十七、海洋地质：海岸-5(挑战） - 沿海地质探测

* a! f' y5 u+ p$ t

7.沿海生活的挑战

9 [. F: `$ w/ u$ `; q

人们倾向于把海岸线看作一个永久的实体。但是，海岸线，像许多地质特征一样，是短暂的，因为它们可以在从小时到千年的时间尺度上发生变化。让我们来看看现在沿海岸线发生的一些变化以及人们是如何应对的。

" c( u- F! o: b) i1 e* q

7.1沿海风暴

1 F& Q$ ]: X8 H0 E( l! Y

当飓风等大风暴的风吹过海面时，会产生巨大的海浪。当这些海浪到达海岸时，它们会成为巨大的浪花，造成强烈的侵蚀，并能摧毁建筑物、船只和港口。在某些类型的风暴中，风以及大气压力的变化会导致海平面上升，在风暴之下形成一个高地。

风暴潮与波浪和潮汐无关。当风暴潮在涨潮的同时到达海岸并伴有巨浪时，海平面会暂时升高，海水会淹没海滩内陆的陆地。在几个小时内，一场风暴就能彻底改变一个花了几百年甚至上千年才建成的海滩。海浪的逆流把大量的沙子扫向大海，使海滩变成了原来的样子。

风暴期间的海浪会淹没和改变障壁岛，并能切割新的水湾(Inlet)。波浪和风一起可以撕裂红树林沼泽和沼泽，破坏珊瑚礁，从而破坏了通常保护海岸的有机缓冲(Organic Buffer)，使其在未来几年里容易受到加速侵蚀。冲浪还会破坏海岸悬崖并引发山体滑坡。

当然，大风暴也会破坏人类的建筑：侵蚀了海边的建筑、导致它们坠入大海、海浪将建筑物击成碎片、风暴潮使建筑物漂浮在地基上。由于风暴具有极大的破坏性，沿海人口中心需要安全和疏散计划，这应该确保居民知道在风暴来临时该做什么。

# _: x Q& e0 |2 }

/ o, H! d/ A: J& `4 c

飓风造成的海滩侵蚀的例子

7.2持续的海平面上升

目前，全球海平面以每年约3.2mm的速度上升。按照这样的速度，在几个世纪的时间内，水位将会上升一到两米。世界上许多大城市都建在海拔不到几米的沿海地区，因此海平面上升将带来破坏性影响。

: E6 ^+ B% m2 H% ^! @% ~

据估计，太平洋中15%的海洋岛屿将被淹没；一些低洼的海洋岛屿已经几乎消失了。在美国，相对于太平洋沿岸，洪水对东部和海湾沿岸地区的影响更大，因为沿太平洋海岸的坡度更陡。随着海水侵蚀土地，地下水可能变得含盐，因此，不耐盐的植物将死亡。

由于海平面持续上升，社会将如何应对沿海地区的洪水？解决方案仍在进行中。一些花费巨大的选择包括：将城镇迁往内陆、增加填充物使地面更高、建造海堤、安装水泵和排水渠，以保持上升的水流出。

( r P4 e" J; @( F' s

如果海平面上升大约1.0-1.5m，美国海岸地区可能会被淹没

7.3海滩破坏和海滩保护

暴风雨会在一夜之间给海滩带来巨大变化。即使是一些不那么引人注目的事件，如河流泥沙的流失、海平面的逐渐上升、海岸线形状的改变或海岸植被的破坏，也会改变海滩的泥沙平衡。

如果沉积物供应减少，侵蚀最终会带走大量的沉积物，使海滩变窄；有时海滩侵蚀会暴露下伏基岩。海滩后边的悬崖退蚀可能会导致整个海滩向陆地迁移，这个过程被称为海滩后退(Beach Retreat)。

调查表明，在一些地方，海滩后退每年以1-2m的速度进行。一些房主的反应是收拾并搬走他们的房子。甚至大型灯塔也被移走了，以防止它们被冲走或跌进被侵蚀的海岬。

. t: r! u' c0 t+ C

海滩侵蚀的例子：在科德角海岸，海浪侵蚀了整个海滩；在佛罗里达州棕榈滩沿岸，露出了一块岩石

在世界上许多地方，海滨房产价值不菲。业主可能会建造人工屏障来保护他们的海岸或保护海港免受海浪的冲击。这些障碍物改变了沙子的自然运动，并能改变海滩的形状，有时会带来不受欢迎的结果。例如，人们可能会建造护堤(Groins)(垂直于海岸的混凝土或石墙)来防止海岸漂移把沙滩上的沙子带走。

保护海滩的技术：护堤(Groins)可以形成锯齿状的海滩

英格兰南部海岸的护堤(Groins)

沙子在护堤的上游面堆积，形成一个三角形的楔形，但沙子在下游面被侵蚀掉。不用说，下游的业主并不欣赏这个过程。在港口的入口处，工程师可以建造一对被称为防波堤(Jetties)的墙。然而，防波堤有效地将河道延伸到更深的水域，这可能会导致离岸沙洲的沉积。

