» » Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

11.08.2016

Естественным следствием больших скоростей движения воды и сильной изменчивости гидродинамического режима по латерали и во времени является высокая интенсивность происходящих в береговой зоне абразионно-аккумулятивных процессов. Здесь так же, как и в речном потоке, частицы в зависимости от их гидравлической крупности и скорости движения воды могут перемещаться путем волочения по дну в полувзвешенном (путем сальтации) и во взвешенном состояниях.
Все виды обломков по их размерам и относительной подвижности в береговой зоне обычно делятся на четыре группы. К первой относятся глыбы и валуны размером более 100 мм. Глыбы, оставаясь практически неподвижными в основании клифа, подвергаются абразии, подобно коренному берегу. Валуны во время сильных штормов могут смещаться. Вторая группа включает гальку и гравий, т. е. обломки размером от 100 до 1 мм. Они начинают двигаться (см. рис. 53) при умеренном волнении и перемещаются главным образом качением и скольжением. Третью группу образуют песок (1—0,1 мм) и крупный алеврит (0,1—0,05 мм). Она наиболее широко распространена в береговой зоне. Ее подвижность высокая: максимальные горизонтальные орбитальные скорости (Vmax) у дна мористее зоны разрушения воли превышают от 30 до 140 раз скорость «трогания» зерен песка средней крупности (V0), а частицы переходят во взвешенное состояние при Vmax ≥ 5V0. С движением наносов этой группы в значительной мере связано формирование профиля равновесия подводного склона, образование аккумулятивных форм и возникновение повышенных концентрации тяжелых минералов. Частицы четвертой группы, имеющие размер менее 0,05 м, наиболее подвижны, переносятся только во взвешенном состоянии и очень легко, как отмечалось ранее, выносятся за пределы береговой зоны, в области более спокойного гидродинамического режима.
Некоторые сведения о форме перемещения песчано-алевритового материала в водном потоке сообщались в предыдущей главе. Что касается зависимости форм движения частиц от скорости волнения, то обычно ссылаются на эксперименты в волновом лотке, которые показали существенные различия в движении мелких и крупных частиц, что связывается с наличием тонкого ламинарного граничного слоя.
Движение крупных частиц (гравия) начинается с опрокидывания, за которым следует их качение или скольжение. Характер движения мелких частиц иной. При увеличении скорости они отрываются от дна и, таким образом, переходят в полувзвешенное и взвешенное состояния. Как устанавливают наблюдения в природных условиях, основное количество таких взвешенных наносов сосредоточено в нижней части водного столба (0,2 Н).
Динамика наносов в береговой зоне, точно так же, как и гидродинамический режим, сложна и изучена недостаточно полно. Частицы, слагающие верхний активный слой наносов, находятся почти в беспрерывном движении. Под воздействием волновых колебаний воды и течений они проходят очень большой и прихотливый путь, суммарным итогом чего является поперечное (по отношению к берегу) и продольное перемещение масс наносов. Обычно обе разновидности процесса протекают одновременно, но иногда наблюдаются и в чистом виде.
На ход абразионно-аккумулятивных процессов, на способ образования и характер сформированного продольного профиля берегового склона существенно влияют уклон и состав исходной поверхности. Ecли она достаточно крута и сложена относительно устойчивыми породами, не дающими при разрушении большого количества мелкообломочного материала, то развитие идет с преобладанием абразионных процессов и выработкой абразионного профиля. Если же эта поверхность пологая и сложена рыхлыми, существенно песчаными отложениями, то в выработке профиля равновесия большая роль принадлежит аккумулятивным процессам.
Абразия и абразионный профиль

Абразия берега вызывается тем, что при достаточно большом уклоне подводного склона морские волны доходят до берега, не растратив свою энергию на трение о дно. Начинается она с выработки волно-прибойной ниши вблизи уреза воды, где происходит разбивание штормовых волн. По мере углубления ниши нависшая порода обваливается, образуя абразионный обрыв — клиф. Обвалившиеся глыбы и крупные обломки, временно предохраняя от разрушения клиф, сами подвергаются воздействию тех же волн. Основную работу по механическому разрушению пород производят не сами волны, а те обломки, главным образом галька, которые волны бросают на берег. После размыва обвалившегося материала, абразия клифа возобновляется. Скорость абразии существенным образом зависит от крепости пород. Она очень низкая (до 2 мм в год) для крепких изверженных пород и весьма значительная (до 10—20 м) для толщ песчано-глинистых и рыхлых. При этом важно подчеркнуть, что крепкие породы в процессе абразии в основном истираются, давая тонкий материал, легко выносимый за пределы береговой зоны. В отдельных случаях абразия может поставлять в береговую зону обломочного материала даже больше, чем его дает твердый речной сток. Так, например, в Берингово море, по данным А.П. Лисицына, с речным твердым стоком поступает 100—200, а за счет абразии берегов, сложенных моренами, — 200—400 млн. т в год терригенного материала. В Азовском море речной сток поставляет его около 8,0, а абразия — около 13 млн. т.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Параллельно с абразией берега волны интенсивно воздействуют и на прилегающую к берегу часть подводного склона, создавая здесь слегка выпуклую площадку — бенч. Абрадируемый обломочный материал выносится ниже по склону, где может сформироваться прислоненная аккумулятивная терраса. По мере разработки абразионной площадки сила воздействия волн па приурезовую часть берега и берегового склона падает. Абразия клифа и берегового склона заканчивается, когда бенч становится настолько широк, что вся энергия волн растрачивается во время его прохождения. Сила воздействия волн на дно равномерно распределяется по всему профилю, и буруны не образуются. Такой профиль называют абразионным профилем равновесия (рис. 120). Далее абразионный обрыв отмирает и сглаживается под воздействием денудационных процессов.
