BUDOWA I STAN DNA PRZYBRZEŻA MIERZEI JEZIORA JAMNO

Transkrypt

1 Geologia i geomorfologia 10 Słupsk 2013, s Stanisław Rudowski Kazimierz Szefler Leszek Łęczyński Izabela Zelewska Anna Lesiak Katarzyna Wnuk BUDOWA I STAN DNA PRZYBRZEŻA MIERZEI JEZIORA JAMNO Słowa kluczowe: dno przybrzeża, mierzeja jeziora Jamno, profile sejsmiczne, facje sejsmiczne Key words: nearshore bottom, Lake Jamno Spit, seismic profiles, seismic units WSTĘP Celem pracy jest określenie stanu dynamicznego dna przybrzeża, z oceną zagrożenia abrazją, przez rozpoznanie jego struktury na głębokości od 3 m do 15 m. Morski brzeg mierzei jeziora Jamno jest intensywnie niszczony (Dubrawski, Zawadzka- -Kahlau 2006) i wymaga ochrony. Partie mierzei najbardziej zagrożone abrazją są chronione (Dubrawski, Zawadzka-Kahlau 2006) systemami ostróg (w rejonie Mielna, Unieścia i Łazów), betonowymi opaskami (Mielno) oraz narzutami tetrapodów (Mielno i Łazy). Dobór i skuteczność podejmowanych i planowanych metod i działań w znacznym stopniu uzależnione są od znajomości budowy nie tylko brzegu, ale i dna przybrzeża. Jednakże wymaga to pomimo prac już wykonanych (Dubrawski, Zawadzka-Kahlau 2006, Michałowska, Pikies 1992a, b, Atlas , Zawadzka 1995) ciągle dalszych badań. Kolejny krok w tym kierunku stanowi niniejsza praca, przedstawiająca strukturę sejsmiczną dna przybrzeża, opracowaną na podstawie analizy profili sejsmoakustycznych i opisów makroskopowych rdzeniowych prób osadów. Dla pełnego określenia budowy i charakteru dna przybrzeża niezbędne będzie jednak wykonanie badań z zastosowaniem echosondy wielowiązkowej i sonaru bocznego. Podstawę badań stanowią analogowe materiały archiwalne z badań dna przeprowadzonych w rejonie mierzei Jamna przez Zakład Oceanografii Operacyjnej Instytutu Morskiego w Gdańsku (Gajewski i in. 2006, Rudowski i in. 2011). W pracy uwzględniono również wyniki analiz wykonanych podczas stażu i wykorzystanych w pracach magisterskich (Lesiak 2011, Wnuk 2011). 151

2 152 Rys. 1. Satelitarny obraz rejonu jeziora Jamno (Image C 2913 Google) Fig. 1. Satelite image of the Lake Jamno region (Image C 2913 Google)

3 Rys. 2. Morski brzeg mierzei jeziora Jamno (fot. K. Łunkiewicz, 2003) Fig. 2. Sea shore of the Jamno Sand Bar (photo by K. Łunkiewicz, 2003)

4 154 Rys. 3. Kanał jamieński (fot. P. Domaradzki, 2003) Fig. 3. Jamno channel (photo by P. Domaradzki, 2003)

