Геологическая деятельность волн.
Волны, воздействуя на берега, с одной стороны, разрушают их, а с другой - способствуют аккумуляции материала, формируя широкие и протяженные пляжи.
Если волна подходит к обрывистому берегу и пляжи отсутствуют или они очень узкие, то она всей своей массой обрушивается на берег, разрушая его под воздействием ряда факторов: 1) удара многотонной массы воды, содержащей песок, гальку и даже валуны; 2) сжатия воздуха в порах и полостях породы, который разрывает их, подобно взрывчатому веществу. Сила удара крупных волн достигает десятков тонн на м2, что способно разрушить прочные породы и бетонные сооружения набережных, пристаней, молов. Многократные удары волн в конце концов выбивают нишу в основании крутого берега, называемую волноприбойной. Когда ниша становится слишком глубокой - нависшие над ней части крутого склона обрушиваются, обломки раздробляются волнами
и превращаются в гальку и песок. В тоже время начинает формироваться новая волноприбойная ниша и берег отступает (рис. 14.4.1).
рис. 14.4.1. Схема развития и основные элементы абразионного берега: I. Образование волноприбойной ниши: I, II, III – стадии отступания берега; 1 – клиф, 2 – волнопри бойная ниша, 3 – пляж, 4 – бенч, 5 – прислоненная подвод-ная аккумулятивная терраса. II. Спрямление береговой линии
волновой эрозией. А – до спрямления: 1 – суша, 2 – залив, 3 – море. Б – начальная стадия спрямления: 4 – песчаный пляж в заливе, 5 – обрывы. В – конечная стадия спрямления: 6 - песчаный пляж; 7 – береговые обрывы (клифы); 8 – скалы в море
Крутой, почти отвесный берег называется клифом («клиф» - обрыв,нем.). Вместо отступающего обрыва формируется наклонная к морю подводная абразионная терраса или бенч,состоящая из коренных скальных пород,иногда покрытых тонким слоем гальки ипеска. Но основная масса разрушенного материала уносится водой глубже подводной абразионной террасы, образуя подводные аккумулятивные террасы. Скорость абразии клифа может колебаться от нескольких см до метров в год, в зависимости от прочности горных пород.
Помимо разрушительного, действия волны приводят к аккумуляции осадков, к образованию пляжей. Набегающая волна несет с собой гальку и песок, которые остаются на берегу при отступании волны. Волна разрушается при глубине прибрежного дна в 1,5 раза больше высоты волны и скорость набегания волны в этот момент резко возрастает (рис. 14.4.2).
Рис. 14.4.2. Строение пляжа: 1 – верхний пляж; 2 – нижний пляж; 3 – береговой вал; 4 – подводный бар. Летом пляж расширяется, зимой сокращается
Короткие и высокие волны, набегая на отмелый берег, забуруниваются на глубинах
в первые метры, откладывая песчаный материал под водой в виде подводного песчаного вала,который,разрушаясь,со временем может примкнуть к пляжу.Подводные валыхорошо маркируются разбивающимися над ними волнами.
Иногда подводный аккумулятивный вал, вырастая, выступает из воды, протягиваясь параллельно берегу иногда на десятки км. Такие валы называются барами. Классическим примером протяженного на 200 км баром, является Арабатская стрелка у Восточного побережья Крыма, отделяющая Азовское море от Сивашского залива.
Бары отшнуровывают от океана пространство воды, называемое лагуной. Знаменитый курорт Майами Бич выстроен на песчаном баре, за которым находится лагуна и собственно побережье Флориды. Около 10% протяженности всех побережий Мирового океана относятся к лагунному типу.
Если волны низкие и длинные, то набегая на берег и, неся с собой песок и гальку, они формируют пляж или, точнее, нижний пляж, у которого хорошо выражен верхний уступ и фас пляжа. В зимнее время, когда часто штормит, а высота волн увеличивается образуется верхний пляж с несколькими уступами или бермами и подводный вал при этом перемещается ближе к берегу, а летом, при более спокойном океане и невысоких волнах, подводный вал отступает мористее. Со стороны моря берма ограничена четким уступом, который называется гребнем бермы. Это линия наивысшего заплеска волн при нормальном волнении в 3-4 балла.
Пляжи бывают не только песчаные, они могу быть образованы галечниками, валунами, раздробленным ракушняком, известковым биогенным материалом, как, например, на пляжах тропической зоны. Пески на пляжах особенно на фасах, как правило, хорошо отсортированы, на бермах - хуже. В отложениях пляжа развита почти горизонтальная слоистость, а в барах и подводных валах косая слоистость.
Поведение песка и гальки на пляже определяется характером набегания волны. Если волны идут перпендикулярно берегу, то песок движется вверх и вниз по одной линии, при этом за зоной прибоя возникают вдольбереговые течения, которые возвращаются в океан в виде узкой полосы - сулоя - быстротекущей - 2 м/с воды, затихающей за прибойной зоной (рис.14.4.3). Там, где сулой встречается с волнами за зоной прибоя, происходит забурунивание волн, поэтому такие участки хорошо видны.
Пловцу, по неопытности попавшему в сулой, не имеет смысла напрягая все силы, плыть против течения. Надо либо пересечь сулой поперек, т.к. он неширок, либо отплыть с ним дальше в море до места, где он затихает и плыть к берегу уже вне потока сулоя.
Рис. 14.4.3. Образование разрывного течения (сулоя) при наличии вдольбереговых течений
Разрывные течения (сулой) переносят материал от берега в море, а волны либо к берегу, либо от него. Если волна невысокая и пологая, то песок перемещается в сторону берега, потому что он перемещается в нижнем слое воды, а крутые волны, наоборот, транспортируют песок от берега.
