МОРСКОЙ БЕРЕГ

РАБОТА ВОЛН НА МОРСКОМ ДНЕ

Редположим, что во время шторма вы опустились на дно моря в водолазном аппарате, как это и делают исследователи динамики морских берегов. По дну пере­катываются валуны и галька и бьют вас по ногам. Если вы не держитесь за трос, заранее укреплённый на дне, то даже самые тяжёлые свинцовые башмаки не помогут вам устоять на ногах на глубине б—8 метров: мощные токи воды, сопровождающие каждую волну, будут пере­вёртывать и волочить вас по дну то в сторону берега, то обратно.

Если дно песчаное, то на нём ничего нельзя разгля­деть, так как волна взмучивает песок и плотное песчаное облако носится вместе с токами воды.

Если же дно не покрыто наносами, вы увидите порос­шую водорослями и как будто изъеденную поверхность горных пород, выстилающих дно. Кругом торчат отдель­ные плиты и глыбы. Держаться здесь ещё труднее, чем на галечном дне. Если зазеваешься, то невидимая снизу волна может ударить о камень, проволочить по острым выступам глыб и порвать резиновый костюм. С громад­ной силой давит вода на каждый выступ породы, заби­рается в каждую трещину, в каждую ямку. Отдельные

Плиты и глыбы постепенно расшатываются и, наконец, обламываются. Тогда волна подхватывает обломки и на­чинает катать их по дну вперёд и назад. При каждом движении обломок ударяется о дно, раздробляется сам и дробит горную породу дна. Такой процесс идёт веками и приводит к тому, что поверхность дна вблизи берега по­степенно понижается.

Но почему не всегда обломки глыб остаются на дне, а куда-то уносятся? Почему дно вблизи берега во многих местах свободно от камней?

Мы уже знаем, как движутся частицы воды в морской волне на большой глубине.

Приближаясь к берегу, волна меняет характер своего движения. Внешняя форма волны меняется: её передний склон становится крутым, гребень укорачивается, а лож­бина удлиняется (рис. 6). Скорость движения волны ста-

Новится значительно меньше. Меняется и характер дви­жения частиц воды: они движутся уже не по окружности, а по эллипсу (см. рис. 6). Чем ближе ко дну, тем всё более вытянутыми становятся эти эллипсы, а у самого дна частицы совершают лишь возвратно-поступательное движение: они «снуют» вперёд и назад параллельно по­верхности дна. Эти-то движения и сбивают с ног водолаза. Если бы дно на мелководье было горизонтальным, то такая перестроенная волна могла бы итти к берегу доста­точно долго, почти не меняясь по высоте, длине и ско­рости. Но глубины у берега не бывают одинаковы: они возрастают в сторону моря, и дно всегда в той или иной степени наклонно. Поэтому перестройка волны продол­жается. Колебания частиц воды становятся неправиль­ными: в сторону берега вода идёт относительно короткое время, но с большей скоростью, а в сторону моря — более продолжительное время, но с меньшей скоростью. И это искажение ритма всё возрастает к зоне прибоя, где волна окончательно разрушается.

Теперь мы можем ответить на вопрос, почему морское дно вблизи берега во многих местах не покрыто облом­ками, а остаётся голым.

Вот на пологом откосе дна лежат ровным слоем валуны, галька и песок. 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 ещё не достаточна, 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 всё ниже и ниже по дну, 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 несимметричны и более сильны. Песок здесь взмучен. Короткие и быстрые токи воды, направленные к берегу, захватывают с собой гальку и катят её 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 ещё меньших глубинах, где придонные течения сильнее, приходят в движение и валуны. Они, так же как и галька, постепенно продвигаются к берегу.

Так совершается процесс поперечного (по отно­шению к береговой лин. ии) перемещения наносов мор­скими волнами на пологом дне (рис. 7).

Насколько мощны процессы, происходящие на дне моря, можно судить по таким примерам. В 1946 году автор был на Камчатке, на берегу Тихого океана. По­граничники показали ему тяжёлый морской бинокль, изъеденный морской водой и обросший ракушками. Этот бинокль они нашли однажды после шторма на берегу; он был выброшен волнами с судна, затонувшего на глу-

Бине 40 метров. И вот с этой глубины волны уже не раз выбрасывали на берег различные железные обломки, а год спустя на пляже оказался бинокль.