5 WARUNKI ŚRODOWISKOWE Badany obszar położony jest w rejonie Zatoki Koszalińskiej. Wybrzeże centralnej części zatoki zawiera błotnisty pas nadmorskich równin jeziornych i mierzei ograniczających jeziora Bukowo i Jamno. Jeziora te nie stanowią dawnej zatoki morskiej. Zostały uformowane w obniżeniach równin wskutek podnoszenia się poziomu wód gruntowych podczas transgresji i stopniowo były odgradzane powstającymi i przemieszczanymi mierzejami. W dnach jezior (Bieniek i in. 2012), pod mierzejami i na dnie przybrzeża występują ilasto-muliste, organiczne osady limniczne, złożone na torfach (Miotk-Szpiganowicz i in. 2007, Rosa 1963, 1984). Mierzeja jeziora Jamno (rys. 1, 2) na wschód od kanału jamieńskiego (rys. 3) ma szerokość około 100 m. W części zachodniej szerokość mierzei jest większa, do 1000 m w rejonie Unieścia i Mielna. W dnie przybrzeża mierzei wydzielono (Michałowska, Pikies 1992a, b) łagodnie nachylony skłon brzegowy, sięgający po izobatę dziesięciometrową (położoną około 750 m od brzegu). W jego obrębie występuje zwykle system dwóch rew, o zmiennym i zróżnicowanym stopniu wykształcenia. Dno morskie na głębokości ponad 10 m (Michałowska, Pikies 1992b) jest ogólnie słabo nachylone ku morzu, z partiami pagórków akumulacji morskiej (o deniwelacjach 2-5 m), miejscami ułożonymi w formie wału żwirowo-piaszczystego. Powierzchnię dna Zatoki Koszalińskiej w rejonie Jamna pokrywają piaski drobnoziarniste i średnioziarniste, złożone na mulistych osadach limnicznych (Michałowska, Pikies 1992b). Linia brzegowa tej części Zatoki Koszalińskiej ma ogólny przebieg NW-SE, co stwarza warunki sprzyjające falowaniu zachodniemu, przeważającemu w obrębie naszego wybrzeża. MATERIAŁY I METODY Prace terenowe Prace terenowe były prowadzone w latach (Gajewski i in. 2006, 2007) i obejmowały (rys. 4) wykonanie co 500 m profili sejsmicznych, ułożonych prostopadle do brzegu i sięgających do około 15 m głębokości. Na każdym z profili zostały pobrane 3 próby rdzeniowe, które opisano makroskopowo (Gajewski i in. 2006, 2007). Profilowanie sejsmiczne prowadzono z kutra pomiarowego Imoros profilomierzem hydroakustycznym firmy ORETECH (typu 3010s), stosując częstotliwość roboczą 3,5 khz. Przetworniki profilomierza były umieszczone na ramie mocowanej do burty kutra na głębokości 0,7 m. Kołysanie związane z falowaniem kompensowano czujnikiem przechyłu typu TSS 320B. Rejestrację analogowego sygnału profilomierza prowadzono w systemie cyfrowej akwizycji danych typu CODA DA Stosowano system pozycjonowania satelitarnego DGPS AgPS firmy Trimble, powiązany z zintegrowanym systemem nawigacyjnym HYDRO firmy Trimble. Pobrano 60 prób rdzeniowych (długości do 3 m) w miejscach wytypowanych na podstawie wstępnej analizy profili sejsmicznych. Stosowano wibrosondę VKG. Prace były wykonywane na zlecenie Urzędu Morskiego w Słupsku. 155

6 156 Rys. 4. Lokalizacja profili sejsmicznych w obrębie badanego obszaru (rys. 1). Zaznaczono linię brzegową i kilometraż ( km) Urzędu Morskiego w Słupsku Fig. 4. Seismic profiles situation within study area (Fig. 1). Shore line and marks ( km) of the kilometers Słupsk Maritime Office are presented

