Transcript Introducción a las Ciencias Terrestres

Linea de costa (Shorelines)
GEOL 4017: Cap. 16
Prof. Lizzette Rodríguez
Olas
• Ondas generadas por una fuente de energia –
viento es la principal (otras: terremotos submarinos
y deslizamientos)
– A medida que el viento sopla, el aire turbulento
distorciona la superficie del agua, bajandola cuando el
aire se mueve hacia abajo, y subiendola cuando baja la P
del aire al este subir
• Factores que controlan la naturaleza de las olas:
– Velocidad del viento
– Duracion del viento
– Distancia sobre la cual sopla el viento (fetch)
Cont. Olas
• Olas en el agua se definen en terminos de:
– Largo de onda L (distancia entre crestas o valles)
– Altura H (distancia vertical entre cresta y valle)
– Periodo T (tiempo entre paso de 2 crestas
consecutivas)
• T = (L/V); V = velocidad de ola
• Altura (H) aumenta con el cuadrado de la velocidad
del viento (v): H = 0.025 v2
• Relacion del “fetch” (F) a altura: H = (0.36/F)
• H mas alta documentada = 34 m (1933, S Pacific)
Cont. Olas
• Dispersion de ondas/olas: en aguas profundas,
olas mas largas viajan mas rapido que las mas
cortas y dejan las mas cortas atras gradualmente.
– Causa que olas de diferente longitud se diferencien
unas de otras, resultando en una procesion regular de
marejadas (swells; olas con crestas bajas y
redondeadas)
• Marejadas generadas por una tormenta son mas
grandes en direccion “downwind”
• Marejadas con mayor longitud: viajan mas rapido
y pierden energia mas lentamente
Marejadas
http://www.gothidef.com/Hawaii.htm
http://media.apn.co.nz/webcon
tent/image/jpg/25surf.jpg
Cont. Olas
• En aguas profundas, particulas de agua siguen
un movimiento orbital circular de oscilacion
con cada ola que pasa – cuando viajan, la
forma de onda (forma de la ola) es la que viaja,
no el agua en si misma (cada particula de agua
se mueve en circulo)
– Un objeto flotante se mueve hacia al frente con la
cresta de una ola solo para deslizarse hacia atras en
el valle siguiente, generando una orbita circular:
• D = Hen; D=diametro, H=altura de ola, n=(2pd/L),
d=profundidad de agua bajo el centro de orbita, L=largo
de onda
Cont. Olas
• Bajo la superficie, el movimiento circular
disminuye rapidamente hasta que, a una
profundidad~L/2 medida desde el nivel de
aguas tranquilas, el movimiento es
despreciable: base del oleaje
– Diametros de las orbitas de la particula de
agua disminuyen
Partes de una onda y movimiento de
particulas de agua en aguas profundas
Base del oleaje: d~(L/2)
Movimiento de
objeto flotante –
avance de forma
de ola sin que
avance el agua de
su posicion
original
Cambios en las olas en aguas someras
• A medida que d disminuye, V y L disminuyen
• T permanece constante a traves de cambios en
la forma de la ola
• H es independiente de L y T en aguas
profundas, pero en aguas someras con la
disminucion en d, H aumenta
• Tambien cambian las orbitas circulares – se
hacen mas elipticas y eventualmente se
destruye el movimiento circular
Breakers
• A medida que la ola se acerca al litoral (lado
marino de costa), se alcanza un punto critico
cuando la velocidad hacia al frente de la orbita
distorciona la forma de la ola
– Hace que la forma de ola sea progresivamente mas
asimetrica y demasiado empinada para
mantenerse, y el frente de la ola se desploma o
rompe, haciendo que el agua avance encima de la
costa
– El agua se mueve adelante como arrastre (surf)
turbulento --- breaker
Cont. Breakers
• Ola se mueve como una lamina turbulenta de
agua, o batida (swash), pendiente arriba de la
playa, llevando arena y grava
– Cuando la energia de la batida se ha disipado, el
agua vuelve desde la playa hacia la zona de
rompiente (breaking zone): backwash
– Estos cambios de batida y backwash causan erosion,
transportacion y deposicion de sedimentos
• Punto de rompiente (breaking point) – depende
de L, H y T, y de la pendiente
Cambios cuando la ola se mueve
sobre el litoral
Ambiente
cercano al
litoral
http://meted.ucar.edu/marine/ripcurren
ts/NSF/print.htm
Spilling breakers:
vienen de olas largas
que rompen en playas
de pendientes suaves.