Профиль динамического равновесия и поперечное перемещение наносов

Деятельность моря в береговой зоне направлена на то, чтобы выработать определенный профиль равновесия, в каждой точке которого установлено равновесие между уклоном дна, гидродинамическим режимом и крупностью развитых в данной точке наносов. На таком склоне не происходит ни направленного размыва, ни направленного накопления, в результате чего профиль не меняет своей формы, хотя частицы продолжают находиться здесь в постоянном движении. Они совершают возвратно-поступательное движение по профилю около воображаемых нейтральных линий. Кроме того, здесь в широких масштабах протекают процессы транзитного перемещения наносов, при котором количество поступившего на определенный участок материала и покинувшего его равны. При этом важно помнить, что в реальных условиях в связи с сильной изменчивостью гидродинамического режима прибрежной зоны предельный профиль равновесия практически почти не достигается.
В разработке профиля равновесия первостепенная роль принадлежит поперечному перемещению обломочного материала, осуществляемому волновым придонным орбитальным потоком, компенсационным донным противотечением и прибрежными течениями. Схема перемещения по профилю относительно крупных зерен, согласно теоретическим разработкам В.П. Зенковича, связывается с представлениями об упоминавшейся нейтральной линии и асимметрии придонных скоростей в деформированной на мелководье волне. В случае, если частица располагается в зоне действия недеформированной волны (симметричных придонных скоростей), на горизонтальном дне она будет совершать колебания без смещения. Если же она располагается на наклонном дне, то благодаря действию составляющей силы тяжести амплитуда колебания ее вверх по уклону будет меньше, а вниз больше, в результате чего частица перемещается вниз по склону. На более мелководных участках благодаря возрастанию скорости прямого потока амплитуда колебания частицы вверх будет увеличиваться, а вниз по склону уменьшаться и, таким образом, скорость смещения частиц начнет постепенно снижаться. В некоторой точке профиля разница в действии асимметрии скоростей и составляющей силы тяжести уравновесится, и частица, совершая возвратно-поступательное движение, не будет испытывать итогового смещения. На еще меньшей глубине асимметрия скоростей возрастает настолько, что частица начнет смещаться вверх по склону, причем, чем выше по склону, тем интенсивнее (рис. 121). Линия (вернее полоса) на береговом склоне, на которой частица данного размера не испытывает одностороннего смещения, и называется нейтральной линией. Ниже от нее частицы перемещаются вниз по склону, выше — вверх.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Как указывает В.П. Зенкович, на дне ровного уклона для частицы определенной крупности должна существовать своя нейтральная линия. Ее положение определяется тремя условиями: крутизной уклона, силой волнения и крупностью частицы. Чем уклон круче, тем ближе к берегу и на меньших глубинах должны располагаться нейтральные линии. Последние для зерен любой крупности должны лежать тем глубже, чем сильнее волнение. И, наконец, еще условие: чем частица мельче, тем дальше от берега оказывается ее нейтральная линия. Из сказанного следует, что если в какой-то точке подводного склона окажется обломочный материал разной крупности, то при волнении определенной силы более крупные частицы перемещаются вверх по склону, более мелкие — вниз, а средние не будут испытывать общего смещения.
Изложенная схема значительно упрощена. В природных условиях существует целый ряд усложняющих обстоятельств, таких как наличие придонных течений, способность мелких частиц переходить во взвешенное состояние и переноситься на значительные расстояния, преимущественное развитие неоднородных по крутизне и крупности слагающих их наносов склонов и многие другие. Сам принцип нейтральной линии применим лишь для относительно крупных зерен, в движении которых заметная роль принадлежит силе тяжести (0,25 мм и крупнее). В переносе же более мелких частиц (мельче 0,1, иногда 0,25 мм), обладающих способностью относительно легко взмучиваться, существенная роль принадлежит течениям.
