の 日本におい て ,侵食量 は多
くの 場合, 降水特 性に 関 わる侵食 力を反 映 する と考える ことが 可 能で ある.一
般 に, 侵食量が 大 きい 場 合に は運搬 量 も大 きく,運搬量の大小は堆 積 物の粒径 の大小に反映 する と考 えら れ る (柏谷,
1996
).本研 究で対 象 と し た余 呉 湖 (滋賀県)
は直
接の 流 出河川 を持た ない 準 閉塞 湖で あ り, 過去の水 文 環境の情 報を その堆積 物 に保持 して い る こ とが期 待され る.即 ち,
「
湖沼一流 域」系
の水
文 環境を考
える上 で,好都
合な湖 沼一流域の 一つ で ある と言える.
そこ で本小論で は,
1
)実 測の 気象観 測 資 料 が 入 手 で きる観 測 時 代 の堆積 物試 料を 用い て, 「湖 沼 一流域」
系に お ける降水 量 変動と堆 積 物 粒 径の 第一近似 的 関係 を明ら かに し,2 )
その関係
か ら,余呉
湖流 域にお ける後
期 完新 世の 水文 環 境を復元し, 歴史 時代にお ける余呉 湖 流 域の 降水量 変 動 を定量 的 に推 定する こ とを目的と した.
2
. 余 呉 湖 の 概 要2
,1
.地形 ・地質今回,対 象 とし た余 呉 湖は滋 賀 県北 部 ,琵 琶 湖の北 方に
位
置する淡水
湖沼(
Fig .1)
であ り, その諸 元を
Table
1
に示す.余呉湖の 湖水面 標 高 は132
m であ り, 北 岸 を 除 く三方を 賤ヶ岳(
海抜422
.5m >
と それ に続 く尾根に囲まれ てい る.現 在は水田 と なっ て い る湖北 部は余呉川の 沖積 地と考 え られ て お り (例え ば, 根 来,1956
),沖積 層の層厚は200m
以 上 で ある と見積 も ら れてい る (Nakao
andHorie
,1975
).湖 の東 部に は活断 層で あ る 柳 ヶ 瀬 断 層が 走 っ て お り,平 行 し て 流れ て い る余
呉 川 は断 層 線 谷 を 成 して い る(
杉 山 ほ か,1993
).柳ヶ 瀬断層は水 平 変位 と と もに垂直 変位 も み ら れ, 相 対 的に余呉 湖の ある断 層 西 側 が 沈 降, 断 層東側 が隆起(
武藤ほ か,1981
) した こ とに よっ て東側 山地で侵 食が激 し くな り, その 山麓に扇状 地が形 成されて い る。柳ヶ瀬 断層の トレ ン チ調査 を行っ た杉 山ほ か
(
1993
)は,AD
1300
年代 前 半に柳ヶ 瀬断層が活 動 し,そ れ は1325
年(
正 中2
年)
の 正 中 地 震(
宇佐 見,1987 )
に相 当する可 能性を報告 してい る.豪 雨 時に直接, 余 呉 湖に流 入 した 可能 性の ある余呉川上流 域 も含め た流域の 地質は美 濃 ・丹 波帯の泥 岩 ・チャー トで ある
余 呉 湖 ・湖 沼 堆 積 物 解 析か ら推 定 され る後 期 完 新 世の湖 沼一流 域系水文 環境変動
417
ぴ
3
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▲
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、 鰯、
、
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132・s
..s −
A A
’10、
鮨 丁
黷
ノ
! 己 上 凸
Fig. L Lake Yogo and its surrounding area .
