Есть данные об исчезновении под действием термоабразии довольно крупных островов. Так, острова Семеновский и Васильевский в море Лаптевых буквально растаяли в течение всего лишь одного столетия. При размыве Семеновского, например, по данным Я. Я. Гаккеля, берег в некоторые годы отступал со скоростью до 55 м в год. В море Бофорта в 1854 г. существовал о. Боулдер. Уже в 1914 г. на месте этого острова была обнаружена только банка [Лрэ. 1980].
Прибойные карры и карстовый карниз на северном берегу острова Сокотра |
Вообще же скорость термической абразии в большей мере зависит от литологического состава мерзлых пород. Очень быстро разрушаются берега, сложенные чистым льдом, например край ледника, спускающегося в море, или клиф, сложенный жильным или ископаемым льдом. Скальные породы даже при их отрицательных температурах подвержены лишь механической абразии, так как для термической абразии необходима льдис- тость породы, а она возможна лишь для рыхлых (ранее, до замерзания) отложений. Нередко породы, слагающие берег, представляют собой так называемый «ледовый комплекс» — это алевриты, реже пески, скованные льдом, который-составляет до 50% от общего объема породы. При таянии таких пород образуется большая масса рыхлого материала, который затем либо уносится
Элементы термоабразионного берега (остров Маастах). 1 —термоабразионный клиф, сложенный жильным льдом; 2 — ниша вытаивания; 3 — ледяной бенч; 4 — глыбы торфа, свалившиеся с бровки клифа; 5 — береговой вал из продуктов термоабразии |
течениями за пределы береговой зоны, либо служит в качестве наносов при построении различных береговых аккумулятивных форм.
В табл. 2 приведены данные о скоростях термической абразии на некоторых участках Арктического побережья.
При термическом действии морских вод на мерзлые породы, слагающие берег, у подножия берегового уступа формируется ниша вытаивания. На Новосибирских островах глубина этих ниш достигает 10 м. По мере увеличения глубины ниши вытаивания происходит обрушение нависающего карниза, стенка клифа отступает, и у его подножия начинает формироваться новая ниша.
|
Термоабразионные берега, как видно из сказанного, очень специфичны как по процессу, их формирующему, так и по морфоло-
Таблица 2 Скорость термической абразии при различных литологических условиях [по Ф. Э. Арэ. 1980]
|
гии. Над нишей вытаивания образуется отвесный юшф. Он нередко бывает осложнен термоабразионными останцами, байджерахами (накоплениями вытаявшего обломочного материала), булгунняхами (отпрепарированными ледяными буграми пучения). Верхняя часть термоабразионного уступа в летнее время подвержена термоденудации [Арэ. 1980] — тепловому воздействию атмосферы.
Оттаявшие породы приобретают текучесть, и в тихую погоду летом у подножий термоабразионных уступов накапливаются соли- флюкционные шлейфы. Во время волнения они размываются прибойным потоком, происходит волновая сортировка оттаявшего обломочного материала. Алевритовые частицы выносятся волновыми течениями, а песок и грубообломочный материал вовлекаются в продольное или поперечное перемещение наносов, участвуют в формировании различных береговых аккумулятивных образований.
Специфика термоабразионных берегов вызывает необходимость в выделении особого типа криогенных берегов, к которым целесообразно отнести как термоабразионные берега, сложенные мерзлыми породами, так и ледяные берега.
Перемещение наносов в береговой зоне
Прибрежно-морские наносы. Прибрежно- морскими наносами называют подвижные скопления осадочного материала различного происхождения, образующиеся в береговой зоне и подверженные практически постоянному воздействию волновых колебаний и прибрежных течений воды.
|
Термоабразионный клиф на острове Муостах с байджерахами. Видны ниши вытаива- ния, пляж из продуктов термоабразии |
В состав наносов входят осадочные частицы различного генезиса. Один из источников поступления осадочных частиц был уже назван — это абразия (как механическая, так и термическая). Терригенный[1] осадочный материал поступает в береговую зону также в виде твердого стока рек, путем эолового приноса, путем разноса айсбергами, за счет денудации береговых склонов, обвалов, осыпей.
Большую роль в составе береговых наносов могут играть биогенные компоненты. Они образуются за счет накопления раковин моллюсков и продуктов их разрушения, обломков кораллов, известковых водорослей, губок. В ряде случаев существенное участие в составе наносов могут принимать вулканогенные продукты, хемогенный материал (например, крохотные известковые конкреции — оолиты).
