WPŁYW LODÓW DRYFTOWYCH NA RZEŹBĘ I ROZWÓJ PLAŻ KAMIENISTYCH DISCOVERY BAY (ANTARKTYKA ZACHODNIA) I ADVENTFJORDEN (SPITSBERGEN)

Transkrypt

1 Geologia i geomorfologian n9n nsłupsk 2012, s Stanisław Rudowski Katarzyna Makurat WPŁYW LODÓW DRYFTOWYCH NA RZEŹBĘ I ROZWÓJ PLAŻ KAMIENISTYCH DISCOVERY BAY (ANTARKTYKA ZACHODNIA) I ADVENTFJORDEN (SPITSBERGEN) Słowa kluczowe: plaża kamienista, struktury formowane przez lody dryftowe, geomorfologia, Antarktyka Zachodnia, Spitsbergen Key words: stony beach, pavement structures formed by ice drift, geomorphology, West Antarctica, Spitsbergen WSTĘP Badania wpływu lodów dryftowych na budowę i rozwój plaż w warunkach klimatu umiarkowanego, w tym na wybrzeżach Bałtyku (np. Bączyk, Czekańska 1962, Brochwicz-Lewiński, Rudowski 1976, Girjatowicz 1975, 1983, 1999, 2001, Giżejewski, Rudowski 1972, 1995, Rudowski 1972), prowadzone są głównie na plażach piaszczystych. Lody dryftowe występują tu w postaci kier, w czasie srogich zim formowanych w zwały i spiętrzenia (np. Filipowicz 1982, Girjatowicz 1975, 1983, Rudowski 1972, Zakrzewski 1979). Skutki działalności abrazyjnej i akumulacyjnej związanej z krami wyrzucanymi na plaże piaszczyste są wyraźne w budowie plaż (nieraz z możliwością zachowania dłużej niż sezon). Wędrujące kry stanowią jedyny czynnik umożliwiający transport materiału kamienistego (np. z rejonów brzegów wysoczyzn morenowych) daleko wzdłuż brzegu i pozostawianie go na akumulacyjnych odcinkach brzegów z plażami piaszczystymi. Czynnik ten jest istotny także na plażach w warunkach klimatu polarnego, gdzie ponadto dochodzi intensywne oddziaływanie gór lodowych i ich odłamów (brył i bloków lodowych, growlersów). Oddziaływanie lodów dryftowych na plaże kamieniste, oprócz dostawy materiału grubookruchowego, powodować może także istotne zmiany w ich budowie. W pracy przedstawiono efekty działania lodów dryftowych w postaci specyficznych sposobów ułożenia kamieni na kamienistej plaży półwyspu Guesalaga w zatoce Discovery Bay w Antarktyce Zachodniej oraz wytapiania bloków lodowych w sztormowych, kamienistych wałach na plaży Longyearbyen Camping w Adventfjorden na Spitsbergenie. Celem pracy jest zwrócenie uwagi na znaczenie zróżnicowanych sposobów oddziaływania lodów dryftowych na budowę i rozwój plaż, zwykle ujmowanego 61

2 głównie pod kątem potrzeb nawigacji oraz ochrony brzegów (np. Girjatowicz 1983, 2001, Zakrzewski 1982, Zakrzewski, Szefler 1984). Zjawiska lodowe, zlodzenie brzegu i działalność lodów dryftowych na plażach południowego Bałtyku są intensywne jedynie podczas srogich zim. Efekty tej działalności mają jednak istotne znaczenie dla budowy i rozwoju brzegu, a przedstawiane tu informacje z plaż polarnych mogą być przydatne do prawidłowego rozpoznania i uwzględniania zjawisk lodowych także na plażach w klimacie umiarkowanym. Obserwacje terenowe na plażach Discovery Bay w Antarktyce wykonano (Rudowski 1989) podczas 3-tygodniowego pobytu w 1988 roku w Chilijskiej Stacji Polarnej Arturo Pratt, w ramach III Wyprawy Antarktycznej Instytutu Geofizyki PAN do Antarktyki Zachodniej. Wyprawą kierował prof. Aleksander Guterch. Jedna z kilku terenowych stacji sejsmicznych została tu wówczas założona przy życzliwej pomocy kierownictwa i członków chilijskiej wyprawy. Obserwacje terenowe z plaży Longyearbyen Camping na Spitsbergenie zebrano w czasie kilkudniowego pobytu w 1994 roku, związanego z badaniami prowadzonymi przez Zakład Badań Polarnych Instytutu Geofizyki PAN w fiordach Spitsbergenu. Rys. 1. Położenie wyspy Greenwich Fig. 1. Island Greenwich location 62