Contour
interval
:−50
m (1and area);_5m
(1ake area )Table l. Properties of Lake Ybgo (
Environment
Agency
Government
ofJapan
,1989).Length of
Altitude
(m )Area
(km2
)Shoreline
(
km
)Maximum
Mean Depth
(m )Depth
(m ) 132 1.745
.7 13
.0 7
.4
(
地質
調査所,1994
).2
.2
.気 象 ・気候余呉 湖 周辺で気 象観 測 を 行 っ て い る施設は ,
1
) 滋賀 県 木之本土木事 務 所 ・余呉川管理 課( 余
呉湖 北岸
・1960 〜)
,2 )
彦根 地 方 気象 台 ・木之本 観測所( 余
呉湖 南 方4km
・1894
〜
1978 )
,3
)彦根 地 方気 象 台 ・本署 (余 呉 湖の30km
南方 ・1894
〜)
の3
カ所である. ただし,2
)木 之本の資 料は欠 測な どの不備が あ る た め本研 究の 資料と して は用い ない .余
呉 湖の位 置 する滋賀 県は, その地形の影響に よ り 日本 海側の若
狭 湾か ら北西 気 流, 大 阪 湾 か らの南西気流 , 伊勢 湾か ら の南 東気 流が 流入 する (彦根地方気象
台,1993 )。その た め 北 陸型, 瀬 戸内型,東
海 型の各気 候 区が重な り合う
地 域で あ り,気候の変 化 を反 映 する 水 文環境の鋭 敏な変動が湖 沼堆 積物に記 録さ れて い る こ とが期 待で きる .Fig
.2
は余 呉 湖418 嶌田敏 行 ・柏 谷 健二 ・兵 頭 政 幸 ・増 沢 敏 行
北岸 ,およ び
彦
根に おい て観測 さ れ た降水
量 の月別変動( 1966
〜1995 )
で あ る.この2
つの地 点の 距離は
30km
で あるが, 冬 季の 降水量の 違い は顕著で ある.即 ち, 日本海側の 気 候 要 素が大 きく なる か, それ とも太
平洋
側の気
候要素
が大
きく なる か に よ る冬季 降水
量の 変 化が顕著で ある こ とを示 唆 して い る.余呉 湖 流域(
北岸 )の 年間降水量は2022mm
(
1966
〜1995
の平均 )で あ り,降雪は概ね12
月 下旬か ら3
月下旬 まで認め ら れ る. 余 呉 湖流 域の古 気候を現在に伝える もの の一つ に,湖底埋没 林の存 在が知 ら れて い る.この , 湖底埋 没 林 は,
1970 年
に余
呉湖 北岸 ,約50m
沖合の水 深1
.8m
地点( Fig
.1
中▲)
か ら
発 見
さ れ た .Horie et a1.( 1975 )
に よ れ ば,そ の 14C 年 代
は2
,780
±110yrBP
(
c.・2
,860caLyrBP )
で あ り, この こ と は余
呉湖で は約3
,000
年前に 湖水位 が低下 し湖 盆 が 縮 小 したこ と, 言い換 えれば, 余呉 湖は流 出 河 川 を 持 た ない こ と か ら, 湖水位 低下は乾燥した時期の存在を示 唆 する. また, 埋 没 林と 同時に,
一部 加工 痕の認め ら れ る ク ル ミ ・ト
チ ・ハ ス の実
10
数個 と縄 文 式土器2
点が発 見さ れ た.縄 文 式土器の うち1
点は大津 市の 滋 賀里1
・H
式 との 比 定か ら縄 文 晩期初 頭 (約3
,000
年 前 )の もの と推 定さ れて お り (用田,1985
)埋没林の年代 値 と整 合 的である ,2
.3
人工 改 変余呉町
( 1991 )
によれ ば,最初の 人 工改 変は,江 戸時代( 1604 年
・慶長9 年)
の 新田 開 発や余呉川 下流域の 灌漑 ,お よび洪 水調整を 目的とする余呉湖 と余呉 川 を連 絡 する人工 河 川( Fig
.1
・矢 印A )
の 開削である.この工事に よっ て, 余呉 湖は史 料で確認で きる範 囲では,初めて流 出河川を持つ ようになり,流域面 積は
7
.97
km2
か ら余 呉川本川流域を含め た35
.37
kmZに なっ た.た だ し, 余 呉川 か ら余 呉湖へ の直接 流 入 が 洪水 時に発 生 して い たこ とは , 余 呉湖 北岸の 平 野部が余呉 川の 沖積地 であ るこ と か らも容 易に推測 さ れ,余
呉湖 北 部の埋没 林が粘土混 じりの砂 礫に埋 まっ てい た こ と (藤 本,1991
)な ども, それ を支持し てい る.さ らに,歴史時代 におい て も, 余呉川 か ら余呉 湖へ の直接 流入は文 書に何 度 も記300
002
oo
(
∈
ε
⊆o
焉 萱
℃
ω
左
300
200
100
0
0
123456789101i12
置23456789101112
Month Month
Fig.2. Monthly precipitations in Ybgo and Hikone (1966−1995
).
