Geografijos metraštis, Nr. 50, 2017
Rasa Janušaitė, Laurynas Jukna
Vilniaus universitetas, CHGF Geomokslų institutas / Vilnius University, CHGF Institute of Geosciences,
Įvadas
Sėkliai – išilgai kranto ištįsusių povandeninių smėlio gūbrių struktūros, formuojamos bangų bei priekrantės srovių ir atsirandančios atvirų ar pusiau uždarų jūrų, vandenynų ar didelių ežerų krantuose, kur yra pakankamai smėlio atsargų ir dominuoja bangų veikla (Brander 2004; Bird, 2008; Pape, Ruessink, 2008; Ruessink et al., 2013; Price et al., 2014). Tai vienas kaičiausių kranto zonos geomorfologinių elementų, turinčių didelę įtaką smėlio apykaitai tarp priekrantės bei paplūdimio zonų ir stipriai prisidedančių prie priekrantėspaplūdimio geosistemos dinamikos per medžiaginius bei energetinius sistemos srautus.
Audrų metu sėkliai silpnina procesų plūsmo zonoje intensyvumą, kas lemia mažesnę paplūdimio ir kopų ardą, taip pat mažina ekonominius nuostolius kranto zonoje (Price et al., 2014; Fernandez-Mora et al., 2015; Dubarbier et al., 2015). Šių darinių morfodinamika lemia bangų transformaciją ir išilginių bei atplaišinių srovių formavimąsi, turi įtakos nešmenų, maisto medžiagų, teršalų pasiskirstymui priekrantės zonoje (Elgar et al., 2001; De Schipper et al., 2014; Castelle et al., 2016).
Mokslinėje literatūroje priekrantės sėklių samprata pirmą kartą suformuluota dar 1845 m. E. de Beaumont’o darbe (Greenwood, Sherman, 1984). Plačiau šiais geomorfologiniais dariniais pradėta domėtis XX a. 5–6 dešimtmečiais pasirodžius Kingo, Wiliamso (1949), Shepardo (1950) darbams. Vėliau prasidėjusi intensyvi sėklių tyrimų plėtra išryškino dvi pagrindines jų kryptis – sėklių pusiausvyros, dinamikos ir raidos dėsningumų tyrimus. Bendrąja prasme sėklių dinaminės pusiausvyros tyrimai yra orientuoti į skirtingų sėklių tipų formavimąsi ir tam reikalingų hidrodinaminių sąlygų numatymą bei vertinimą (Shepard, 1950; Bowen, Inman, 1971; Greenwood, Davidson-Arnott, 1979; Bowen, 1980; Boczar-Karakiewicz, Davidson-Arnott, 1987; Sallenger, Howd, 1989), tuo tarpu sėklių raidos tyrimuose akcentuojami sėklių padėties kranto atžvilgiu ir morfologinės sąrangos ypatumai. Šiuose tyrimuose skiriami du sėklių raidos modelių tipai:
- sėklių padėties kaitos skersai kranto, nevertinant sėklių pokyčių išilgai kranto;
- sėklių formos ir padėties kaitos tiek skersai, tiek išilgai kranto.
Pirmuoju atveju analizuojamos sėklių migracijos įkrančiau ir įjūriau kranto linijos ypatybės, daug dėmesio skiriant šių procesų cikliškumui ir sezoniškumui (Larson, Kraus 1992; Ruessink, Kroon, 1994; Gallagher et al., 1998; Shand et al., 1999; Elgar et al., 2001; Kuriyama, 2002; Van Enckevort, Ruessink, 2003a; Hoefel, Elgar, 2003; Hsu et al., 2006; Marino-Tapia et al., 2007; Ruessink et al., 2009; Walstra et al., 2012; Fernandez-Mora, 2015; Kim et al., 2017). Antruoju – kuriami morfodinaminiai kranto zonos modeliai, išskiriant jos būsenas, apibūdinančias kranto raidos seką, siejamą su konkrečiomis bangavimo sąlygomis (Short, 1979; Wright, Short, 1984; Lippmann, Holman, 1990; Aagaard, 1991; Short, 1992; Short, Aagaard, 1993; Masselink, Short, 1993). Pastaraisiais metais neretai nutolstama nuo šių tyrimų krypčių, o dėmesys koncentruojamas į sėklių morfologijos ir hidrodinaminių procesų sąveiką (Smit et al., 2010; Smit et al., 2012; Cohn et al., 2014), sėklių morfologinį „poravimąsi“ (Castelle et al., 2010; Van de Lageweg et al., 2013; Price et al., 2014).
Lietuvos Baltijos jūros kranto zonos tyrimai apima keletą krypčių: kranto linijos trumpalaikės ir ilgalaikės dinamikos (Žilinskas, 2005; Jarmalavičius ir kt., 2011; Bagdanavičūtė ir kt., 2012; Jarmalavičius ir kt., 2014) analizę ir erozinių bei akumuliacinių procesų modeliavimą (Mėžinė ir kt., 2013), visos kranto zonos morfologinių ir morfometrinių ypatybių, priklausomai nuo vyraujančio nešmenų pernašos proceso
(Žaromskis, Gulbinskas, 2010), ar jų tarpusavio priklausomybės (Jarmalavičius, 2012) vertinimą ir priekrantės zonos reljefo bei jai būdingų procesų nagrinėjimą. Pastarieji tyrimai dažniausiai aprėpia priekrantės ir jai būdingų reljefo formų (sėklių ir tarpsėklių) morfometrinių parametrų analizę (Žaromskis, 1974; Kirklys, 1974; Žaromskis, 2004) ar jų tarpusavio ryšio vertinimą (Žilinskas, Jarmalavičius, 2007). Yra bandymų analizuoti ir morfodinaminius procesus povandeniniame šlaite (Gelumbauskaitė, 2003). Vis dėlto
dažniausiai minėtuose darbuose priekrantės sėkliai analizuojami tik kaip vienas iš kranto zonos elementų, detalesnės Lietuvos pajūrio sėklių struktūros (ypač tipologinės) ir dinamikos analizės darbų trūksta.