3 KAMIENISTA PLAŻA PÓŁWYSPU GUESALAGA W ZATOCE DISCOVERY BAY Warunki środowiskowe Discovery Bay (rys. 1, 2) położona jest w północno-wschodniej części wyspy Greenwich, należącej do archipelagu Szetlandów Południowych (Antarktyka Zachodnia). W latach osiemdziesiątych XX wieku wyspa niemal w całości była pokryta kopułą lodową, opadającą ku morzu stromym, bardzo wysokim klifem lodowym (Flores 1972, Fuenzalida 1964). Spod pokrywy lodowej wystawały liczne nunataki, zbudowane ze skał górnokredowej intruzji granitoidowej (masyw szczytu Lopez) Rys. 2. Szkic geomorfologiczny wschodniego wybrzeża zatoki Discovery Bay na wyspie Greenwich, stan ze stycznia 1988 roku (za: Araya, Herve 1972, zmienione): 1 lód, 2 moreny, 3 nunataki, 4 wyniesione tarasy brzegowe, z wałami brzegowymi i lagunami (L), 5 plaża sztormowa, 6 plaża, PA punkt astronomiczny (o współrzędnych 62 o 29 S, 59 o 40 W) na chilijskiej stacji Arturo Pratt, LN szczyt Lopez Nunatak (217 m n.p.m.) Fig. 2. Geomorphology of the east coast of the Discovery Bay, Greenwich Island, state at January 1988 (after Araya, Heerve 1972, changed): 1 ices, 2 moraines, 3 nunatacs, 4 elevated shore terraces, with beach ridges and lagoons (L), 5 stormy beach, 6 beach, PA astronomical point (62 o 29 S, 59 o 40 W) at the Chilean Antarctic Station Arturo Pratt, LN peak Lopez Nunatak (217 m a.s.l.) 63

4 Rys. 3. Widok z mierzei Rojas na rejon stacji Arturo Pratt. Na pierwszym planie brzeg mierzei Rojas i laguna, za nią wyniesiony taras i zabudowa stacji, nad nią, w tle, kopuła lodowa i Lopez Nunatak (fot. S. Rudowski, styczeń 1988 r.) Fig. 3. The view form Rojas spit on the region of Arturo Pratt Station. On the front shore of Rojas Spit and Lagoon, besides them elevated terrace and station buildings, on the back Iceberg Cup and Lopez Nunatak (photo by S. Rudowski, January 1988) Rys. 4. Kamienista mierzeja Rojas. Po obu stronach mierzei linearne pasy wychodzące w wodę. Na drugim planie stacja i kopuła lodowa (fot. S. Rudowski, styczeń 1988 r.) Fig. 4. Stony spit Rojas. On the sides linear strips coming into sea. On the back station and Iceberg Cups (photo by S. Rudowski, January 1988) 64