Hay varias filas de
breakers.
http://www.seafriends.org.nz/oceano/waves.htm
Plunging breakers:
ocurren en playas
de pendientes
empinadas. Hay
una fila de
breakers.
Photo: Jeff Devine
Tsunamis
• Grandes olas formadas por desplazamientos
tectonicos subitos del suelo oceanico,
deslizamientos submarinos, erupciones
volcanicas submarinas y deslizamientos
subaereos que van al mar
– Olas sismicas marinas: cuando son acompanadas
por terremotos
• L = 100-200 km, H es baja en aguas profundas
(<1 m), V en aguas profundas es muy alta
Cont. Tsunamis
• H en aguas someras aumenta hasta ~10 m
• El efecto mas esperado en la costa es la
llegada de la cresta de la gran ola, pero
muchas veces llega primero el valle de la ola,
causando una caida aparente del nivel del mar
que expone el suelo marino por distancias
grandes (retirada del mar)
Generacion de tsunami por
desplazamiento de suelo oceanico
Tsunami-26/dic/04: terremoto Sumatra-Andaman
www.iiees.ac.ir/.../Tsunami/tsunami_pic_e.html
http://www.islamic-relief.com/
images/appeals/indonesia/damage-330.jpg
Storm surges (oleada de tormenta)
• Masas de agua empujadas hacia el litoral por
vientos fuertes y nivel del mar alto, causado por el
abombamiento (bulging) hacia arriba de la
superficie del oceano por baja presion atmosferica
– Vientos fuertes, asociados usualmente con tormentas
ciclonicas de baja P, causan que se apile el agua en las
costas, y el nivel del mar fluctue con la P atmosferica,
produciendo subidas de ~13” por cada bajada de 1” de
P de aire
Cont. Storm surges (oleada de tormenta)
• Llevan el agua hacia tierra, mucho mas alla
de la linea de costa, inundando grandes areas
• Storm surges extremos – alza del nivel del
mar ~6-12 m
• Efecto destructivo similar al tsunami
Image by NOAA
Efectos de storm surge
Huracan Katrina
Mareas (tides)
• Fluctuaciones del nivel del mar que ocurren 2
veces al dia
– Corrientes mareales tienen suficiente velocidad
para evitar que entradas a bahias y lagunas se
cierren por sedimento
• Efecto mayor de mareas se ve en bahias
estrechas, que muestran rangos de mareas
altos
Cont. Mareas
• Causadas principalmente por la fuerza de
atraccion de la Luna, pero son tambien afectadas
por la gravedad del Sol, la cual, dependiendo de su
alineacion con la Luna, puede anadir o restar al
tiro gravitacional (gravitational pull)
• Atraccion gravitacional de la Luna (y Sol) produce
protuberancias en los oceanos a los lados de la
Tierra, y a medida que la Tierra rota, cualquier
punto pasara alternadamente por una
protuberancia cada 12 hr
Mareas en Bay of Fundy –
zonas expuestas durante
marea baja e inundadas en
marea alta se llaman
llanuras mareales
Spring tides: cada 2 semanas hay alineacion
de Sol y Luna – mareas son ~20% mas altas
Neap tides: angulos rectos entre Sol y Luna
– mareas son ~20% mas bajas
Corriente de resaca (rip currents)
• Corrientes fuertes y estrechas en angulos casi
rectos a la linea de costa, que se mueven hacia
el mar a traves del arrastre (surf)
– Balancean la masa de agua llevada a la linea de
costa por las olas, moviendo el agua hacia el mar a
traves de la zona de rompiente (breaker),
estableciendo celdas de circulacion con espaciado
regular
Cont. Corriente de resaca
http://www.ripcurrents.noaa.gov/graphics.shtml
http://www.ripcurrents.noaa.g
ov/overview.shtml
Corriente de
resaca, Florida,
despues de
huracan Jeanne
Big Sur, California
http://www.ripcurrents.
