4. Перенос в водоемах

Хотя водоемы в основном приемники осадочного материала, кото­рый, отложившись, большей частью успокаивается окончательно, тем не менее и в их пределах осуществляется перенос и нередко на бблыпие расстояния, нежели перемещают даже самые длинные реки.

Как и в реках, перенос в морях и озерах осуществляется волочением, во взвесях и в растворенном состоянии. Основные агенты переноса — волнение и течения. Гравитационный перенос рассмотрен выше, а пере­нос организмами в морях в основном подчиняется волнению и течениям (Айзатуллин и др., 1979; Биология океана, 1977; Богоров, 1974; Кан, 1982; Ионин и др., 1971; Континентальные ..., 1981; Лидер, 1986; Лито- динамика ..., 1976; Перемещение..., 1965; Росс, 1981; Слевич, 1977).

1. Волнение охватывает всю акваторию океанов, морей, озер и других водоемов, поэтому оно переносит взвешенный и растворенный материал по всей их площади (Гидродинамика ..., 1983, 1986; Зенкович, 1962; Кеннет, 1987; Кинг, 1963; Лебедев и др., 1974; Лонгинов, 1973). Но волнение распространяется не на всю глубину бассейнов, а только на верхнюю небольшую зону. Глубина, на которую распространяется вол­нение, называется базисом действия волн, или волновой базой. Она располагается от поверхности на расстояние, равное длине возникающей волны, в свою очередь определяющейся размером водоема. В самых крупных из них — океанах — длина волны практически не бывает боль­ше 400м (только при самых сильных и постоянных ветрах). Максималь­ная высота волн — 13-15 м. Эти волны проникают на глубину до 400 м, где частицы колеблются с амплитудой всего 25 мм. Практически лишь шельф подвержен взмучиванию осадков, и то только в сильные шторма и ураганы. Во внутренних морях размеры волн в 2-4 раза меньше. В Се­верном море высота волн до 8-9 м, длина до 125 м, в Черном и Каспий­ском морях высота волн до 6—7 м и длина до 80-100 м, в Балтийском — соответственно 5 и 70 м, Азовском — 1-1,3 и 10-14 м, на Балхаше —

1. 9-20 м. Теоретически Азовское море, глубина которого 14 м, взмучи­вается до дна. Но практически это случается только при очень сильных штормах. Обычные волны не доходят до дна, и в придонной воде возни­кают заморы рыб (зимой и летом), свидетельствующие о бескислород­ных, или эвксинных, условиях.

Волнение — колебательные движения воды, при которых ее частицы испытывают круговые или эллипсоидальные движения, оставаясь как бы на месте, над одной и той же точкой дна (Зенкович, 1962; Логвиненко, 1980; и др.). Орбиты колебаний уменьшаются ко дну, постепенно зату­хая у волновой базы. Но чаще всего с волнением связано и поступатель­

