Лекция 17. Геологическая деятельность моря

Известно, что поверхность земного шара составляет 510 млн. км², из них около 361 млн. км², или 70,8%, занимают океаны и моря, а 149 млн. км², или 29,2% — суша. Таким образом, площадь, занятая океанами и морями, почти в 2,5 раза превышает площадь суши.

В океанах и морях сосредоточен огромный объем вод, который ориентировочно оценивается в 1370 323 000 км³. Эти массы воды, находись в непрерывном движении, постоянно взаимодействуют с окружающей сушей, разрушают горные породы, слагающие берега и дно мелкоморья, перемещают и истирают продукты разрушения и откладывают их в виде осадков. Моря являются средой обитания разнообразных животных и растений и приемником всего обломочного и растворенного материала, приносимого с суши реками, ветром, ледниками.

Работа моря представляет собой сложный комплекс взаимодействующих процессов — разрушение горных пород, перенос (разнос) поступающего в водоемы обломочного и растворенного материала и накопление, или аккумуляция, осадков. Особенно большое значение имеет аккумуляция осадков.

За многие сотни миллионов лет геологической истории Земли поверхность суши неоднократно покрывалась морскими водами, в которых происходило накопление осадков. В результате образовались мощные толщи таких осадочных горных пород, слагающих верхнюю часть земной коры, как глины, песчаники, известняки, мергели и др. Площади суши, занятые осадочными горными породами, составляют около 75% всей поверхности континентов (среди них около 50% заняты глинами, около 30% песчаными и около 20% — карбонатными породами). Они вместе с заключенными в них органическими остатками являются теми основными историческими документами, по которым читается летопись земной корн, восстанавливаются древние физико-географические условия и картина развития органического мира. Кроме того с осадочными горными породами связаны такие важнейшие полезные ископаемые как газ, нефть, железные и марганцевые руды, фосфориты и т.д.

Разрушительная работа моря связана с движениями морской воды. Наибольшее значение имеют волны, в меньшей степени — приливы и отливы. В периоды сильных штормов возникают огромные волны, которые, следуя друг за другом, с большой силой обрушиваются на берега и интенсивно разрушают их. Суша отступает под натиском моря, как бы срезается им.

В. П. Зенкович, известный советский исследователь морфологии и динамики морских берегов, выделяет два типа последних, отличающихся друг от друга своим развитием: приглубый берег, близ которого дно моря имеет крутой уклон и преобладающая часть обломочного материала уносится на подводный склон; отмелый берег с пологим откосом и движением большей части обломочного материала в сторону берега.

Развитие приглубых берегов. Наибольшая разрушительная деятельность моря проявляется у крутых приглубых берегов. Штормовые волны ударяют с большой силой о крутой берег, образуя всплески, поднимающие воду на десятки метров вверх. Известны случаи, когда в некоторых местах океанских побережий выбросы воды были высотой до 50—60 м. Сила удара штормовых морских волн может достигать значительных величин. Измерения, произведенные на Атлантическом побережье, дали такие цифры: у берегов Америки — до 30 т/м², у западных и северных берегов Шотландии — до 38 т/м². В морях России сильный прибой наблюдается на побережье Черного моря, особенно у кавказских берегов, где часты большие штормы, приходящие с запада. Штормовые волны интенсивно разрушают горные породы и способны перемещать крупные глыбы. Так, в заливе Вика в Шотландии, на берегу Северного моря во время сильного шторма была передвинута на расстояние свыше 10 м каменная глыба весом 1370 т; в Поти в 1890 г. были сброшены в море два тяжелых массива волноломов, каждый из которых весил по 40 т.

Разрушение берегов морем производится в результате: 1) гидравлического удара самой воды; 2) ударов многочисленными обломками горных пород, захватываемыми сильными волнами; 3) химического действия воды.

Как уже было сказано, разрушительная работа моря называется абразией. Гидравлический удар морокой волны в периоды штормов достигает наибольшей силы в оснований крутого скалистого берега. Особенно быстро разрушаются трещиноватые горные породы. Вода при шторме проникает во все трещины, расширяет их, сжимает воздух, заключенный внутри породы. При отступании волны сжатый воздух быстро расширяется, почти с силой взрыва, и производит дополнительные разрушения на участках, прилежащих к трещинам и расселинам. При благоприятных условиях сжатый водой воздух находит выход по узким трещинам, из которых выдуваются все мелкоземистые частицы. Иногда вместе с воздухом по таким трещинам выбивается и вода. На массивных и гладких породах действие волн сказывается меньше. Более быстрое разрушение производится при наличии неровностей и выступов в берегах, которые расшатываются и постепенно уничтожаются взбросами волн.

Разрушительное действие волн во много раз усиливается при наличии в воде обломков горных пород. Прибойные волны захватывают камни, гальку и с силой ударяют ими о скалы, раздробляя последние.

