Characteristics and formation of coastal landforms

欢迎来到海岸环境！(9696 高级自然地理学选修)

你好！你即将深入探索地理学中最具活力、最令人兴奋的主题之一：海岸环境。
海岸不断受到强大的自然力量塑造，这使其成为自然地理学绝佳的“天然实验室”。

如果有些术语看起来比较专业，请不必担心。我们将逐步剖析波浪、侵蚀、搬运和沉积的过程。读完这些笔记后，你将完全理解海岸线为何呈现出现在的模样——无论是被高耸的悬崖所主导，还是平坦的沙滩所覆盖！

第 8.1 节：海岸过程——动力机制

1. 波浪的产生与特征

波浪是导致海岸变化的主要动力。要了解海岸，我们首先需要了解拍打它的波浪。

决定波浪能量的关键因素：

• 风程（Fetch）： 指风在水面上吹过且未受阻挡的距离。
  

  类比： 想象一下对着一杯茶吹气。如果你吹的距离很长（风程长），就会产生巨大的涟漪（高能量）。如果你只吹了很短的距离（风程短），涟漪就很小（低能量）。

• 风速： 风速越快，产生的波浪越大、能量越强。
• 持续时间： 风吹拂的时间长度。

波浪分类：高能波 vs. 低能波

波浪是根据其行为进行分类的，具体取决于冲流（Swash，涌向海滩的水流）与回流（Backwash，流回海滩的水流）之间的关系。

A. 高能（破坏性）波：

• 由远处的风暴和长风程产生。
• 特征是高频率（每分钟浪数多）和陡峭的波形。
• 回流强于冲流（回流 > 冲流）。
• 结果：它们将物质从海滩带走，导致侵蚀。
• 观察特征：陡峭的海滩剖面和鹅卵石/砾石。

B. 低能（建设性）波：

• 由局部风和短风程产生。
• 特征是低频率和平缓、破碎的波形。
• 冲流强于回流（冲流 > 回流）。
• 结果：它们将物质推上海滩，导致沉积和海滩堆积。
• 观察特征：平缓的海滩剖面和细沙。

波浪折射

折射意味着弯曲。当波浪接近形状不规则的海岸线（例如海湾旁有岬角）时，其速度会不均匀地减慢。

过程：

1. 波浪向海岸推进。
2. 由于与海底的摩擦，离岸最近的部分（例如靠近岬角的地方）先减速。
3. 位于深水区的部分（例如靠近海湾的地方）继续保持原有速度。
4. 这导致波浪弯曲并将能量集中在岬角上，同时在海湾处分散能量并减弱其强度。

影响： 波浪折射解释了为什么岬角通常受到剧烈侵蚀，而海湾则积累沉积物并受到保护。

2. 海洋侵蚀过程

海洋侵蚀是指海洋对岩石/沉积物的破碎和搬运。主要有五种类型：

• 1. 液压作用（Hydraulic Action）：
  

  这是水本身的巨大力量。当波浪撞击悬崖时，水的力量压缩了裂缝和节理中的空气。当波浪退去时，被困的空气爆炸式膨胀，削弱并扩大了裂缝。这就像一个微型气动钻！

• 2. 空蚀作用（Cavitation）：
  

  液压作用的一种特定且强力的形式，通常局限于极高能区域。当狭窄空间（如波蚀凹槽）内快速流动的水产生微小的气泡，随后剧烈崩溃/内爆时，会产生巨大的冲击波侵蚀岩石。

• 3. 磨蚀作用（Corrasion/Abrasion）：
  

  这就是“砂纸效应”。 波浪卷起的松散物质（鹅卵石、沙子）被投掷向悬崖面，将其磨损。这是风暴期间最有效的侵蚀形式。

• 4. 溶蚀作用（Solution）：
  

  这是化学侵蚀。水溶解可溶性岩石，尤其是石灰岩（易受雨水/海水中微弱碳酸的影响）。物质以溶液形式被带走。

• 5. 磨损作用（Attrition）：
  

  此过程影响的是负载（沉积物）本身，而不是悬崖。波浪携带的岩石碎片相互碰撞，随着时间的推移变得更小、更光滑、更圆润。（类比：就像岩石在巨大的洗衣机里翻滚，直到变成光滑的鹅卵石。）

应对复杂性：'SACCHA' 助记法

为了记住五种主要的侵蚀过程，请记住首字母缩写 SACCHA：
Solution（溶蚀）、Attrition（磨损）、Corrasion/Abrasion（磨蚀）、Cavitation（空蚀）、Hydraulic Action（液压作用）。

3. 亚航空蚀过程：波浪之上的运作

海洋侵蚀仅限于前滨。然而，海岸也受到来自上方的过程的攻击，这些被称为亚航空蚀过程（Sub-aerial processes）。它们削弱了悬崖，使其更容易受到海洋攻击。