О придонном волнении необычайной силы говорит так­же следующий факт. В Японском море, на юг от Влади­востока, с одного судна упустили якорь весом почти 300 килограммов. На следующий год якорь был выброшен на берег.

Процесс поперечного перемещения наносов не может не привести к изменению уклона дна.

В зоне прибоя, у самого берега, а частично и на бе­регу, на пляже, волны нагромождают мощный вал из крупных наносов — валунов и гальки. До каких пор этот вал может расти? Чем круче становится откос вала, об­ращённый к морю, тем больше сила тяжести влияет на длину путей, проходимых валунами и галькой как в сто­рону берега, так и вниз по откосу. В процессе роста этого вала неизбежно наступает момент, когда галька, забро­шенная на крутой откос быстрым током воды, сползёт с него под влиянием медленного обратного тока и силы тя - жести на то же самое место, с которого её только что увлекла волна. Вал больше не растёт, так как у берега уже достигнуто равновесие: галька или валун, непрерывно двигаясь вверх и вниз, уже не перемещаются ни к берегу, ни в сторону моря.

Равновесие раньше всего достигается у самого берега, где движения волн наиболее интенсивны. Если наносами покрыто всё дно, то со временем равновесие установится на всём подводном береговом склоне, то-есть на полосе дна, испытывающей воздействие волн. Волны выбросят с ближайших участков склона к берегу все крупные наносы — гальку и валуны. Далее, вниз по склону, дно может оказаться обнажённым — галька и валуны ушли вверх, а песок смыт вниз. За зоной коренных пород, на ещё большей глубине, мы снова встретим дно, покрытое галькой и валунами. Здесь почти угасшие волны не в силах сдвинуть с места крупные наносы, а песок они уже унесли в глубь моря, создав мощный песчаный слой там, где волны только начинают свою работу по пере­стройке дна. Этим песчаным слоем и кончается подводный береговой склон.

Когда при данной силе волн наносы перестают пере­мещаться к берегу или в глубь моря, хотя и продолжают оставаться в движении, учёные говорят, что на подводном склоне уже выработан профиль равновесия. Про­цесс, в результате которого создаётся профиль равнове­сия, был показан на рисунке 7. В этом частном случае мы представили первичную породу дна в виде легко раз­мываемой смеси из песка, гальки и валунов (такой со­став имеют, например, древние ледниковые отложения на берегах Белого и Балтийского морей). Мы видим, что на­носы распределяются по склону законохмерно: у берега — самые крупные, а затем — всё более и более мелкие. На­клон дна самый большой у берега, а затем дно стано­вится всё более отлогим.

На подводном береговом склоне не всегда можно найти и валуны, и гальку, и песок. Иногда дно у берега сложено только песком, иногда — только галькой или только валунами. В таких случаях и профиль равновесия будет иным. Угол наклона дна зависит и от глубины, и от размеров частиц наносов. Чем крупнее нанос и меньше глубина* тем круче дно.

У самой линии берега валунный нанос даёт углы до 45°, галечный 20—30°, а песчаный—не более 10°. На глубине 5 метров валуны дают откосы не более 12—15°, галька 5—7°, а песок — едва заметные глазу уклоны в 1—2°.

Насколько быстро устанавливается равновесие?

В одном месте Закавказской железной дороги, где она идёт над самым морем, в воду прямо с платформ был ссыпан балласт, состоящий из валунов, щебня и песка. Образовался высокий крутой откос. На другой день на­чался шторм. В течение одних суток волны подмыли эту громадную кучу балласта и уложили материал по дну моря на расстояние в 60 метров от берега, строго рассор­тировав камни по крупности. После этого камни продол­жали перекатываться волнами по дну, но откос почти перестал размываться дальше. Так быстро идёт процесс на малых глубинах.

А как на больших глубинах?

В северо-западном Черноморье, где ещё около 2000 лет назад суша интенсивно погружалась в море, в отдалённых от берега частях дна равновесие не установилось до сих пор. Там на глубинах до 20 метров из песка образовались широкие подводные валы. Как и у дюн в пустыне, склоны у этих валов неодинаковы: крутой склон всегда обращён к берегу, а пологий — в сторону моря. Подобно дюнам в пустыне валы медленно перемещаются к берегу, восста­навливая профиль равновесия, который был здесь 2000 лет назад.

