これまで何世紀にも渡って地質学者は河川にある石は下流に進むに従ってなぜ丸く、そして小さくなるのかその謎の解明を続けてきた。しかし、これまで地質学者の間では、この理由をはっきりとは解明できずにいた。

普通に考えると石は下流に流されるに従って摩耗されていくことで丸く、そして小さくなると思うだろう。
しかし、そうではなく初めから小さな石だから下流にまで流されてきたという可能性もあるのだ。では一体、本当のところ、なぜ、河川にある石は下流に進むに従って丸く、そして小さくなるとのだろうか？

University of Pennsylvaniaの Douglas Jerolmackは、Budapest University of Technology and Economicsの数学者の協力を得ることでこの難問に挑戦した。その結果、研究チームのモデルは多くの地質学者の考えとは対照的に、石が摩耗されることがこのパターンを形成する主要な要因となっているはいるものの、他にも2つのプロセスが生じることがこのパターンを形成させることを発見した。どういうことかというと、最初の段階として摩耗が生じることで石は丸くなる。
しかし、同時に摩耗によって石が小さくなるためには、石は初めから滑らか（smooth）である必要があることを見つけたのである。

「この回答はこうした地質学上の難問の答えとしては、単純であり、また明確なものとなるでしょう」
とJerolmack は述べる。

このモデルは、河川を石が旅をすることによって摩耗と浸食が生じる過程を説明してくれるだけでなく、また、河川がいつから存在しているのかといった地質学的歴史を解明するための手がかりを提供するものとなるだろう。

最近、火星探査ローバーは火星で河川の流れによって生じたものと見られる丸い石を発見した。このモデルはまた、こうした火星で発見された丸い石から火星にかつてあった河川の形成起源を解明することもできるかもしれない。

そして研究チームはこの研究成果をPLOS ONEを通じて発表した。

地質学におけるこれまでの定説では、河川で生じる丸い石の形成原因は摩耗にあるとは考えていなかった。
地質学者はこれまで、この謎の解明のために多くの実験を行ってきたが、実験の結果、石が摩耗するプロセスは非常にゆっくりとしか進まないため、摩耗ではこの現象は説明することはできないと考えていたのである。そのため、地質学では、この現象の原因は、初めから小さな石が選択的に下流にまで運ばれることにあると考えていた。
この理論に基づくと、上流にある丸くて小さな石ほど、下流まで容易に流されていくことができるということになる。

Budapest Universityは地質学者がとってきたこれまでのアプローチとは異なり、この問題を地質学的問題としては数学的問題として解くことを考えた。研究チームは、石のとがっている部分を数学的にモデル化することで、それらが下流に流されていくことでどれだけ摩耗が生じて丸くなっていくかを方程式化して解いたのである。

この摩耗方程式により石は、高いカーブ曲線を描いている部分は早く摩耗するが、直線に近い部分やマイナスのカーブ曲線の箇所に関しては摩耗は全く生じないことが判った。

この小石の摩耗方程式は、与えられて空間の中で熱がどのように拡散するかを解くための方程式と類似したものであり、両方の方程式は共に、拡散を扱っている点において同じものとなる、と研究チームは述べている。

今、あなたが、河原で丸い小石を拾ったとしよう。研究チームによるこの摩耗方程式を使うことにより、その石がこれまでにどれだけの距離をそしてどれだけの時間をかけて流れてきたかを割り出すことができるようになるのである。


▽記事引用元　SciecenNewsline（February 12, 2014.）
http://jp.sciencenewsline.com/articles/2014021223440024.html

▽ペンシルベニア大学プレスリリース
http://www.upenn.edu/pennnews/news/penn-geophysicist-teams-mathematicians-describe-how-river-rocks-round

▽PLOS ONE
「How River Rocks Round: Resolving the Shape-Size Paradox 」
http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0088657