海岸冲淤动态的理论分析:物质收支、剖面形态、岸线进退

海岸线动态经常被作为海岸冲淤的判据,然而,由于未能涵盖物质收支和海岸剖面形态的双重因素影响,此判据具有局限性。基于沉积物收支方程性质和海滩-潮滩剖面形态的理论分析,认为将物质收支与岸线进退速率或海岸剖面形态相结合,才能准确判别海岸冲淤状态。沉积物收支方程含有沉积体系规模、冲淤强度、系统生长极限等信息;海滩剖面形态决定于物质粒径、波能大小,波能耗散最小原理决定了海滩均衡剖面的存在性,而潮滩剖面形态决定于沉积物供给、粒径组成和潮汐动力。根据沉积物收支方程和海岸剖面理论,融合极端事件(风暴等)和海面变化因素,可获取砂质海岸(以海滩为代表)、泥质海岸(以潮滩为代表)各种侵蚀现象的发生机制、速率和时间尺度信息,海岸线变化速率从低(<100 m/a)到高(101~102m/a)有数量级的差异,冲淤过程的时间尺度包括10-2a(风暴事件)到103a(海面变化)的范围。根据沉积物收支和海岸线进退的不同组合,可将海滩、潮滩海岸冲淤动态分为4类,其中第一类为堆积海岸,其余三类为侵蚀海岸,与不同的地貌演化方向和时间尺度相联系。高强度、长时间持续侵蚀主要与物质供给中断和海面上升相关,同时也有人为因素影响。

环礁沉积体系的过程-产物关系:勘察式模拟初探

海洋沉积体系的定量模拟可分为仿真和勘察式模拟,后者的目标是建立沉积特征的连续谱、凝练新的科学问题。本文提出一个勘察式模拟的方法论框架,即根据控制方程确定自变量的定义域,进而由模拟计算给出应变量的值域,并结合物质收支平衡原理和“圆台状环礁”几何模型,以此方法预估环礁及其海底阶地物质输运和堆积格局。环礁是珊瑚礁的独特类型,其礁盘区提供了礁体生长和礁外坡、海底阶地堆积的几乎全部物源。结果表明,环礁自身生长受控于生物碎屑生产,而海底阶地的范围和沉积速率不仅决定于离礁悬沙通量,而且受到环礁外水深和海盆环流的制约。悬沙输运和重力流过程形成常态沉降和水下滑坡的交替沉积。此模型所预测的环礁沉积体系高程-面积曲线与南海环礁的实际曲线相对照,可获得环礁演化的机制信息。模拟结果还提示了需进一步研究的科学问题,如环礁生长规模及其控制机制、环礁沉积体系中周期性沉积的时间尺度、环礁外坡由于珊瑚生长自组织机制形成的重力流事件与地震等极端事件的对比和机制识别、环礁群的海底阶地沉积记录多样性、海面变化对环礁演化的影响和沉积记录、环礁人居环境安全等。

海滩也缺乏砂-砾过渡粒级的沉积物

沉积物的粒度是最重要的沉积物参数之一,在河床中,表层沉积物缺乏砂–砾过渡粒级(即1~10 mm)的沉积物,被称为Grain size gap,得到广泛关注。海滩沉积物是否也是如此,是一个基本而又未知的问题。本文分析了中外228处海滩共456个表层沉积物平均粒径数据,发现海滩大概率或是平均粒径几十毫米的砾石滩,或是平均粒径几百微米的砂滩,也缺乏砂–砾过渡粒级沉积物,其粒度范围是−3.5~−1ϕ(2~11 mm),这一结果和河床的情况基本相同。造成砂–砾过渡粒级缺乏的原因应从物源、颗粒磨损和分选以及广义的物质收支分析中去寻找。