noaa.gov/graphics.shtml
Refraccion de olas
• Pocas lineas de costa son derechas por largas
distancias, de manera que las olas pocas veces se
acercan de forma paralela
• Cuando las olas se acercan en un angulo, parte de
cada ola encontrara aguas someras mas pronto
que el resto, causando que hayan diferencias en
las velocidades
– El efecto de que parte vaya mas lento es la flexura o
refraccion de la ola
– Refraccion es funcion de la profuncidad -- proceso nos
da una idea de la configuracion del suelo oceanico
Cont. Refraccion de olas
• El impacto de la ola se concentra contra los
laterales y los extremos de los frentes de tierra
(headlands, cabos, peninsulas) que se proyectan en
el agua, mientras que, en las bahias, el ataque de la
ola es mas debil
– En las bahias los sedimentos pueden acumularse y
formarse playas de arena
– Con el tiempo, la erosion de los frentes de tierra (mayor
energia) y sedimentacion en las bahias (menor energia)
producira una linea de costa irregular
Refraccion de las olas
Flexura de ola alrededor del limite de
una playa, California
Corrientes litorales (longshore currents)
• Generadas por olas que chocan con la linea de
costa de forma oblicua
– A medida que una ola se acerca al litoral en un
angulo a, el movimiento del agua en la ola se
puede describir con 2 componentes, uno normal al
litoral y el otro paralelo
– Mueven con facilidad la arena fina suspendida y
remueven la grava y arena mas grande del fondo
– Ej. Oxnard, CA: en 10 años, >1.5 millones de tons
de sedimiento a lo largo de la costa cada año
Corrientes litorales
Circulacion en corrientes de resaca
http://meted.ucar.edu/marine/ripcurrents/NSF/print.htm
Corrientes de resaca de celdas
multiples
http://meted.ucar.edu/marine/ripcurrents/NSF/print.htm
Erosion de costa
• Erosion mecanica a causa del ataque del oleaje
en la costa – puede modificar la morfologia de
costas
• Mas pronunciada durante tormentas porque la
energia de las olas esta al maximo – remueve
material previamente meteorizado y ataca
material expuesto
• Mas efectiva en sedimentos no consolidados y
en rocas estratificadas o fracturadas
Acantilados (sea cliffs)
• Retroceden hacia tierra por el ataque
continuo de las olas
– Accion de las olas es mas fuerte en la base
– Si la roca es resistente para sostener pendientes
colgadas (overhanging), las olas desarrollan un
wave-cut notch (ranura) que deja una marca del
nivel del mar que lo hizo
– Socavacion de la base del acantilado puede
promover movimientos gravitacionales –
derrubios se recolectan en la base
Ej. de acantilado, Faro de Cabo Rojo
Abrasion
intensa en
la zona de
arrastre:
rocas
redondeadas
(California)
Acantilado
de arenisca
erosionado
por oleaje,
British
Columbia,
Canada
Cont. Acantilados (sea cliffs)
• La velocidad de retroceso de acantilados es
controlado por la fuerza del oleaje y por la
resistencia del material, pero tambien la
pueden afectar la meteorizacion, abrasion y
actividad biologica
– Durante una tormenta se han registrado retrocesos
de 5-30 m en algunas lineas de costa
– Rocas cristalinas muestran las velocidades mas
bajas de retroceso de acantilados, mientras que
sedimentos Cuaternarios no consolidados
muestran las velocidades mas altas
Plataformas de abrasion
(wave-cut platforms)
• Acantilados en recesion dejan atras una
superficie relativamente plana en forma de
banco – plataforma de abrasion
– Se amplia a medida que las olas siguen su ataque,
pero a medida que se ensancha la plataforma, las
olas rompen mas lejos y pierden energia
– Ocurre porque particulas en el suelo marino son
llevadas hacia al frente y atras con cada ola,
desgastando el bedrock como una sierra horizontal
Formacion de
plataforma de abrasion
http://www.rgs.edu.sg/events/geotrip/cliff.html
http://humanities.cqu.edu.au/geography/GEOG11023/week_6.htm
Cont. Plataformas de abrasion
