Продольное перемещение наносов

При подходе волн под косым углом к берегу возникает про­дольное, или вдольбереговое, перемещение наносов. Принципиаль­ная схема этого процесса представлена на рис. 163. Представим себе участок подводного склона с однородным уклоном, сложен­ный наносами одинаковой крупности. Волны подходят к берегу под косым углом. При прохождении гребня волны над частицей наноса последняя должна смещаться вверх по склону по направле­нию распространения волн. Но из-за наклона дна частица переме­стится по равнодействующей волнового движения и силы тяжести.

Рис. 163. Схема продольного перемеще-

ния наносов {по В.П. Зенковичу):

1 — направление уклона дна; 2 — направ­ление действия "прямой волновой скорос­ти"; 3 — направление действия "обратной волновой скорости"; 4 — направление рас­пространения волны. ABCDE — траекто-

рия движения обломочной частицы

При прохождении ложбины вол­ны частица должна сместиться в противоположном направле-

нии, но теперь уже по равнодей- ^ ствующей обратного волнового

движения и силы тяжести. Так, от одного волнового колебания к другому частица совершит путь по зигзагообразной траектории и, пройдя некоторое расстояние вдоль берега, переместится из точ­ки А в точку D (рис. 163).

При косом подходе волн частицы наносов совершают вдольбе-реговое перемещение и в зоне пляжа. Прибойный поток, взбегая на пляж, первоначально сохраняет направление движения поро­дившей его волны, но по мере приближения к вершине заплеска под действием силы тяжести все больше отклоняется от этого на­правления. Обратный поток сбегает по направлению наибольше­го уклона. Таким образом, прибойный поток описывает на пляже асимметричную траекторию, напоминающую параболу, а вместе с ним по такой же траектории по пляжу вдоль береговой линии перемещается обломочная частица, подхваченная потоком. Новый прибойный поток заставит переместиться ее вдоль берега еще дальше и т.д. В итоге за некоторый отрезок времени она пройдет определенный путь вдоль берега (см. рис. 155).

Длина пути частицы, как и путь продольного перемещения по подводному склону, за определенный отрезок времени (скорость продольного перемещения) зависит от величины угла подхода волны к берегу. Если угол подхода равен 90°, скорость продоль­ного перемещения равна нулю. Казалось бы, чем меньше угол подхода, тем скорость продольного перемещения должна быть больше. Однако при малом угле подхода волна должна будет пройти большее расстояние над мелководьем, а это приведет к большей потере энергии и, следовательно, к потере наносодви-жущей энергии волны. Поэтому оптимальная величина угла под­хода волн к берегу составляет 45° или близка к этой величине. Оптимальный угол обозначается буквой ср.

До сих пор говорилось о перемещении элементарной частицы, но охарактеризованные закономерности присущи перемещению множества частиц, и при благоприятных условиях на пляже и на подводном береговом склоне происходит массовое перемещение наносов. Такое массовое перемещение наносов вдоль берега в од­ном направлении за длительный отрезок времени, например за год, получило название потока наносов.

Поток наносов характеризуется мощностью, емкостью и насы­щенностью. Для понимания процессов размыва и аккумуляции важно также учитывать интенсивность поступления материала, питающего поток наносов. Источники поступления могут быть различными: материал, образующийся в результате разрушения волнами какого-либо участка берега, поступающий с верхней части берегового уступа за счет склоновых процессов, биогенный материал и др.

Мощность потока — это то количество наносов, которое ре­ально перемещается вдоль берега за год. Емкостью называется то количество наносов, которое волны способны перемещать. Если мощность равна емкости, то это значит, что вся энергия волн или прибоя затрачивается только на транспортировку. При этом считается, что поток наносов насыщен, но ни размыва берега, ни отложения наносов не происходит. Следовательно, насыщенностью потока следует называть отношение мощности к емкости. Если это отношение меньше единицы, поток ненасыщен. Какая-то доля волновой энергии, свободной от работы по переносу материала, будет направлена на размыв берега.

Если емкость потока падает или она меньше, чем поступление наносов на данный участок берега, можно говорить о превышении интенсивности поступления наносов над емкостью потока. В ре­зультате часть материала прекращает движение и отлагается, об­разуя аккумулятивную форму.

Из сказанного очевидно, что максимальная емкость потока наносов достигается при подходе волн к берегу под углом около 45°. Если в результате изменения контура берега происходит изме­нение угла подхода, емкость потока понижается, интенсивность поступления материала оказывается избыточной по отношению к ней, начинается аккумуляция материала. Это возможно, напри­мер, если контур берега образует входящий угол аЪс (рис. 164, А). Тогда за точкой перегиба контура Ъ угол подхода приближается к 90°, скорость перемещения резко сокращается, а со стороны а материал продолжает поступать с прежней интенсивностью. Начи­нается аккумуляция материала, в результате образуется аккумуля­тивная форма заполнения входящего угла контура берега. Поскольку форма рельефа на всем внутреннем периметре примыкает к берегу, то ее называют примкнувшей. К этой категории относятся различные аккумулятивные террасы в вершинах заливов, перед молами пор­тов и др.

