ФЕСТОНЫ НА БЕРЕГАХ КУРШСКОЙ И ВИСЛИНСКОЙ КОС
(ЮГО-ВОСТОЧНАЯ БАЛТИКА)
, ,
Московаский государственный университет им.
Введение.
В отечественной литературе термин «пляжевые фестоны» ввел Зенкович в 1948 г [4]. В дальнейшем этой форме рельефа были посвящены работы Гурьевой [2], Егорова [3], Сафьянова [7] и др. В зарубежной литературе в последние годы появилось много статей, посвященных проблеме фестонам, где рассматриваются различные аспекты причин их формирования [9, 11, 14, 18] и предлагается иное объяснение, по сравнению с предыдущими построениями [13-15].
Данная статья посвящена фестонам на берегах Курской и Вислинской кос, как на морском берегу, так и на их берегах в Куршском и Вислинском заливах. На последних морфологические формы фестонов представляют особый интерес.
Фестоны на берегах Вислинской косы.
Заливный берег. На заливном берегу косы наиболее ярко выраженные формы появляются примерно западнее залива Просторный (это на карте западнее п-ва Бальга). Фестоны есть только вдоль тех берегов, где нет камышей, т. е. где есть волновая активность. Сначала они неярко выражены, затем, по мере продвижения вдоль косы на ЮЗ, их параметры возрастают. Наибольшие размеры и удивительные формы фестоны имеют в районе 23 км косы, продолжаясь и далее на польскую территорию, при этом постепенно уменьшаясь в размерах. В западной части залива, а также на его южном берегу фестонов нет.
Рис. 1
Как видно из приведенной фотографии из Google (рис.1), фестоны имеют очень длинные узкие выступы (охвостья), расстояния между которыми, начиная от 23 км и далее на ЗЮЗ, постепенно уменьшаются – 110 м (60), 100 (60), 80 (40), 60 (40) , 50, 40. В скобках даны размеры охвостьев, они также закономерно уменьшаются по мере сокращения размеров между выступами. Охвостья расположены не перпендикулярно, а под углом (75-600). В заливах между выступами крупных фестонов видны небольшие фестоны, также с охвостьями, где расстояние между выступами до 10 м. В корневой части выступов на мысах узкие лагуны. В литературе описания такого рода мелких фестонов внутри большой дуги, а также эфемерных лагун на выступах фестонов встречать не приходилось. Расстояния между выступами на ВСВ от 23 км также постепенно уменьшаются, но несколько крайних фестонов имеют одинаковое расстояние – 40 м, охвостья длиной до 20м, затем постепенно уменьшаются ( рис.2)
Рис.2
Фестоны наибольших размеров приурочены к тому участку берега Вислинской косы, где согласно нашим данным сохранился фрагмент дельтовой равнины ПраВислы [1]. На подводном склоне и местами на урезе здесь выходят плотные илы, что приводит к изменениям гидродинамических условий на данном участке. Вероятно другой характер морфологии подводного склона, а также слагающих их отложений, угол подхода волны при определенном направлении ветра – все это влияет на образование данного типа фестонов. Изменение какого-либо из параметров приводит к исчезновению данных форм. Так, на данном участке во время полевых исследований в один из предыдущих сезонов, столь ярко выраженных фестонов не наблюдалось.
Фестоны на морской берегу существенно отличаются по морфологии. Так, в створе с предыдущими фестонами на 23 км, на берегу моря фестоны имеют обычный для фестонов облик (рис. 3). Такого рода формы приходилось регулярно наблюдать, как на Вислинской, так и на Куршской косах. Расстояния между выступами достигали иногда 100м и более, в данном случае они составляют от 40 до 60 м, Охвостья - от 20 до 30 м, но, в отличие от залива, они все протягиваются сравнительно недалеко и скрыты под водой.
Рис.3
На морском берегу фестоны существуют сравнительно непродолжительное время, так, по нашим наблюдениям крупные фестоны в фазу затухания шторма прекратили свое существование через 8 часов.
Рис. 4
На морском берегу, в нескольких км на ВСВ от предыдущего снимка фестоны имеют большие параметры, расстояния между выступами достигают 90-130 м (рис. 4). Подводная часть фестонов отличается от предыдущих отсутствием четко выраженных охвостьев и наличием изогнутых понижений, с выпуклостью по направлению волны, которая подходит к берегу под углом около 70 0 . Понижения протягиваются в море до 60 м., имеют замкнутый контур, более темный цвет на снимке объясняется большей глубиной.
Фестоны на берегах Куршской косы.
Заливный берег. На берегах Куршского залива также имеются участки, где регулярно образуются фестоны. Одним из таких участков является берег в пос. Морское, где фестоны неоднократно фиксировались во время полевых работ. Однако столь ярко выраженных форм, как на 23 км Вислинской косы, здесь не образовывалось. Скорее всего, именно наличие дельтового останца на 23 км Вислинской косы, а, следовательно, и характерные осадки на подводном склоне, способствовали формированию такого рода фестонов. На Куршской косе нигде, включая и берег у пос. Морское, таких фестонов нет. Более мелкие фестоны обычны для берегов залива, как российской, так и его литовской части. Примером могут служить многочисленные фестоны на заливном берегу в районе Ниды (рис. 5)
Рис. 5
Морской берег. Фестоны на морской берегу Куршской косы - явление обычное. Добавить текст. Снимок наш или из Гугла.