ное перемещение воды и взвесей, хотя и колебательного характера. Воз­никают волновые сгонные и нагонные, дрейфовые течения у берегов. Если волнение, как и порождающий его ветер, в общем случае косо под­ходят к берегу, то его сила разлагается по правилу параллелограмма на две составляющие (рис. 3.6, а): направленную нормально к берегу и на­правленную вдоль берега. Первая генерирует нагон — прибой, вторая — вдольбереговое течение. Каждая из них формирует свой генетический тип отложений — прибойные и отложения вдольберегового потока. Прибойные состоят из подводных валов (2-3, реже 4-5, единично — до 10) и бара — крайнего к берегу, вершиной, или гребнем, уже вышедшего из-под воды, отделяющего лагуну от моря и постепенно наступающего на нее и формирующего пляж (рис. 3.6, б,в,г). Последний нередко состо­ит из десятков причлененных валов, каждый со своей сложной текстурой (см. рис. 3.6, в). Высота валов достигает 1-1,5 м, а высота бара 5-10 м, когда он уже причленился к пляжу. Поперечный профиль валов и бара асимметричный. Мористый склон положе (не круче 20°, обычно 5-10°) и длиннее обращенного к суше, крутизна которого достигает 40°. Мори­стый склон формируется прибойным потоком, набегающая сила которо­го на аккумулятивном берегу превосходит силу оттока (энергия тратит­ся на трение, просачивание воды в песок и т.д.). Поэтому при бесчислен­ных пульсациях набега и оттока на пляж, к урезу воды и выше выносят­ся с глубины все более крупные и тяжелые зерна и образуются россыпи тяжелых и рудных минералов с удельными весами свыше 4: магнетита, ильменита, рутила, циркона, а также касситерита и др. Тонкий, пелито- вый и алевритовый и часто тонко-мелкопесчаный материал отмучивает­ся и сбрасывается на глубины, ниже базиса действия волн. На прибой­ном откосе, таким образом, происходит естественное шлихование зерни­стого материала, аналогичное промыванию шлиха в лотках старателями и геологами. Для сравнения: у крутых, абрадируемых берегов при боль­шой глубине у уреза энергия отходящей волны больше наступающей, и поэтому весь, даже весьма грубый материал сбрасывается на большие глубины. Обычно эти берега развиваются на выступающих мысах, на ко­торых у уреза воды аккумуляция, таким образом, запрещена.

Антимористый, или континентальный, склон бара образуется при за- плесках воды через вал, который при этом наращивается косыми слой­ками к суше, нередко даже наступая, или проградируя, на тонкие лагун­ные осадки (см. рис. 3.6, в,г). Без всякого размыва чистым наслоением нередко возникает резкое литологическое несогласие. Например, на ла­гунной стороне крупного (длиной 6 км) валунно-галечного бара Посоль­ского сора на восточном берегу Байкала (южный сектор дельты Селенги) часто галечники ложатся на тонкие пески или илистые осадки. Песча­ные бары всегда в той или иной мере перевеваются ветром и на них фор­мируются эоловые дюны, поднимающие бар еще выше. Они имеют свою косо- и волнистослоистую текстуру, часто несогласную с прибойной.

Подводные валы, повторяя в смягченной форме первый вал, или бар, формируются в зонах забурунивания. Волны, образующиеся в открытом океане при длительном действии ветра, достигают большой длины (в сотни метров) и высоты, и поэтому, подходя к шельфу, они начинают “доставать” дно, на котором приведенные в колебательно-поступатель- 164

Рис. 3.6. Перенос твердого материала в береговой зоне моря:

а~д — перенос прибойным потоком: а — схема разложения силы, подходящей под непрямым углом волны к берегу (двойная стрелка) по правилу параллелограмма на прибойную (1) и вдольбереговую (2) составляющие; б — схема аккумулятивного берега с лагуной (/), баром (2), первым (3), вторым (4) и третьим (5) подводными валами; в — пляж, созданный пятью причлененными друг к другу прибойными ва­лами (2) с косой слоистостью прибойного откоса, косыми сериями заплесков прибоя (3) во время сильных штормов, часто погребающих под собой лагунные (/) отложе­ния (4 — прибрежные дюны с клиновидными косыми сериями); г — схема основ­ных типов внутренней текстуры простого бара: 1 — пологая крупная косая слоистость приооиного откоса, 2 — крутые серии крупной косой слоистости, обра­щенной к берегу и образованной штормовыми прибоями, когда волны перекрывают поверхность бара; (3 и 4 — лагуна забаровая и лагунные илистые отложения; 5 — эоловые дюны; б — субгоризонтальная, косоволнистая и волнистая слоистость вод­ных и ветровых движении песков на баре); д — зигзагообразный путь перемещения галек, гравия и песчаных зерен вдоль берега силой прибоя, скошенного по отноше­нию к берегу; е — кбсовый северный берег Азовского моря: стрелка показывает пре­обладающее направление ветровых течений с северо-востока на юго-запад; штриховка — размываемый коренной берег — клифы О и 10 — изобаты, м; 1-4 — основные косы северного береш: 1 — Кривая, 2 — Белосарайская, 3 — Бердянская и 4