Очень большое влияние на схему поперечного перемещения влекомых наносов оказывает нарастание абсолютных придонных скоростей деформированной волны в направлении к берегу, с чем связано существование динамических пределов глубин, на которых принципиально возможно нахождение наносов определенной крупности (рис. 122). Нижний предел обусловлен глубиной, на которой максимальные придонные скорости воды (Vmах) достигнут значений, необходимых для начала движения частиц данной крупности (V0). Верхний предел соответствует глубине, где максимальные скорости колебания воды у дна возрастут настолько, что поднятые со дна частицы уже не успевают осесть в момент смены направления движения воды и, подхваченные течениями, выносятся на большие глубины. Как видно из схемы, в зависимости от соотношения положения нейтральной линии и положения указанных пределов для самых мелких и самых крупных частиц вообще не существует нейтральных линий: первые сносятся на большие глубины, а крупный материал (галька, мелкие валуны), не способный переходить во взвешенное состояние, в условиях прибрежной зоны выносится на пляж.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Схема выработки профиля равновесия основана на разобранной теории нейтральной линии и допущения о том, что исходная ровная, довольно крутая поверхность сложена однородным по крупности материалом (см. рис. 121). В результате выноса частиц участки, расположенные выше и ниже нейтральной линии, размываются, причем итогом этого размыва явится выработка профиля, в каждой точке которого соблюдаются условия равновесия результирующей прямой и обратной скоростей и составляющей силы тяжести. Эти условия выполняются при постоянном увеличении крутизны профиля снизу вверх, поскольку с уменьшением глубины разница скоростей увеличивается. Следовательно, в общем случае для крупных наносов характерен профиль равновесия, имеющий форму вогнутой кривой, крутизна которой увеличивается в сторону берега. Если же склон сложен мелкозернистыми наносами, то на нем вырабатывается слегка выпуклый профиль, по всей длине которого деформированная волна расходует одинаковое количество энергии на единицу площади.
Зависимость формы профиля равновесия от крутизны первоначального подводного склона и от крупности наносов в том виде, как ее представляет себе В.П. Зенкович, показана соответственно на рис. 121, б, в. При крутом откосе, когда нейтральная линия располагается близко к берегу, волны доносят сюда больше энергии и происходят его размыв и отступление. Если же склон очень пологий, волна растрачивает значительную часть своей энергии, не доходя до берега, и нейтральная линия располагается на мористой части склона. В этом случае берег наращивается за счет формирования аккумулятивных форм, либо может образоваться подводный бар, отделяющий лагуну от моря. При средних (0,003—0,008) уклонах устанавливаются две зоны аккумуляции: у берега и на глубине, разделенные зоной размыва. В прибрежной зоне таких склонов на участках забурунивания часто развиваются подводные валы, имеющие более крутой внутренний, обращенный к берегу, скат и более пологий внешний. Такие валы иногда протягиваются вдоль берега на многие десятки километров. Количество их обычно равно 2—3, иногда до 7.
Важнейшим фактором рельефо- и осадкообразования в береговой зоне является, как уже отмечалось, волнение. Поэтому естественно, что от его силы в огромной степени зависит характер перемещения наносов и формирования профиля. В сильные штормы за сутки может произойти изменение профиля, создаваемого на протяжении недель, месяцев, а иногда и лет. При увеличении волнения он выполаживается и удлиняется, берег и пляж размываются. При ослаблении перерабатывается верхняя часть подводного склона: наносы перемещаются к берегу и наращивают его; профиль вблизи берега снова приобретает более крутой уклон. По данным американских исследователей, крутые волны, наблюдаемые на Атлантическом побережье Америки, зимой размывают пляж, а пологие волны зыби летом намывают его.
Таким образом, в зависимости от тех или иных факторов в береговой зоне может наблюдаться перемещение материала к берегу и его нарастание либо смещение материала в сторону моря и размыв берега. При этом даже самые небольшие изменения одного из факторов — характера волнового режима, уклона откоса, крупности наносов и ряда других, существенно влияют на весь режим движения наносов. И коль скоро волновой режим меняется практически постоянно, непрерывно происходит и поперечное перемещение наносов.
Продольное перемещение наносов

Обычно выделяют два вида продольного перемещения наносов: береговое и донное. К первому из них относят движение у уреза воды по пляжу, ко второму — по дну подводного берегового склона. Роль того и другого вида в перемещении обломочного материала разной крупности неодинакова. В перемещении крупного материала первенствует береговой вид, мелкого — донный. Осуществляется продольное перемещение наносов косо подходящими к берегу волнами и течениями. При этом считается, что береговое перемещение крупного материала протекает, главным образом, под воздействием прибойного волнового потока. Течение же является ведущим (если не единственным) агентом донного перемещения алевритов.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Механизм продольного берегового перемещения крупного материала, по В.П. Зенковичу и О.К. Леонтьеву, определяется воздействием на прибойный поток двух сил: инерции и тяжести. Благодаря этому траектория прибойного потока, подходящего в результате неполной рефракции косых волн под некоторым углом к берегу, имеет вид асимметричной кривой (рис. 123). Подобный же путь проделывают и перемещаемые потоком обломки. Крупный обломок, естественно, не может вынестись па вершину заплеска и совершает минимальный путь (АДБ на рис. 123). Мелкий обломок, например гравийное зерно или крупная песчинка, должен иметь в этом случае значительно больший путь (ЛЕГ), опережая в своем движении остальные. Однако фактически наибольшую скорость берегового перемещения обычно испытывают частицы среднего размера. Это связано с тем, что движение мелких, наиболее подвижных частиц нередко ограничивается лишь верхними участками траектории, так как к основанию пляжа им не позволяет опуститься встречный поток.