Совместные удары волн и обломков о берег приводят к тому, что на поверхности скального берегового обрыва в оснований склона образуется выемка. В дальнейшем процессе разрушения здесь усиливается как вследствие локализации ударов волн, так и вследствие увеличения количества обломочного материала, бомбардирующего берег. В конце концов в оснований склона образуется так называемая волно-прибойная ниша, над которой горные породы нависают в виде карниза. Периодически действующие сильные прибойные волны постепенно увеличивают нишу до тех пор, пока нависшие над ней породы не потеряют равновесия и не обрушатся. После обрушения берег вновь представляет собой отвесный обрыв. Этот обрыв, созданный морем, называется клиффом

В дальнейшем этот процесс повторяется (вновь вырабатывается волноприбойная ниша и т. д.). При неоднородных по составу и плотности породах получается многоэтажная ниша.

Таким образом береговой обрыв постепенно отступает в сторону суши, оставляя за собой слабо наклонную к морю подводную абразионную террас у.

Между подводной террасой и береговым обрывом возникает узкая полоса, покрытая гравием, галькой и более крупными обломками горных пород, называемая пляжем. В ходе развития берега он изменяется и расширяется. Во время приливов и штормов покрывается водой.

Химическое воздействие морокой воды сказывается лишь там, где берега сложены такими легкорастворимыми породами, как известняк, доломит и др. Морская вода, содержащая СО₂ и различные соли, при соприкосновении с такими породами растворяет их. В результате в нижних частях береговых обрывов образуются небольшие карстовые пещеры, борозды и т.,п., а в более высоких частях склона, куда вода попадает в виде брызг, поверхность известняка покрывается мелкими кавернами.

Абразионная терраса может состоять целиком из скалистых горных пород, но местами.покрывается тонким слоем продуктов разрушения. Этот обломочный материал, непрерывно перемещаясь волнами, производит коррадирующее воздействие на поверхность абразионной террасы и понижает ее. Иногда обломки горных пород получают вращательное движение и выдалбливают на вертикальном обрыве, а также и на прибрежной наклонной поверхности террасы, котлы, ямы и другие формы, напоминающие исполинские котлы, образованные водопадами. В них часто скапливаются валуны и гальки,.производящие сверлящую работу. Такие котлы наблюдались В. П. Зенковичем на Мурманском побережье, А. И. Дзенс-Литовским на известняковых берегах Тарханкутского полуострова.

Обломки горных пород, находясь все время в движений, изнашиваются, дробятся, истираются и окатываются, постепенно превращаясь в гальку, песок, а иногда и более мелкие частицы. Именно непрерывным движением и трением достигается известная всем хорошая окатанность и форма морских галек.

При подходящих условиях часть обломочного материала уносится за пределы абразионной террасы и откладывается в виде постепенно растущей подводной осыпи. Это уже начало образования подводной аккумулятивной террасы, пологая поверхность которой является продолжением абразионной террасы.

Процесс срезания берега происходит не бесконечно, со временем вследствие увеличения ширины мелкоморья (абразионной и аккумулятивной террас) энергия волн, подходящих к подножию отступившего берегового обрыва, понижается. Она расходуется на преодоление трения, на перемещение и переработку обломочного материала и т. п. Наконец может наступить такой момент, когда морские волны, пробегая по широкой зоне мелкоморья, теряют почти всю свою энергию и, подходя к берегу, уже не способны производить ощутимую разрушительную работу. Новое оживление абразионной работы моря в береговой зоне может наступить при понижений поверхности абразионной и аккумулятивной подводных террас вследствие колебательных движений земной корн. В случае же медленных тектонических поднятий, часть абразионной террасы может выйти из-под уровня моря. Так, например, у скалистых берегов западной и северо-западной Норвегии часть подводной абразионной террасы находится сейчас выше уровня моря, что связано с поднятиями, которые испытал этот район в послеледниковое время.

Быстрота разрушения берегов и скорость их отступания не одинаковы в различных районах и зависят от ряда факторов. Местами клиффы отступают со скоростью нескольких десятков сантиметров в год. Наибольшая скорость наблюдается на берегах океанов, где на отдельных участках ежегодное срезание суши достигает 1,5—3,0 м. Особенно легко разрушаются и отступают берега, сложенные рыхлыми породами — ледниковыми моренами и др. Примером тому является Йоркширский берег в Англии, где за последнее столетие скорость отступания местами равнялась 1,5—1,8 м/год.