5 i serii trzeciorzędowych wulkanitów (andezyty, lawy bazaltowe, tufy), zwykle w postaci dajek. Jeden z nielicznych obszarów wolnych od lodu to rejon wschodnich wybrzeży Discovery Bay (Bahia Chile). Występuje tu seria wyniesionych tarasów, na jednym z nich założono chilijską stację Arturo Pratt, z punktem astronomicznym o współrzędnych 62 o 29 S, 59 o 40 W. Brzegi zatoki są niskie i dobrze rozwinięte, zwłaszcza półwyspu Guesalaga (rys. 2), z mierzejami i kosami żwirowo-kamienistymi (rys. 3, 4), zawierającymi materiał głównie pochodzenia miejscowego. Zatoka Discovery (Fuenzalida 1964) jest płytka, z izobatą 5 m położoną dopiero około 500 m od brzegu. Falowanie jest tu słabe, z falami o wysokości do 1 m. Pływy półdobowe mają tu skok ok. 1-1,5 m, maksymalnie do 2,1 m i stanowią ważny czynnik formujący plaże. Formy (układy) bruków (gravel arrangements) kamienistej plaży półwyspu Guesalaga, zatoki Discovery Bay Kamieniste struktury plaży Discovery Bay zostały już opisane szczegółowo i wnikliwie (Araya, Herve 1972a). Przedstawiony poniżej opis struktur i ich genezy w znacznej mierze wykorzystuje tamto opracowanie. R. Araya i F. Herve wyróżnili kilka głównych wzorów specyficznego ułożenia składników gruboklastycznych. Są to: linearne ułożenia bloków (linear accumulation of blocks), struktury bruku (pavement structures) oraz struktury koliste i poligonalne (circular or polygonal Rys. 5. Odmorski brzeg mierzei Rojas. Linearne pasy kamieniste formujące układ zatoczek i przylądków ( sierpy plażowe ). Długość pasów 3-5 m, szerokość ok. 0,5-1 m, rozstęp około 3-4 m (fot. S. Rudowski, styczeń 1988 r.) Fig. 5. Rojas Spit sea shore. Linear stony strips, formed convex-concave pattern (beach cusps). Strip lengths 3-5 m, width ca m, space ca. 3-4 m (photo by S. Rudowski, January 1988) 65

6 Rys. 6. Odmorski brzeg mierzei Rojas. Układy bruku, linearne i koliste (S. Rudowski stoi na jednym z nich). Kamienie o średnicy do 0,5 m, silnie upakowane (ubite) (fot. Z. Czerwiński, styczeń 1988 r.) Fig. 6. Rojas Spit sea shore. Pavement linear and cylindrical pattern (S. Rudowski stand on one of them). Stones ca. 0.5 m, strongly packed beaten (photo by Z. Czerwiński, January 1988) Rys. 7. Kolista forma ubitego bruku, kamienie obtoczone i słabo obtoczone, do 0,25 m, mierzeja Rojas (fot. S. Rudowski, styczeń 1988 r.) Fig. 7. Cylindrical pattern of the strongly beaten (pavement). Stones and pebbles rounded and a little rounded up to 0.25 m. Rojas Spit (photo by S. Rudowski, January 1988) 66

7 features). W tej pracy wyróżniono jeszcze kamieniste sierpy plażowe. Formy te występują na kamienistej plaży brzegu dolnego, o słabo nachylonej (poniżej 3 ) powierzchni między liniami wysokiej i niskiej wody. Kamieniste sierpy plażowe Plaża dolnego brzegu ma charakterystyczny przebieg linii brzegowej (rys. 4-6), złożonej z serii występów (przylądków, rogów) i zatoczek między nimi, o rozstępie 2-3 m, niekiedy do 5 m. Formy takie, zwykle określane jako sierpy plażowe (Rudowski 1964), opisywano z kamienistych plaż Kanady (Dionne, Laverdiere 1972), gdzie są formowane wskutek opływania przez fale i prądy pływowe serii osiadłych bloków lodów. Zatoczki powstają w miejscu natarcia bloku lodowego, pchanego podczas przypływu i falowania. Przylądki formowane są wodami przypływu między osiadłymi blokami lodu z dużych kamieni, często wówczas układanych linearnie. W czasie odpływu mniejsze kamienie i żwiry/gruzy składane są w przedłużeniu przylądków, po linię niskiej wody. Dodatkowo nacisk bloku lodowego osiadłego, ale podskakującego w falach w formowanej zatoczce, powoduje ubicie podłoża i tym samym zwiększenie obniżenia. Linearne układy kamieni Pasy kamieni o rozmiarach większych niż 20 cm i ułożonych zgodnie dłuższymi osiami mogą powstawać nie tylko na przylądkach (rogach) sierpów. R. Araya i F. Herve (1972a) twierdzą, że formowane są także w strefie międzypływowej wskutek działania bloków lodu na tyle dużych, że podczas przypływu fale nie mogą wyrzucić ich na plażę brzegu górnego, są zaś na tyle małe, że nie osiądą na dnie przybrzeża. Unoszone i osiadające skokowo w falach podczas przypływu, o wodach przepełnionych rumowiskiem skalno-lodowym, przemieszczane są tam i z powrotem, grupując kamienie w rzędy, zwykle położone w cieniu większego rzędu. Wzory bruku Powierzchnia plaży w strefie między wysoką i niską wodą w całości jest zbudowana ze ściśle upakowanych kamieni o średnicy najczęściej cm, ułożonych spłaszczonymi, wygładzonymi powierzchniami ku górze. Całość przypomina mocno ubite bruki drogowe. W ich obrębie wyróżnić można wzory ułożenia (za: Araya, Herve 1972a), jakby układane przez brukarzy. Najczęściej spotykane ułożenie to (rys. 6, 7) nieckowate, koliste lub owalne zagłębienia, o płaskich dnach i ze słabo uwypuklonym obrzeżem, złożonym z większych, nieco wystających kamieni. Występują tu też ułożenia poligonalne. Formy te powstają wskutek działania brył lodu przyniesionych przez przypływ, a w czasie odpływu osiadłych. Bryły te unoszone są wówczas przez fale i pozostając na miejscu czy nieco migrując, ubijają (jak swoiste kafary) kamienie plaży. Ubita powierzchnia bruku nie sprzyja pokryciu drobniejszym materiałem, który łatwo jest zmywany i wynoszony na plażę brzegu górnego podczas przypływu i falowania. 67