Более мелкие пляжные наносы движутся, по мнению В.П. Зенковича, незначительным, порядка нескольких сантиметров, слоем. Крупные наносы могут двигаться слоем лишь в самые сильные штормы.
Обычно же перекатываются валуны и гальки, лежащие на поверхности.
Величина пути, проходимого частицей параллельно береговой линии, т. е. скорость берегового перемещения, определяется углом подхода волны к берегу, крупностью частиц, уклоном пляжа и параметрами волны. При прочих равных условиях она пропорциональна cos к. Максимальные скорости берегового перемещения на приглубых галечных берегах достигаются при углах подхода волн к берегу в 30—50°. С увеличением уклона пляжа интенсивность берегового перемещения наносов снижается, поскольку траектории частиц будут круче и отрезки пути, проходимые частицей в течение одного заплеска, уменьшаются. От параметров волн зависит скорость и объем перемещения наносов. Наибольшее перемещение наблюдается при штормах в 4—5 баллов, что связывается с неполной рефракцией средних (и малых) волн. Установленные максимальные скорости перемещения гальки на пляжах Черного моря колеблются от 150 до 1052 м/сут. По сообщению Е.К. Гречищева, на южных берегах Байкала при трехбалльном волнении галька размером 2 см перемещалась со скоростью 121, а галька диаметром 4 см—68 м/сут. Объем же перемещаемых наносов тем больше, чем сильнее волнение. Исключительно сильные штормы на Черном море в сутки перемещают до 1700 м3 гальки.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

В донном продольном перемещении крупных (галечных) наносов роль волн остается, по мнению В.П. Зенковича, высокой, хотя, безусловно, определенное участие принимают и течения. Здесь так же, как и с рассмотренном случае, продольные перемещения вызывают волны при подходе под острым углом к берегу. При этом обломок под влиянием силы тяжести отклоняется от направления колебания волны, вследствие чего смещается в подветренную сторону. В зависимости от угла наклона откоса и соответствующей ему величины вектора силы тяжести он может перемещаться под углом к береговой линии в сторону моря или в сторону берега, либо параллельно ей. В первом случае будет происходить размыв откоса, во втором намыв. Чисто продольное перемещение гальки параллельно береговой линии возможно лишь на профиле, находящемся в равновесии с волнами данной силы и данного направления. При косом подходе волн к откосу с равномерным первоначальным уклоном в соответствии с теорией нейтральной линии часть обломков, наряду с продольным, испытывает поперечное смещение: к берегу — более крупные обломки, в сторону моря — более мелкие. По свидетельству
В.П. Зенковича, галечные потоки на Крымском побережье обходят отвесные обрывы, опускающиеся под воду на глубину 6—8 м. На глубине до 20 м установлено движение гальки на мысе Пицунда. Скорости донного перемещения галечного материала значительно уступают таковым берегового.
Пески и крупные алевриты в отличие от галечников перемещаются вдоль берега, главным образом в пределах дна подводного берегового склона. Причем очень существенной, если не основной, движущей силой их донного продольного перемещения являются течения. Роль волнения состоит, главным образом, во взмучивании частиц и перемещении более крупных частиц путем сальтации или волочения (рис. 124). Береговое продольное перемещение для тонкозернистых наносов имеет подчиненное, по сравнению с донным, значение. В нем по-прежнему основная роль принадлежит волновому прибойному потоку.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Наивысшая интенсивность продольного перемещения мелкозернистых наносов отмечается в зоне разрушения волн над подводными валами (рис. 125 и 126). С глубиной она снижается и примерно на трехкратной глубине забурунивания прекращается. Продольное перемещение таким широким фронтом протекает только в определенных условиях, например при сильных штормах, развитии прибрежных течений и т. д. В других случаях оно может ограничиваться зоной прибоя (т. е. зоной разрушения волны и прибойного потока).
