Берегова ерозія — це руйнування суші морем під дією хвиль, абразії, гідравлічного тиску та хімічного вивітрювання. Коли хвилі підходять до берега під кутом, наплеск рухається вздовж пляжу під цим кутом, а відплеск повертається перпендикулярно під дією сили тяжіння — так переміщується осад у вигляді зиґзаґу, що називається вздовжньобереговим дрейфом. Десятиліттями цей процес переміщує мільйони тонн піску, формуючи коси і бари в гирлах річок, одночасно руйнуючи миси й кліфи — яскравий приклад: узбережжя Холдернес у Великій Британії, що втрачає до 2 метрів крейдяної породи на рік.
Симуляція моделює вздовжньобереговий дрейф і відступ кліфів: налаштовуйте кут підходу хвиль, розмір зерна осаду, енергію хвиль і швидкість підйому рівня моря, щоб спостерігати, як еволюціонує берегова лінія. Додайте буни та морські стіни, щоб побачити, як тверді інженерні рішення затримують осад вгору за течією, водночас позбавляючи пляжі нижче за течією матеріалу.
Що таке вздовжньобереговий дрейф і що його спричиняє?
Вздовжньобереговий дрейф (або літоральний дрейф) — це переміщення осаду вздовж берегової лінії під дією хвиль, що наближаються під кутом до берега. Наплеск несе пісок по діагоналі вгору схилом, а відплеск прямо вниз, зміщуючи осад вздовж пляжу. Повторюючись мільйони разів на добу, цей процес створює справжній «конвеєр» осаду, здатний щорічно переміщати тисячі кубічних метрів матеріалу.
Як кут підходу хвиль впливає на інтенсивність переносу осаду?
Об'єм осаду, що переноситься вздовж берега, досягає максимуму при куті підходу хвиль ~45° і наближається до нуля при перпендикулярних (0°) або паралельних (90°) хвилях. Формула CERC кількісно описує це: Q = K × H^(5/2) × sin(2α), де Q — об'єм переносу, H — висота хвилі в точці прибою, α — кут між гребенем хвилі та береговою лінією. При 45° sin(90°) = 1 — максимальний перенос.
Що таке коса і як вона утворюється?
Коса — це гряда піску або гальки, що тягнеться від берега в море або впоперек гирла річки, формуючись там, де вздовжньобереговий дрейф переносить осад повз зміну напрямку берегової лінії. Коли береговий контур вигинається, течія втрачає енергію й відкладає матеріал. Спурн-Хед у Йоркширі — класичний приклад: вона тягнеться на 5,5 км в естуарій Хамбер і постійно мігрує із швидкістю ~2 м/рік.
Буни — низькі стіни, перпендикулярні берегу — перехоплюють вздовжньобереговий дрейф і утримують пісок на пляжах, зазвичай захищаючи курортні місця від ерозії. Але буна перериває потік осаду нижче за течією, позбавляючи тамтешні пляжі матеріалу та прискорюючи їх ерозію — це явище «термінальної буни». Менеджери узбережжя мусять розглядати весь осадовий комірець як систему і нерідко проводити штучне поповнення пляжів (нагортання піску).
Хвилеприбійна платформа — це полога, майже горизонтальна скельна поверхня, яка відкривається під час відпливу біля підніжжя кліфу. Вона формується, коли хвилі руйнують основу кліфу, змушуючи його відступати вглиб суші й залишаючи за собою вирівняну скельну поверхню. Платформи рідко виходять за кілька сотень метрів від берега — за цим рубежем глибина зменшує хвильову енергію. Особливо добре вони розвинені на крейдових узбережжях Великої Британії (Бічі-Хед).
Більш високий рівень моря підіймає зону хвильової атаки вгору по пляжу та кліфу, збільшуючи частоту контакту хвиль з підніжжям кліфу і зменшуючи ширину пляжів, що зазвичай поглинають хвильову енергію. За прогнозами сценарію SSP5-8.5, підняття рівня моря на 0,6–1,0 м до 2100 року може подвоїти або потроїти темпи ерозії на багатьох нині стабільних узбережжях.
Нагортання піску (пляжне відновлення) передбачає намивання або засипку піску, видобутого з морського дна, на ерозійований пляж для відновлення його ширини та захисних функцій. Борнмут і Боскомб у Дорсеті отримали понад 10 млн кубометрів піску з 1970-х років. Нагортання ефективне, але тимчасове: типовий захід діє 5–10 років до вимивання нагорнутого піску. Воно уникає проблеми «нижче за течією» буну, але вимагає постійних інвестицій.
Керований відступ (або берегове перевлаштування) передбачає навмисне затоплення низинних земель за нинішньою морською стіною, створюючи припливні солоні болота, що гасять хвильову енергію та є цінним середовищем для дикої природи. Найкраще він підходить там, де земля має низьку економічну цінність. Острів Уолесі в Ессексі — найбільший проект керованого відступу в Європі: 115 га сільськогосподарських угідь було затоплено у 2006 році для створення угідь RSPB, і нові солоні болота тепер краще захищають від повеней, ніж стара морська стіна.
Грубий осад (галька) переміщується лише потужними хвилями і швидко осідає при зниженні їх енергії, утворюючи круті добре дреновані пляжі. Дрібний пісок транспортується за менш енергійних умов і формує пологі профілі пляжу. Дуже дрібний мул і глина залишаються у зваженому стані й осідають лише у захищених малоенергетичних умовах, як то в естуаріях. Крива Гьульстрема показує: дрібнозернисті частинки потребують більшої швидкості для ерозії, ніж середній пісок, — через поверхневе зчеплення та електростатичне притягання між частинками глини.
Крейдяні кліфи Англії — Білі скелі Дувра та Бічі-Хед — руйнуються переважно завдяки хвильовому карантину біля основи (гідравлічний тиск, що вганяє воду в тріщини) та масовим зрухам, спровокованим насиченістю ґрунту водою. Крейда занадто проникна для розвитку поверхневого дренажу, тому дощ просочується і накопичує поровий тиск вздовж глиняних горизонтів. Бічі-Хед відступає у середньому на 0,38 м/рік, але не плавно, а через великі дискретні обвали.