• 风化作用： 岩石的原地破碎。
  • 物理（机械）风化： 例如，冰劈作用（水在裂缝中结冰，体积膨胀9%，将岩石撑开）或盐结晶作用（盐分干燥后结晶并膨胀，对多孔岩石施加压力）。
  • 化学风化： 例如，碳酸化作用（酸雨与石灰岩发生反应）。
• 块体运动： 在重力作用下物质向下的移动。
  • 这包括崩塌（Rock falls）等快速事件（常见于陡峭、有节理的悬崖），以及滑动（Slides）或塌落（Slumps）等较缓慢的运动（常见于粘土等松散物质，特别是在被水饱和时）。

关键结论： 海洋过程攻击悬崖底部（凹槽），而亚航空蚀过程削弱悬崖面和顶部。两者共同作用导致海岸后退。

4. 海洋搬运与沉积

沉积物单元（Sediment Cells）

海岸通常被视为一个沉积物单元系统。

• 沉积物单元主要是一个封闭系统（意味着沉积物通常不会与相邻单元交换）。
• 每个单元包含源头（沉积物来源——如河口、被侵蚀的悬崖）、传输（沿岸漂移）和汇（沉积物堆积处——如三角洲、深水区）。
• 例子： 在英格兰和威尔士，海岸线被划分为11个主要沉积物单元，帮助海岸管理者了解应将管理重点放在何处。

沿岸漂移（Longshore Drift, LSD）

这是沿海岸移动沉积物的主要机制。

LSD 分步说明：

1. 波浪以角度（由盛行风驱动）接近海岸。
2. 冲流以该角度将沉积物带上海滩。
3. 回流受重力影响，将水和沉积物垂直于海岸线直线拉回海滩。
4. 这产生了一种连续的锯齿状运动，将物质沿盛行风的方向搬运。

负载搬运机制

就像在河流（河流地貌学）中一样，海岸沉积物以四种方式移动：

• 滚动（Traction）： 大鹅卵石/巨石沿海底滚动。
• 跃移（Saltation）： 中等物质（沙子/砾石）沿海底弹跳。
• 悬移（Suspension）： 细小物质（粉砂/粘土）悬浮在水柱中。
• 溶液（Solution）： 溶解的化学物质随水流移动（不可见的负载）。

沉积： 当波浪和海流的能量下降时发生（例如在避风的海湾、河口，或高能破坏性波浪转变为低能建设性波浪时）。

第 8.2 节：海岸地貌的特征与形成

1. 侵蚀地貌：悬崖与平台

侵蚀地貌在高能海岸线（如英国大西洋沿岸部分地区）占主导地位。

悬崖与波蚀平台（Wave-Cut Platforms）

这些特征的创造是一个连续的循环：

1. 海水攻击悬崖底部（主要通过液压作用和磨蚀）。
2. 在高潮水位线处形成一个被称为波蚀凹槽（Wave-cut notch）的空洞。
3. 随着凹槽加深，其上方的物质失去支撑并坍塌（通常由风化和块体运动等亚航空蚀过程辅助）。
4. 坍塌的物质被波浪搬走，悬崖后退。
5. 在低潮时，悬崖底部露出一片坡度平缓的岩石表面，这就是波蚀平台。
6. 平台的宽度有限（通常只有几百米），因为当它变得更宽时，波浪在经过它时会损失能量，最终减少对悬崖底部的侵蚀。

海蚀洞、海拱、海蚀柱和海蚀墩（CASS）

这些特征通常形成于岬角（由于折射，波浪能量在此集中）。

CASS 形成分步说明：

1. 裂缝/节理： 波浪利用岩石中的结构弱点（断层或节理）。
2. 海蚀洞（Caves）： 侵蚀（液压作用和磨蚀）将裂缝扩大成海蚀洞。
3. 海拱（Arch）： 如果海蚀洞贯穿岬角，或者两个背靠背的海蚀洞被侵蚀，就会形成天然的海拱。
4. 海蚀柱（Stack）： 持续的风化和侵蚀攻击海拱的顶部，导致其坍塌。这留下了一个孤立的岩石柱，即海蚀柱。（例子：英国的老哈利岩）。
5. 海蚀墩（Stump）： 海蚀柱底部受到攻击，最终坍塌形成一个仅在低潮时可见的小型低矮岩石露头，称为海蚀墩。

2. 沉积地貌：建造者

沉积地貌出现在低能海岸线或避风海湾允许沉积物堆积的地方。

海滩（剖面与平面）

• 海滩剖面（横截面）：
  • 滩脊（Berms）： 由高潮位的建设性波浪堆积的沙/砾石垄。
  • 海滩尖角（Cusps）： 由波浪冲流和回流形成的半圆形凹陷（有时与特定的波浪模式有关）。
• 海滩平面（整体形状）：
  • 垂直波浪海滩（Swash-aligned beaches）： 波浪正面撞击海岸（平行于岸线）。几乎没有发生LSD。海湾中常有这种海滩。
  • 漂移对齐海滩（Drift-aligned beaches）： 波浪以角度接近海岸。发生强烈的LSD，将物质沿海岸移动。这种海滩常形成沙嘴。

