Пляжные выступы

Пляжный порог

Пляжные выступы представляют собой береговые образования, состоящие из различных сортов отложений в виде дуги. Рога состоят из более грубого материала, а залив содержит более мелкие осадки.

Их можно встретить по всему миру, и они наиболее заметны на береговой линии с более грубыми отложениями, например, на галечных пляжах. Однако они могут возникать с осадками любого размера. Они почти всегда встречаются регулярно, с выступами одинакового размера и расстояния, появляющимися на участках береговой линии. Эти выступы чаще всего имеют длину несколько метров. Однако они могут достигать 60 м (200 футов) в поперечнике. Хотя происхождение пляжных выступов еще предстоит доказать, после их создания они становятся самоподдерживающимся образованием. Это связано с тем, что, когда встречная волна ударяется о выступ берегового выступа, она разделяется и расходится в двух направлениях. Столкновение волны с выступами замедляет ее скорость, в результате чего более крупные осадки выпадают из взвеси и откладываются на выступах. Затем волны текут вдоль заливов (подбирая более мелкие осадки) и сталкиваются друг с другом посередине. После этого столкновения эти волны пытаются вернуться в море, где их встречают приходящие волны. Таким образом, как только выступ установлен, более крупные осадки постоянно откладываются на роге, а более мелкие осадки вымываются из заливов. Этот процесс заставляет рога и заливы, по крайней мере, сохранять свой размер, если не увеличиваться.

Формирование

Существует ряд теорий относительно того, почему образуются пляжные выступы, но в настоящее время существует только два заслуживающих доверия объяснения.

Теория стоячих волн

Теория стоячих волн

Теория стоячих краевых волн основана на взаимодействии вблизи береговой линии между волнами, приближающимися к берегу, и волнами, расположенными перпендикулярно береговой линии, называемыми «краевыми волнами». Регулярный приход набегающих волн в прибрежные воды приводит к развитию волн, перпендикулярных направлению приходящих волн; их называют «краевыми волнами». Эти краевые волны задерживаются вблизи береговой линии, и когда две из них встречаются с противоположных направлений, образуется стоячая краевая волна. Модели движения этих волн фиксированы, поэтому их можно определить как две области интереса: узловую и антиузловую точки.

Противоузловая точка — это место, где происходит все движение, когда вода поднимается и опускается, создавая серию пиков и впадин. Между этими пучностями находятся узловые точки , в которых вертикальное движение не происходит. Набегающая волна имеет почти одинаковую высоту, но когда она сталкивается со стоячей краевой волной, ситуация меняется. Если она сталкивается с пиком, то высота волны увеличивается, а если она сталкивается с впадиной, то ее высота уменьшается. На соседней диаграмме две волны нейтрализуют друг друга, создавая плоскую поверхность. Однако это сильно упрощенная версия событий. Приходящая волна имеет тот же период волны, что и краевая волна, поэтому приходящая волна меняется от пика до минимума за тот же период, который требуется для изменения стоячей волны, поэтому они сохраняют один и тот же характер. Они известны как синхронные волны и встречаются очень редко.

Наиболее распространенные стоячие краевые волны являются субгармоническими и могут иметь период волны, вдвое превышающий период входящей волны. Это создает гораздо более сложную систему волн, поскольку к тому времени, когда приходящая волна завершает один цикл от пика до минимума, волны стоячего края делают два. Таким образом, то, что началось как пик стоячей краевой волны внутри впадины приходящей волны, превратится в впадину до того, как приходящая волна изменилась, поэтому то, что изначально получало повышение в высоте, теперь испытывает падение. По сути, это означает, что по всей длине находящейся волны имеется ряд регулярно расположенных пиков и впадин, вызванных ее взаимодействием со стоячими краевыми волнами, и именно они вызвали образование выступов на пляже.

В областях, где высота волны была увеличена, волна теперь имеет большую мощность и поэтому может больше разрушаться, а в областях, где высота волны была уменьшена, волна теперь имеет меньшую мощность и поэтому не будет так сильно разрушаться. Это то, что образует выступы: области с высокой эрозией становятся заливами выступа, а области с низкой эрозией становятся рогами.

Проблема с теорией стоячей краевой волны заключается в том, что она объясняет только первоначальное формирование выступа, а не их дальнейший рост в дальнейшем, поскольку по мере увеличения размера выступа амплитуда краевой волны уменьшается до такой степени, что он больше не является фактор.