• Обиточная); ж — преимущественно однонаправленная косая слоистость, отвечаю­щая косовым и подводно-флювиальным отложениям азовского типа; з — нормальная к берегу коса, образованная примерно равными по силе и частоте в течение года вдольбереговыми потоками вещества и разнонаправленная косая слоистость при- брежно-флювиальных песков

ное движение частицы воды тормозятся, а поверхностные слои воды, об­гоняя более глубокие, забуруниваются. Там, где происходит первое ло­мание волны, образуется наиболее глубокий и дальний от берега вал — тонкопесчано-алевритовый. После первого торможения более короткие и менее высокие волны с уменьшенной энергией продолжают двигаться к берегу и снова ломаются на той глубине, которая равна их уменьшенной высоте: накапливается второй вал, более грубый и четче выраженный. Так же образуется еще ближе к берегу третий вал и т.д. Расстояния меж­ду валами сокращаются, впадины между ними выражаются четче, в них накапливаются тонкие пески или илистые осадки. На валах осадки всег­да грубее, и чем ближе к берегу, тем больше пески обогащаются тяжелы­ми минералами, сначала роговыми обманками, пироксенами, потом все более тяжелыми, и максимума содержания тяжелые минералы, как уже говорилось, достигают в первом от берега вале — баре. К тому же их удельный вес наибольший, а форма наиболее изометричная.

При нормальном подходе ветра и волны к берегу вся их энергия рас­ходуется на прибойный поток. К берегу нагоняются большие массы во­ды, которые в тех или иных местах прорываются обратно в море в виде так называемых разрывных течений (рис.3.7), которые в течение ко­роткого отрезка времени сбрасывают в более глубокие части моря (на глубину в первые десятки метров) разнозернистый осадочный материал, отдаленно напоминающий турбидитовый.

Вдольбереговая составляющая волнового нагона воды по величине

в

Рис. 3.7. Схема разрывных течений (по Ф.Дж.

Шепарду, 1951):

I — прибрежная циркуляция; II — общее течение; а — вдольбереговое течение; б — зона бурунов; в и г — зо­ны питания (за счет вдольберегового потока наносов) раз­рывных течений; д — разрывные течения (до 4 км/ч) ши­риной 15-35 м, а в головной части до 350 м и удалением от берега до 0,8 км

арьирует от ну­левой до почти 100%-й части энер­гии волн, если ве­тер строго направ­лен вдоль берега. В действительности практически даже в этом случае из-за торможения на мелководье возни­кает прибойный на­гон. При косом подходе волн к бе­регу выдерживается правило пропорци­онального увеличе­ния каждой из со­ставляющих силы волнения: чем силь­нее прибой, тем с большей скоростью развивается вдольбе- реговое течение, осо­бенно над ближай­шим к берегу под­

водным валом. Иногда трудно устоять в этом течении, даже если вода по пояс. Это течение имеет водные “берега”, а по стрежню его переносится часто довольно крупный песок, образующий на дне крупную и грубую рябь — асимметричные поперечные валы, которые объясняют формиро­вание потоковой косой слоистости с мощностью косых серий до 0,5 м и, вероятно, больше (см. рис. 2.6, a-в). При перемене направления ветра развивается противоположное течение и в результате образуется разно­направленная вдольберешвая косая слоистость (см. рис. 2.6, з) мелко-, средне- или крупнозернистых средне- или хорошо сортированных обыч­но не очень хорошо отмытых от илистых фракций песков. На прибойном откосе также происходит продольное перемещение: оно идет зигзагами (см. рис. 3.6, д).

