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海岸地貌之拉霍亚(La Jolla)

已有 2536 次阅读 2019-2-2 16:39 |系统分类:海外观察

La Jolla位于太平洋东岸,美国加州最南端圣地亚哥市的北部,是著名的海岸旅游胜地。她以沙滩和悬崖海岸地貌及阳光、海浪、日落等景致而闻名,同时也是观赏海狮、海豹等野生海洋动物的最佳地点。这里气候宜人,日均气温为21.4摄氏度,水质清澈,所以也是冲浪和潜水爱好者的天堂。著名的Scripps海洋研究所及UCSD就坐落在La Jolla海岸边。

La Jolla一名是西班牙殖民者根据当地印第安人对该地的称呼“mat kulaaxuuy”翻译而来,意为“多洞之地”,可能与La Jolla海岸悬崖区发育大量的海蚀洞穴有关【1】。La Jolla在西班牙语中还有“宝石”的意思,因此La Jolla 又被称为“宝石城”,这里是有名的富人聚集区,据说房价为全美之冠。

La Jolla海岸带总体是一个南北走向并向东凹入的海湾,中间的凹入部分为沙滩,属于堆积性海岸地貌;北部和南部主要为悬崖海岸,总体属于侵蚀性岩石海岸地貌(图1)。因此,La Jolla是一个集海滩(堆积海岸)与悬崖(岩石海岸)地貌于一体的海岸带。

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图1 La Jolla海岸带全景(站在La Jolla海岸带南部朝北拍摄,近处为南部悬崖区,远处为北部悬崖区,中间海边一片红色屋顶建筑处为沙滩区)

无论堆积海岸,还是侵蚀海岸,其成因都和波浪息息相关。所以先介绍一点波浪方面的知识。

波浪是海水最常见的一种运动形式,主要由风掠过海面时的摩擦力生成,也可以由潮汐及海底滑坡、地震或火山等因素而引起。风生波浪的效力取决于风的速度、持续时间及风的吹程(风吹过的海面范围)。风速越高、持续时间越长、吹程越大,波浪的波高也会越大。平常海浪的波高(H)一般不超过4m,波长(L)为数十米。开阔大洋的浪高可达10m以上,有记载的最大波浪出现在1933年的北太平洋,浪高达34m。

波浪发生时,波形沿海面向岸传播,但海水质点基本上在原地作上下环形震荡运动(图2)。由于风的能量传递给表层海水,所以海水质点运动环的直径随深度增加逐渐减小。波浪运动影响的水深范围约为其波长的一半。当海水深度小于L/2时,波浪才能作用于海底,使海底沉积物发生有效搬运。该深度称为波浪基准面(wave base),简称波基面或浪基面。

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图2 海水的波浪运动。当波浪到达海岸带时,海水质点的圆形运动轨迹逐渐变为椭圆形(图中用红色表示),波长缩短,波浪变陡,直至最终破碎,形成激浪(引自文献2)

波基面以上受波浪作用影响的浅水区和海岸带,称为滨岸。正常情况下,波基面的深度为20-30m。但波长达数百米的特大波浪(如太平洋波浪的波长可达600m)能够影响水深300m以内的海底。 

波浪向岸传播至滨岸带时,受海底摩擦的影响,水质点的环形运动轨迹将发生变形而呈椭圆状,波浪的速度(=波长L/周期P)也会逐渐降低。由于波浪的周期保持不变,故波长会逐渐减小,而波高H则逐渐增大,波形渐渐变得不对称起来,波峰的前翼变陡并向岸倾斜甚至倒转,直至最终破碎,称为“破浪”(breakers)。破碎后的波浪呈湍急的片流涌向岸边,称为“激浪(或冲浪)”(surf)。

图3为 La Jolla的波浪照片,远处的波峰局部开始破碎形成破浪(波峰白色部分),近处白色水沫区为激浪带。欣赏海浪的时间以涨潮特别是高潮位时最佳,La Jolla海岸带大致在上午11点钟左右。

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图3 La Jolla的破浪和激浪

La Jolla的海滩为砂质海滩,其地势比较平坦,微微向西侧的太平洋倾斜。

海滩是波浪携带的砂质沉积物沿海岸线堆积的结果,是一种典型的波浪成因的海岸堆积地貌。海滩由浅至深可以大致划分为三个带,依次为后滨(backshore)、前滨(foreshore)和近滨带(nearshore)。

后滨带位于正常波浪所能达到的海岸区的极限(平均高潮线)以上,平常暴露在海面之上,仅特大波浪来袭时才能被海水淹没,其靠陆地一侧多为海岸悬崖、沼泽或沙丘带。

前滨位于破浪开始出现的深度(平均低潮线)与平均高潮线之间,相当于激浪带,在激浪涌向海岸时被淹没,在海水退去时露出海面。随激浪涌向岸边的水流称为冲流,当冲流能量消散后会在自身重力作用下顺海滩表面退回至海中,称作回流,所以前滨带受到冲流和回流的反复冲刷作用,故又称为冲洗带(swash zone)。由于冲流和回流的能量很高,所以前滨部分的海滩表面一般都很平坦,难有沙丘形成。