В этом отношении весьма любопытны результаты экспериментов с люминофорами, проводимые как в Советском Союзе, так и за рубежом. Эксперименты Дж. Ингла, проведенные на песчаной отмели побережья Южной Калифорнии, показали (рис. 127), что песок испытывает постоянные продольные перемещения в зоне разрушения волн. Большинство окрашенных частиц в полосе прибойного потока переносилось под некоторым углом в сторону моря, при средней скорости вдоль берегового течения, и по нормали к берегу — при скорости менее 1 фута в секунду. При больших скоростях вдоль берегового течения в этой полосе также преобладало продольное перемещение. Интересно, что поперечное в сторону моря смещение в большей степени испытывает более крупный (+0,25 мм) песок, а продольное — материал мельче 0,25. Мористее зоны разрушения волн перемещение частиц было направлено к берегу. Таким образом, наносы чуть мористее и бережнее зоны разрушения волн постоянно втягиваются, как в «воронку», в эту наиболее динамичную область подводного берегового склона. Сильная турбулентность при разрушении волн и остаточные вихри после него приводят к тому, что большинство частиц мельче 0,15 мм остается во взвешенном состоянии, а более крупные наносы сальтируют у дна. Этими опытами, кроме того, удалось проследить, что продольные перемещения песка в ряде случаев прерываются разрывными течениями, по которым материал уходил в сторону моря.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Скорость продольного перемещения песчаного материала, особенно по дну, весьма значительна и достигает для отдельных песчинок, по данным В. С. Медведева и Н.А. Айбулатова, 3 км/ч. Скорость массового перемещения песка, по мнению В.П. Зенковича, достигает 100 м/ч. Некоторые сведения о масштабах перемещения песчаных наносов будут приведены ниже.
Миграция масс песка иногда приобретает вид движения микро- и мезоформ рельефа. В частности указывается грядовая форма перемещения песка в прибрежных лощинах со скоростью 0,5 км/ч подобно тому, как это наблюдается в русловом потоке. Вдольбереговое смещение (до 0,5 км/год) испытывают песчаные отмели и выступы берегов вследствие смывания песка с одного склона и отложения на другом. Такие формы имеют весьма внушительные размеры (десятки и сотни метров) и содержат большие объемы песков.
Вдольбереговые потоки наносов

Вдольбереговым потоком наносов называется общее итоговое перемещение материала по пляжу и дну подводного склона. Основными характеристиками потока являются следующие.
Емкость — максимальное количество наносов, которое волны и течения способны перемещать в единицу времени.
Мощность (нагрузка) — количество материала, фактически перемещаемое потоком в единицу времени, обычно за 1 год. Она измеряется десятками тысяч кубометров для галечных наносов и сотнями тысяч — для песчаных (рис. 128).
Степень насыщения — отношение мощности к его емкости. Поток называют насыщенным, когда мощность равна емкости. При не-насыщенности потока, т. е. при дефиците нагрузки, часть энергии тратится на абразию берега и дна. Напротив, при уменьшении емкости насыщенного потока часть наносов выпадает, а поток остается насыщенным.
Из других признаков, характеризующих потоки, следует отметить протяженность (длину) потоков и состав слагающего их материала.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Протяженность потоков может быть самой различной. Более протяженны потоки вдоль прямых отмелых берегов. Очень протяженный поток, длиной более тысячи километров, известен вдоль Атлантического побережья Америки, в сотни километров — у берегов Восточной Балтики, на западном побережье Каспийского моря (см. рис. 128, б) и в других пунктах. Надо заметить, что выявление потока и определение его параметров в ряде случаев затруднено. Иногда, особенно при зарождении, поток может иметь очень малую мощность (насыщенность) и прослеживаться с трудом. В других случаях береговой поток может переходить в донный, обходя скалистые «непроходы». Поток может терять часть наносов (либо все), сбрасывая их на глубину на крутых свалах глубин, при встрече разрывных течений, особенно распространенных у устьев рек, при подходе к вершинам подводных каньонов. Чаще же поток оканчивается образованием косы, пересыпей и других аккумулятивных форм.
Состав потоков наносов также может быть самый разнообразный: от валунно-галечного до илистого, хотя наиболее широко распространены потоки песков. Он определяется, главным образом, составом питающего его материала. Вместе с тем по мере движения, вследствие истирания, сортировки по размерам и минералогическому составу и влияния других причин, состав потока изменяется. В ряде случаев изучение петрографического и минералогического состава обломков позволяет проследить поток наносов и определить его параметры. В частности, поток от устья р. Самур (см. рис. 128, б) на юг прослеживается, по данным О. К. Леонтьева, по эпидот-пироксеновой ассоциации; второй поток, начинающийся к северу от Дербента, прослеживается сначала по глауконит-хлорит-слюдистому минеральному комплексу, а затем от устья р. Сулан — по обломкам глинистых сланцев и хлорита, а еще севернее, от устья р. Терек,— по присутствию амфиболов, гиперстена, гранатов и цоизита.
Дифференциация материала в процессе движения наносов

Как уже отмечалось, в береговой зоне океанов, морей и крупных закрытых водоемов процессы механической обработки терригенного материала и разделения его по крупности и удельному весу проявляются с максимальной силой. Основной фактор этого — волновые колебательные движения воды.