Если волны косо подходят к берегу, то и забурунивание волн происходит последовательно, также в косом направлении, а вдольбереговые течения направлены в сторону движения волн, в то время как сулой перекрывает это течение, параллельное берегу (рис.14.4.4). Вдольбереговые течения переносят во взвешенном состоянии много материала перед зоной прибоя. Кроме того, песок и галька перемещаются по пляжу по некоторым кривым, т.к. волна набегает косо к берегу. С каждой новой волной частицы песка смещаются по пляжу все дальше и дальше. Крупные гальки и валуны перемещаются на меньшее расстояние по сравнению с мелкими гальками и песком. Наблюдения за окрашенной галькой на Черноморском пляже показали, что при слабом волнении в 3
балла, вся галька перемещается на 17-20 м за час, а отдельные гальки до 43 м/час. Самая высокая скорость перемещения материала вдоль пляжа происходит, когда волна подходит к берегу под углом 45°.
Рис. 14.4.4. Перенос песка вдоль пляжа и перемещение взвешенного материала в воде вдоль берега в зоне прибоя: 1
– берег, 2 – пляж, 3 – перемещение песка вдоль пляжа, 4 – перенос в воде взвешенного песка, 5 – зона прибоя, 6 – волны
Уровень воды вдоль пляжа не остается постоянным, а под влиянием волн либо повышается (волновой нагон), либо понижается (волновой сгон) и разрывные течения компенсируют эти неровности уровня.
Более сложная картина формирования аккумулятивных форм наблюдается в случае изрезанного рельефа берега (рис. 14.4.5).
Рис. 14.4.5. Преломление волн у берега изрезанного бухтами. Черные стрелки показывают концентрацию волновой энергии на выступах берега: 1 – суша, 2 – обрывистый берег, 3
– пляж, 4 – волны
Если у берега имеются заливы, эстуарии, то постепенно их устьевые части перегораживаются песчаным валом, как дамбой и образуется пересыпь, хорошо известная нам по Одесскому побережью. Она возникает потому, что при косом набегании волны у излома берега, как бы в зоне его “тени”, начинает накапливаться песок, образуя косу, которая удлиняясь, соединяется с другим берегом залива. Такой же процесс происходит, если недалеко от берега находится остров. Волны, огибая остров, заставляют часть пляжа как бы “вырастать” в сторону острова и, когда песчаная коса соединиться с островом, образуется перемычка, перейма или томболо (рис.14.4.6). Нередко песчаные косы выдвигаются далеко в море. Такими примерами могут быть Аграханская коса (45 км) в Каспийском море к северу от Махачкалы или Тендровая коса в Черном море, длиной до
100 км. Чтобы предотвратить размыв пляжа его укрепляют бетонными плитами (рис.
14.4.7).
Рис. 14.4.6. Формирование томболо – перемычки между берегом и островом: 1 – пляж, 2 – перемещение песка на пляже, 3 – остров, 4 – томболо, 5 – волны
Рис. 14.4.7. Защита пляжа от размывания волнами: 1 – берег, 2 – пляж, 3 – бетонные блоки, 4 – направление действия волн. Стрелки – перемещения материала на пляже
Придонные течения являются мощным фактором эрозии и переотложения осадков в глубоководных котловинах, что приводит к неполноте геологической летописи осадков и выпадению из разряда горизонтов отложений. Благодаря успехам океанологии была установлена скорость придонных течений, достигающая почти 0,5 м/с, тогда как обычная скорость глубинных течений не превышает 2 см/с. Придонные течения связаны с перемещением холодных плотных вод, которые подчиняются рельефу океанского дна и, подвергаясь воздействию ускорения Кориолиса, естественно, отклоняются в своем движении и смещаются, например, в Северном полушарии к западу, если они текут с севера на юг. Т.К. придонные течения следуют изгибам рельефа, т.е. перемещаются вдоль изобат, они называются контурными, а связанные с ними осадки - контуритами.
Перенос взвеси осуществляется двумя главными способами. Количество взвеси начинает увеличиваться примерно в 1,5 км над дном, а на уровнях 50-200 м от дна ее количество увеличивается во много раз. Непосредственно над дом в пределах первых см песчаная фракция передвигается сильными течениями с высокими скоростями.
В другом случае наблюдаются “облака” очень тонкой взвеси, названные нефелоидными слоями (облаками взвеси).Они поднимаются над дном на несколько сотметров и медленно передвигаются течениями. Концентрации частиц в нефелоидных слоях составляют в среднем 50-100 мгк/л и частицы удерживаются в них в течение недель и месяцев. Оседая на дно они могут быть снова взмучены придонными течениями.
Придонные течения вызывают образование знаков ряби, шлейфов, борозд размыва, которые раньше считали индикаторами мелководья. Эти формы донного рельефа образуются при сравнительно медленных течениях. Если скорость увеличивается, то возникают более масштабные формы рельефа - гигантские знаки ряби и волны, асимметричные в поперечном сечении, как пустынные барханы. Сторона, обращенная к направлению течения более пологая, а против - более крутая. Даже небольшие скорости заставляет перемещаться неконсолидированные песчаные или илистые отложения.
В океанах известны крупные аккумулятивные формы рельефа в виде волн осадков
и песчаных валов, высота которых достигает 100 м. Например, в экваториальной части Тихого океана находятся поля высоких песчаных волн, наподобие дюн. В Северной Атлантике, южнее Исландии выявлены протяженные, до нескольких сот км, осадочные валы: Бьерн, Хаттон, Фени и другие, располагающиеся параллельно придонным течениям. Такие валы формируются между струями придонные течений, двигающихся в противоположных направлениях.
При этом максимальная концентрация взвеси приходится между двумя струями течений и там же наблюдается минимальные скорости течений, при которых взвесь может осаждаться, образуя вал, высотой в десятки метров высотой.