Береговые морские процессы и формы рельефа

Прежде чем приступить к характеристике береговых морских процессов и создаваемых ими форм рельефа, остановимся на опре­делении некоторых понятий.

Береговая линия (линия уреза) — линия, по которой горизонталь­ная водная поверхность моря (или озера) пересекается с сушей. Так как уровень водоемов не остается постоянным, береговая линия представляет собой условное понятие, применяемое относительно некоторого среднего многолетнего положения уровня водоема.

Берег — полоса суши, примыкающая к береговой линии, рельеф которой формируется морем при данном среднем уровне водоема.

Подводный береговой склон — прибрежная полоса морского дна, в пределах которой волны способны проводить активную работу (размывать дно, перемещать наносы).

Береговая зона включает в себя берег и подводный береговой склон.

В зависимости от характера (морфологии) берега различают берега: высокие (например, берег Кольского полуострова) и низкие (северный берег Каспийского моря); расчлененные (берег Черного моря между Крымским полуостровом и устьем Дуная) и выровнен­ные (берег Черного моря между Геленджиком и Сочи); приглубые, имеющие значительные уклоны подводного берегового склона с преимущественным развитием абразионных (разрушительных) про­цессов (берег Черного моря к югу от Новороссийска), отмелые, характеризующиеся малыми углами наклона подводного берего­вого склона, с преобладанием процессов аккумуляции материала (берега Северного Каспия).

В береговой зоне действует комплекс сил, определяющих ее морфологический облик. Это приливы и отливы и связанные с ними течения; в неприливных морях с отмелыми берегами — сгонно-нагонные явления и вызываемые ими течения; цунами — морские гравитационные волны большой длины, возникающие при подводных землетрясениях; постоянные морские течения; деятельность организмов; деятельность рек, формирующих особый тип берегов (потамогенные берега). Однако главным действующим фактором, определяющим морфологию и динамику берега, явля­ются волны и связанные с ними волновые течения.

Волны. Ветер, воздействуя на водную поверхность, вызывает колебательные движения воды в ее поверхностной толще. Частицы воды начинают совершать орбитальные движения в плоскости, перпендикулярной поверхности моря, причем движение по этим орбитам совершается в направлении действия ветра. Различают волны глубокого моря и волны мелководья. Так как волновые движения с глубиной затухают, разделение морских волн на эти категории проводят по признаку: глубина моря больше или меньше глубины проникновения волновых движений. На глубине, равной или больше половины длины волны, волновые колебания, а следовательно, и воздействие их на дно водоема, затухают.

В морской волне различают высоту h, длину L, период Т, ско­рость распространения V и такие элементы, как гребень и ложбина волны, передний и задний склоны, фронт и лун волны (рис. 153). Время, в течение которого частица воды описывает полную орби­ту, называется периодом, а величина, получаемая при делении длины волны на ее период, — скоростью распространения.

Рис. 153. Элементы волны:

высота; L — длина; 1 — гребень волны; ложбина; 3 — задний склон волны; передний склон волны. Стрелки ука­зывают направление ветра

Параметры волн зависят от силы ветра и его продолжительности, от характера подводного берегового склона, от длины разгона волн. Подобно энергии потока, полная энергия волн может быть выражена формулой: Е= VsPgh²L, где Е — энергия волны, р — плотность воды, g — ускорение силы тяжести, h — высота волны, L — длина волны. Учитывая, что р и g изменяются в незначи­тельных пределах, можно сказать, что энергия волны пропорцио­нальна длине и квадрату высоты волны.

Волны мелководья в отличие от волн открытого моря воздейст­вуют на дно (на подводный береговой склон) и сами испытывают его воздействие. Вследствие этого они расходуют энергию на пре­образование рельефа дна, на перенос залегающих на дне обломоч­ных частиц. Волны открытого моря расходуют энергию только на преодоление внутреннего трения и на взаимодействие с атмосферой.

Чем больше затрачивается энергии волнами при прохождении над подводным береговым склоном, тем меньше ее доносится до береговой линии. В результате взаимодействия с дном при про-

Рис. 154. Характер орбит волновых частиц в волне мелководья (по Н.Е. Кондратьеву)

хождении над мелководьем волны меня­ют свой профиль, становятся асиммет­ричными: передний склон становится круче, а задний выполаживается. Внеш­ней асимметрии отвечает возникающая у волн мелководья асимметрия орбит, по которым движутся водные частицы. Ор­биты из круглых становятся эллиптиче­скими, причем сами эллипсы неправиль­ные, сплюснутые снизу (рис. 154). Соответственно утрачивается равенство орбитальных скоростей. Скорости движения, направлен­ные в сторону берега (т.е. при прохождении верхней части орби­ты), становятся больше скоростей обратного движения (по нижней части орбиты). Такое соотношение скоростей имеет принципи­альное значение для понимания процессов перемещения наносов и формирования рельефа в береговой зоне.

Увеличение крутизны переднего склона волны достигает кри­тического значения над глубиной, равной высоте волны. Он стано­вится вертикальным и даже нависающим. Происходит обрушение гребня волны, в результате волновое движение воды сменяется принципиально новым видом движения — прибойным потоком, или накатом. Само разрушение волны называется прибоем.

