Characteristics and formation of coastal landforms

歡迎來到海岸環境！（9696 高級自然地理學選修單元）

你好！你正準備深入探討地理學中最具活力、最令人興奮的課題之一：海岸環境（Coastal Environments）。
海岸線不斷受到強大的自然力量雕琢，使其成為自然地理學中一個絕佳的「自然實驗室」。

如果有些術語聽起來很生澀，請別擔心。我們將逐步拆解波浪、侵蝕、搬運和沉積的過程。讀完這些筆記後，你將能精確理解海岸線為何呈現現今的模樣——無論是高聳的懸崖，還是平坦的沙灘！

第 8.1 節：海岸過程——動力學

1. 波浪的形成與特性

波浪是塑造海岸變化的主要動力。要了解海岸，我們首先需要了解沖刷海岸的波浪。

決定波浪能量的關鍵因素：

• 風距（Fetch）： 指風在水面上持續吹拂且不被阻擋的距離。
  

  比喻： 想像對著一杯茶吹氣。如果你吹拂的距離很長（長風距），你會產生大漣漪（高能量）；如果你只吹很短的距離（短風距），漣漪就會很小（低能量）。

• 風速： 風速越快，波浪就越大、能量也越強。
• 風時（Duration）： 風持續吹拂的時間長度。

波浪分類：高能量與低能量

波浪根據其行為進行分類，特別是根據湧浪（swash，即衝上沙灘的水流）與回流（backwash，即流回海中的水流）之間的關係。

A. 高能量（破壞性）波浪：

• 由遠處風暴和長風距產生。
• 特點是高頻率（每分鐘波數多）和陡峭的波形。
• 回流強於湧浪（回流 > 湧浪）。
• 結果：它們將沙灘上的物質帶走，導致侵蝕。
• 特徵：陡峭的沙灘剖面和礫石/圓石灘。

B. 低能量（建設性）波浪：

• 由局部風和短風距產生。
• 特點是低頻率和緩和、破碎的波形。
• 湧浪強於回流（湧浪 > 回流）。
• 結果：它們將物質推上沙灘，導致沉積和沙灘堆積。
• 特徵：平緩的沙灘剖面和細沙。

波浪折射（Wave Refraction）

折射意味著彎曲。當波浪接近形狀不規則的海岸線（例如海岬旁的海灣）時，其前進速度會變得不均勻。

過程：

1. 波浪接近海岸。
2. 與海床的摩擦使波浪最靠近岸邊的部分（例如接近海岬處）先減速。
3. 處於深水區的波浪部分（例如接近海灣處）繼續以原始速度前進。
4. 這導致波浪發生彎曲，將能量集中在海岬上，同時分散海灣處的能量，減弱其強度。

影響：波浪折射解釋了為什麼海岬通常受到強烈侵蝕，而海灣卻能累積沉積物並受到保護。

2. 海洋侵蝕過程

海洋侵蝕是指海水對岩石或沉積物的分解與移除。主要有五種類型：

• 1. 水力作用（Hydraulic Action）：
  

  這是水本身的純粹力量。當波浪撞擊懸崖時，水的力量會壓縮裂縫和接理中的空氣。當波浪退去時，受困的空氣會劇烈膨脹，削弱並擴大這些裂縫。這就像一個微型氣壓鑽！

• 2. 空穴現象（Cavitation）：
  

  這是水力作用中一種特殊且強大的類型，通常限於極高能量的區域。當快速移動的水流在狹小空間（如波蝕凹槽）中流動時，會產生微小的氣泡，隨後劇烈塌陷/內爆，產生巨大的衝擊波來侵蝕岩石。

• 3. 磨蝕（Corrasion/Abrasion）：
  

  這就是「砂紙效應」。波浪攜帶的鬆散物質（礫石、沙子）被拋向懸崖表面，將其磨損。這是風暴期間最有效的侵蝕形式。

• 4. 溶蝕（Solution）：
  

  這屬於化學侵蝕。水會溶解可溶性岩石，特別是石灰岩（易受雨水或海水中的微量碳酸影響）。物質隨後以溶液形式被帶走。

• 5. 磨圓作用（Attrition）：
  

  此過程影響的是負載（沉積物）本身，而非懸崖。波浪攜帶的岩石碎片相互碰撞，隨著時間推移變得更小、更光滑、更圓。（比喻：就像岩石在巨型洗衣機中翻滾，直到變成光滑的卵石。）

應對複雜性：'SACCHA' 記憶法

要記住五大侵蝕過程，試試這個縮寫 SACCHA：
Solution（溶蝕）、Attrition（磨圓作用）、Corrasion（磨蝕）、Cavitation（空穴現象）、Hydraulic Action（水力作用）。