8 Takie same cylindryczne i poligonalne struktury znajdują się również na innych wyspach Szetlandów Południowych, na kamienistych, wyniesionych plażach, gdzie mylnie były interpretowane jako zjawiska mrozowe (cryoturbacyjne; za: Araya, Herve 1972a, b). Bezpośrednie obserwacje formowania takich struktur, przeprowadzone po raz pierwszy przez R. Arraya i F. Herve (1972b), bezspornie udowadniają ich plażowe pochodzenie. Tym samym stanowić mogą wskaźnik pochodzenia plażowego, a nie mrozowego. PLAŻA KAMIENISTA LONGYEARBYEN CAMPING Warunki środowiskowe Camping przy Porcie Lotniczym Longyearbyen położony jest na wyniesionym tarasie o wysokości ok. 2 m, u wejścia do Adventfjorden, bocznej zatoki Isfjorden, jednego z większych fiordów Spitsbergenu (rys. 8, 9). Falowanie jest tu silne, fale często osiągają wysokość ponad 2 m. Pływy półdobowe mają skok 1,5-2 m. U stóp tarasu położona jest płytka laguna, odcięta od akwenu fiordu kamienisto-żwirową mierzeją, ze sztormowym wałem o wysokości 2-3 m i szerokości około 50 m. Wał zbudowany jest ze słabo upakowanych kamieni o wymiarach cm, z drobniejszymi kamieniami między nimi. Rys. 8. Camping przy Porcie Lotniczym Longyearbyen u wejścia do Adwentfjorden, Spistbergen (zdjęcie lotnicze, Aleksander Pavlovic, czerwiec 2004 r., com/photo-longyearbyen) Fig. 8. Longyearbyen Airport Camping at Adwentfjorden mouth, Spitsbergen (airphoto, Aleksander Pavlovic, June 2004, Formy wytopiskowe kamienistej plaży Longyearbyen Camping W kamienisto-żwirowym, sztormowym wale brzegowym występują liczne, duże doły wytopiskowe, o głębokości do 1,5 m i średnicy do 2,5 m, ze stromymi stokami i nierównym dnie (rys. 10, 11). Rozmieszczone są nieregularnie na grzbiecie i stoku 68

9 Rys. 9. Camping Longyearbyen na wyniesionym tarasie brzegowym, przy nim laguna zamknięta kamienistą mierzeją (fot. S. Rudowski, lipiec 1994 r.) Fig. 9. Longyearbyen Airport Camping on the elevated shore terrace, stony spit and lagoon (photo by S. Rudowski, July 1994) Rys. 10. Grzbiet kamienistego wału sztormowego, zbudowanego z kamieni o wielkości do 0,4 m. Doły wytopiskowe o głębokości do 1,5 m, średnicy do 2,5 m (fot. S. Rudowski, lipiec 1994 r.) Fig. 10. Stormy ridge formed from stones up to 0.4 m. Thawing holes up to 1.5 m depth and diameter up to 2.5 m (photo by S. Rudowski, July 1994) 69