近滨带位于平均低潮线与波基面之间,波浪作用于海床可以形成多条海底沙丘。

由于近滨带常年淹没于水下,故平常观光我们只能看到海滩的前滨和后滨部分。

图4 为La Jolla海滩,照片所及主要为前滨带,包括远处白色的水沫区及近处相对潮湿的沙滩部分。照片最下方接近后滨带。

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图4 La Jolla海滩,主要为前滨带。远处高楼所在区域为La Jolla南部悬崖海岸,留意红色屋顶等三幢建筑下面的海岸悬崖上发育有多个海蚀洞穴(黑色阴影部分)

La Jolla海岸带的南部和北部主要为侵蚀性悬崖海岸。这里发育了大量的与波浪侵蚀作用有关的海蚀地貌,包括海蚀崖、海蚀台、海蚀洞穴、海蚀沟谷、海蚀桥及海蚀柱等。这些海蚀地貌的形成与激浪拍打岩石海岸(拍岸浪)所产生的机械冲刷和磨蚀有关。

拍岸浪对海岸岩石所施加的瞬间机械冲击力可达每平方米数千千克,容易导致岩石破成碎块。此外,激浪还可以裹挟砂子和砾石并将其猛烈地抛出、击打海岸,导致海岸岩石遭受进一步的磨蚀。久而久之,海岸悬崖的根部常年被海浪击打部位会侵蚀出一个凹槽,称为海蚀凹槽(notch)。随着海蚀凹槽逐渐加深,上部岩石在重力作用下坍塌,形成陡峭的海岸,称为海蚀崖(wave cut cliff)(图5)。随着海蚀崖不断后退,在激浪带(或潮间带)逐渐形成一个向海缓倾的平台,称为海蚀台或波切台(wave cut platform)。当海岸带相对抬升时,先前的海蚀台会高出海面一定高程,成为海蚀阶地(图6a),它们是古海平面位置的重要证据。

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图5 海蚀崖的形成过程示意图(引自文献2)

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图6 海岸侵蚀地貌。(a)海蚀阶地(先前的海蚀崖);(b)海蚀洞穴、海蚀桥及海蚀(引自文献2)

此外,沿海岸岩石的裂隙或其他软弱部位(如泥岩等软岩层),海蚀过程往往进展得更快速,从而形成各种形态的海蚀洞穴(sea cave)或海蚀沟谷(sea gully)。相邻海蚀沟谷之间往往成为突出的伸向海中的岬角海岸,发育于其两侧的海蚀洞穴在波浪作用下,有时会相互贯通而形成壮观的海蚀拱门或海蚀桥(sea arch);当拱桥塌陷后,残留于海中与岸分离的部分岩石形成矗立于海面之上的石柱或石凳,称为海蚀柱(sea stack)(图6b)。

图7为La Jolla南部基岩海岸带的一处海蚀崖,上面栖满了海鸟。

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图7 La Jolla海岸带南部的海蚀崖

图8-10为海蚀台。其中,图8的海蚀台边缘还有拍岸浪过后涌上海蚀台的海水在重力作用下向海回流形成的小型“瀑布群”,景象颇为壮观;图9和图10的海蚀台上栖息有多只海狮;图10左下角最高处为一海蚀阶地(先前老的海蚀台)。

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图8 海蚀台,留意海蚀台边缘回流形成的“瀑布群”

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图9 海蚀台,其上栖息有多只海狮,远处一个大的波浪即将破碎

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图10 海蚀台,左下角最高处为海蚀阶地,上面有海狮活动,远处波浪开始破碎

图11 和12为海蚀桥。图11海蚀桥的右侧见有至少2个海蚀洞穴;图12的左侧为一个规模较大的海蚀沟谷。

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图11 海蚀桥,其右侧发育2-3个海蚀洞穴

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图12 海蚀桥,左侧为一大型海蚀沟谷

图13为两个与海岸分离的海蚀柱。

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图13 海蚀柱

图14和15为两个海蚀沟谷。图15的海蚀沟谷规模较大,图16中的海蚀沟谷尚处于雏形期。

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图14 大型海蚀沟谷

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图15 海蚀台中部一条海蚀冲沟已现雏形


后记:

【1】这是俺写的第一篇科普习作,花了一天时间恶补了当年的《普通地质学》知识。地学的实践性很强,感慨当年念书时无条件到海边实地考察,只能囫囵吞枣、一知半解、死记硬背了。

【2】俺想把这个“海岸地貌”写成一个系列,主要目的有二:一是想为那些喜欢到海边旅游的朋友提供些许帮助,让他们能够在欣赏美景的同时看出点美景背后的“道道”;二是想为那些大一学习《地球科学概论》课程却和我当年一样无条件去看海的学子提供一点实际的学习素材。

【3】这篇博文里面的波浪知识略显啰嗦,算是后面相关博文的一个铺垫。

【4】俺不是地貌学家,充其量只是一个地貌爱好者,因此博文里面谬误难免,欢迎批评指正!


参考文献

[1] La Jolla. https://en.wikipedia.org/wiki/La_Jolla

[2] Jain S., 2014. Fundamentals of physical geology. Springer.




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