3. 岸上過程（Sub-Aerial Processes）：波浪之上的作用

海洋侵蝕僅限於潮間帶。然而，海岸線也受到稱為岸上過程（Sub-Aerial Processes）的侵蝕。這些過程會削弱懸崖，使其更容易受到海洋的攻擊。

• 風化作用（Weathering）： 岩石的「原地」分解。
  • 物理（機械）風化： 例如凍融作用（水結冰體積膨脹 9%，迫使岩石破裂）或鹽結晶作用（鹽分乾燥、結晶並膨脹，對多孔岩石造成壓力）。
  • 化學風化： 例如碳酸鹽化（酸雨與石灰岩反應）。
• 塊體運動（Mass Movement）： 在重力作用下物質向下坡移動。
  • 這包括快速事件，如崩崖（rock falls）（常見於陡峭、多節理的懸崖），以及較慢的運動，如滑坡（slides）或塌陷（slumps）（常見於脆弱、未固結的物質，如黏土，特別是在飽和含水時）。

關鍵點：海洋過程攻擊懸崖底部（凹槽），而岸上過程削弱懸崖表面和頂部。兩者共同作用導致海岸線後退。

4. 海洋搬運與沉積

沉積物單元（Sediment Cells）

海岸通常被視為一個沉積物單元系統。

• 沉積物單元在很大程度上是一個封閉系統（意味著沉積物通常不會與相鄰單元交換）。
• 每個單元都包含源頭（沉積物來源，如河口、受侵蝕的懸崖）、轉運（沿岸漂移）和匯集點（沉積物沉積的地方，如三角洲、深水區）。
• 例子： 在英國和威爾斯，海岸線被劃分為 11 個主要沉積物單元，這有助於海岸管理者了解將管理工作集中在何處。

沿岸漂移（Longshore Drift, LSD）

這是沿海岸線移動沉積物的主要機制。

LSD 分步說明：

1. 波浪受盛行風驅動，以一定角度接近海岸。
2. 湧浪（Swash）以該角度將沉積物帶上沙灘。
3. 回流（Backwash）受重力影響，將水和沉積物垂直於海岸線帶回海中。
4. 這產生了持續的之字形運動，將物質沿著盛行風的方向輸送。

搬運機制

就像河流（河流地貌學）一樣，海岸沉積物通過四種方式移動：

• 滾動（Traction）： 大卵石/巨石沿海床滾動。
• 躍移（Saltation）： 中等物質（沙/礫石）沿海床跳躍前進。
• 懸浮（Suspension）： 細小物質（淤泥/黏土）懸浮在水體中。
• 溶液（Solution）： 溶解的化學物質隨水流動（不可見的負載）。

沉積：當波浪和海流的能量下降時發生（例如在受保護的海灣、河口，或當高能量的破壞性波浪轉變為低能量的建設性波浪時）。

第 8.2 節：海岸地貌的特徵與形成

1. 侵蝕地貌：懸崖與平台

侵蝕地貌在高能量海岸線（如英國大西洋沿岸部分地區）佔主導地位。

懸崖與波蝕平台（Wave-Cut Platforms）

這些特徵的形成是一個連續循環：

1. 海洋攻擊懸崖底部（主要透過水力作用和磨蝕）。
2. 在高潮水位線處形成一個被稱為波蝕凹槽（wave-cut notch）的空洞。
3. 隨著凹槽加深，上方的物質失去支撐而崩塌（通常在風化和塊體運動等岸上過程的輔助下）。
4. 崩塌物質被波浪作用帶走，懸崖後退。
5. 在懸崖底部露出一個平緩的岩石表面，這就是波蝕平台。
6. 平台的寬度有限（通常只有幾百米），因為隨平台變寬，波浪在穿越時會損失能量，最終減少了對懸崖底部的侵蝕。

海蝕洞、海蝕拱門、海蝕柱和海蝕樁（CASS）

這些特徵通常形成於海岬（由於折射導致波浪能量集中處）。

CASS 形成步驟：

1. 裂縫/接理： 波浪利用岩石結構上的弱點（斷層或接理）。
2. 海蝕洞（Caves）： 侵蝕作用將裂縫擴大成海蝕洞。
3. 海蝕拱門（Arch）： 如果海蝕洞穿透海岬，或兩個洞穴背對背侵蝕，便會形成天然的拱門。
4. 海蝕柱（Stack）： 持續的風化和侵蝕攻擊拱門頂部，導致其崩塌。留下孤立的岩石柱，即海蝕柱。（例子：英國的老哈利岩 Old Harry Rocks）。
5. 海蝕樁（Stump）： 海蝕柱基部受到攻擊，最終倒塌形成一個低矮的岩石露頭，僅在退潮時可見，稱為海蝕樁。

2. 沉積地貌：建築師

沉積地貌常見於低能量海岸線，或是受保護的海灣，允許沉積物累積。

沙灘（剖面與平面）

• 沙灘剖面（橫截面）：
  • 灘脊（Berms）： 高潮水位時由建設性波浪堆積的沙/礫石脊。
  • 尖端（Cusps）： 由湧浪和回流形成的半圓形凹陷（有時與特定波浪模式有關）。
• 沙灘平面（整體形狀）：
  • 向岸沙灘（Swash-aligned）： 波浪正面（平行於岸線）撞擊海岸。沿岸漂移較少。海灣通常有這種沙灘。
  • 漂移沙灘（Drift-aligned）： 波浪以一定角度接近海岸。沿岸漂移強勁，將物質沿海岸移動。沙嘴通常形成於此類沙灘。

