ГЕОМОРФОЛОГИЯ
№ 4 октябрь-декабрь 2014
Научные сообщения
УДК 551.435.322(261.245)
© 2014 г. Е.Н. БАДЮКОВА, Л.А. ЖИНДАРЕВ, С.А. ЛУКЬЯНОВА, Г.Д. СОЛОВЬЕВА
ПЛЯЖЕВЫЕ ФЕСТОНЫ НА АККУМУЛЯТИВНЫХ БЕРЕГАХ ЮГО-ВОСТОЧНОЙ БАЛТИКИ1
Географический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва; badyukova@yandex.ru
Введение
Введенный В.П. Зенковичем в 1948 г. [1] в отечественную научную литературу термин "пляжевые фестоны" относится к мезоформам рельефа пляжа, осложняющим его приурезовую зону. Это ритмичные, поперечные береговой линии бугры (или "рога" в некоторой интерпретации), с закругленной или острой вершиной, разделенные вогнутыми ложбинами. Они встречаются на аккумулятивных берегах с пляжами, сложенными разным по крупности осадочным материалом - от тонкого песка до гальки, причем на буграх скапливаются более грубые осадки, чем в ложбинах. Размеры фестонов и их волновой шаг (промежутки между ними) могут быть разными в зависимости от местных морфодинамических условий.
В отечественной литературе, вслед за В.П. Зенковичем, этим формам рельефа были посвящены работы З.И. Гурьевой [2], Е.Н. Егорова [3], Г.А. Сафьянова [4] и др. В зарубежной литературе им уделялось еще более пристальное внимание, начиная с работ Д. Джонсона [5] и О. Эванса [6]. В последние годы появилась новая серия статей, посвященных фестонам, где рассматриваются различные аспекты причин их формирования [7-10] и предлагается оригинальное объяснение по сравнению с предыдущими построениями [5, 11, 12].
Несмотря на большой, казалось бы, интерес исследователей к пляжевым фестонам, разнообразие их форм и механизм образования все еще недостаточно освещены, что вызывает продолжение дискуссий. В предлагаемой статье сделана попытка провести сравнительный анализ этих форм рельефа вдоль морского и лагунного берегов крупнейших на Балтике песчаных береговых барьеров - Куршской и Вислинской кос -и рассмотреть особенности их образования.
Происхождение фестонов
Фестоны - ритмичные формы рельефа на пляже - образуются в зоне заплеска волн обычно в условиях низкой волновой энергии и формируются из материала различной крупности - от гальки до тонкого песка, но чаще встречаются на пляжах, сложенных среднезернистыми песчаными осадками с включениями гальки [4].
1 Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 13-05-00112).
По мнению В.П. Зенковича [13], бывают эрозионные и аккумулятивные фестоны, отличающиеся своей морфологией. Первые с резко выраженными остроконечными выступами образуются после создания берегового вала - при последующем его размыве. Вторые - плавных, округлых очертаний - формируются в фазу нарастания пляжа [4]. Отличие формы эрозионных и аккумулятивных фестонов свидетельствует о разных стадиях их формирования, что было выявлено [2] на юго-восточном берегу Каспийского моря: сначала формировались острые выступы фестонов, которые с течением времени приняли сглаженные формы.
На песчаных пляжах у фестонов хорошо заметны отсыпи, как элемент подводного рельефа между мысами фестонов, причем они не являются начальной формой в образовании фестонов, а развиваются одновременно и параллельно с ними. Отсыпи имеют ступеньку в сторону моря, их размеры соответствуют размерам вышележащих ложбин, и они исчезают вместе с фестонами. По наблюдениям на галечных берегах Черного моря, песчаных - Черного и Азовского морей и на Байкале [3], как только заканчивалось преобразование пляжей после шторма, начиналось формирование фестонов, при этом происходила дифференциация материала. Ложбины выстилались кварцевым песком, на гребнях фестонов - битые и даже целые раковины, а отсыпи состояли из ракушечного песка и мелкобитой ракуши.
Ранее было замечено, что одновременно со смывом гальки из ложбин здесь начиналось отложение гравия, поднятого заплеском с подводной части пляжа, т. е. образование фестонов было результатом как процессов эрозии, так и аккумуляции. Они оставались до возникновения ветровой волны, при усилении которой начался общий размыв пляжа. Сначала подрезались гребни фестонов, а потом они сами "растаскивались" в стороны [2]. Аналогичные процессы авторы наблюдали и на пляжах аккумулятивных барьеров юго-восточной Балтики.
При условии образования фестонов во время высокого уровня воды в акватории, их выступы вытягиваются вслед за отступающим уровнем и образуются поперечные к линии пляжа песчаные или галечные гряды длиной в несколько десятков метров. Эти узкие гряды расположены по нормали к береговой линии или под небольшим углом к ней [14] (рис. 1).