10 Rys. 11. Dół wytopiskowy w sztormowym wale mierzei. W ścianie dołu widoczne specyficzne, pionowe ułożenie płaskich otoczaków (fot. S. Rudowski, lipiec 1994 r.) Fig. 11. Thawing hole in stony ridges. At the walls there are specific pattern of the flat stones arrangement (photo by S. Rudowski, July 1994) dystalnym wału. Brak ich na stoku proksymalnym, dochodzącym do linii przypływu i przechodzącym w żwirową plażę brzegu dolnego. Podczas pobytu nie stwierdzono już występowania lodu w dnie ani w podstawie wału. Miejscami, przy ścianach dołów, występują nagromadzenia pionowo zorientowanych, osypywanych kamieni. Według informacji ustnej miejscowych pracowników hotelu i lotniska wał sztormowy został utworzony około 2 miesięcy przed przeprowadzonymi obserwacjami. Wielkie bryły lodu były wyrzucane na brzeg wraz z materiałem żwirowo-kamienistym i kruszywem lodowym przy wysokiej wodzie przypływu. Względnie szybkie wytopienie lodu umożliwiła zapewne dobra przepuszczalność rumowiska, pozwalająca na swobodny odpływ wód wytopieniowych i deszczowych. Występowanie niewielkich zagłębień wytopiskowych (tzw. pitted beaches sensu Nichols 1961) na piaszczystych plażach (np. Nichols 1961, 1968, Giżejewski, Rudowski 1972), zlodzonych czy zawierających doniesione bryły lodu, związane jest z wytapianiem po przykryciu narzuconym rumowiskiem. Podobnie następuje wytapianie bloków lodu osiadłych na sztormowej plaży brzegu górnego, a potem obsypywanych i zasypywanych rumowiskiem plażowym (Dionne, Laverdiere 1972, Lindner, Marks 1989). W opisywanym przypadku plaży Longyearbyeen bryły i bloki lodu były składane razem z rumowiskiem. 70

11 WNIOSKI Lody dryftowe mogą mieć istotny wpływ na budowę plaż kamienistych, umożliwiając obfitą dostawę grubookruchowego rumowiska i oddziałując na ułożenie składników. Bloki lodu wyrzucane i wytapiane na słabo nachylonych plażach w strefie międzypływowej wymuszają zróżnicowanie przepływu wód pływów i falowania, powodując powstawanie specyficznych ułożeń ( bruków ) ze ściśle upakowanych kamieni w postaci sierpów plażowych, linearnych pasów oraz kolistych, owalnych i poligonalnych zagłębień. Koliste i poligonalne ułożenia kamieni w brukach plażowych są podobne do form mrozowych i jako takie mogą być mylnie interpretowane na plażach wyniesionych tarasów. Bryły lodowe, wyrzucane na plażę wraz z rumowiskiem lub przykrywane pokrywą rumowiskową, podczas wytapiania powodują zluźnienie upakowania i formują różnej wielkości formy wytopiskowe na plaży i pod jej powierzchnią. Przedstawione wyniki obserwacji oddziaływania lodów dryftowych na plaże kamieniste stanowią uzupełnienie danych z badań bałtyckich plaż kamienistych w Polsce. L I T E R AT U R A Araya R., Herve F., 1972a: Patterned gravel beaches in the South Shetland Islands. W: Proc. Antarctic Geology and Geophysics Symp. SCAR, red. R.J. Adie, Oslo Araya R., Herve F., 1972b: Periglacial phenomena in the South Shetland Islands. W: Proc. Antarctic Geology and Geophysics Symp. SCAR, red. R.J. Adie, Oslo Bączyk J., Czekańska M., 1962: Zjawiska zlodzenia u polskich brzegów Bałtyku, Prace Komisji Geogr.-Geol. Pozn. Tow. Przyj. Nauk, III, 4 Brochwicz-Lewiński W., Rudowski S., 1976: The action of ice and frost in the development of moderate climatic beaches, Rev. Geogr. (Montreal, Canada) Dionne J.C., Laverdiere C., 1972: Ice formed beach features from Lake St. Jean, Quebec, Canadian Journal of Earth Sciences 8 Filipowicz C., 1982: The Virgin Sands a composed barrier fringing the Hel Peninsula, Acta Geologica Polonica Flores S.E., 1972: Geomorphological observations and generalization on the costs of the South Shetland Islands and Antarctic Peninsula. W: Proc. Antarctic Geology and Geophysics Symp. SCAR, red. R.J. Adie, Oslo Fuenzalida H., 1964: Coastal phenomena in the South Shetland Islands. W: Antarctic Geology. Proc. 1st Intern. Symp. Antarctic Geology, Cap Town, August 1963, red. R.J. Adie, Amsterdam Girjatowicz J.P., 1975: Napór kier lodowych na brzeg Zalewu Szczecińskiego, Czasopismo Geograf. 46, 1, s Girjatowicz J.P., 1983: Zjawiska lodowe u polskiego wybrzeża Bałtyku, Szczecin Girjatowicz J.P., 1999: Structual variability of near-shore ice and its abrasion effects in sheltered areas, Quaternary Studies in Poland, Spec. Publ. Girjatowicz J.P., 2001: Studies on the formation and disintegration of grounded ice hummocks in sheltered areas of the southern Baltic Coast, Oceanological Studies 3-4 Giżejewski J., Rudowski S., 1972: Struktury związane ze zlodzeniem plaży południowego Bałtyku, Acta Geologica Polonica 22 71