余呉湖 ・湖沼堆 積 物 解 析か ら推 定さ れ る後 期 完 新 世の湖 沼一流域系 水 文 環 境 変 動 419 録さ れてい る
(
余呉 町,1995 )
.近 年に は余呉 湖を灌漑, 洪 水調整を 目 的とす る ダム と して 使 用 するため に, い くつ かの 大規模な 人工 改 変 (ダ ム化工 事 )が行わ れ てい る.即ち,余呉 川の途中に堰 を 設 け,夏期
の農 業用水の 確 保 ,な ら びに洪 水 時に余 呉 湖に水 を貯 留さ せるため の 導水 路工事
( Fig
.1
・矢
印 B )
,余
呉 湖の水
を排 出するため の送水 トンネル( Fig
.1
・矢 印C )
の掘 削で ある.こ の結 果
1960
年 (昭和35
年 )か ら余呉 湖の水 収 支が, 人為 的に管理 ・記録 され る よ うに なっ た.そ して,1970
年か ら は渇 水 時の 農業用水の確 保の ため に琵琶 湖か ら水を汲み上げる トン ネル
( Fig
.1
・矢 印D )
が掘ら れ, ポ ンプ が設 置さ れる ようになっ た.3
. 手 ・法3
.1
,試 料 採 取今 回の解 析 には,堆 積
後
の 物 質の 再移動の影
響が最 も小 さい と考え ら れ る 湖最 深 部付近( Fig
.1
中×)
か ら,1996 年
〜1998 年
にかけて採
取さ れ た,表
層コ ア( YGs
4 )
,2m
コ ア(
YG
4 )
,4m
コ ア( YG
3 )
の3
本の コ ア を用い た.4m
コ ア な ら びに2m
コ ア は有 効 長4m
の 改 良 型Mackereth
式 ピス トンコ アサ ンプラー,表層 コ アは 佐竹式重力落下 型コ アサン プラーで採 取 され た.表層 コ ア,
2m
コ アは主と して 観測時代に お ける流域の 水 文環境の変動 (特に降水 量 )が どの よ うに湖 沼
堆
積物に 記録さ れ るの か を解析 する 目的で採取
された.
4m
コ ア は2m
コ ア と併せ , 表層 部の 解 析で得 られ た水文 環 境と物理量の 関係 を用い て ,後期 完新 世に おける水 文環境の 変化を推 定 する た め に採取され た.分 割間 隔は表 層
コ ア が
1cm
間隔 ,2m
コ ア と4m
コ ア は2
。5cm
間 隔で ある.3
.2
. 分析含水 率は湿潤試料 を
110
℃で48
時 間乾燥 し, その操 作で失わ れ た水 分量 を 重 量 百分率で表
した.粒 子密 度は乾燥 した試 料を磁 製乳 鉢で鉱物粒 子を破壊 しない 程 度に粉砕 し,再 乾 燥 後にマ イク 1コ メ リ テ イ クス (Micromeritics
)社製の ヘ リ ウム ガス 置 換 方式の 自動 密度 計AccuPyc
1330
を用 い て測定 し た.測定は10
回行い,最 大 値 と最 小 値 をカ ッ ト し た8
回 分の 平均 値 を粒子密 度の値 と した.強熱 減量は, 電気 炉 を用い て750
℃で試 料 を2
時間30
分燃 焼 し, その際に失わ れ た質量を重量 百 分率で 表 した.堆積 物試料の 年代 軸の 導入は IM
Cs
法 ,21°Pb
法 ,14C
法を 用 い た .21°Pb
法の適用にあた って は, 流 入フ ラ ッ クスが一定の場 合に堆積 物 中で は その 濃度が指 数 関数 的に減少 するこ と を利用 し た
CIC
モ デル(
例 え ば,金 井,2000 )
を 用 い た.過
剰
21°Pb
,且mCs
, anK 濃度
は,粉砕 ,乾
燥済
みの試料
を外径 47
mm の ペ ト リ 皿 に密
封 し 金 沢 大学ア イソ トープ 理 工系 実験施設の低エ ネル ギー光 子ス ペ ク トロ メ ーターな ら びに高 純 度ゲル マ ニ ウ ム 半導 体検出 器(
EG &G
,ORTEC
社 製)
で 測定 した.殆 ど両核種が 含 まれない 部分 を 除 き, 誤 差が概ね
10
%以 下に なる100
カ ウ ン ト以上 に な る まで測定し, 乾燥 質 量で規格 化を行っ た。な お, 21°Pb
の検 出効率は6
.11
%,2MPb
の検 出効 率は3
.04
%,分 岐420 嶌田敏 行 ・柏谷健二 ・兵 頭政幸 ・増 沢 敏 行