По размерам частиц наносы представлены широким диапазоном фракций. Например, на берегах Охотского моря, в районе м. Куприянова, наблюдались валуны явно морской обработки до 0,5 м в поперечнике, а В. П. Зенкович [1946] упоминает даже о еще более крупных окатанных обломках, входящих в некоторых случаях в состав наносов. С другой стороны, очень мелкие частицы (мельче 0,01 мм в диаметре) не характерны для наносов береговой зоны, так как такие частицы очень подвижны и в пределах береговой зоны в большинстве случаев нет условий для их осаждения и накопления. Обычно тонкие частицы оседают здесь лишь в затишных участках, например на дне лагун. Преобладают в составе прибрежно-морских наносов песчаные частицы, которые выносятся в береговую зону реками и ветром.
— глыбы — валуны — галька — гравий — крупный песок — средний песок — мелкий песок — крупный алеврит — мелкий алеврит — пелит |
Характеристика наносов по крупности составляющих их частиц называется гранулометрическим составом наносов. Частицы определенной градации называются фракциями. В широко принятой классификации Института океанологии АН СССР выделяются следующие фракции:
Более 1 м в поперечнике 10 см — 1м —» 1 см —10 см —» 1 мм — 1 см —» 0,5 мм—1,0 мм—» 0,25 —0,5 мм —» 0,10 — 0,25 мм—» 0,05 —0,10 мм—»■ 0,01 — 0,05 мм—» Менее 0,01 мм —»
Сортировка материала по крупности и минералогическому составу. А — сортировка по профилю. Рис. Б. поясняет приуроченность крупного материала к приурезовой зоне. Рис. В. показывает распределение минералов различных групп по тем или иным фракциям гранулометрического состава. 1 — обломки горных пород; 2 — кварц; 3 — тяжелые минералы груг1пы турмалина с большим удельным весом и высокой твердостью; 4 — тяжелые минералы с очень большим удельным весом, но более мягкие, чем минералы группы 3 (группа циркона); 5 — слюды [по Страхову. 1954] |
Соответственно по названию преобладающей фракции называются и сами наносы — галечники, гравий, крупный, средний или мелкий песок. Отложения, состоящие из алевритов, называются «крупный алеврит» и «мелкоалевритовый ил», из пелита — «глина».
Высокая подвижность составляющих наносы частиц является очень важной отличительной чертой рассматриваемого типа отложений. Она обусловливается приуроченностью наносов к наиболее подвижной динамической зоне — зоне волнового воздействия на дно и берега морей и океанов. В ходе многократных передвижений частиц наносов происходит их сортировка, т. е. дифференциация по крупности и составу, а также ока
тывание, т. е. обработка их поверхности.
Главный механизм сортировки — это соотношение между весом (определяемым крупностью и минералогическим составом) частиц и усилиями, прилагаемыми к перемещению частиц под действием волновых движений воды. Поэтому на пляже и прилегающей к нему части подводного берегового склона сосредоточиваются крупные наносы, в средней части подводного берегового склона — наносы средней крупности, а в нижней, где длительное время между штормами в придонном слое воды может быть затишье, отлагаются наиболее мелкие наносы.
Окатывание, т. е. обработка поверхности осадочных частиц, происходит в ходе соударения этих частиц, а также их истирания при волочении по дну или в результате ударов обломков о коренные породы. При этом отмечается наиболее хорошая окатанность крупных обломков — от гальки до крупных песчаных частиц включительно. Зерна мелкого песка и алеврита обычно неокатаны. Это происходит потому, что на поверхности мелких частиц образуется защитная «оболочка» пленочной воды, защищающей частицу от ударов. К тому же сила соударений и сама вероятность таких соударений для мелких частиц весьма невелики.
|
Ракушечные наносы с одного из каспийских пляжей |
Низменный аккумулятивный берег с пляжем из кораллового песка. Остров Сокотра |
Крупные наносы — валуны, галька, гравий, крупный песок — обычно перемещаются волнами и прибойным потоком по дну или по поверхности пляжа. Это — влекомые наносы.
|
Но уже средний и мелкий песок во время волнения перемещается во взвешенном состоянии, не говоря уже об алевритовых и пелито- вых частицах. Н. А. Айбулатовым убедительно показано, что не менее 90% объема песчаных наносов переносится волнами и прибоем во взвешенном состоянии. Все, что излагается ниже, относится главным образом к влекомым наносам. Заметим, что к ним относятся также и крупные биогенные наносы, например ракуша.