Происхождение фестонов (различные гипотезы)
Фестоны представляют собой ритмичные формы рельефа на пляже в зоне заплеска волн. Обычно образуются на пляжах с низкой волновой энергией, где формируются из материала различной крупности – от гальки до тонкого песка, но чаще встречаются на пляжах, сложенных среднезернистыми осадками с включениями гальки [7].
По мнению [6] бывают эрозионные и аккумулятивные фестоны. 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 форм эрозионных и аккумулятивных фестонов свидетельствует о разных стадиях их формирования, что было выявлено [2] во время полевых исследований 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 при образовании фестонов, а развиваются одновременно и параллельно с ними. Отсыпи имеют ступеньку в сторону моря, их размеры отсыпей соответствуют размерам вышележащих ложбин и 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 началось 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 стали растаскиваться в стороны [3]. Аналогичные процессы авторы наблюдали и на пляжах аккумулятивных барьеров юго-восточной Балтики.
В работе [4] приводится схема движения воды прибойной волны и обратного ее стока на рельефе пляжевых фестонов. Толщина заштрихованной полосы соответствует запасу энергии воды. Стрелки указывают направление движения, бергштрихами указан край отмели (рис. 6).
Рис. 6 (по [4]) Рис. 7 (по [5])
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 [5] (рис.7).
Фестоны на заливном берегу Вислинской косы мы наблюдали в 2009 г., после сильных дождей и шторма. Вероятно, фестоны с длинными охвостьями возникли там на фоне падения уровня воды в Вислинской лагуне. Данное предположение хорошо увязывается с данными [5]
В последние годы идут активные дебаты о происхождении фестонов. Согласно первой гипотезе своим возникновением фестоны обязаны присутствию краевых волн в приурезовой зоне. По второй гипотезе они являются результатом обратной связи между изменяющейся топографией пляжа и заплеском волны. При этом ни одна из них не объясняет полностью механизм образования фестонов, поэтому исследователи не исключают, что есть какие-то еще другие пока неизвестные гидродинамические процессы вблизи уреза, где эти процессы трудны для изучения в силу активной волновой деятельности [10].
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 [8,13,17]. Ими установлено, что расстояние между фестонами связано с длиной краевых волн, амплитуда которых изменяется синусоидально вдоль контура берега (рис.7).
Рис. 7 Амплитуда краевых волн [по 11]
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 образуются стоячие волны с вдольбереговой составляющей, которая и создает фестоны [7].
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 [16].
Известно, что уклон пляжа увеличивается при увеличении размерности осадка или же когда уменьшается высота волны при неизменном ее периоде. Следовательно, расстояние между фестонами должно увеличиваться с увеличением размерности осадков, слагающих пляж, или с уменьшением высоты волны. Однако, согласно другим исследованиям, такое соотношение также не наблюдается во многих полевых исследованиях. Потому данную модель (краевые волны) в последние годы подвергают инвентаризации, так как в нее надо включать точные данные о волнах и размерах частиц [17].
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 , которое он высказал в 1962 г., причину их образования, 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 [6].
Последние полевые и лабораторные исследования не поддерживают модель краевых волн [12, 16 и др.]. Была представлена новая модель, которая, базируясь на самоорганизационной модели, описывала процесс образования и эволюции фестонов [19]. Согласно ей фестоны образуются благодаря нелинейным связям между заплеском, транспортом наносов и морфологией пляжа. Расстояние между выступами фестонов равно коэффициенту, полученному в лабораториях (от 1,5 до 1.7 по данным разных авторов) умноженному на длину заплеска. То, что значения этого коэффициента примерно одинаковы, говорит в поддержку самоорганизационной системы. Расстояние между фестонами и высота (длина) заплеска зависят друг от друга. Действительно, основными контролирующими факторами для расстояния между фестонами являются высота волны, период и размерность осадков. Эти параметры контролируют склон пляжа, от которого, в свою очередь, зависит длина заплеска.
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, периодом 10 сек [9]. 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 увеличению обратного потока и увеличению абразии, в результате формируется вогнутость уреза, который позднее развивается в бухточку между фестонами. Во время потока вверх часть массы воды, растекающейся по сторонам вогнутости, устремляется в его центральную часть, так что обратный поток по краям вогнутости фестона становится меньше и уменьшается количество переносимого материала, в отличие от центральной части, где вынос больше. В результате формируется рог или выступ фестона. Это топографическое повышение, в свою очередь, нарушает 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, встречается в центре вогнутостей. Это приводит к увеличению скорости обратного потока и замедлению заплеска следующей волны [18].
Заключение.
