Rozwój wydm nadmorskich Mierzei Bramy Świny pod wpływem naturalnych i antropogenicznych czynników w świetle własnej kompleksowej metody monitoringu

Transkrypt

1 (Źródło: Łabuz T. A., 2005, Rozwój wydm nadmorskich Mierzei Bramy Świny pod wpływem naturalnych i antropogenicznych czynników w świetle własnej kompleksowej metody monitoringu. [W:] A. Kostrzewski, R. Kolander (red.), Zintegrowany monitoring środowiska Przyrodniczego. Funkcjonowanie geosystemów Polski w warunkach zmian klimatu i róŝnokierunkowej antropopresji. Biblioteka Monitoringu Środowiska, Bogucki Wyd. Nauk., Poznań, s , ISBN ) Tomasz Arkadiusz Łabuz Zakład Geomorfologii Morskiej, Instytut Nauk o Morzu, Uniwersytet Szczeciński ul. Felczaka 3a, Szczecin, labuztom@univ.szczecin.pl Rozwój wydm nadmorskich Mierzei Bramy Świny pod wpływem naturalnych i antropogenicznych czynników w świetle własnej kompleksowej metody monitoringu Zarys treści W pracy zaprezentowano metodykę pomiarową stosowaną w badaniach dynamiki wydm nadmorskich. Podkreślono znaczenie kompleksowych badań tego środowiska w róŝnych warunkach pogodowych i w róŝnych sezonach. Na tej podstawie moŝliwe jest odtworzenie przebiegu procesów kształtujących dynamiczne środowisko nadmorskich mierzei i wałów wydmowych, a takŝe wskazanie zaleŝności pomiędzy czynnikami kształtującymi to środowisko. Stosowane metody, to m.in. pomiary niwelacyjne wzdłuŝ profili i w poletkach powierzchniowych, odczyty dynamiki podłoŝa ze zmian wysokości reperów, rozpoznanie roślinności wydmowej i pomiary jej dynamiki, analiza kierunków i prędkości wiatrów; takŝe pomierzonych w terenie oraz analizy litologiczne, sedymentologiczne i klimatycznych czynników środowiskowych. Wstęp W celu kompleksowego określenia dynamiki procesów oddziałujących w środowisku plaŝ i wydm nadmorskich podjęto szeroko zakrojone badania terenowe. Badania te prowadzone na Mierzei Bramy Świny, gdzie na krótkim odcinku brzegu moŝna obserwować zróŝnicowaną dynamikę od erozji i cofania się brzegu do akumulacji i jego przyrostu pozwalają lepiej zrozumieć dynamikę środowiska nadmorskiego. Wzajemne zaleŝności występujące pomiędzy czynnikami obserwowanymi w środowisku wydm nadmorskich są trudne do uchwycenia. Jakie są zaleŝności pomiędzy kierunkami i prędkościami wiatru 1

2 wynikającymi z warunków pogodowych a falowaniem i procesami eolicznymi. Jaki jest ich wpływ na rozwój wydm przednich przy udziale pionierskiej roślinności wydmowej. Jak przebiegają procesy akumulacji piasku przy obecności roślinności, jakie jest tempo jej wzrostu w wyniku zasypywania przez piasek; co moŝna powiedzieć o parametrach pogodowych i glebowych środowiska w aspekcie rozwoju kolejnych siedlisk roślinnych utrwalających wydmy. Wreszcie jakie jest oddziaływanie człowieka a dynamika całego ekosystemu wydm nadmorskich. Kompleksowa analiza i rozpoznanie przebiegu wszystkich czynników umoŝliwia dokładne rozpoznanie dynamiki środowiska wydmowego. Na tej podstawie jest takŝe moŝliwa prognoza dalszych przemian badanego środowiska. Metody badań Cześć z prezentowanych poniŝej badań na Mierzei Bramy Świny prowadzone jest od 1997 roku. Od 2001 roku pomiary niwelacyjne wykonywane są w odstępach trzymiesięcznych. Od 2003 roku wykonywane są terenowe pomiary wiatru i wykopy geologiczne, a od 2004 pomiary temperatur, wilgotności i ph. Cześć z zebranych dotychczas wyników dostępna jest na stronie internetowej Niektóre z prezentowanych badań wykonywane są na pozostałych wydmowych odcinkach polskiego wybrzeŝa. W latach badania prowadzone na mierzei Bramy Świny finansowane są z grantu KBN nr 3 P04E , pt.: Roślinność wskaźnikiem dynamiki nadmorskich wydm mierzei Bramy Świny. W roku 2004 badania są prowadzone takŝe dzięki uzyskaniu stypendium dla młodych naukowców Fundacji na Rzecz Nauki Polskiej. Opisywana w pracy stosowana metodyka i postępowanie badawcze naleŝą do własnego projektu badawczego: Anthropogenic-Natural Dunes Dynamics (ANDDY) prezentującego współczesny krajobraz i dynamikę wydm nadmorskich ( Pomiary niwelacyjne Pomiary niwelacyjne dynamiki rzeźby nadwodnej części brzegu i rozwijających się nadmorskich wydm mierzei wykonywane są przy uŝyciu niwelatora i taśm mierniczych. Aktualnie stosowany jest niwelator produkcji polskiej Ni 4, który w pełni wystarcza do prowadzonych badań. Pomiary te prowadzone są za kaŝdym razem na tych samych profilach zorientowanych prostopadle do linii wody od stałych, dowiązanych do osnowy geodezyjnej punktów do linii wody (ryc.1-5). Długość profili w zaleŝności od szerokości strefy 2