沙嘴與連島沙洲

• 沙嘴（簡單與複合）：
  • 沙嘴是一條向海延伸的狹長沙或礫石脊，通常橫跨河口或凹陷處。
  • 當沿岸漂移（LSD）將沉積物帶過海岸線方向的突然轉折時形成。
  • 由於次要風/波浪方向或波浪折射，末端通常會向內彎曲（彎曲末端）。
  • 簡單沙嘴有一個主彎曲末端；複合沙嘴有多個彎曲末端，顯示生長階段。（例子：英國 Hurst Castle Spit）。
  • 沙嘴後方的受保護區域通常會發育成鹽沼。
• 連島沙洲（Tombolos）： 連接島嶼與大陸（或兩個島嶼）的沙灘或沙堤。
  （比喻：就像連接兩個陸地的臍帶。）（例子：英國的切爾西爾海灘 Chesil Beach 有時表現得像連島沙洲，連接波特蘭島與大陸）。

離岸沙堤與屏障海灘

• 離岸沙堤（Offshore Bar）： 平行於海岸的淹沒沙/礫石脊，通常由破壞性波浪從沙灘沖刷物質並在近海處沉積而成。
• 屏障海灘/屏障島（Barrier Beach/Island）： 平行於大陸海岸的高出海平面的寬闊沙/礫石帶，與大陸之間隔著淺潟湖或沼澤。這些通常是冰河時期後海平面上升的遺跡（海平面變化在此至關重要！）。

潮汐沉積地貌（河口）

這些地貌發現於受保護的低能量環境（如河口），淡水與鹹水交匯導致細小沉積物（泥/淤泥）沉積。

• 海岸沙丘： 海洋沉積的沙被吹向內陸，並受風力塑形。由像濱草（Marram Grass）這樣的特殊植物（先鋒物種）固定，隨時間推移建立沙丘剖面。
• 海岸鹽沼： 受保護區域內（如沙嘴後方或河口）泥/淤泥的植被區。在高潮時被淹沒。先鋒植物捕獲細小沉積物，逐漸提高土地水平（稱為演替過程）。
• 紅樹林： 鹽沼的熱帶對應物，發現於熱帶氣候下的低能量潮汐區。紅樹林的特殊根系捕捉沉積物並保護海岸免受侵蝕。

關鍵點：侵蝕地貌（CASS）需要高能量和強大的抗蝕岩石。沉積地貌（沙嘴、沙灘）需要低能量和良好的沉積物供應（健康的沉積物單元）。

3. 海平面變化在地貌形成中的作用

海岸線的位置和我們今天看到的特徵，在根本上是由地理時間尺度上的海平面變化所控制的。

• 在上一個冰河時期（更新世），大量水分被鎖在冰原中（海面下降），暴露出大陸架。
• 自冰河時期結束以來（全新世），海平面總體呈上升趨勢（海面上升），淹沒了以前的景觀。

受相對海平面變化影響的地貌：

• 屏障海灘： 許多人認為這是隨著海平面上升，將現有的海灘脊推向內陸並使其與大陸隔離而形成的。
• 河口、鹽沼和紅樹林： 這些形成於正在緩慢淹沒的沿海地區。逐漸上升的海平面提供了泥灘和後續植物演替所需的淺水潮間帶。
• 波蝕平台： 當前平台的高程和暴露程度直接與目前的平均海平面線（MSL）掛鉤。海平面顯著上升會淹沒現有平台，而海平面下降則會使其暴露，並阻止波浪進一步侵蝕。

與其他海岸課題的簡要聯繫

珊瑚礁 (8.3)

珊瑚礁是由生物（珊瑚蟲）建造的巨大海岸結構，它們是高度特化的沉積地貌。

• 珊瑚生長所需的條件：
  • 溫暖水域（最低 18°C，理想為 20°C–25°C）。
  • 淺水區（最大深度 50 米，它們需要陽光給體內的藻類進行光合作用）。
  • 清澈、無沉積物的水域（沉積物會窒息珊瑚蟲）。
  • 適中的鹽度。
• 類型： 岸礁（Fringing Reefs）（靠近岸邊）、堡礁（Barrier Reefs）（被潟湖與岸邊分開，例子：大堡礁）和環礁（Atolls）（環繞中心潟湖的環狀礁石）。

可持續管理 (8.4)

管理海岸線需要在人類需求（住房、旅遊、港口）與自然過程（侵蝕、沉積、海平面上升）之間取得平衡。

• 硬體工程： 使用人造、固定的結構來阻止海岸過程（例如海堤、防波堤、拋石護岸）。這些方法昂貴，通常不美觀，並可能通過中斷沿岸漂移，對下游造成損害。
• 軟體工程： 與自然合作（例如沙灘養護/補充、沙丘穩定、管理後撤）。這些方法通常更便宜、更具可持續性，並與景觀更融洽。

研究海岸地貌對於海岸管理至關重要，因為你必須先了解地貌是「如何」形成的，才能決定「如何」保護它！