沙嘴与连岛沙坝（Tombolos）

• 沙嘴（简单与复合）：
  • 沙嘴是从陆地延伸入海的一条长而窄的沙或砾石垄，通常横跨河口或凹陷处。
  • 当沿岸漂移（LSD）携带沉积物越过海岸线方向的突然变化时形成。
  • 由于二次风/波向或波浪折射，末端通常向内弯曲（钩状末端）。
  • 简单沙嘴有一个主要的钩状末端；复合沙嘴有多个钩状末端，显示了生长阶段。（例子：英国赫斯特城堡沙嘴）。
  • 沙嘴后的避风区域通常会发育成为盐沼。
• 连岛沙坝（Tombolos）： 连接岛屿与大陆（或两个岛屿）的海滩或沙坝。
  （类比：就像连接两块陆地的脐带。）（例子：切瑟尔海滩有时表现得像一个连接波特兰岛与大陆的连岛沙坝）。

离岸沙坝与堡礁

• 离岸沙坝： 平行于海岸的淹没在水下的沙/砾石垄，通常由破坏性波浪从海滩冲刷物质并在近海沉积而成。
• 堡礁/障壁岛： 平行于大陆海岸的一片高出海平面的广阔沙/砾石区，与大陆之间隔着浅泻湖或沼泽。这些通常是冰期后海平面上升的遗迹（海平面变化在此至关重要！）。

潮汐沉积地貌（河口）

这些地貌出现在避风、低能的环境中，通常是河口，淡水河水与咸水相遇，导致细沉积物（泥/粉砂）沉积。

• 海岸沙丘： 海洋沉积的沙子被吹向内陆，并受风塑造。通过滨草（Marram Grass）等专门植物（先锋物种）固定，随着时间的推移构建出沙丘剖面。
• 海岸盐沼： 在避风区域（如沙嘴后或河口）植被茂密的泥/粉砂区。它们在高潮时被淹没。先锋植物物种截留细沉积物，逐渐抬高地势（这一过程称为演替）。
• 红树林： 盐沼的热带对应物，发现于热带气候的低能潮间带。红树林树种的特殊根系可以截留沉积物，并保护海岸免受侵蚀。

关键结论： 侵蚀地貌（CASS）需要高能量和坚硬、抗蚀的岩石。沉积地貌（沙嘴、海滩）需要低能量和充足的沉积物供应（一个健康的沉积物单元）。

3. 海平面变化在地貌形成中的作用

我们今天看到的海岸线位置和地貌特征，本质上受到地质时期海平面变化的控制。

• 在上一个冰河时代（更新世），大量水分被锁定在冰盖中（海面下降），导致大陆架露出。
• 自冰河时代结束（全新世）以来，海平面总体上有所上升（海面上升），淹没了以前的地貌。

受相对海平面变化影响的地貌：

• 堡礁： 许多被认为是在海平面上升时形成的，将现有的海滩垄推向内陆，并将它们与大陆隔绝。
• 河口、盐沼和红树林： 这些地貌形成于正在缓慢被淹没的沿海地区。海平面的逐渐上升提供了泥滩以及后续植物演替进行垂直堆积所必需的浅水潮间带。
• 波蚀平台： 平台当前的标高和暴露程度与当前的平均海平面（MSL）线直接相关。显著的海平面上升会淹没现有的平台，而下降则会使其暴露并阻止波浪作用进一步侵蚀。

与其他海岸主题的简要联系

珊瑚礁 (8.3)

珊瑚礁是由生物（珊瑚虫）建造的巨大海岸结构。它们是高度专业化的沉积地貌。

• 珊瑚生长所需条件：
  • 温暖的水（最低 18°C，理想为 20°C–25°C）。
  • 浅水（最大 50m 深——它们需要阳光供给所寄生的藻类）。
  • 清澈、无沉积物的水（沉积物会窒息珊瑚虫）。
  • 适中的盐度。
• 类型： 岸礁（Fringing Reefs）（靠近海岸）、堡礁（Barrier Reefs）（与海岸由泻湖隔开，例子：大堡礁）和环礁（Atolls）（环绕中心泻湖的圆形礁石）。

可持续管理 (8.4)

管理海岸线需要在人类需求（住房、旅游、港口）与自然过程（侵蚀、沉积、海平面上升）之间取得平衡。

• 硬工程： 使用人造的固定结构来停止海岸过程（如海堤、突堤、护岸石）。这些成本高昂，通常不美观，并可能通过中断LSD而导致下游海岸遭受破坏。
• 软工程： 与自然协同工作（如海滩养护、沙丘稳定、有管理的撤退）。这些方法通常更便宜、更可持续，并与景观更好地融合。

研究海岸地貌对海岸管理至关重要，因为你必须在决定*如何*保护它之前，理解地貌是*如何*创造出来的！