防波堤将河流延伸到更深的海里，但也可能导致在海峡的尽头形成一个沙洲

工程师也可以建造一种称为挡水板(Breakwater)的离岸墙，与海滩平行或成角，减弱海浪到达海滩的力量。

挡水板后的海滩可以向大海延伸

然而，随着时间的推移，挡水板背风面(向陆地的一面)的沙子堆积起来，海滩也向海生长。为了保护昂贵的海边住宅，人们在后岸区向陆地一侧用抛石(大石块或混凝土块)或钢筋混凝土建造海墙(Seawall)。

- w8 A: y2 S- o S

但是海墙反射海浪的能量，海浪穿过海滩回到大海，所以这个过程增加了海墙底部的侵蚀速度。在一场大风暴中，海墙可能会被严重破坏而倒塌。

1 y" b) c7 E1 U( E. J( T i

海墙在大多数情况下都能保护海崖，但在强烈的风暴中，海墙反射的海浪能有助于冲刷海滩。因此，墙可能会被破坏和倒塌

8 V7 D0 L: ]! o6 Q% l* F1 i

在一些地方，人们已经放弃了降低海滩侵蚀速度的努力，转而努力增加沉积物的供应速度。为了达到这一目的，他们从更远的海岸泵出沙子，或者用卡车或驳船从其他地方运来沙子，以补充整个海滩。

该过程被称为“人工育滩(Beach Nourishment)”或“海滩修复(Beach Replenishment)”，可能非常昂贵，最多只能提供暂时的固定。只要风一吹，浪一破，原先移走沙子的逆流和海岸漂移就会继续。

人工育滩包括用卡车、管道或驳船运来大量的沉积物

7.4污染问题

( e6 e2 y8 |: d$ }, N+ b' f

海滩污染的严重事件经常成为头条新闻。由于海岸漂移，倾倒在城市海域的垃圾可能沿海岸漂移，并沉积在远离其引入点的海滩上。例如，来自纽约市的医院垃圾已经被冲到南面几十公里的海滩上。石油泄漏，可能来自用海水冲洗船底的船只，在暴风雨中搁浅或沉没的油轮，或者来自近海油井的爆裂，已经污染了世界各地的海岸线。

: t$ V# H% J3 i8 R

7.5对有机海岸的威胁

. S, E& _$ R1 @

有机海岸是地球系统中物理和生物组成部分相互作用的表现，特别容易受到环境变化的影响。这类地形的消失会增加海岸受到侵蚀时的脆弱性，而且由于有机海岸为海洋生物提供了产卵地，可能会破坏全球海洋的食物链。

在湿地和河口，污水、化学污染物和农业径流造成严重破坏。毒素和粘土一起沉淀并集中在沉积物中，污染了穴居的海洋生物。随着径流进入海洋的肥料和污水增加了海水的养分含量，刺激了藻华，藻华吸收了水中的溶解氧，因此杀死了动植物。

& n) ]9 L j1 H

沿海湿地面临着开发破坏：许多湿地被焚烧或排干用作农田或郊区，还有许多被用作垃圾场。在上个世纪，全世界有20%到70%的沿海湿地遭到了破坏。

9 B, i3 ?$ r% G' K6 t' ^- ~1 Q

珊瑚礁依赖于脆弱的珊瑚虫的健康，即使是轻微的环境变化也会破坏珊瑚礁。污染物，特别是碳氢化合物，会毒害珊瑚虫。污水会导致海藻大量繁殖，夺走海水中的溶解氧，使珊瑚窒息。

此外，由于陆地径流或海滩养料工程的影响，悬浮沉积物被引入沿海水域，降低了光照水平，杀死了珊瑚虫体内的藻类，堵塞了珊瑚虫用来喷水的气孔。发电厂向海洋倾倒废水或全球变暖导致的水温或盐度变化，也会破坏珊瑚礁，因为造礁生物对温度变化非常敏感。

K# a$ B! d+ j" P3 e; G) ?1 @

人们可以通过在礁石表面拖锚、引爆炸药杀死鱼、接触礁石生物、采石获取建筑材料等方式直接破坏礁石。在过去的二十年里，海洋生物学家已经注意到世界上许多珊瑚礁已经失去颜色和死亡。

$ @3 h8 j1 {3 S. L5 n7 o' W% ?

这一过程被称为珊瑚礁白化(Reef Bleaching)，可能是由于海水变暖导致共生藻类的移除或死亡，也可能是来自沙漠或农业地区的风带来的沙尘造成的。

显然，管理脆弱的海岸地区已成为社会的一大挑战。理解我们在以上讨论的过程可能有助于找到解决这些问题的方法。

加勒比海的珊瑚礁白化。这里的珊瑚现在已经无色，大部分已经死亡 # }; h: S4 v$ t0 H+ A . _, ]6 a( Y; \9 i* m 0 H: w& P3 r( l/ g