12 Giżejewski J., Rudowski S., 1995: Struktury sedymentacyjne związane ze zlodzeniem plaż w klimacie umiarkowanym i polarnym. W: Geologia i geomorfologia Pobrzeża i południowego Bałtyku 2, red. W. Florek, Słupsk Nichols R.L., 1961: Characteristics of beaches formed in polar climates, American Journal Sciences 259, 9 Nichols R.L., 1968: Coastal geomorphology, Mc Murdo Sound, Antarctica, Journal of Glaciology 7, 51 Lindner L., Marks L.,1989: Impact of icebergs in relief development of marine beaches in Spitsbergen, Quaestiones Geographicae, spec. iss. 2 Rudowski S., 1964: Sierpy plażowe na wybrzeżu Bałtyku, Acta Geologica Polonica 14, 1 Rudowski S., 1972: Influence of freeze on active processes in shore zone and on beach structure under moderate climatic conditions, Bull. Acad. Pol. Sci. 3 Rudowski S., 1989: Geologia wschodnich wybrzeży Discovery Bay, wyspa Greenwich, Szetlandy Południowe. W: Mat. XVI Symp. Polar. Kom. Badań Polarnych PAN, Toruń Zakrzewski W., 1979: Geneza powstawania spiętrzeń lodowych w Zatoce Puckiej, Studia i Materiały Oceanologiczne 27 Zakrzewski W., 1982: Lody na morzach, Gdańsk Zakrzewski W., Szefler K., 1984: Zlodzenie Zatoki Puckiej, Zeszyty Nauk. Biol. i Nauk o Ziemi UG, Oceanografia 10 Ice drift impact on relief and development of the stony beaches Discovery Bay (West Antarctic) and Adventfjorden (Spitsbergen) SUMMARY Specific stones pattern were describes from stony beaches on the Guesalaga Peninsula in Discovery Bay (Greenwich Island, South Shetland, West Antarctic). Stony beach cusps, linear and cylindrical or elliptical pebbles and cobbles arrangements were strongly beaten like city pavement. The pattern were formed by ice growlers action on the tide beach and were very like to cryoturbation features (as cryoturbation are erroneously describes on elevated beaches). The big holes related with ice growlers thawing were described from the stony beach at Longyearbyen Camping near Airport (Adventfjorden, Spitsbergen). Presented examples shows on significant differentiation of the ice drift action on the stony beaches and their importance for beach structure. Stanisław Rudowski Zakład Oceanografii Operacyjnej Instytutu Morskiego w Gdańsku Długi Targ 41/ Gdańsk starud@im.gda.pl Katarzyna Makurat Zakład Oceanografii Operacyjnej Instytutu Morskiego w Gdańsku Długi Targ 41/ Gdańsk kasmak@im.gda.pl 72