Прежде всего терригенный материал как через огромный естественный истиратель проходит через прибойную полосу, подвергаясь дроблению, истиранию и сглаживанию. Особенно чувствительны к воздействию волн «рыхлые», слабо литифицированные и выветрелые породы и крупные обломки. Первые здесь быстро разрушаются и переходят в песчано-глинистый материал, который выносится на большие глубины. Крупные обломки дробятся, истираются и сглаживаются, особенно энергично в начальные стадии. О большой скорости этого процесса свидетельствуют, в частности, результаты экспериментов А.М. Жданова на берегу Черного моря. Угловатые обломки базальта за три месяца потеряли 20% своего веса и превратились в окатанную гальку; в дальнейшем темп абразии обломков снизился. Потеря веса галек диаметром 5 см за год составила: для известняка — 8%, песчаника — 5 и базальта — 1,6%. Почти полное отсутствие остатков фауны на некоторых галечно-гравийных пляжах Черного, Охотского и других морей А.А. Аксенов объясняет быстрым дроблением раковин в прибойной зоне и выносом мелкого детрита из этой зоны.
Медленнее истираются более мелкие — дресвяно-гравийные и песчаные зерна. Последние продолжают подвергаться абразии, хотя и не столь интенсивно, и за пределами пляжа, в процессе их поперечной и продольной миграции по подводному береговому склону. В целом здесь проявляется та же закономерность, что и в речном процессе: чем материал мельче, тем скорость его механической обработки ниже. Частицы мельче 0,1 мм практически не окатываются.
Уместно заметить, что зерна песчаной и алевритовой размерности истираются и сглаживаются в значительно большей степени в процессе их эоловой переработки, что имеет место на песчаных пляжах и побережьях.
Очень важным и крупным актом дифференциации терригенного материала в береговой зоне является почти полное отделение от него самых тонких мелкоалеврито-пелитовых фракций. Этот акт важен, во-первых, потому, что ведет к общему повышению в наносах содержания обломков различных минералов, в том числе полезных, и, во-вторых, потому, что позволяет полнее проявиться в отмученных остаточных наносах береговой зоны процессам естественного шлихования и сортировки.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

При поперечном перемещении наноса под воздействием волновых придонных колебаний воды осуществляются сортировка и дифференциация материала по крупности. По существу, выработка профиля равновесия и сводится к сортировке зерен и распределению их по профилю по убывающей крупности в соответствии с положением их нейтральных линий (см. рис. 122). Длительность, повторяемость процессов переотложения способствуют более совершенной гранулометрической сортировке и поперечной дифференциации материала. На поверхности пляжа крупность наносов уменьшается снизу вверх. На пляжах полного профиля наиболее крупные обломочные зерна накапливаются на гребне и внутреннем крутом его склоне. На прислоненных пляжах, по данным А.А. Аксенова, крупные обломки развиты на некоторой глубине, под слоем более тонкозернистых песков. На песчаных берегах, характеризующихся слегка выпуклым пологим подводным склоном, и пляж и подводный склон часто сложены относительно однородными песками. В этом случае дифференциация материала по крупности не происходит, зато осуществляется сортировка наносов, а также дифференциация материала по удельному весу.
Таким образом, характерной особенностью прибрежно-морских осадков является высокая степень сортированности и повышенная окатанность слагающих их обломков. Это относится как к галечно-гравийным накоплениям, так и к пескам (рис. 129). Последние обычно лучше сортированы, чем питающие их аллювиальные пески, и содержат значительно меньше мелкого алевропелитового материала.
Отмеченная поперечная зональность в распределении наносов в береговой зоне так же, как и их совершенная сортировка, является общей закономерностью, которая под влиянием ряда локальных факторов нередко нарушается. Среди разнообразных причин такого рода уже указывались действия приливно-отливных и других течений, влияние ракуши, повышенная илистость продуктов речного выноса ряда районов и др. К отклонению от вышеприведенной схемы приводят неровности первичной поверхности подводного склона, развитие в пределах подводного склона грубообломочных отложений и т. д. Существенно влияют на процессы дифференциации и сортировки материала в береговой зоне характер и количество поступающего сюда материала. Наиболее благоприятные условия для сортировки возникают в случае выноса песчано-алевритовых наносов равнинной рекой либо абразии отложений близкого состава (аллювиального, аллювиально-озерного и прибрежно-морского генезиса), т.е. при поступлении в береговую зону терригенного материала, уже частично расклассифицированного и отсортированного. При поступлении неотсортированного и особенно грубообломочного материала, а также при большой скорости его поступления волны часто не успевают обработать и распределить материал по приведенной схеме. Слабо сортированные песчано-илистые осадки нередко накапливаются в защищенных от волн бухтах.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

В качестве примера поперечной к береговой линии зональности приведем (табл. 56) гранулометрический состав прибрежных отложений некоторых участков Курильской гряды, слагающих разные элементы береговой зоны. Из таблицы видна зависимость крупности осадков от типа берега: более грубозернистые отложения развиты на абразионных и открытых океанических берегах и более мелкозернистые — на аккумулятивных участках и заливах. Пляжи в целом слагаются очень хорошо отсортированными слоистыми осадками, что хорошо видно при послойном их опробовании (табл. 57).