Действие приливов и отливов. В разрушении берегов приливо-отливные движения имеют гораздо меньшее значение. Они в большей степени производит размыв дна моря, чем разрушение берега. Достаточно мощные приливные волны способны передвигать обломочный материал и переносить его к берегу или вдоль него. Размывающая сила вод отливов меньше, в результате чего галька и песок остаются в прибрежной зоне и только тонкий материал уносится обратно. Несколько иная картина наблюдается в проливах, уз­ких заливах и в устьях рек, где приливо-отливные движения достигают максимальной силы и скорости. Так, например, в Бристольскомзаливе у юго-западных берегов Англии приливы достигают высоты 12,6 м и дают начало течению, обладающему скоростью около 16 км/час.

В России особенно велики приливы в Пенжинской губе (Охотское море), где они достигают 11 м высоты. В этих случаях, когда приливная волна, находись в узких проливах и каналах, вызывает течение значительной скорости, она разрушает как берега, так и дно. По-видимому, именно этим обстоятельством можно объяснить отсутствие или относительно небольшое количество обломочного материала на дне узких проливов, сложенных преимущественно твердыми скальными породами.

Развитие отмелых берегов. Плоские и отмелые берега развиваются иначе, чем приглубые. Как уже было сказано, волны по мере выхода на малые глубины изменяют свою форму, увеличивают крутизну и асимметрию. При значительной крутизне переднего склона гребень волны опрокидывается (на глубинах близких к высоте волны, иногда и больших) и образуются волны перемещения, или «переносные волны», направленные к берегу. С таким массовым перемещением воды связано и перемещение продуктов абразии. При малых углах наклона отмелого берега продукты разрушения уже в самом начале начнут собираться у уреза води, образуя пляж. Дальнейшее развитие этого процесса приводит, к образованию широкой полосы наносов — надводной террасы. В этих условиях даже сильные волны не будут достигать подножья обрыва при данном уровне моря, а вместо абразии будет происходить аккумуляция.

Таким образом, берега, подвергающиеся интенсивному разрушению (абразии), называются абразионными, а берега, у которых происходит накопление (аккумуляция) обломочного материала, — аккумулятивными. Для образования аккумулятивных берегов наиболее благоприятны такие условия, когда море обрабатывает плоскую поверхность дна, сложенную или покрытую рыхлым подвижным материалом. Широкое распространение аккумулятивные берега имеют близ устьев рек, выносящих в море большое количество обломочного материала.

Конфигурация морских.приглубых берегов в значительной степени зависит от положения их по отношению к основным структурным элементам суши. Так, если морской бассейн располагается в пределах складчатой области, то возможны несколько типов берегов.

1. Продольный берег, совпадающий с направлением (простиранием) складчатости, отличается относительной прямолинейностью и слабым расчленением в связи с тем, что процесс абразии протекает в более или менее однородных условиях.

2. Поперечный берег, пересекающий основные структуры вкрест простирания (поперек), характеризуется обычно значительной изрезанностью вследствие того, что абразия происходит в различных горных породах. При этом прочные породы остаются в виде отдельных выступов, мысов, скал, а более податливые малоустойчивые породы интенсивно абрадируютея морем и на их месте возникают бухты. Образуется зубчатый берег.

3. Диагональный берег пересекает направление основных структур под некоторым углом В зависимости от величины угла пересечения диагональный берег будет характеризоваться различной степенью расчленения.

Глубокое расчленение берега бывает также связано с разрывными нарушениями, наличием многочисленных сбросов и других форм. Вместе с тем в случае совпадения берегового обрыва с плоскостью сброса и значительной прочностью пород наблюдаются в таких областях и участки ровного берега (Мурманский берег восточнее Кольского залива, сложенный массивными гранитами).

Волновые движения в морях распространяются до различных глубин. В тех местах, где волны достигают дна моря и ток воды обладает достаточной скоростью, частицы обломочного материала (наносы), лежащие на нем, приводятся в движение. При малых скоростях частицы перемещаются путем перекатывания по дну, при больших — могут переходить во взвешенное состояние, а при средних — то перекатываются по дну, то переносятся во взвешенном состоянии в придонных слоях воды.

В. П. Зенкович, рассматривая перемещение наносов морскими волнами на пологом дне моря, покрытом слоем песка с галькой и валунами, так характеризует этот процесс: «На поверхности моря появляются волны, и вода у дна начинает совершать возвратно-поступательное движение. При этом на относительно большой глубине вместе с водой начинают колебаться песчинки, а галька и валуны лежат неподвижно, так как сила придонных течений еще недостаточна, чтобы сдвинуть их с места. Колебания воды к берегу и обратно на большой глубине почти одинаковы по скорости и длительности. Песчинки испытывают влияние силы тяжести — она тормозит их движение вверх по откосу и ускоряет движение вниз. В результате песчинки будут сползать все ниже и ниже, пока не дойдут до глубокого места, где волны уже не в силах их шевелить. На меньших глубинах картина движения будет иной, так как волновые колебания уже не симметричны и более сильны. Песок здесь взмучен, короткие и быстрые токи воды, направленные к берегу, захватывают с собой гальку и катят ее вверх по склону. Обратный ток воды несколько замедлен. Несмотря на «помощь» силы тяжести, он не может возвратить гальку на старое место и она застревает на полдороге. В результате таких колебаний галька перемещается к берегу. На еще меньших глубинах, где придонное течение сильнее, приходят в движение и валуны. Они так же, как и галька, продвигаются к берегу.