Iš esmės tiek pasaulio, tiek Lietuvos moksliniai tyrimai rodo, kad sėklių buvimas kompleksiškos priekrantės morfodinaminės sistemos, kurioje tarp nešmenų, hidrodinaminių procesų ir besiformuojančių morfologinių elementų egzistuoja sudėtingi grįžtamieji ryšiai, dalimi (Plant et al., 2001) ir sėklių lauko matavimo duomenų trūkumas, sąlygotas sudėtingo bei brangaus tokių duomenų rinkimo, lemia tai, jog procesai, veikiantys sėklių genezę ir dinamiką bei sėklių įvairovę, jų morfologinę struktūrą, iki šiol
nėra visiškai ištirti (Di Leonardo, Ruggiero, 2015). Todėl šio darbo tikslas: bendrąja prasme – prisidėti prie Lietuvos teritorijos priekrantės sėklių tyrimų, siaurąja prasme – įvertinti ir išnagrinėti Kuršių nerijos Baltijos jūros priekrantės sėklių morfometrinę bei tipologinę struktūrą, kas sudarytų prielaidas tolesniems priekrantės hidrodinaminių ir morfodinaminių procesų tyrimams.
Abstract
Nearshore bars can be described as sedimentary elongate underwater sand ridges shaped by waves and nearshore currents along wave-dominated coasts of open or semi-enclosed seas, oceans and large lakes with sufficient sand budget (Brander 2004; Bird, 2008; Pape, Ruessink, 2008; Ruessink et al., 2013; Price et al., 2014). Sandbar importance in processes of nearshore morphodynamic system has attracted nearshore researchers to carry out intensive field and laboratory studies of these morphological features since the middle of 20th century. Despite considerable efforts in this study field, processes controlling bar formation as well as their spatial variability are not completely understood, and universal classification of distinctive bar types remain a challenge for nearshore geomorphologists.
The lack of nearshore bar investigation is also notable in Lithuanian field of coastal science since no detailed and continuous research on nearshore bars of Lithuanian Baltic sea coast has been fulfilled, previous investigations are mostly fragmented. For this reason, the main goal of this article is to broaden this field of study by evaluating morphological and typological structure of nearshore bars in the Baltic sea coast of Curonian Spit.
In order to create methodological guidelines for a study of Curonian Spit sandbars, a review of existing bar generation hypotheses and classification of nearshore bars was presented. To explain bar generation, three groups of hyphotheses have been introduced, all including mechanisms of convergence of sediment. These mechanisms combine break-point hyphothesis, which explain bar generation through onshore and offshore directed sediment flows, converged somewhere around break-point of waves, infragravity wave hyphothesis which relates bar formation with long low frequency standing waves, causing convergent pattern of drift velocities, and self-organization hyphothesis, explaining bar generation through interaction of nonlinear feedbacks between sea bottom morphology and hydrodynamic processes. Various morphological studies of nearshore bars revealed four main types of these geomorphological structures based on two criteria: their orientation and plan view shape. On the first classification level, longshore bars, which are shore-parallel, are distinguished from tranverse bars, which have oblique orientation. On the second level, longshore bars might be classified into two-dimensional longshore bars with no longshore variability (straight) and threedimensional or crescentic bars which are longshore variable (non-straight), whereas transverse bars might be divided into short, wide crested shore-attached bars, related to previous existance of crescentic bar, and long, narrow crested transverse finger bars.
Concerning evaluation of morphological features of Curonian Spit nearshore bars, morphometric and typological structure of these underwater sand ridges was analysed. As a result of morphometric analysis, morphological bar regionalization was introduced. It was found that the nearshore of Baltic sea coast in the Curonian Spit is composed of six distinct bar sectors characterized by different bar zone width, number and size of bars. The nearshore of northern part of Curonian Spit is represented by narrow bar zone with 390 – 480 m average bar zone width in the first three bar sectors, variable number of bars and quite small bars, while the southern part of Curonian Spit is characterized by wider bar zone (470 – 610 m wide on average in the last three bar sectors), relatively smaller and more stable number of bars (mostly 3) and larger bars, especially large-sized outer bar with wide and deep trough which reaches up to 8.5 m depth.
Based on previously presented classification of nearshore bars, bar types in the Curonian Spit were distinguished and their spatial variability was analysed. Two-dimensional longshore, threedimensional
longshore and shore-attached (transverse) bars appeared in the nearshore of Curonian Spit which is characterized by a multiple bar system with 2 – 7 bars. Three-dimensional longshore and shore-attached bars in the Curonian Spit are outlined by irregular, non-rhytmic structure with variously sized horns and irregular shapes. The outer bar is usually two-dimensional longshore (straight) with slightly undulating structure in the first bar sector. The second most seaward positioned bar is also two-dimensional longshore, except the northern part of the Curonian Spit and some short segments more south, where its type changes to three-dimensional with 70 – 450 m distance between consecutive horns. The inner bars normally are three-dimensional longshore with 50 – 450 m distance between horns or shore-attached with 40 – 350 m distance separating their obliquely orientated crests.