比はそれぞれ
4
.18
%,36
%で補正 を行っ た.14C
に よ る年
代測定
は,コ ア分割中に発見し た植 物 遺体 を名古
屋大学年代
測定
セ ン ターに設 置さ れて い るTAMS
におい て測定 した.な お,’4
C
年代 値の 暦年 代補正 はStuiver
et a1.(1998
)を基 準 と し た プロ グラム 「MacCALIB 4
.1
.2 」
を用い て行 っ た。粒 度分析は鉱物粒子のみ を 対
象
と し た.湖 沼堆 積 物は一般的に流 域 起源の鉱物粒 子と有 機物質
, 湖 内起源
の 無機物質 (
例 えば 生物起
源シ リカ)
と有 機物 質に風 成塵 降下物 ,続 成 作 用 生成 物 質な ど が加わっ た もので構成 さ れ る.こ の 中で流 域にお け る侵 食 ,運搬 とい った水 文地 形プロ セ ス を 反映する もの は, 主と して 鉱 物 粒 子の 物 理 量で あ る.し か し,堆 積 物全体の粒 度 分析で は, 湖内で生産され る生物起源シ リカや有機 物
質
の量 が多
い 場 合 に それ らの影 響を受 け,粒 径の大小が流水の状 況 (流 域の物 質移 動環 境
)
を直接反映 して い ない 場 合が
考
え ら れる.そこ で本 研 究で は, 生物
起源
シ リカおよび,有機物質
を除去
した試
料に対 して粒 度分析 を行 っ た,鉱物粒 子の 抽出 は 乾燥 し た試 料50mg
を用い ,Mortlock
and
Froelich
(1989
)の 方法 を参考
に 10 %−H
、0
、で 有機物質の除 去 を行い ,2
・M
−Na
、CO
,で生物起 源シ リカ の 溶 解を行い , 残 っ た試 料 を 鉱 物 粒 子 と見 な して粒 度 分 析 用 試料 と し た.ま た, 湖 内の生物生産 量指標の 一つ である生
物
起源
シ リカの定
量 も行
っ た.こ の量は 溶 けてい る生物 起 源シ リカ をモ リ ブ デン 酸ア ン モ ニ ウム で発色 さ せ, あ ら か じめ作成 して おい た検 量線 を用い て重 量 百分率で定量した.鉱物 粒 子の 抽出 過 程 に おい て,1N
−HCI
を 用い る こ とに よ りFe
(II
)を含む粘土鉱 物 (例 えば chlorite な ど)の 溶 解 が危惧 さ れ た.し か し な が ら,
4m
コ ア に お い て,25
cm 間隔で試 料15
点を 選び西條 ・三 田村(
1995 )を参
考に lN −HCI に溶 解 し た 鉄 を定量 した とこ ろ , 全 重量に対 し1
%前 後で あ り, 粒度分析 結果に 深 刻な影響
を及ぼ さ ない こ とが確
認 さ れ た.ま た,X
線の 回折 強 度か ら は chlorite やillite
は ほ とん ど溶解して お らず, 溶解 し たの はferihydrite
な どの amorphous な もの で ある こ と が 示唆さ れ た.これ らの こと か ら,塩酸 処理における粒 度 分析へ の影響は ほ とん ど 考慮 し なくて 良い と考 えら れ る.粒度 分 析 は , レーザー回 折 式 粒 度 分布測定装置 「
SALD
−2000J
」 (島津 製作所 製)
を 用い た.分散剤
にはヘ キサメ タりん酸ナ トリ ウム( 0
.2wt
%),分散 媒に は蒸 留水 を用い , 物理 的 な 分散は試料の 固結 ・非 固結を問わず超音 波で
5
分 間震 盪き
せ た.自然 残留 磁 化 (磁化 強 度, 偏 角, 伏 角
)
の測定は コ ア層 序の対 比の た め に行っ た.4
.結 果分析の結果は
Fig
。3
に示 す.た だ し, 年代 測 定の うち ’scCs
法 ,21°Pb
法の結 果の提示, 解 釈は次節で行 う.’4C
の 年代 値な らび に 歴年代 補 正値はTable
2
に示す.含 水 率は,一般に圧密の影 響で コ ア の 下方に向か っ て緩や か に減衰 をする 傾向を持ち,
余
呉 湖の コ ア におい て も同様で あっ た. また, 極 端に低い値 ( 20
%程度)
は湖 沼 が一時 的に陸化し た こ と を示 唆 する (