Выработка профиля динамического равновесия берега. Представим себе некоторый исходный достаточно отлогий профиль подводного берегового склона, который подвергается воздействию волн, распространяющихся под прямым углом к береговой линии. Допустим, что он имеет одинаковые уклоны на всем протяжении и сложен наносами одинаковой крупности. Поскольку ско-
|
б
в
+ положение нейтральной точки
Выработка профиля равновесия берега, сложенного наносами, [по Зенковичу. 1946]
рости волновых движений у дна в разных точках профиля неодинаковы, возрастая по направлению к береговой линии, на профиле возникает зона, из которой материал выносится к берегу. Ниже этой зоны в некоторой точке «прямые» скорости (т. е. скорости движения воды, направленного к берегу) уравновешиваются скоростями движений воды, направленных от берега, действием силы тяжести, направленной также вниз по склону. Следовательно, в этой нейтральной точке никакого итогового перемещения частиц наносов не происходит. Ниже нейтральной точки устанавливается зона выноса материала вниз по склону. Поскольку положение нейтральной точки непостоянно, так как оно зависит от уклонов и глубин, обе зоны выноса материала в конечном счете сольются. В результате вырабатывается закономерный вогнутый профиль дна, состоящий в средней части из выработанного участка, а в верхней, т. е. у береговой линии, и в нижней, т. е. у основания подводного склона, из аккумулятивных участков. Такой профиль может рассматриваться как профиль динамического равновесия, поскольку в каждой его точке действие итоговых волновых движений, направленных к берегу или от берега, будет уравновешиваться действием силы тяжести, определяемым уклоном, закономерно изменяющимся в каждой точке профиля [Зенкович. 1946,1962].
Береговые аккумулятивные формы
Береговые формы, образующиеся при поперечном перемещении наносов. Рассмотрение процесса выработки профиля динамического равновесия дает нам представление об общей тенденции поперечного перемещения наносов на дне и о характере выработки профиля подводного берегового склона, сложенного наносами, легко приходящими в движение. Мы видим, что в силу рассмотренных выше условий большая часть материала аккумулируется у береговой черты. Эта форма аккумуляции, возникающая благодаря набрасыванию наносов прибойным потоком у береговой черты, называется пляжем. Собственно, на аккумулятивных побережьях пляж и образует берег в узком смысле этогр слова.
При очень отлогом профиле подводного склона и большей мощности слоя залегающих на нем наносов объем перемещаемого вверх по склону материала может достигнуть того предела, при котором волны уже не могут полностью перемещать его далее к берегу, еще на каком-то расстоянии от береговой линии. Тогда аккумуляция этого материала начнется еще на дне, на том или ином расстоянии от береговой линии. Образующаяся аккумулятивная форма будет иметь большую протяженность, и, поскольку речь идет о подходе волн к берегу под прямым углом, располагаться параллельно берегу. Такая форма сначала образуется как подводная, затем отдельные ее участки будут выступать над уровнем моря, образуя аккумулятивные острова. В дальнейшем она становится надводной, причленившись к каким-либо выступам исходного контура берега и отделив часть прибрежной акватории моря от остальной части моря. Такая аккумулятивная форма называется береговым баром [Зенкович. 1946], а в иностранных работах — береговым или островным барьером (Shepard. 1963]. В
Песчано-галечный пляж на юге Приморья |
зависимости от стадии развития можно говорить о подводном, островном и собственно береговом барах [Леонтьев. 1961]. Отчлененная баром акватория называется лагуной.
Береговые бары, представляющие собой узкие, но огромные по длине (многие десятки, а то и сотни километров) полосы аккумулятивной суши, как и отделяемые ими лагуны, широко распространены на берегах Мирового океана. Причина этого в том, что современная береговая зона морей и океанов формировалась в условиях послеледниковой трансгрессии Мирового океана, т. е. так же, как и значительная часть шельфа. При этом затоплению нередко подвергались обширные аккумулятивные равнины, сложенные аллювиальными, флювиогляциальными или эоловыми наносами. Эти массы наносов под воздействием волнения приходили в движение и аккумулировались либо на берегу, образуя интенсивно нарастающие аккумулятивные террасы в виде целого ряда примыкающих друг к другу пляжей — береговых валов, составляющих в совокупности аккумулятивные береговые террасы, либо на некотором расстоянии от берега в море, формируя береговые или островные бары (береговые и островные барьеры).
Лагуны и береговые бары на юго-восточном побережье Австралии [по Берду. 1976] |
аккумулятивные формы обрывы |
заболоченные участки |
I------- 1 О 5 км |
Продольное перемещение и потоки наносов. Процесс рефракции волн может осуществляться не полностью, и поэтому на практике мы часто встречаемся с подходом волн к береговой линии под острым углом. Тогда наносы могут перемещаться вдоль берега [Зенкович. 1946]. Это перемещение частиц наносов происходит по ломаным или параболовидным траекториям, описываемым частицами в зоне пляжа или на подводном склоне. При этом максимальная скорость продольного перемещения наносов достигается в том случае, если волны подходят к берегу под углом, близким к 45° (угол ф).