В работе [10] на основе большого количества лабораторных и полевых исследований, проведенных на озерных и морских побережьях, как в спокойных, так и в штормовых условиях, были детально проанализированы существующие гипотезы образования фестонов. Авторы считают, что нельзя поддержать только одну из гипотез. Вероятно, образование фестонов происходит как благодаря действию краевых волн, так и в результате взаимосвязи между дальностью заплеска и характером отложений, слагающих пляж. Другие исследователи [8], проводившие полевые исследования на берегу Флориды, так же пришли к выводу, что нельзя вычленить какую-либо из двух гипотез.
На сегодняшний день ясно, что размеры фестонов, расстояние между ними и очертания варьируют в зависимости от состава материала, слагающего пляж, крутизны наклона пляжа и характера волнения, а, следовательно, и от длины заплеска волны. Образуются эти формы при определенных сочетаниях перечисленных параметров. Выявлено, что они образуются в результате комбинации аккумулятивных и абразионных процессов.
Основными предпосылками образования фестонов следует считать: 1)динамическое равновесие пляжа при данном волнении; 2) предпочтительна рефракция волн, хотя описаны случаи косого подхода волны к берегу; 3) наличие ритмичного заплеска, имеющего наносодвижущую силу для наносов данной крупности.
Образование фестонов зависит от типа разрушения волн – plunging - ныряющий бурун (тип прибойной волны, когда гребни закручиваются и разбиваются с полным разрушением волны); surging –волновой бурун (тип прибойной волны, когда волна воздымается и затем, не разбиваясь, накатывается на берег). Возникает у берега с крутым подводным склоном; spilling –скользящий бурун (тип прибойной волны, когда гребни разбиваются постепенно, проходя относительно большое расстояние над почти плоским дном и образуя пенистую верхушку). Вода при этом непрерывно растекается, уходя под вновь набегающую волну. По мнению одних исследователей [10] для фестонов лучше всего ныряющий бурун. Другие [18] считают, что формирование фестонов наиболее благоприятно там, где происходит рефракция волн и там, где они разбиваются как surging or collapsing, sometimes plunging
Как писал еще в 1948 г. [4] «Во многих случаях мы еще не можем объяснить самый механизм возникновения форм, связанных с ритмическими процессами, к которым относятся фестоны. Пока невозможно установить механизма первичного возникновения фестонов. Однако физический смысл уяснить удается. Рельеф фестонов представляет собой, вероятно, поверхность наименьшего расходования энергии волны на единицу площади пляжа при столкновении прибойного потока и обратного противотечения» (найти стр.)
К настоящему времени существует много моделей, объясняющих гидродинамические процессы волнового потока в приурезовой зоне, однако механизм регулярности фестонов, т. е. физические процессы, отвечающие за расстояние между фестонами, до сих пор еще неясны.
Список литературы
, , геолого-геоморфологическое строение балтийской (ЫВислинской косы) / Океанология. 2011. Т.51. №4. С.1-8. К вопросу изучения пляжевых фестонов с помощью радиометодов / Труды лаборатории аэрометодов. 1955. Т.4 С. 140- 143. Егоров над пляжевыми фестонами /Тр. Ин-та океанологии. Т.7. 1953. С. 117-125 Зенкович над образованием «пляжевых фестонов» / Труды инс-та океанологии. 1948. Т. 22. С. 35-42 Зенкович приливов на элементы профиля морского берега / Вопросы географии. 1954. Сб. 36. С. ?? Основы учения о развитии морских берегов Изд-во АНСССР М. 1962. 710с. Сафьянов морских берегов. М. 1996. 400с. Allen J. R., Psuty N. P., Bauer B. O., Carter R. W.G. A field data assessment of contemporary models of beach cups formation / Journal of coastal res. 1996. V. 12. N 3. P. 622-629. Almar R., Coco G.,. Bryan K. R., Huntley D. A., Short A. D., Senechal N. Video observations of beach cusp morphodynamics/ Marine Geology. 2008. V.254. P.216–223. Сoco G., O’Hare T. J., Huntley D. A. Beach cusps: a comparison of data and theories for their formation / Journal of coastal research. 1999. V.15. N3. p. 741-749. Сoco G. Murray A. B. Patterns in the sand: From forcing templates to self-organization/ Geomorphology. 2007. V.91. P. 271-290. Holland, K. T., Holman, R. A. Field observations of beach cusps and swash motions / Mar. Geol. 1996. V.134. P. 77–93. Inman, D. L., Guza, R. T. The origin of swash cusps on beaches / Mar. Geol. 1982. V.49. P. 133–148. Johnson D. W. Beach cusps / Geol. Soc. Amer. bull. 1910. V. 21. P. 599-624. Kuenen P. H. The formation of beach cusps / J. geol. 1948. V.56. P.34-40. Masselink, G. Alongshore variation in beach cusp morphology in a coastal embayment / Earth Surf. Processes Landf. 1999. V. 24. N 4. P. 335–348. Seymour, R. J., Aubrey, D. G. Rhythmic beach cusp formation: a conceptual synthesis. Marine Geology 1985. V. 65. P. 289–namura Tsuguo A predictive relationship for the spacing of beach cusps in nature / Coastal Engineering 2004. V.51. P. 697– 711 Werner, B. T., Fink, T. M. Beach cusps as self-organized patterns / Science 1993. V.260. P. 968–971.