7 Prace laboratoryjne i kameralne Analogowe zapisy profili sejsmicznych zinterpretowano geofizycznie, wydzielając trzy zasadnicze facje sejsmiczne. Facje te zostały zidentyfikowane geologicznie, z wykorzystaniem danych z prób osadów i w relacji do wiedzy o metodzie i o rejonie badań (Michałowska, Pikies 1992a b, Miotk-Szpiganowicz i in. 2000, Atlas , Przezdziecki 2004, Rosa 1963, 1984, Zawadzka 1995). Próby rdzeniowe opisano makroskopowo, z uwzględnieniem rodzaju osadu, jego uziarnienia, wilgotności, barwy (wg skali Mansella), upakowania, zawartości i charakteru domieszek oraz wapnistości. Całość uzyskanych danych wykorzystano do opracowania mapy batymetrycznej, przekrojów geologicznych i mapy osadów powierzchniowych. Dysponowano profilami sejsmicznymi zapisanymi jedynie w wersji analogowej. Do opracowania map i przekrojów konieczne jednak było uzyskanie ich cyfrowego zapisu. Analogowe profile zeskanowano, zapisano w formacie TIFF i poddano kalibracji w programie Didger 3 względem punktów o znanych współrzędnych, z zachowaniem pionowej skali czasowej (w milisekundach). Na profilach sczytano linie wydzielonych kompleksów i opracowano dalej w odpowiednich programach graficznych. RZEŹBA DNA Rzeźba dna przybrzeża (rys. 5) do głębokości około 15 m jest urozmaicona (z deniwelacjami 2-5 m) i zróżnicowana, z wyraźnie różnym wykształceniem form w części położonej na wschód od rejonu kanału jamieńskiego oraz po jego zachodniej stronie. Występuje tu system piaszczystych wałów ułożonych skośnie względem linii brzegowej, tzw. rew poprzecznych (transverse bars sensu F.P. Shepard 1952 za: Barcilon, Lau 1973). W części wschodniej mają szerokość około 700 m u podstawy przy brzegu i długie, stopniowo zwężające się grzbiety, odchylone ku wschodowi, sięgające do głębokości około 15 m. Grzbiety są asymetryczne, ze stromymi stokami po wschodniej stronie. Rozdzielone są wyraźnie wykształconymi zagłębieniami (rynnami), o względnej głębokości w stosunku do grzbietu około 2-4 m. W części zachodniej dna przybrzeża mierzei występują bardziej rozległe formy wałów o szerokich, obłych grzbietach i o słabiej (niż po stronie wschodniej) wykształconych zagłębieniach. Układ form jest tutaj odchylony ku zachodowi. Grzbiety wałów zbudowane są piasków morskich drobnoziarnistych i średnioziarnistych, o miąższości od kilkudziesięciu centymetrów do 2-3 m blisko linii brzegowej. Na powierzchni zagłębień między grzbietami zwykle występuje cienka, zmienna warstwa piasków o zróżnicowanej granulacji (drobnych, średnich i grubych), miejscami także piasków mulistych, pokrywających limniczne osady podłoża, lokalnie odsłaniane na powierzchni dna. Zróżnicowany układ form dna przybrzeża wskazuje na występowanie wyraźnej strefy dywergencji przemieszczania osadów, z rozdzielającym centrum położonym w rejonie kanału jamieńskiego. 157

8 158 Rys. 5. Szkic batymetryczny rejonu badań Fig. 5. Bathymetric sketch of study area

9 Rys. 6a. Przekroje geologiczne 289,0-291,5 km, lokalizacja na rys. 4. Osady (facje): I gliny zwałowe, II iły i muły jeziorne, III piaski morskie Fig. 6a. Geological cross-sections km; localization Fig. 4. Sediments (facies): I boulder clay, II limnic silt/clays, III marine sands 159

10 Rys. 6b. Przekroje geologiczne 292,0-294,5 km. Objaśnienia na rys. 6a Fig. 6b. Geological cross-section km, explanation Fig. 6a 160

11 Rys. 6c. Przekroje geologiczne 295,0-297,5 km. Objaśnienia na rys. 6a Fig. 6c. Geological cross-section km, explanation Fig. 6a 161