Явление массового перемещения наносов вдоль берега в одном направлении за значительный промежуток времени называется потоком наносов [Зенкович. 1946]. Говоря, например, о береговом потоке наносов (т. е. о тех наносах, которые перемещаются вдоль берега по пляжу), можно различать такие количественные характеристики потока наносов, как его мощность, емкость и насыщенность.
Залив на южном берегу Охотского моря с отсоединенной лагуной
|
По В. П. Зенковичу [1946], мощность (или расход) потока наносов — это то количество наносов, которое перемещается через данное
море
|
|
Схема вдольберегового перемещения наносов: А — на подводном береговом склоне, Б — на пляже. 1 — направление движения воды при прохождении гребня волны; 2 — то же при прохождении ложбины (подошвы) волны; 3 — направление действия силы тяжести на наклонной поверхности; 4 — траектория, описываемая частицей наноса; 5 — направление итогового перемещения частиц наносов [по Зенковичу. 1962]
сечение подводного берегового склона или пляжа за год в одном определенном направлении. Оно складывается из алгебраической суммы подвижек наносов в различных направлениях, поскольку в течение года ветры и вызываемые ими волны могут иметь разные направления. Емкостью потока наносов называется способность потока при данных среднегодовых гидродинамических условиях перемещать определенное количество наносов. Если мощность потока равна емкости, то поток насыщен, т. е. это означает, что вся волновая энергия здесь расходуется на перемещение наносов.
суша |
Если мощность потока наносов меньше емкости, поток ненасыщен, и часть энергии волн свободна от работы по перемещению наносов. На таких не насыщенных наносами участках берега будет происходить размыв, абразия берега. Мощность (расход) потока наносов измеряется в тыс. м3/год.
Представляет определенный теоретический и практический интерес вопрос о соотношении поперечного и продольного перемещения наносов в береговой зоне. Это вопрос дискуссионный. Так, П. А. Каплин и др. [1971] считают, что на берегах океанов преобладает поперечное перемещение наносов, о чем, в частности, свидетельствует широкое распространение береговых и островных баров. Г. А. Сафьяновым [1978] были проведены соответствующие расчеты, которые позволили ему сделать заключение, что «различие поперечного и продольного перемещения... имеет количественный, а не качественный характер и касается главным образом ширины зоны воздействия волнения на дно» [1978. С. 80].
Аккумулятивные формы, образующиеся при продольном перемещении береговых наносов. Если на каком-то сечении береговой зоны количество поступающих наносов станет превышать емкость потока на этом участке, часть наносов выпадает из движения, т. е. будет аккумулироваться. В зависимости от особенностей контура берега, который при прочих равных условиях будет определять угол подхода волн и емкость потока наносов, может быть выделено несколько определенных случаев образования береговых аккумулятивных форм [Зенкович. 1946].
Выше отмечалось, что наиболее благоприятным для перемещения наносов является подход волн под углом 45°. Значит, всякое отклонение в ту или иную сторону от этого угла ведет к уменьшению емкости Потока и, следовательно, способствует образованию аккумулятивных форм.
Первый случай образования аккумулятивной формы в зависимости от особенностей контура берега получил название «заполнения входящего угла контура берега». На рис. на с. 31 (I) видно, что на участке БВ угол подхода волн приближается к прямому, т. е. его значение сильно отличается от 45°. Следовательно, емкость потока здесь резко понижается, начинается отложение поступающих сюда с прежней скоростью наносов. Образуется аккумулятивная терраса, которую называют формой заполнения входящего угла контура берега. Поскольку эта форма на всем своем внутреннем периметре примыкает к исходному контуру берега, ее можно назвать также прцмыкающей формой.
Второй случай назовем огибанием выступа берега потоком наносов (см. рис. II). У точки Б происходит резкое уменьшение угла подхода волн. К тому же за счет огибания выступа берега волнами (дифракция) происходит растяжение фронта волны, следовательно, уменьшается удельная энергия волны. Емкость падает. Начинается отложение материала. Новые порции наносов наращивают образующуюся аккумулятивную форму с внешней стороны, на тыльную ее сторону наносы проникать не будут, поэтому растущая форма будет все больше отделяться своим окончанием от исходного берега. Образуется аккумулятивная форма, получающая название косы. Поскольку ее окончание не примыкает к исходному контуру берега, такое образование можно назвать свободной формой.