• A medida que retroceden los acantilados,
pueden quedar restos aislados de roca en la
plataforma de abrasion – chimeneas litorales
(sea stacks)
• Erosion selectiva corta cuevas marinas en las
rocas de la costa, eliminando zonas de rocas
mas debiles. A medida que las cuevas marinas
se extienden a traves de los frentes de tierra o
cuando colapsan los techos de las cuevas, se
producen arcos litorales (sea archs)
Chimenea litoral
Chimeneas
litorales,
Cabo Rojo
Arcos litorales:
California y Hawaii
Deposicion de costas
• Playas
– Acumulaciones de arena, cantos (pebbles) o
guijarros (cobbles) a lo largo de la linea de
costa en la zona de rompiente
– Producidas por corrientes que llevan derrubios
a la costa o por erosion marina
– Representan un equilibrio entre accion del
oleaje y suministro de sedimentos
Cont. Playas
• Bermas – se forman en la cabecera o backshore
– Tienen superficies planas a un poco empinadas, a
medida que la batida (swash) pierde velocidad por la
friccion y perdida de agua que infiltra en el
sedimento de la playa, llevando a deposicion.
– Parte de la playa mayormente sobre el agua e
influenciada activamente por las olas en algun punto
de la marea. Deposito de material en una linea de
costa activa (http://en.wikipedia.org/wiki/Beach).
– Algunas playas tienen 2 o mas bermas (verano e
invierno)
Cont. Playas
Entre lineas de marea alta y baja
Entre marea alta normal y margen de la playa
http://www.geol.umd.edu/~jmerck/geol100/lectures/30.html
Ejs. de
bermas
http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/bermcutDanaPt.jpg
https://www.comfsm.fm/~dleeling/sakau/kosrae03.html
Cont. Playas
• Beach face - Pendiente (suave a empinada) hacia el
mar desde la berma
– Durante marejadas bajas y suaves en verano, olas
desarrollan una berma; durante olas altas y empinadas en
invierno, olas destruyen la berma y transportan material
hacia el mar
– Pendiente del beach face esta relacionada al tipo de
breaker
– Relacion de pendiente y tamano de particulas: tamanos
grandes - pendientes empinadas, pequenos – suaves
– Seleccion pobre (poor sorting) causa poca infiltracion en
la batida (swash) y pendientes empinadas
Cont. Playas
• Barreras prelitorales (longshore bars) y valles
prelitorales (longshore troughs) se pueden formar
hacia el mar desde el beach face, asociados con la
posicion de las olas de rompiente
– Posicion de breakers determina el tamano, lugar y
profundidad, y las barras pueden migrar con
variaciones de altura y pendiente de la ola, y el tipo de
breaker
http://www-class.unl.edu/geol101i/14b_coasts%20deposition.htm
Cont. Playas
• Beach cusps (cuspides) – espaciadas regularmente
– Forman la parte superior del beach face y la parte
externa de la berma
– Se entuentran en algunas playas
– Pocos m o menos a traves generalmente, construidas de
cualquier tamano de grano
– Formacion:
• Cada ola que llega al beach face se divide por las
proyecciones al mar de las cuspides
• El swash en cada lado de las proyecciones fluye hacia el
swale (hondonada), entre los horns de las cuspides,
encontrandose en el centro, donde regresa hacia el mar
Cont. Playas
– Cont. Formacion de beach cusps
• Separacion del swash causa disminucion de velocidad y
deposicion de granos gruesos en los horns
• Backwash en el centro del swale se lleva el sedimento
fino, depositandolo en la parte hacia el mar del swale
• El backwash desde el swale entonces se encuentra la
ola que viene, retardando su progreso hacia el swale y
por lo tanto dirigiendo el flujo principal del swash
contra las cuspides
• No se sabe bien como se forman en beach faces que
son planas o con pendientes uniformes
Beach cusps
http://www.kootenaylake.ca/beach/beachcusps/index.html
Flechas litorales (spits)
• Cresta (ridge) de sedimento conectada por una
terminacion a tierra y terminando en mar abierto
al otro lado
• Cuando hay dobleces marcados en la linea de