12 Rys. 6d. Przekroje geologiczne 298,0-299,0 km. Objaśnienia na rys. 6a Fig. 6d. Geological cross-section km, explanation Fig. 6a SEJSMICZNA STRUKTURA DNA Na podstawie szczegółowej analizy zapisów rejestracji sejsmicznej wysokiej rozdzielczości wydzielono trzy główne jednostki, tzw. facje sejsmiczne, oznaczone jako A, B i C, o różnym układzie i charakterze refleksów oraz granic i sekwencji lateralnych i wertykalnych. Facje te zinterpretowano geologicznie i opisano w kolejności stratygraficznej jako: facja I osady zwałowe, facja II seria osadów limnicznych i facja III osady morskie. Facja I. Osady tej facji to głównie ilaste gliny zwałowe, miejscami, zwłaszcza w stropie, także pospółki gliniaste. Strop tych osadów jest nierówny, erozyjny, z wcięciami do 10 m. Facja II. Złożona z przewarstwień osadów mulisto-ilastych, często o charakterze gytii, a także piasków mulistych i drobnoziarnistych. Facja III. Zawiera w dolnych partiach piaski i żwiry, często z partiami bruku abrazyjnego w spągu, związane z transgresją. Osady te przykryte są współczesnymi piaskami, głównie budującymi system rew poprzecznych względem brzegu. Facje sejsmiczne wydzielone na profilach sejsmicznych posłużyły, w korelacji do danych uzyskanych z opisu rdzeni, do opracowania przekrojów geologicznych (rys. 6), dobrze ukazujących strukturę sejsmiczną dna. W budowie dna przeważa zespół osadów jeziornych (facja II), na erozyjnej powierzchni osadów zwałowych 162

13 Rys. 7. Osady powierzchniowe: żółte piaski morskie, niebieskie muły i iły jeziorne Fig. 7. Surface sediments: yellow marine sands, blue limnic silt/clay 163

14 (facja I), wypełniających głębokie wcięcia i zagłębienia (o stwierdzonych deniwelacjach do 10 m) w erozyjnym stropie osadów zwałowych (facja I). Pokrywa osadów morskich (facja III) ma zmienną miąższość, partiami bardzo małą mniej niż 20 cm. Na przekrojach wykonanych w pionowej skali około 1:1500 miąższość jest celowo zwiększona dla uwidocznienia występowania cienkich warstw tej jednostki. Zwraca uwagę, dobrze uwidocznione na przekrojach, występowanie na powierzchni dna rozległych miejsc o wybitnie erozyjnym charakterze, z odsłoniętymi osadami ilastymi podłoża, czasami w formie podwodnych progów (Dubrawski, Zawadzka- -Kahlau 2006) o deniwelacjach 2-3 m. Większość powierzchni dna (rys. 7) zajmują morskie osady piaszczyste facji III, o zróżnicowanym składzie, głównie jednak drobnoziarniste. Erozyjne odsłonięcia ilastych osadów podłoża występują w izolowanych płatach. PODSUMOWANIE I WNIOSKI Dno morskiego przybrzeża jeziora Jamno ma urozmaiconą, zmienną rzeźbę, z deniwelacjami do 3-4 m, związaną ze współczesnymi, morskimi formami piaszczystych grzbietów, tzw. rew poprzecznych (tranverse bars), rozdzielonych szerokimi, erozyjnymi zagłębieniami (rynnami). Układ tych form i ich charakter wskazuje (Barcilon, Lau 1973, Garnier i in. 2005) na intensywny, sztormowy wynos rumowiska piaszczystego w morze, skośnie od brzegu, aż poza izobatę 15 m. Układ rew poprzecznych na badanym obszarze wyraźnie świadczy o występowaniu w rejonie kanału jamieńskiego strefy dywergencji kierunku ruchu rumowiska, co potwierdza dawne już stwierdzenie tej dywergencji na podstawie regionalnych omówień transportu wzdłużbrzegowego w Zatoce Koszalińskiej (Rosa 1963). Opisywane wcześniej pagórkowate formy dna (Michałowska, Pikies 1992b) oraz wyróżniane przez E. Zawadzką (1995) jako oddzielne formy rynny skośne do brzegu i ławice piaszczyste (ułożone inaczej?) stanowią w rzeczywistości jeden zespół rew poprzecznych, o jednocześnie współformowanych piaszczystych grzbietach i rozdzielających je rynnach, ułożonych do brzegu skośnie. Omówienie zagadnień związanych z występowaniem, budową i genezą tych form oraz ich znaczeniem dla rozwoju brzegu wymaga oddzielnego studium, z bogatą literaturą przedmiotu. Zaprezentowane tu prace stanowią przykład poglądów o genezie rew poprzecznych jako związanych z nieliniowym charakterem przemieszczeń mas wody, wywołanym złożonymi układami refrakcji fal podchodzących do brzegu (Garnier i in. 2005) i wskazujących na zaburzenia w dostawie rumowiska (Barcilon, Lau 1973). W erodowanych miejscach badanego dna, głównie w rynnach, pokrywa współczesnych piasków morskich jest cienka w okresach słabego falowania, z lokalnymi odsłonięciami osadów podłoża. Dno ma charakter abrazyjno-akumulacyjny, co sprzyja sztormowej abrazji brzegu. Ponadto spoiste osady podłoża i niskie brzegi mierzei, wraz z brakiem dostawy rumowiska z sąsiednich odcinków brzegu, stanowią o niewystarczających zasobach rumowiska dla pozytywnego bilansu osadów w strefie brzegowej (Zawadzka 1995). Przedstawione nowe dane o rodzaju dna i charakterze warstwy dynamicznej w relacji do wgłębnej struktury są istotne dla prawidłowej oceny stanu dynamiczne- 164