Одновременно с дифференциацией наносов по крупности в береговой зоне происходит их разделение по удельному весу (минералогическое). С мелководья на глубину сносятся не только более тонкие, но и не столь мелкие частицы, имеющие, однако, благодаря малому удельному весу или листоватой, чешуйчатой форме относительно низкую гидравлическую крупность и высокую подвижность. В результате осадки мелководья несколько обогащаются зернами, обладающими более высокой гидравлической крупностью и, в том числе, зернами более тяжелых минералов.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Такую минералогическую дифференциацию наблюдал у западного берега Каспийского моря Е.Н. Невесский, который указывал, что ряд минералов, обладающих высоким удельным весом и округлой формой (циркон, гранат, рутил и т. д.), «проявляет тенденцию скапливаться на малых глубинах — 2—4 м. Глубже 15—18 м их процент падает, но начинает повышаться процент более легких минералов, обладающих пластинчатой формой, таких как мусковит, серицит, хлорит, обломки глинистых сланцев». Турмалин и роговая обманка, занимающие по удельному весу и форме зерен промежуточное положение, в максимальных количествах накапливаются на глубинах 4—10 м (табл. 58).
Свидетельством в пользу подобной минералогической дифференциации служит замечание Ф. Шепарда о том, что в вершинах каньонов, располагающихся обычно в удалении от берега, на некоторой глубине нередко накапливаются наиболее «легкие» слюдисто-илистые осадки, которые затем в виде мутьевых потоков и оползней опускаются по каньонам на значительные глубины.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

По мнению исследователей, выносу из наиболее мелководной части подводного склона относительно легких минералов и накоплению относительно тяжелых благоприятствует то обстоятельство, что песок обычно перемещается не отдельными зернами, а целым слоем взвешенных и полувзвешенных частиц. Поскольку легче взвешиваются зерна относительно легких минералов, постольку они, подхваченные течением, быстрее выносятся из этой области, обогащая тем самым оставшиеся наносы тяжелыми минералами. Последние концентрируются в этом случае не на самой поверхности, а на некоторой глубине под слоем осадка.
По нашему мнению, очень большую роль в формировании скоплений тяжелых минералов в береговой зоне (на подводном склоне и особенно на пляже) играет природное «шлихование». Благодаря его действию с омываемой поверхности (дна и пляжа) могут смываться более крупные зерна легких минералов и концентрироваться имеющие ту же гидравлическую крупность, но более мелкие зерна тяжелых минералов.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

В пределах подводного берегового склона скопления тяжелых минералов песчаной и алевритовой размерности устанавливаются на гребнях и внешних скатах подводных валов, у подножия скалистого бенча, на гребнях донных знаков ряби (рис. 130). Как полагает Е.Н. Невесский, миграция подводных валов может привести к обогащению тяжелыми минералами более обширной зоны (см. рис. 130, б). По данным В.Л. Болдырева, при недосыщенном потоке концентрации тяжелых минералов образуются не только на гребнях валов, но и в ложбинах, где в этом случае наблюдается погрубение осадков. По данным А.П. Лисицына, на значительных площадях мелководья Берингова моря распространены крупные алевролиты, обогащенные тяжелыми породообразующими минералами.
Наиболее полно процессы минералогической сепарации проявляются на пляже. В результате действия прибойного потока здесь очень часто образуются налеты «естественного шлиха». Они отмечаются в верхней части зоны заплеска, на перегибе берегового вала, у подножия уступа размыва пляжа и берегового вала (см. рис. 130). При абразии рыхлых отложений обогащение песков тяжелыми минералами устанавливается у подножия клифов. Размер скоплений «естественного шлиха» обычно невелик: толщина их равна первым миллиметрам, площадь — первым метрам. Отмывка иногда происходит почти до образования мономинеральных концентратов. Так, например, Е.Н. Невесский в зоне заплеска Черноморского пляжа наблюдал пятна, которые имели зонарное строение: центральная часть пятен окрашена в черный цвет и сложена мелкими (0,1 мм) зернами магнетита с примесью граната: по краям их, имеющим зеленоватый цвет, развиты более крупные зерна (0,2 мм) эпидота, роговой обманки, силлиманита и др. Скопление тяжелых минералов может образоваться очень быстро, в результате действия одного шторма; столь же быстро оно может быть размыто.
Изучение изменений некоторых характеристик песков, проведенное А.А. Аксеновым и В.П. Петелиным по двум линиям закопуш, пройденных поперек пляжа, показало, что при общей гранулометрической однородности содержание тяжелой фракции в них возрастает снизу вверх по пляжу — особенно заметно в мелком классе (табл. 59).
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Рассматривая процессы дифференциации наносов в береговой зоне, нельзя не отметить, что в ней выделяется область, включающая песчаные побережья и пляж, где на деятельность волн и течения накладывается работа ветра. В зависимости от направления и характера ветра он может усилить дифференциацию и сортировку наносов либо, напротив, снивелировать их.