Падение емкости потока наносов может происходить и при огибании им выступа контура берега (рис. 164, Б). При этом в точке Ъ и за ней угол подхода волн резко уменьшается, а при еще большем отклонении береговой линии за выступом волны данно­го направления смогут подойти к берегу на этом участке только в результате дифракции — огибания выступа берега. При дифрак­ции происходят растяжение фронта волны и понижение ее удель­ной энергии. И в том, и в другом случае емкость потока падает, образуется аккумулятивная форма — коса. Она причленяется к берегу только своей корневой частью, а ее растущее окончание (дистальное) остается свободным, поэтому коса называется сво­бодной аккумулятивной формой.

Уменьшение емкости потока наносов может быть вызвано ос­лаблением волнения на участке берега, защищенном со стороны моря каким-либо препятствием, например островом (рис. 164, В). Тогда в "волновой тени" начинается аккумуляция. Образуется ак­кумулятивная форма, которая во время роста может полностью перегородить пролив и причлениться дистальным концом к ост­рову. Ее называют томболо или переймой.

Другой тип аккумулятивной формы — пересыпь — может обра­зоваться при падении энергии волнового поля в бухтах (рис. 165). Береговые бары, если они присоединены в одной или нескольких точках к выступам береговой линии, также становятся замыкаю­щими аккумулятивными формами. Аналогичная форма может об­разоваться и в том случае, если коса, возникшая перед входом в залив, во время роста достигает противоположного берега залива.

Существующие в природе аккумулятивные береговые формы в основном представляют собой либо усложненные варианты рас­смотренных здесь случаев, либо комбинацию нескольких из них. Примеры подобных форм приведены на рис. 166.

Рис. 166. Сложные аккумулятивные формы: а — коса-стрелка (мыс Георгия, Сахалин)', б — двойная перейма (по O.K. Леонтьеву, Л.Г. Никифорову, Г.А. Сафьянову, 1975): 1 — аккумулятивное тело; 2 — стадии формиро­вания косы; 3 — свежий абразионный клиф; 4 — отмерший клиф; 5 — направление по­тока наносов; 6 — суша

Абразионная работа волн

Ранее рассматривалась транспор­тирующая и аккумулятивная деятель­ность морских волн и прибоя. Но эти же факторы нередко вызывают и разрушение берега. Разрушительная работа моря — абразия. Различают три вида абразии — механическую, химическую и термическую.

31 ^2НзН4 05 Шб

Механическая абразия — разруше­ние пород, слагающих берега, под действием ударов волн и прибоя и L бомбардировки обломочным материа­лом, переносимым волнами и прибо­ем. Это основной вид абразионной

работы моря, который всегда присутствует при химической и тер­мической абразии.

Химическая абразия — разрушение коренных пород, слагающих берег и подводный береговой склон, в .результате растворения их морской водой. Основным условием проявления химической аб­разии, подобно карсту, является растворимость пород, слагающих берег.

Термическая абразия — разрушение берегов, сложенных мерз­лыми породами или льдом, в результате отепляющего действия морской воды на лед, содержащийся в мерзлой породе или слага­ющий прибрежные ледники.

Концентрация волновой энергии у мысов изрезанного берега и недонасыщение береговой зоны наносами способствуют воз­никновению абразионного процесса. Важнейшей предпосылкой развития абразионного берега также является крутой уклон ис­ходного профиля подводного берегового склона. При этом расход энергии волны при прохождении ее над подводным береговым склоном происходит лишь в пределах узкой зоны дна, поэтому к береговой линии волны приходят с большими запасами энергии.

При разрушении волн, т.е. при прибое, который в данных услови­ях имеет особенно бурный характер, максимальное механическое воздействие на слагающие берег породы приходится на участок, непосредственно прилегающий к береговой линии. В результате здесь образуется выемка — волноприбойная ниша (рис. 167). Даль­нейшее углубление ниши приводит к обрушению нависающего над ней карниза. В зону прибоя поступает масса обломков породы. Они служат теперь материалом, при помощи которого прибой, бомбардируя образовавшийся уступ, еще интенсивнее разрушает берег.

Рис. 167. Волноприбойная ниша (берег Аральского моря)

Процесс выработки волноприбойной ниши и обрушения на­висающего над ней карниза повторяется неоднократно. Посте­пенно вырабатывается вертикальный или почти вертикальный ус­туп — абразионный обрыв, или клиф. По мере отступания клифа под ударами волн и прибоя перед его подножием вырабатывается слабо наклоненная в сторону моря площадка — бенч. Бенч начи­нается у самого подножия клифа, т.е. у волноприбойной ниши, и продолжается ниже уровня моря (рис. 168).

Чем больше отступание клифа, т.е. чем дольше и интенсивнее работает абразия, тем положе становится та часть бенча, которая

Рис. 168. Схема развития и основные