15 go dna, transportu rumowiska i bilansu osadów, a tym samym dla wszelkich prac i badań związanych z oceną zagrożeń i ochroną brzegu. Konieczne jest jednak wykonanie szczegółowego zdjęcia batymetrycznego dna z zastosowaniem echosondy wielowiązkowej w celu dokładnego rozpoznania jego stanu i uzyskania odpowiedniej podstawy do monitoringu oraz ustalenia odpowiednich działań w zarządzaniu strefą brzegową i ochronie brzegu. Badania takie powinny wykazać szczegółowo drogi i zakres wynosu rumowiska. L I T E R AT U R A Atlas geologiczny południowego Bałtyku, 1995: red. J.E. Mojski, Warszawa Barcilon A.J., Lau J.P., 1973: A model for formation of transverse bars, J. Geophysical Research 78, 15 Bieniek B., Borówka R.K., Tomkowiak J., Strzelecka A., 2012: Stratygraficzna zmienność litologii i składu chemicznego osadów wypełniających misę jeziora Jamno na podstawie profilu JS 20. W: Mat. X Konferencji Geologia i geomorfologia Pobrzeża i południowego Bałtyku, Słupsk-Ustka, , Słupsk, s. 5-7 Dubrawski R., Zawadzka-Kahlau E., 2006: Przyszłość ochrony polskich brzegów morskich, Gdańsk Gajewski L., Gajewski Ł., Hac B., Nowak J., Szefler K., Zalewski W., 2006: Monitoring strefy brzegowej Bałtyku w granicach administracyjnych Urzędu Morskiego w Słupsku (raport z realizacji III etapu, km ), WW IM 6257 Gajewski L., Gajewski Ł., Hac B., Nowak J., Szefler K., Rudowski S., Łęczyński L., Rybka K., Stawicka I., 2007: Monitoring strefy brzegowej Bałtyku w granicach administracyjnych Urzędu Morskiego w Słupsku, WW IM 6633 Garnier R., Calvete D., Caballeria M., Falquest A., 2005: Generation and non-linear evolution of nearshore oblique sand bars. W: Proc. Coastal Dynamics 5 th Intern. Conf., April 4-8, 2005, Barcelona, Spain Lesiak A., 2011: Budowa i stan dna przybrzeża w rejonie Łazów ( km UM Słupsk), Archiwum Zakładu Geologii Morza Instytutu Oceanografii UG, praca magisterska niepublikowana Michałowska M., Pikies R., 1992a: Mapa geologiczna dna Bałtyku 1: , ark. Koszalin, Warszawa Michałowska M., Pikies R., 1992b: Objaśnienia do Mapy geologicznej dna Bałtyku 1: , ark. Koszalin, Warszawa Miotk-Szpiganowicz G., Zachowicz J., Uścinowicz S., 2007: Nowe spojrzenie na rozwój zbiorników przybrzeżnych południowego Bałtyku, Studia Limnologica et Telmatologica 1/2, s Przezdziecki P., 2004: Sejsmostratygrafia osadów czwartorzędowych w polskiej części Bałtyku, Biuletyn PIG 413, s Rosa B., 1963: O rozwoju morfologicznym wybrzeża Polski w świetle dawnych form brzegowych, Studia Societatis Scientiarum Torunensis V, sectio C (Geographia et Geologia) Rosa B., 1984: Rozwój brzegu i jego odcinki akumulacyjne. W: Pobrzeże Pomorskie, red. B. Augustowski, Warszawa Rosa B., Wypych K., 1980: O mierzejach południowobałtyckich, Peribalticum V Rudowski S., Łęczyński L., Zelewska I., Lesiak A., Wnuk K., 2011: Budowa i stan dna przybrzeża mierzei jeziora Jamno, WW IM