Аккумулятивными результатами вдольберегового перемещения материала являются косы и подводные валы, а также россыпи, усту­пающие, однако, в размерах и концентрации прибойным. Приберего- вые косы (см. рис. 3.6, е,з), как и прибойные бары, — самые замеча­тельные создания берегового транспорта песчаного и более крупного материала. Косы причленяются к берегу под углами 25-45°, но иног­да они перпендикулярны ему, когда оба направления вдольберегового перемещения материала равноценны по силе и продолжительности, или причленяются под малым углом. Тогда они близки к барам. В формировании кос участвует не только вдольбереговой транспорт ма­териала, но и прибойный поток, который, однако, остается, как пра­вило, подчиненным. Иногда же затруднительно определить, с косой или с баром приходится иметь дело; пример — Арабатская Стрелка на крымском побережье Азовского моря, обычно называемая косой, но в основном это бар. Размер ее больше 200 км. Почти 50 км достига­ют некоторые из кос северного берега Азовского моря: Обиточная (до 40 км), Бердянская (35 км), Белосарайская (32 км), Кривая (18 км) и др. Ширина кос — до первых километров, высота — первые метры, но накладывающиеся эоловые процессы “приподнимают” поверхность кос и усложняют ее рельеф и текстуру.

Гальки перемещаются в основном волочением и качением, а песча­ные частицы могут переноситься и во взвеси непосредственно ветровыми и волновыми течениями. Передвижение осуществляется как отдельны­ми зернами, так и сплошным слоем толщиной в десятки сантиметров, чему способствует проникновение в осадок волновых колебаний, особен­но сильных, как бы взвешивающих его. Наибольшее взмучивание дости­гается в зоне максимальной турбулентности, т.е. в зоне песчаных валов, которая и становится зоной наиболее интенсивного вдольберегового пе­ремещения наносов. На галечных пляжах максимальное перемещение осуществляется непосредственно на берегу, в зоне прибоя, и происходит по субпараболическим и зигзагообразным (вверх и вперед — вниз пря­мо, к урезу) траекториям. Скорость передвижения прямо пропорцио­нальна волнению в баллах и в бухтах Черного моря измеряется многими десятками метров за сутки, а на открытых берегах океанов — до 0,5-1,0 км/сут. Дальность переноса галек определяется отсутствием непреодо­лимых для галек участков — абрадируемых мысов или ловушек — кань­онов. Гальки карадагских лав встречаются за 120 км, у Алушты, кремне­вая галька из конкреций верхнего мела Бретани — за 500 км, на берегах Голландии.

Песчаные зерна перемещаются с большей скоростью и на ббльшие дистанции — до 2500 км, как это зафиксировано у восточных берегов Северной Америки (от Лабрадора до Флориды), отличающихся боль­шой «ыровненностью подводного склона (Зенкович, 1946, с. 201—202; 1962, с. 333). Наибольшие измеренные скорости перемещения песка во взвешенном состоянии вдоль берега 3 км/ч, что составляет 75% скорости одновременно действующего течения (Леонтьев, Никифо­ров, Сафьянов, 1975, с. 101). Наибольшие скорости передвижения пе­ска развиваются на гребнях песчаных валов: первом и втором (при более сильном волнении) от берега. По ним и переносится большая часть объема перемещаемого песка. Общий объем перемещаемого во взвеси песка через створ в 150 м при волнении в 4-5 баллов в районе Анапы достигает 2 тыс. м³. К этому надо добавить объем перемещае­мого непосредственно по дну песка. На песчаном берегу во время шторма во взвеси переносится до 60% наносов (там же, с. 108), а при умеренном волнении песок в основном переносится волочением, и максимум продольного расхода падает на пляж.

На побережьях открытого океана преобладают длиннопериодные волны (длиной волны до 300-400 м) и волны зыби. В придонном слое ма­териал осадков в основном перемещается нормально к берегу — круп­ный к урезу и меньшим глубинам, тонкий — вглубь. Во внутренних мо­рях господствуют короткопериодные ветровые волны. Поэтому здесь по­перечное и вдольбереговое перемещения материала в целом равновели­ки, но в конкретных обстановках и в морях может резко преобладать вдольбереговое перемещение, особенно при увеличении уклона (больше