На рисунке 8 изображены профили дна Чёрного моря ка участках, сложенных различными наносами. Песчаное дно наиболее отлого. Десятиметровая глубина отстоит от берега на расстоянии в 1 километр и больше; в 100 мет­рах от берега глубины иногда не превышают 2—3 метров.

Совсем другой характер имеет дно, сложенное галь­кой. Ступив 2—3 шага от берега, можно оказаться с го­ловой в воде. На расстоянии 100 метров глубины превы­шают 10—12 метров, и дно здесь не увидишь даже с лодки.

Чисто песчаное или чисто галечное дно встречается редко. Чаще всего дно бывает галечным у берега, а затем переходит в песчаное, с ничтожными уклонами.

Скобками А на рисунке 8 обозначены участки пере­гиба склона. В этих местах движение наносов под дейст­вием волн прекращается. Даже в сильные штормы песок перестаёт перемещаться на глубине 23—27 метров, а галь­ка—на глубине около 12—15 метров.

На галечном дне перегиб склона выражен очень резко. У окончания подводного склона галька просто свали­вается вниз по крутому откосу, и водолазу кажется, что он стоит на краю глубокой пропасти. На песчаном дне та­ких откосов не бывает, так как волны выравнивают дно.

Уклоны профиля равновесия зависят также и от величины волн, преобладающих в данном море. Небольшие короткие волны Азовского моря создают наиболее крутой профиль равновесия, кончаю­щийся на глубинах всего в 3—4 метра. Зато на южном берегу Камчатки, граничащем с Тихим океаном, большие длинные волны вырабатывают отлогий профиль при том же составе наносов (песок) и основание такого профиля лежит на глубинах около 200 метров.

Профили, показанные на рисунке 8, образовались при действии крупных волн Чёрного моря длиной 70—90 мет­ров и высотой 6 метров.

Но сила волн постоянно меняется и в одном и том же море. Поэтому на дне моря непрерывно происходят не­значительные перестройки профиля, вернее — его колеба­ния вокруг средних уклонов, определяемых средней силой волн. При подобных перестройках иногда можно видеть, как в одном и том же месте дна галька перемещается в одну сторону, а песок — в другую. Наносы как бы сорти­руются волной.

В одной бухте был произведён такой опыт. Смесь песка, гравия и гальки была окрашена красной анилино - бой краской. Во время зыби исследователь в водолазном костюме опустился со шлюпки на дно и рассыпал эту смесь полосой, параллельной берегу, на глубине 5 метров, между двумя белыми камнями, им же положенными для ориентировки. Потом, через определённые короткие про­межутки времени, водолаз наполнял банку движущимися наносами на разных расстояниях от этой полосы в сто­рону берега и в сторону моря, а затем исследовал их.

Оказалось, что крупный гравий и мелкая галька ушли из полосы только в сторону берега, мелкий окрашенный пе­сок — только в сторону моря, а частицы крупного песка и мелкого гравия вели себя совершенно безразлично: они были обнаружены и между белыми камнями и по обе сто­роны от полосы. Эти частицы по своим размерам оказа­лись такими же, как и частицы наноса, находившиеся в равновесии на этом участке дна.

До сих пор мы говорили об изменениях на дне, сло­женном песком, галькой и валунами. Несколько по-иному идут процессы в тех местах, где дном являются коренные

Породы: гранит, известняк и другие. Здесь всего важнее их уклон.

Если берег приглубый, то-есть если уклон дна круче, чем профиль равновесия, то все обломки разрушающихся пород будут увлекаться волнами вниз, к основанию под­водного берегового склона (рис. 9, А). Подножье берега будет почти всегда обнажено и открыто для волновых атак. Здесь могут удержаться только крупные глыбы, ко­торые едва сдвигаются с места волнами. Такой берег волны будут разрушать.

Если же дно более пологое, чем профиль равновесия (рис. 9, Б), то основная масса наносов будет прижата к берегу. Здесь волны быстро создадут широкий пляж, защищающий берег, а со временем на берегу может на­расти широкая полоса наносов — терраса, так что даже сильные волны никогда уже не будут достигать под­ножья обрыва при данном уровне моря. Такой берег бу­дет аккумулятивным.