16 Wnuk K., 2011: Budowa i stan dna przybrzeża w rejonie Unieścia ( km UM Słupsk), Archiwum Zakładu Geologii Morza Instytutu Oceanografii UG, praca magisterska niepublikowana Zawadzka E., 1995: Lithodynamic processes along the Jamno Lake, Geological Quarterly 39, 3, s State and structure of the nearshore bottom of Lake Jamno Spit SUMMARY The paper is prepared based on archival materials of the nearshore bottom researches, executed by Department of Operational Oceanography, Maritime Institute in Gdańsk in years at the Lake Jamno Spit. The high-resolution seismic profiles were carried out each 500 m perpendicular to shore and up to 15 m depth. Three core samples up to 3 m length were taken from each seismic profile lines in selected places. Three main seismic units were distinguished and interpreted geologically using core samples data. They were: Unit I glacial deposits, Unit II limnic deposits and Unit III marine deposits. The bathymetric and surface sediments maps as well as geological cross-sections were prepared. The set of the sandy ridges located oblique to shore and called as transverse bars (sensu F.P. Shepard, after Garnier et al. 2005) confirmed. They are paths of the seaward bed load sediment transport from the shore zone achieved to depth more than 15 m. The bars pattern indicates also divergence zone of the longshore bed load transport appearanced at the mouth part of the Jamno Channel. The nearshore lithodynamic state was determined as the abrasion/accumulative type with negative balance of the deposits. It was caused also by cohesive deposits appearance near sandy bottom surface (occasionally even excavated). The erosion of these deposits cannot give source of the bed load supply. The state and character of the nearshore bottom is consequently caused by intensive rise of the shore spit abrasion. The next monitoring survey executed with non-invasive methods, consist mainly with multibeam echosounder and side scan sonar are required for full recognition and detailed determination of the bed load directions and ranges. Stanisław Rudowski Zakład Oceanografii Operacyjnej Instytut Morski Długi Targ Gdańsk starud@im.gda.pl Kazimierz Szefler Zakład Oceanografii Operacyjnej Instytut Morski Długi Targ Gdańsk Leszek Łęczyński Uniwersytet Gdański al. Marszałka Piłsudskiego Gdynia ocell@univ.gda.pl Izabela Zelewska Zakład Oceanografii Operacyjnej Instytut Morski Długi Targ Gdańsk Anna Lesiak Zakład Oceanografii Operacyjnej Instytut Morski Długi Targ Gdańsk Katarzyna Wnuk Zakład Oceanografii Operacyjnej Instytut Morski Długi Targ Gdańsk 166