В результате такого поперечного (по отношению к береговой линии) перемещения наносов в зоне прибоя у самого берега формируется мощный береговой вал. Таким способом, постепенно преобразуется поверхность дна, пока не достигает для данных условий профиля равновесия, при котором обломочный материал хотя и испытывает движение, но перестает перемещаться к берегу или в глубь моря. Изменение условий, например опускание земной корн, нарушает равновесие, и вновь начинается процесс перемещения и сортировки обломочного материала до выработки нового профиля.

Изложенная схема поперечного перемещения наносов основывается на допущений, что волны подходят к берегу перпендикулярно, но чаще они направляются к нему под некоторым углом. В этом случае волна прибойного потока и увлекаемый ею обломочный материал будут очерчивать правильные изгибающиеся вперед кривые. При этом как очерчиваемые кривые, так и перенос обломочных частиц (наносов) будут различными в зависимости от угла подхода волн к берегу. При перпендикулярном подходе волн, несмотря на значительную энергию их, вдоль берегового перемещения наносов не происходит. Наибольшее перемещение наносов вдоль берега будет в том случае, когда угол между фронтом волны и линией берега станет близок к 45°. При более остром угле волны у берега будут небольшими вследствие потери энергии при прохождении над мелководьем. Если волной подхватываются различные по размерам частицы, то перемещение каждой из них будет неодинаково. По мере потери силы волной, движущейся по пляжу, в первую очередь останавливается наиболее крупный валун, затем на некотором расстоянии галька, и только песчинка проходит с волной весь путь. При обратном отходе волны валун и галька перемещаются вниз по самому крутому склону пляжа, пока не подхватятся следующей волной, повторяющей то же движение. Аналогичный процесс протекает и на подводном береговом склоне, но значительно медленнее. В результате непрерывно повторяющегося процесса происходит перемещение наносов вдоль берега.

Перемещение обломочного материала в море происходит как в продольном, так и в поперечном направлениях. С этим связано образование ряда береговых аккумулятивных форм, остановимся на формах, в появлении которых наибольшее значение имеет продольное перемещение. Представим себе неровный изрезанный берег. Угол между фронтом волны и берегом в одной его части близок к 45°, в другой — после излома — значительно меньше. Известно, что наибольшая скорость перемещения обломочного материала достигается, когда угол становится близким к 45°. В связи с этим при переходе насыщенного потока от участка АБ к участку БВ скорость перемещения падает. Сначала часть наносов огибает выступ, но затем основная масса их откладывается у излома берега и выдвигается в море, сохраняя направление последнего (отрезок АБ). Идущий в этом направлений процесс ведет к дальнейшему наращиванию гряды и она все больше и больше выдвигается в море, достигай иногда значительных глубин — до нескольких десятков метров, а местами до 100 м. Такая форма называется косой. Иногда наблюдаются крючковидные косы, завернутые своими верхними концами к суше, что, по-видимому, связано с воздействием волн, перпендикулярных к берегу. Длина кос иногда достигает значительных величин. Так, например, Аграханская коса в Каспийском море имеет длину 45 км, а коса Тендера на Черном море — более 90 км.

Иногда коса достигает противоположного берегового выступа залива и тогда превращается в замыкающую аккумулятивную форму — пересыпь. Местами в заливах наблюдаются две косы, идущие навстречу друг Другу, отходящие от обоих мысов залива. Сливаясь, они также образуют пересыпь. Косы и пересыпи иногда частично или полностью отчленяют участки моря. Местами косы и пересыпи в той или иной степени отделяют затопленные водами моря расширенные устья рек, превращая их в заливы, которые называют лиманами.

Наиболее крупными аккумулятивными формами являются так называемые бары, представляющие длинные полосы морских песчано-гравийно-галечных (местами ракушечных или песчано-ракушечных) наносов, поднятые над уровнем моря и протягивающиеся на некотором расстоянии от берега, параллельно его основному направлению. Они иногда достигают нескольких сотен километров длины, до 20—30 км ширины и нескольких десятков метров высоты. Бары часто отделяют обширные участки моря от основного водоема. Эта отчлененная мелководная часть моря называется лагуной. Последняя может быть образована и пересыпью. Наличие баров и лагун придает специфические черты морским берегам, вследствие чего при их классификации особо выделяют лагунный тип.

Ярким примером крупного бара является Арбатская Стрелка, отделяющая Сивашскую лагуну от Азовского моря и протягивающаяся на 200 км. Она сложена преимущественно ракушей и ее обломками.