В последние десятилетия идут активные дебаты о происхождении фестонов. Согласно одной из гипотез, своим возникновением фестоны обязаны присутствию краевых волн в приурезовой зоне. По другой гипотезе, они являются результатом обратной связи между изменяющейся топографией пляжа и заплеском волны. При этом ни одна из гипотез не объясняет полностью механизм образования фестонов, поэтому исследователи не исключают, что есть еще какие-то другие, пока неизвестные гидродинамические процессы вблизи уреза, где они трудны для изучения в силу активной волновой деятельности [15].
Гипотеза краевых волн - наиболее известная модель, разработанная более 30 лет назад. Предположение о том, что фестоны образовались в результате действия стоячих краевых волн, было обосновано многими исследователями [11, 16, 17]. Ими установлено, что расстояние между фестонами связано с длиной краевых волн, амплитуда которых изменяется синусоидально вдоль контура берега. Для краевой волны нулевой моды она по экспоненте изменяется в сторону моря. Краевые волны на крутых пляжах связаны с отражением энергии ветровых волн от берега, в результате чего образуются стоячие волны с вдольбереговой составляющей, которая и создает фестоны [4]. Модель краевых волн показывает, что расстояние между выступами фестонов в основном зависит от периода волны и угла наклона пляжа. Эта гипотеза предсказывает увеличение расстояний между фестонами с увеличением уклона пляжа при постоянном периоде волны. Однако такой связи не выявили полевые исследования, проведенные в Австралии [9].
Известно, что уклон пляжа увеличивается при увеличении размерности осадка или же с уменьшением высоты волны при неизменном ее периоде. Следовательно, расстояние между фестонами должно возрастать с увеличением размерности осадков, слагающих пляж, или с уменьшением высоты волны. Однако, согласно другим иссле-
дованиям, такое соотношение также не наблюдается в природе. Поэтому данную модель (краевые волны) в последние годы на основе новых полевых и лабораторных работ [9,17,18 и др.] или подвергают ревизии, или просто не поддерживают.
Вторая гипотеза - это гипотеза самоорганизующейся системы образования фестонов. Отечественные и зарубежные исследователи отмечали, что фестоны образуются очень быстро, но никогда не удавалось наблюдать, чтобы они возникали одновременно на большом протяжении берега. По мнению В.П. Зенковича Рис. 1. Схема пляжевых фестонов с длинным продолжением на [13], причину их образования, подводном склоне (по [14]) скорее всего, следует искать в
случайных флуктуациях параметров рельефа, уклона, крупности наносов или характера водной толщи в прибойной зоне. Следовательно, ритмичные формы возникают первоначально в виде очагов и распространяются от них в разные стороны. Последующие исследователи, базируясь на самоорганизационной модели при описании процесса образования и эволюции фестонов, утверждали, что фестоны формируются благодаря нелинейным связям между волновым заплеском, транспортом наносов и морфологией пляжа [19]. Расстояние между фестонами зависит от высоты (длины) заплеска волн. При этом основными контролирующими факторами являются высота волны, ее период и размерность осадков. Эти параметры контролируют склон пляжа, от которого, в свою очередь, зависит длина заплеска волн. Таким образом, расстояние между выступами фестонов равно длине заплеска волн, умноженной на полученный в лабораториях коэффициент (от 1.5 до 1.7 по разным оценкам). То, что значения этого коэффициента примерно одинаковы у разных авторов, говорит в поддержку самоорганизующейся системы.
Последние детальные полевые исследования на берегу одной из бухт в Новой Зеландии с применением видеонаблюдений, передаваемых на монитор, показали, что фестоны быстро формировались при волнах высотой 1.5 м с периодом 10 сек [7]. Причем они начали формироваться на определенном отрезке берега и затем быстро распространились вдоль уреза. Ранее было показано, что "спусковым крючком" для образования фестона может быть топографическая неровность на пляже, образованная, например, присутствием гальки в конце ровного пляжа или незначительное на нем понижение. Так, в лабораторных исследованиях локальное увеличение высоты волн приводило к перемещению гребня бермы в сторону суши с одновременным образованием мини-депрессии на пляже, что в итоге способствовало началу формирования фестонов.
Изменению топографии поверхности пляжа, кроме присутствия гальки, могут способствовать разрывы в береговых валах или бермы, а также локальные пики высоты волн, спродуцированные, возможно, стоячими краевыми волнами или интерференцией, возникающей при наложении волн разной ориентировки. Первичные неровности приводят к усилению обратного потока и увеличению абразии, в результате формируется вогнутость линии уреза, которая позднее развивается в бухточку между фестонами. Во время потока вверх основная масса воды, растекающейся по сторонам вогнутости, устремляется в ее центральную часть, так что обратный поток по краям вогнутости фестона становится слабее и уменьшается количество переносимого материала, в отличие от центральной части, где вынос больше. В результате формируется
Урез малой воды
2 Геоморфология, № 4
33
рог, или выступ фестона. Это топографическое повышение, в свою очередь, нарушает волновой заплеск на прилегающем еще ровном участке, увеличивая скорость обратного потока, что приводит к формированию новой депрессии. Таким образом, неровности пляжа меняют структуру заплеска, который, действуя на выступы фестона, конвергирует в центре вогнуто
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.