中学受験理科｜海食アーチは積み上がった橋？｜削られる岩と残る岩

海岸の岩に橋のような穴が開いた海食アーチは、誰かが石を積み上げたものではありません。波などの作用で岩が削られ、残った部分が橋状に見えます。積もって形ができる砂嘴と、削られて穴ができるアーチでは、物質の移動の向きが違います。何が加わったのか、何が失われたのかを考えると、写真からの説明が明確になります。

同じ岩壁でも一様には削られない

岩の硬さ、割れ目、層の違いなどによって、削られ方に差が生じることがあります。穴が開く部分と残る部分ができれば、橋状の形になります。ただし、全ての海食アーチが同じ順序や同じ速度で形成されたとは限りません。以下は形と体積の変化を考える模式的な説明で、特定の名所の現在の姿を保証するものではありません。

波が当たる高さは潮位や波の状態で変わります。海面付近に穴があることを手掛かりにはできますが、現在の海面と地形が作られた時代の海面が同じとは限りません。地盤の上下や海面変化も考えられます。一枚の写真の水際だけで全ての形成過程を決めないようにしましょう。

同じ開口部の前後を横に並べた計算模型。実物のアーチの形や、安全性を示す図ではない。

例題1｜穴が開いて失われた体積

岩壁の模型に、幅4m、高さ3m、奥行き2mの直方体として近似できる穴が開きました。失われた岩の体積は何m³ですか。穴の幅だけが5mへ広がり、他の寸法は同じなら、追加で失われた体積はいくらですか。

答え・解説：初めは4×3×2＝24m³です。後は30m³なので追加は6m³です。空洞の体積を近似した計算であり、実物のアーチが直方体の穴という意味ではありません。外形の岩壁全体が増えたのではなく、残る岩が減った変化です。

例題2｜写真の尺度を合わせる

写真Aでは既知の長さ2mの目印が20mm、穴の幅が40mmでした。写真Bでは同じ目印が10mm、穴の幅が25mmでした。実際の穴の幅をそれぞれ求めましょう。紙面の幅が小さいBで、穴が縮んだと言えますか。

答え・解説：Aは4m、Bは5mです。写真Bは全体が小さく写っていますが、尺度で直すと穴は広がっています。撮影距離や印刷倍率の違いを補正せず、写真の長さだけを比較しないことが大切です。同じ平面に目印と穴がある模型として計算します。

削れた岩はどこへ行くか

岩が細かい粒になって周囲へ運ばれる場合も、大きな塊として崩れる場合も考えられます。穴の体積が六立方メートル増えたから、その全量がその日の砂浜へ細砂として積もったとは言えません。海中へ移動した分や、近くに塊で残る分を分ける必要があります。失われた場所の収支と、運ばれた先の収支は別々に記録します。

密度を与えれば体積から質量へ直せますが、穴の中に元から割れ目やすき間があった場合には、岩石が完全に詰まった模型とは違います。実際の密度をどの範囲で測った値かも確認します。地形の体積と、粒そのものの体積を同一にしないという考え方は、堆積物の問題ともつながります。

大きな穴がいつ崩れるかは別の問い

穴が広がると残った上部の形も変わりますが、寸法だけで崩落する日を決めることはできません。割れ目の状態や岩の強さ、波の作用などが必要です。何年も形が変わらなかったから今後も同じ、と保証することもできません。この記事の計算は侵食量の模型で、現地の安全判断を与えるものではありません。

写真を時系列に並べる場合は、撮影年月と方角を確かめます。反対側から撮った写真では、同じ穴でも形が違って見えることがあります。潮位が高ければ穴の下部が隠れ、幅や高さの測定範囲も変わります。見える部分の変化と、岩そのものの変化を区別することが、地形観察の基本です。

砂の橋と岩の橋を区別する

島と陸をつなぐ砂州は、砂が堆積してできる場合があります。一方、海食アーチでは岩が削られて空洞が残ります。同じ「橋のように見える」という印象でも、材料の移動は逆向きです。説明文を作るなら、主語を「砂が積もる」「岩が削られる」と具体的にします。形の名前を答えるだけでなく、どの物質がどこからどこへ動いたかを添えると、理由の記述が深まります。

穴の面積と、削れた岩の体積を分ける

海食アーチを正面から見ると、まず目に入るのは穴の輪郭です。正面写真から幅と高さを測れても、それだけでは岩壁の奥行きは決まりません。同じ大きさの開口部でも、薄い壁を貫く穴と厚い岩を貫く穴では、失われた体積が違います。例題一で三つの寸法を掛けられるのは、奥行きも指定された模型だからです。

穴が広がった前後の写真でも、壁の厚みが同じという条件が必要です。幅だけ一メートル広がった資料から体積差を求めるときは、高さと奥行きが変わらないことを問題文で確かめます。上部が崩れた場合には高さも変わるため、同じ計算にはなりません。直方体の模型に置き換えるとき、実物のどの寸法を一定としたかを図の横へ書いておきます。

海面が高い写真では穴の下端が水に隠れます。そのとき測れるのは、水面より上に見えている高さです。波が引いた写真と比べて見える穴が小さいからといって、岩が増えて埋まったとは限りません。撮影時の潮位が示された資料なら、その違いを先に調べます。写真の中に同じ岩の目印があれば、どの部分が水で隠れたかを対応させられます。

説明を書くときは、「波が穴を作る」とだけで終わらず、割れ目などを通じて削られやすい部分が失われ、周囲の岩が残るという関係を言葉にします。穴の中へ物が積み上がって橋ができたのではありません。増えたのは空間で、減ったのは岩の部分です。空洞の体積を求める問題で、材料が増えた量として答えてしまう子どもには、岩を塗りつぶした図と穴を白く残した図を見比べさせると、計算の意味が伝わります。