Третьему случаю В. П. Зенкович дал название внешней блокировки берега. Остров «О», расположенный перед отрезком берега АБ, защищает отрезок берега ГД от волн открытого моря. Здесь возникает «волновая тень». Параметры волн в «волновой тени» резко уменьшаются, емкость потока снижается, начинается аккумуляция наносов. Сначала образуется примкнувшая форма — аккумулятивный выступ, который по мере нарастания внешнего края становится свободной формой. Рост этого образования будет продолжаться до тех пор, пока оно своим окончанием не перегородит пролив и не причленится к острову. Такое образование называется переймой или томболо. Аналогичная форма может получиться при блокировании берега мысом, тогда возникает пересыпь (рис.). Переймы и пересыпи относятся к классу замыкающих аккумулятивных форм. Заметим, что замыкающие аккумулятивные формы могут образоваться и при поперечном перемещении наносов.
Перемещение взвешенных наносов. В современных исследованиях все большее внимание уделяется перемещению наносов во взвешенном состоянии различными волновыми (и ветровыми) течениями. Как уже упоминалось, более 90% перемещаемого во вдольбе- реговых потоках наносов песчаного материала переносится во взвешенном состоянии. Так, по В. JI. Болдыреву, В. К. Гуделису и Р. Я. Кнапсу [1976], поток наносов, следующий вдоль берегов Юго-Восточной Балти-
Образование переймы на юге Приморья |
ки, характеризуется преимущественным перемещением наносов во взвешенном состоянии. Песок переносится здесь вдольберего- выми течениями в полосе прибрежных вод шириной до 3,5 км, ограниченной пляжем и глубинами 25—30 м. Поток зарождается у северного берега Самбийского п-ова и заканчивается отмелью Колкасрагс перед входом в Рижский залив, имея общую протяженность более 400 км. Мощность потока местами достигает 1 млн м3 в год, но обычно составляет 250—400 м3/год. Авторы указывают на такие морфологические индикаторы изменения условий вдольберегового перемещения наносов, как подводные валы, пляжи и дюны.
Подводные валы — формы микрорельефа, образующиеся обычно в прибрежной части песчаного подводного берегового склона и имеющие вид песчаных, нередко асимметричных гряд, протягивающихся вдоль берега на расстоянии сотен метров или даже нескольких километров. Ширина их несколько десятков метров, высота обычно 1—2, иногда до 4 м, они никогда не встречаются в одиночку, а образуют обычно серию в 3—6 валов. В. В. Лонгинов [1963] рассматривает подводные валы как элементы равновесия отмелого, сложенного песчаными наносами подводного берегового склона. Они образуются там, где происходит «забурунивание» — частичное разрушение волны, т. е. на глубинах, близких к двойной высоте волны. Множественность подводных валов определяется тем, что эта глубина неодинакова для волнений различной балльности.
В. JI. Болдырев [1961] пришел к заключению, что количество подводных валов связано также с мощностью потока наносов: их больше там, где она возрастает.
Пляж также является индикатором и регулятором баланса наносов во вдольбереговом потоке. Там, где наносов не хватает, т. е. расход потока меньше его емкости, возникает размыв пляжа. На участках равновесия (рас-
г _______ Д |
|
Схемы образования простейших береговых аккумулятивных форм в зависимости от изменений угла подхода волн к берегу, определяемого особенностями контура берега [по Зенковичу. 1962]. I — образование примыкающей аккумулятивной формы при заполнении входящего угла контура берега. А, Б, В, Г — исходный контур,стрелки с оперением — направление равнодействующей волнения, простые - стрелки — направление перемещения наносов, ' 1 — аккумулятивная форма; II — образование косы при огибании выступа берега, 2 — аккумулятивная форма, образовавшаяся при огибании выступа берега потоком наносов; III — образование аккумулятивной формы при внешней блокировке берега островом (0). ГД — зона блокировки, 3 — перейма, образовавшаяся в результате внешней блокировки; IV — образование аккумулятивных форм на боковых сторонах узких заливов
Мыс, соединенный косой с островом Попова
. -4-95»- |
Подводные валы. A — профиль через три подводных вала. Б — плановое изображение. Прерывистость валов связана с разрывными течениями
|
g&L ______________________ L
|
Схема развития дюны. А — береговой вал; а — стадия авандюны, равномерного погребения вала под эоловыми наносами; б — стадия начала образования подвижной дюны; в — подвижная резко асимметричная дюна |
ход наносов равен емкости потока) пляжи стабильны, ширина их 30—40 м, там же, где происходит разгрузка потока, пляж интенсивно нарастает и достигает в ширину 80— 100 м.
Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 61 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