Прибойный поток формируется из массы воды, образующейся при разрушении волны. Он взбегает вверх по береговому склону, причем направление потока примерно совпадает с направлением волны, вызвавшей его, но все же заметно отклоняется от первона­чального под действием силы тяжести (рис. 155). Скорость при­бойного потока уменьшается по мере его удаления от места за­рождения, т.е. от места разбивания волны. Замедление потока связано с затратой энергии на преодоление силы тяжести, на преодоление трения о поверхность, по которой он взбегает, на перемещение и обработку наносов, а также с потерей части массы воды на просачивание в грунт.

Направление ветра Уровень воды

Дно-

Точка, где скорость при- ................ *......... х х

Море

бойного потока снижается до нулевого значения, называется

Рис. 155. Траектории прибойного потока на пляже при косом подходе волн к берегу. Крестиками отмечена вершина заплеска
вершиной заплеска. Отсюда еще не растраченная на инфильтрацию масса воды стекает вниз по склону по направлению наибольшего уклона. Эта "ветвь" прибойного потока получила название об­ратного прибойного потока, или отката.

Следовательно, верхняя и нижняя границы береговой зоны определяются границами волнового воздействия на берег, а имен­но: нижняя граница располагается на глубине, равной половине длины волны, т.е. той изобате, на которой начинается деформация волн, а верхняя определяется линией заплеска, образуемой сово­купностью вершин заплеска прибоя. По имеющимся данным о длине океанических волн, достигающей 350 м, нижняя граница подводного берегового склона в океанах прослеживается на глу­бинах до 150 м, в морях — до 50 м.

Для понимания волновых процессов на берегах морей необхо­димо иметь представление о рефракции. Рефракцией называется разворот фронта волны по мере подхода ее к берегу, причем этот процесс осуществляется таким образом, что фронт волны стре­мится принять положение, параллельное берегу. У ровного берега при полном осуществлении рефракции так и получается, а у изре­занного в силу того, что каждый отрезок фронта стремится к тому, чтобы быть параллельным соответствующему отрезку берега, наблю­дается как бы сжатие фронта у мысов и его растягивание в бухтах. В результате возникает концентрация волновой энергии у мысов и рассеяние в вогнутостях берегового контура (рис. 156). Резуль­татом этого является "срезание" (абразия) мысов, аккумуляция материала в вогнутостях (заливах) и, в итоге, выравнивание бе­рега, а по существу, выравнивание энергии волн, подходящих к берегу.

Следует отметить, что фактические орбиты, по которым дви­жутся частицы воды при волнении, несколько разомкнуты в связи

су и

т

ч____ -------- ^ — J

Рис. 156. Схема рефракции волн у ровного (А) и бухтового (Б) берегов (по В.П. Зенковичу): 1 — фронты волн; 2 — лучи волн; 3 — основание подводного склона

с пульсационным (неравномерным) воздействием ветра на вод­ную поверхность. Благодаря разомкнутое™ орбит происходит не только перемещение формы волны, но и фактическое перемеще­ние массы воды в направлении распространения волнения, т.е. в сторону берега. Это создает повышение уровня моря у берегов по сравнению с положением уровня в открытом море. Перекос уровня вызывает образование компенсационных течений.

При подходе волн под прямым углом к берегу с отлогим под­водным склоном первое разрушение волн происходит еще на зна­чительном расстоянии от него. Масса воды, скапливающаяся у бе­рега, подпруживается "живой стеной" прибоя до тех пор, пока она не найдет выхода на каком-либо участке, где эта "стена" несколь­ко ниже. Тогда массы воды прорываются от берега в сторону моря, образуя разрывное течение (рис. 157). Разрывные течения в силу своего "бурного" характера раз­вивают скорость до нескольких метров в секунду и способны выносить из прибрежной поло­сы во внешнюю зону подводно­го берегового склона большое количество взмученных нано­сов. Это одна из причин утечки наносов из прибрежной полосы береговой зоны.

При подходе волн к отмело- му берегу под острым углом от­ток излишков воды происходит вдоль берега. В результате об­разуется вдольбереговое волновое течение (рис. 157, Б). Оно также имеет значительные скорости и наряду с собственно волновы­ми движениями является важ­ным средством перемещения наносов вдоль берега.

'Я

01 S2

При подходе волн к приглубо- му берегу отток излишков воды от берега осуществляется дон-

Рис. 157. Волновые течения: А — донное противотечение; Б — вдоль- береговое течение: В — разрывное тече­ние; 1 — направление распространения волн; 2 — направление течений

ным течением, направленным от берега в сторону моря — донное противотечение (рис. 157, А). Оно также способствует уносу об­ломочного материала из прибрежной полосы во внешнюю бере­говую зону.

Из сказанного видно, что волновые движения и обусловлен­ные ими волновые течения приводят к перемещению наносов перпендикулярно к берегу — это называется поперечным переме­щением наносов, или вдоль берега — вдольбереговое перемещение наносов. Оба эти фактора приводят к образованию специфических форм рельефа в пределах береговой зоны.