costa, donde el sedimento continua moviendose
en la misma direccion y se deposita en aguas mas
profundas, en vez de continuar alrededor de la
esquina
• A menudo el extremo en el agua se curva hacia
tierra en respuesta a la direccion dominante de la
corriente litoral: recurved spit o hooked spit
Cont. Flechas litorales (spits)
• Tiene un volumen grande de sedimento bajo la
superficie
• Crecen barriendo barras sumergidas o crestas
de playa alrededor de la terminacion de la
flecha, dandole una apariencia acostillada
• Pueden alterar la refraccion de olas y
desarrollar formas complejas, a medida que
crecen
Dungeness Spit, Puget Sound, WA
http://www.ecy.wa.gov/programs/sea/pugetsound/bluffs/dungeness.html
Cape Cod,
Boston
Barras de bahia (baymouth bar)
• Si una flecha se extiende a traves de una bahia,
se convierte en una barra de bahia
• Esta alrededor de la parte hacia tierra de la
bahia como una laguna
• Tienden a formarse a traves de bahias donde
las corrientes son debiles, lo que permite que
una flecha se extienda de un lado a otro
• La laguna gradualmente se llena de sedimento
y materia organica, cambiandola a pantanos
Flechas y barras, Massachusetts
Barra de bahia en costa del Lago
Michigan
www.uwgb.edu/dutchs/EarthSC202Slides/coasslid.htm
Tombolos
• Flechas litorales que crecen hacia islas costa
afuera (offshore), eventualmente conectando
las islas con la tierra
• A medida que las olas encuentran aguas
someras alrededor de las islas, disminuyen la
velocidad y son refractadas alrededor de la isla
– Lleva a que las direcciones de corriente litoral
converjan en el lado opuesto a viento de la isla,
donde se acumulara el sedimento
Tombolos
http://geology.about.com/library/bl
/images/bltombolo.htm
Barras de barrera e islas barrera
• Barras largas y elongadas, usualmente
compuestas de arena, costa afuera y paralelas a
la linea de costa, pero usualmente no adjuntas
a tierra firme
• Separadas de tierra firme (3-30 km costa
afuera) por una laguna
• Se pueden extender por 10-100 km de largo,
anchos de algunos cientos a miles de m,
elevacion sobre nivel del mar <5 m
• Ocurren en 10-13% de las costas mundiales
Cont. Barras de barrera e islas barrera
• Lado hacia el mar – playas de gradiente bajo
que cambian su forma durante tormentas
• Lado hacia tierra – lagunas, salinas (salt
marshes), llanos de lodo mareales (tidal mud
flats)
• Se encuentran dunas de gran altura en las
barras, y el resto es bastante plano
• Muy susceptibles a tormentas – lugares
peligrosos para habitar
Cont. Barras de barrera e islas
barrera
• Consenso es que las islas barrera tienen una
historia de desarrollo asociada con subida
del nivel del mar despues de glaciacion, y
que las islas barrera han migrado hacia la
costa con el tiempo
www.geo.hunter.cuny.edu/bight/beach.html
Cont. Barras de barrera e islas barrera
• Durante tormentas, se puede romper (breach)
la barra y se forman nuevas entradas a traves
de la barra y se depositan washover fans
– Entradas segmentan la barra en diferentes islas y
conectan la laguna con mar abierto
– Agua que se mueve hacia tierra por las entradas en
mareas altas mueve arena y deposita un delta
mareal de inundacion (flood tidal delta) en el
interior de la isla barrera, y un delta de marea
menguante (ebb tidal delta) en marea baja en el
lado del oceano
Ej. de islas barrera
http://www.geosci.unc.edu/faculty/glazner/Images/Coastlines/barrier.html
Ebb-tidal delta
facweb.furman.edu
Casi 300 islas barrera bordean costas
atlantica y del Golfo
Tipos de costas (Johnson – 1919)
1) Costas de inmersion (submergence): sumersion de la
costa por subida del nivel del mar o por subsidencia de
la tierra
2) Costas de emersion (emergence): formadas por el
levantamiento de la tierra o porque el nivel del mar
baje. Tipicamente tienen lineas de costa de relieve bajo
y terrazas marinas.
