砂の上に、細い山と谷が何本も並んでいる。波のように見えるので、水が流れた跡だと思うかもしれません。しかし、砂丘には風で砂が動くことによってできる風紋があります。形が波に似ていることと、水の波でできたことは同じではありません。まず、何が砂を動かしたのかを考えましょう。
風紋は砂粒が実際に移動してできる地表の凹凸です。光の反射だけが移って見える模様ではありません。一方、ある山の位置が移ったからといって、その山に含まれていた砂粒が全部まとまって同じ距離を進んだわけでもありません。粒の動きと、山の輪郭の動きを分けると理解しやすくなります。
砂を動かすのは、水だけではない
川では、水が土や砂を運びます。砂丘では風も砂の運搬に関わります。砂粒は転がったり、跳ねたりして動き、その粒が別の粒へ当たることもあります。粒の大きさや地面の湿り方、風の強さなどが変われば、動きやすさも変わります。
「砂だから全部同じように飛ぶ」とは考えません。細かい粒と大きな粒では、同じ風に対する動きが異なりますし、水分によって粒どうしがまとまる場合もあります。風だけの効果を比べたい実験なら、砂の粒の大きさや乾き具合をそろえる必要があります。
鳥取砂丘などで見られる風紋は、もともとの小さな凹凸に風による砂の移動が重なり、山と谷の模様として発達します。すべての場所で同じ間隔の縞ができるわけではありません。風向きが変わったり、人が歩いたりすれば、地表に残る模様も変わります。
同じ山を追うには、動かない目印がいる
二枚の写真を比べて山が右へ動いたように見えても、カメラの位置がずれていたら判断できません。地面に対して固定された座標や、観測用に設定された基準が必要です。写真の端を基準にするのではなく、二枚に共通する動かない基準をそろえます。
ただし、自然の砂丘に勝手に杭を立てたり、砂を採取したりする話ではありません。ここでは条件が示された教材の模型図を使います。現地の観察では、その場所の保護や利用のルールに従って、既存の観察資料や写真を利用してください。
例題1：山の位置が6cm変わったら
模型の砂面に固定座標を設け、同じ風紋の山を追いました。最初の位置は基準から20cm、3分後は26cmでした。この間、山は同じ向きに移動したとします。山の位置の移動距離と、1分当たりの平均の移動距離を求めましょう。
答え・解説： 移動距離は26−20＝6cm、1分当たりでは6÷3＝2cmです。26÷3ではありません。26cmは基準から測った最後の位置で、最初から進んだ距離ではないからです。
求めたのは風紋の山の移動であって、風速でも砂粒一個の速さでもありません。山の風上側で粒が動き、風下側へ加わるなどして、輪郭が変化します。一粒に目印を付けた追跡結果がなければ、その粒も必ず6cm動いたとは決められません。
例題2：風が二倍なら、運ぶ砂も二倍？
同じ乾いた砂を使い、一定時間に決めた境界を越えた砂を集める架空の模型実験です。弱い風の条件Aでは10g、より強い風の条件Bでは35gを集めました。Bの風速がAの二倍だったとします。集まった砂の重さの比を求め、この結果が「風速と運ぶ砂の重さは比例する」という説明に合うか考えてください。
答え・解説： 重さの比は35÷10＝3.5倍です。風速は二倍ですが砂は3.5倍なので、この二条件は単純な比例の説明に合いません。二倍の風だから二倍の砂と、計算する前から決めてしまわないことが大切です。
もっとも、二つの記録だけで、すべての風速に通用する別の式が分かったわけでもありません。ほかの風速や時間で測ることが必要です。また、湿った砂に取り替えた結果を同じ表へ混ぜると、風速以外の条件まで変わります。比例でないと気づくことと、一般的な法則を決めることを分けます。
風下と、縞の向きを混同しない
風紋の縞は、典型的には風の向きを横切るように並びます。縞が長く伸びる方向と、砂や模様が動く方向を同じ矢印で表すと混乱します。教材の図では、風の矢印と山の線を別の記号にし、どちらを答える問題なのか確認しましょう。
また、写真一枚の左右対称に近い模様だけから、過去の風向きを必ず一つに決められるとは限りません。断面の形や連続写真、風の観測記録があれば、それらを合わせて考えます。模様があるという事実から、風の強さや継続時間まで一度に言い切らないことが重要です。
砂丘は乾燥地の砂漠と同じ意味ではなく、海岸にもできます。砂が多いという見た目だけで、その場所の降水量を決めることはできません。地形ができる材料と運搬の仕組みを考えると、土地の名前を取り違えにくくなります。
粒の分類はれき・砂・泥の大きさ、水による運搬との比較は侵食・運搬・堆積へ。砂を動かす力、粒の条件、観察した模様の三つを分けて、図から読み取れることを書いてみてください。