Самоорганизация

Первоначально эта теория была отвергнута из-за сложностей с ней, но с помощью более продвинутого компьютерного моделирования она была развита до такой степени, что теперь представляет собой разумную альтернативу теории стоячих волн. В теории есть два основных момента, которые пытаются объяснить образование регулярно расположенных выступов на пляже.

Во-первых, положительная обратная связь между морфологией пляжа и потоком воды создает рельеф. На ровном пляже участки поверхности будут иметь несколько более низкий рельеф, чем их окрестности. Области с более низким рельефом притягивают и ускоряют частицы воды, а значит, у них больше энергии и территория подвергается дальнейшей эрозии. Благодаря положительным отзывам эта территория становится все более и более размытой, что приводит к образованию залива. Развитие этих областей с более низким рельефом приводит к понижению среднего уровня пляжа, и поэтому области, которые первоначально находились на этом уровне, теперь находятся ниже среднего и, как таковые, теперь являются областями с более высоким рельефом. Участки с более высоким рельефом замедляют движение воды, и на их поверхности отлагаются осадки, что усиливает их воздействие. Это создает рога.

Равномерное расстояние между выступами вызвано передачей градиентов поверхности вдоль пляжа за счет сглаживания поверхности пляжа, когда пляж пытается перестроиться, чтобы уменьшить изменения в плоскости.

Второй важный момент, касающийся регулярного расположения выступов, заключается в том, что отрицательная обратная связь уменьшит количество чистой эрозии и отложений внутри хорошо сформированного выступа. Когда волна ударяется о пляж, она сначала вступает в контакт с рогами острия, что замедляет течение воды. Это приводит к тому, что он теряет энергию, и часть тяжелых осадков, которые он несет, будет откладываться. Однако потеря этого осадка дает воде дополнительную энергию, и она использует ее для удаления осадка из залива при обратной промывке.

Проблема с этой теорией заключается в том, что этот метод формирования выступов потребует времени, и если бы вы наблюдали за их формированием, то вы бы увидели, как вдоль пляжа образуется несколько случайных выступов, которые затем медленно распространяются вдоль берега по мере выравнивания размера. , при этом маленькие бугорки соединяются вместе, а более крупные — разделяются на две части. Но в полевых условиях выступы практически мгновенно образуют регулярный узор и все они появляются одновременно.

Полевые исследования

Пляжные выступы в Вестерли, Род-Айленд

В последние годы ведутся серьезные споры о том, связано ли образование выступов на пляже с наличием стоячих краевых волн (теория стоячих краевых волн), результатом самоорганизующейся обратной связи между изменением топографии и волновым движением (теория самоорганизации) или это можно отнести на счет ряда других, менее популярных механизмов.

Национальный центр научных исследований Франции собрал большое количество данных лабораторных экспериментов и полевых исследований, опубликованных за последние 50 лет , чтобы проверить предсказания двух основных гипотез формирования выступов. Этот анализ, использующий больше данных, чем предыдущие попытки, подтверждает, что существует возможная связь между развитием выступов и краевыми волнами, а также обратной связью с волнами-отложениями, и что невозможно обеспечить убедительное подтверждение превосходства одной теории над другой с помощью простых измерений. которые были сделаны ранее.

Лаборатория военно-морских исследований, корпоративная исследовательская лаборатория США, ВМС и Корпуса морской пехоты в течение почти девяти лет проводила видеосъемку из Дака , штат Северная Каролина, чтобы определить время формирования куспида (с точностью до половины дня ) и расстояния, разделяющие последовательные куспиды. рога (с точностью до полуметра). Дополнительные данные, полученные с помощью прибрежных приборов и геодезических машин, использовались для документирования условий окружающей среды во время разработки выступа.

Эти обширные наблюдения убедительно демонстрируют, что выступы в этом месте развиваются после штормов во время перехода от условий волн высокой энергии к условиям волн низкой энергии, когда угол волны приближается к нормальному падению. Было замечено своеобразное предположение о гистерезисе во временном ряду пространств между выступами, что может указывать на необходимость переформулировки существующих теорий образования выступов.

См. также

• Коспатный мыс

Внешние ссылки

• Озеро Кутеней: пляжные выступы
• Домашняя страница Смитсоновского института / НАСА ADS: Исследование модели самоорганизации формирования и развития пляжных выступов.