3) Costas naturales: dominadas por varios procesos
superficiales. Ej. deltas, llanos aluviales, arrecifes de
coral y costas falladas
4) Costas compuestas: rasgos de los tipos de tipos de
costa mencionados
Terrazas marinas expuestas por
levantamiento, cerca de Santa Barbara,
California
www.uwgb.edu/dutchs/EarthSC202Slides/coasslid.htm
Terrazas
marinas,
California
http://quake.usgs.gov/resear
ch/geology/lidar/example4.ht
ml
http://earthweb.ess.washington.edu/EPIC
/Collections/Shelton/images/EP_0056_JS_
SH_44.jpg
Arrecifes de coral
•
•
•
Crecimiento de corales y algas en oceanos
tropicales produce lineas de costa dominadas
por arrecifes
Condiciones necesarias: aguas someras y con
temperaturas de 77-86 oF
3 tipos de arrecifes (reconocidos por Darwin):
1) Arrecifes marginales (fringing) – crecen a lo largo
de la linea de costa en zonas curvilineas que
varian en grosor entre cientos de m – 1 km. No
ocurren donde agua fresca diluye la marina y hay
sedimentos. Zona intermareal (intertidal)
Arrecife marginal tipico, alrededor
de una isla tropical en el Pacifico
www.uwgb.edu/dutchs/EarthSC202Slides/coasslid.htm
Cont. Arrecifes de coral
•
Cont. 3 tipos de arrecifes:
2) Arrecifes de barrera – crecen justo offshore
(costa afuera), separados de la tierra por
lagunas. Crecimiento mas activo de corales
ocurre en el lado hacia el mar, pero tambien
esta sujeto a olas de tormenta. Great Barrier
Reef – arrecife de barrera mas grande del
mundo, que se extiende >2000 km a lo largo
de la costa australiana
Great Barrier Reef,
Australia
http://www.reefhq.com.au/a
bout/images/cre_map.gif
http://offtheplanet.typepad.com/photos/queensland_australia/great_barrier_reef_6.html
Cont. Arrecifes de coral
•
Cont. 3 tipos de arrecifes:
3) Atolon (atoll) – consiste de un arrecife circular
alrededor de una laguna. No tienen la isla central
que tienen los de barrera, y se alzan solo algunos
metros sobre el nivel del mar
•
Origen y evolucion de arrecifes:
–
–
**Teoria de subsidencia de Darwin – resulta en
depositos gruesos
Teoria de control glacial de Daly – resulta en
depositos finos
Formacion de atolon:
Corales empiezan a crecer
alrededor de una isla oceanica,
formando un arrecife marginal.
Si las condiciones son
favorables, el arrecife
continuara expandiendose. La
isla interior usualmente
comienza a bajar y el arrecife
marginal se convierte en uno de
barrera. Cuando la isla se
hunde completamente, dejando
un anillo de coral creciente con
una laguna en el centro, se
llama atolon. Proceso puede
tomar hasta 30 millones de
años.
http://www.oceanservice.noaa.gov/education/kits/corals/media/supp_coral04a.html
Ejemplo de atolon
www.ventanasvoyage.com/Tuamotus.htm