Понятие «берег». Волны и волновые течения

Берег—граница суши и моря. Хотя на картах эта граница изображается линией, в действительности следует говорить о бе­реговой зоне, т. е. о более или менее широкой полосе, в пределах которой осуществляется взаимодействие суши и моря.

Береговая зона состоит из собственно берега — ее надводной части — и из подводного берегового склона. Границы береговой зоны определим ниже, после рассмотрения основных действующих сил, преобразующих береговую зону: морского волнения, вол­новых течений и приливо-отливных явлений. В формировании морских берегов принимают участие также некоторые организмы. Реки создают различные потамогенные берега, среди которых выделяются прежде всего дельтовые. Важным условием развития берега являются также тектонические движения земной коры и геологическое строение прибрежной суши и подводного берегово­го склона.

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.

Волны, действующие на акваториях, где глубина моря меньше, чем глубина проникновения волновых движений, относят к вол­нам мелководья. Практически на глубине, равной половине длины волны, волновые колебания в толще воды затухают.

В морской волне различают высоту h, длину L, период Т, ско­рость распространения V, а также такие элементы, как гребень и ложбина волны, передний и задний склоны, фронт и луч волны. Названные параметры и элементы показаны на рис. 103. Время, в течение которого частица воды описывает полную орбиту, назы­вается периодом, а величина, получаемая при делении длины вол­ны на ее период, — скоростью распространения.

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 прохож­дении 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. 104). 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, и для формирования следующей волны впереди ее физически не хватает воды. Проис­ходит обрушение гребня волны, в результате чего волновое дви­жение воды сменяется принципиально новым видом движения — прибойным потоком. Само разрушение волны называется прибоем.

Прибойный поток, или накат, 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. 105). 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.

Точка, где скорость прибойного потока снижается до нулевого значения, называется вершиной заплеска. Отсюда еще не расстра-ченная 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.

Для понимания волновых процессов на берегах морей необходимо иметь также 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.

Волновые течения. Фактические орбиты, по которым движутся частицы воды, при волнении несколько разомкнуты в связи с пульсационным характером воздействия ветра на водную поверх­ность. Благодаря разомкнутости 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, которые являются одним из типов волновых течений.

При подходе волн под прямым углом к берегу, имеющему от­логий подводный склон, 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 другой вид волнового течения — разрывное течение. Разрывные течения в силу своего бурного характе­ра развивают скорость до не­скольких метров в секунду и способны выносить из при­брежной полосы во внешнюю зону большое количество взму­ченных наносов. Это одна из причин утечки наносов из при­брежной полосы береговой зоны.

При подходе волн к берегу с пологим подводным склоном (т. е. к отмелому берегу) под острым углом отток излишков воды происходит в направле­нии, параллельном берегу, в сторону тупого угла, т. е. в сторону угла, дополняющего угол подхода до 180°. В ре­зультате образуется течение, называемое вдольбереговым волновым течением. Оно также имеет значительные скорости и наряду с собственно волновы­ми движениями является важ­ным средством перемещения наносов вдоль берега.

При подходе волн к при-глубому берегу — берегу с кру­тым подводным склоном— от­ток излишков воды от берега осуществляется донным течени­ем, направленным от берега в сторону моря (донное противо-течение). Оно также способствует уносу обломочного материала из прибрежной полосы во внешнюю береговую зону.