Очевидно, что, поскольку поперечная миграция наносов в чистом виде проявляется очень редко, рассмотренные выше процессы гранулометрической и минералогической дифференциации и сортировки терригенного материала в береговой зоне протекают на фоне продольного вдольберегового перемещения наносов. Причем, как указывают Е.Н. Heвесский и другие исследователи, само продольное перемещение должно усиливать минералогическую сепарацию, поскольку тяжелые минералы в своем движении отстают от легких. В результате оптимальные условия для накопления тяжелых и, в том числе, полезных минералов в узких наиболее благоприятных зонах могут возникнуть не на участке поступления обломочного материала, а на каком-то расстоянии от него.
Минералогическая сепарация в процессе продольного перемещения наносов, при которой происходит концентрация тяжелых минералов, усиливается в случае развития недонасыщенных потоков наносов, т. е. на участках размыва аккумулятивных форм (рис. 131). Такие участки нередко приурочиваются к средним частям кос. Концентрация тяжелых минералов устанавливается также вблизи устьев рек, в средних частях дуг аккумулятивного бухтового берега, наиболее подверженных действию волн разного направления, а также на концевых участках кос, где происходит усиленный вынос на глубину более легких минералов (рис. 132). Здесь часто происходит не просто накопление тяжелых минералов, а концентрация наиболее тяжелых из них, таких как ильменит, магнетит, циркон, что свидетельствует о большой глубине процесса. Следует еще раз подчеркнуть, что во всех случаях максимальные содержания тяжелых минералов приурочены, как правило, к мелкозернистым осадкам, сложенным зернами размером 0,05—0,25 мм, т. е. к крупным алевритам и мелким пескам.
Динамика абразионно-аккумулятивных процессов в береговой зоне

Если же рассматривать продольные перемещения песков в чистом виде, то, вероятно, следует согласиться с мнением А.А. Аксенова, что на относительно выравненных берегах при вдольбереговом перемещении наносов происходит интеграция их состава и формирование относительно однородной массы наносов. В подтверждение указывается пример аккумулятивного берега Восточной Австралии, где на значительном протяжении пески характеризуются однообразным минералогическим составом и близким содержанием в них тяжелых минералов, несмотря на множественность источников поступления обломочного материала.
Говоря о процессах дифференциации обломочного материала в прибрежной зоне, приводящих к возникновению россыпей, следует подчеркнуть еще одно обстоятельство. Наши тезисы (и примеры) касаются главным образом случая, когда в прибрежную зону попадает материал, уже частично переработанный предшествующими аллювиальными процессами. В составе его основная масса обломков и в том числе тяжелых минералов имеют близкую и относительно невысокую гидравлическую крупность. Наиболее тяжелые и, следовательно, наименее подвижные обломки обычно остаются в областях денудации, образуя пластовые аллювиальные россыпи. Это самый распространенный и естественный случай. Возможен, однако, и другой вариант, когда прибрежной переработке подвергается совершенно не дифференцированный и не сортированный материал, в составе которого могут присутствовать обломки тяжелых минералов, довольно резко отличающиеся от основной массы по гидравлической крупности и подвижности (например, относительно крупное золото). В данном примере эти обломки при движении наносов могут проникать в основание слоя и там, на границе с консолидированными породами, образовывать повышенные остаточные концентрации. Относительно крупные концентрации подобного типа могут возникнуть на участке сравнительно интенсивного размыва слабо сцементированных «продуктивных» пород (деллювия, выветрелых рудных зон, ледниковых образований). По мнению Дж. Meро и ряда других исследователей, проникновению тяжелых минералов вниз по вертикали способствует пульсация наносов, обусловленная повышением и понижением давления воды на дно при прохождении гребня и ложбины волны.
Отметим, что прибрежные процессы отличают следующие особенности.
1. Прибрежные осадки часто представляют собой своего рода конечные продукты осадочной дифференциации материала, обогащенные наиболее устойчивыми в условиях выветривания и переноса минеральными компонентами.
2. Длительная повторяемость одних и тех же процессов перемещения и пере-отложения материала, совершающихся в одной и той же обстановке приблизительно в одном и том же ритме и режиме. Это обусловливает весьма совершенную дифференциацию обломочного материала по крупности, удельному весу и формам частиц, отличающим морские отложения от обломочных пород другого генезиса.
3. Максимальная концентрация тяжелых обломочных компонентов происходит в сравнительно узкой полосе береговой зоны, непосредственно примыкающей к урезу воды.
Таким образом, образованию концентраций тяжелых минералов наиболее благоприятствуют относительно стабильные берега, на которых перемыв рыхлых наносов длительное время протекает примерно в близких режимах. Менее значимы абразионные берега, где рыхлые наносы развиты слабо, а также аккумулятивные — с повышенной скоростью накопления наносов.