3 dynamicznej wydm wynosi od 100 do 300 m. Profile zlokalizowane są co kilometr wzdłuŝ całej mierzei oraz w kilku bramach sztormowo-deflacyjnych. W trakcie pomiarów wytyczany jest profil według przyjętego azymutu, na którym lokowane są repery pomiarowe wykonane z palików. Ustawione paliki wyznaczają kaŝdorazową zmianę rzeźby powierzchni wzdłuŝ profilu, gdzie wykonywany jest odczyt wysokości za pomocą niwelatora oraz mierzone są odległości pomiędzy poszczególnymi palikami. Po przeliczeniu wartości odczytów z niwelatora na wysokości bezwzględne wykonywany jest profil terenu w przyjętej skali. Profile z tych samych miejsc pomiarowych pochodzące z róŝnych okresów zestawiane są w celu określania wielkości zmian rzeźby na badanym odcinku przekroju brzegu. Ta metodyka pomiarów niwelacyjnych jest powszechnie stosowana do badań dynamiki rzeźby wydm i plaŝ nadmorskich (m.in. Carter, Wilson 1990, Arens 1994 i in.). Ponadto wykonywane są pomiary niwelacyjne na wyznaczonych powierzchniowych poletkach o wielkości 5x5 m zlokalizowanych w środkowej, najbardziej dynamicznej części mierzei, w róŝnych punktach wydm i plaŝy górnej (ryc. 2). Wyznaczone w terenie poletka zlokalizowane są na mapie danego odcinka i dowiązane metodami geodezyjnymi do stabilnych punktów brzegu. W trakcie pomiarów za kaŝdym razem wyznaczane jest połoŝenie danego poletka i punkty przecinających się w odstępach metrowych linii siatki pokrywającej wzdłuŝ i wszerz poletko. Wysokości rzeźby w poletku odczytywane są co metr w punktach przecięcia linii siatki oraz wzdłuŝ zewnętrznych jego krawędzi. Na tej podstawie tworzony jest powierzchniowy obraz wysokości rzeźby w poletku oraz obraz zmian wysokości powstający po wykonaniu kilkukrotnych pomiarów w tym samym poletku. Obrazy powierzchniowe powstają na bazie 36 odczytanych punktów wysokościowych kaŝdego poletka. Podobne badania powierzchniowe dynamiki procesów eolicznych plaŝy prowadził m.in. Borówka II (1979). Za granicą badania dynamiki na wybranych powierzchniach wydm i plaŝy prowadzone są przy zastosowaniu podobnej metodyki lecz przy uŝyciu bardziej zaawansowanych technicznie przyrządów i urządzeń odczytujących powierzchniowe zmiany rzeźby. Poza tym w wyznaczonych punktach wydm i plaŝ z umieszczonych reperów - palików odczytywane są zmiany niwelacji podłoŝa jako efekt erozji lub akumulacji eolicznej. Co miesiąc miarką odczytywane są zmiany wysokości palików, dzięki temu nie ma potrzeby wykonywania Ŝmudnych pomiarów niwelacyjnych przy pomocy sprzętu geodezyjnego. 3

4 II III m 1,0 0,5 0,1 m 1,0 E E E Sk Sk Sk Upper beach E E E E E E E E E E A EEE E A E A E E d 2m d x x x x Sk Sk- Salsola kali x E - Elymus arenarius x Sk x X- shells d- wood 3m A A E A A E E E A E EE E E E E - Elymus arenarius A - Ammophila arenaria, baltica V m 1,0 0,5 0,1 VII A A A T12 A Jm Ha A Jm Cc A T12 A Jm Ha Pet Second dune ridge Hu Jm Paq Cc Jm Cc Jm Fr Paq 2m Paq Cc A JmJm Ha Jm Jm Jm Paq Jm Paq JmJm Jm Hu Jm Ha A m Ps/m 3m A- Ammophila arenaria, baltica Cc- Corynephorus canescens Fr- Festuca rubra ssp. arenaria Pet- Petasites spurius Jm- Jasione montana Ha- Helichrysum arenarium Hu- Hieracium umbellatum var. dunense T12- Arabis arenosa Paq- Pteridium aquilinum A- Ammophila arenaria, Jm Jm baltica Cc- Corynephorus canescens Jm- Jasione montana Cc Ha- Helichrysum arenarium Cc Hu- Hieracium umbellatum var. dunense Paq- Pteridium aquilinum Ps/m- Pinus silvestris/ young 0,5 0,1 First dune ridge 2m 3m 1,0 0,5 0,1 Third ridge slope 2m 3m sandy areas lichens, mosses, small grasses clumps of chosen plants m 1,0 trunks & crowns of trees 0,5 0,1 2m 3m relative nivelations Ryc.1. Przykład profilu przez wydmy z zarejestrowanymi wzdłuŝ transektu gatunkami roślin Fig.1. Example of profile across dunes with plants recorded along transect Pomiary niwelacyjne wykonywane są najczęściej cztery razy w roku, dla okresów reprezentujących róŝne pory roku, a takŝe w czasie pojawiania się wzmoŝonej dynamiki procesów eolicznych lub zjawisk sztormowych w celu rejestracji ich wpływu na rzeźbę profili i poletek. Nomenklatura nazewnictwa profili i poletek związana jest z ich połoŝeniem na mierzei i pochodzi od punktów kilometraŝu linii brzegowej Polski przyjętej za Urzędem Morskim (od 412 Km do 428 Km klasyfikacji brzegu). Pomiary roślinności Badania te polegają na pomiarach dynamiki (tempa wkraczania, wzrostu, zaniku) i składu gatunkowego roślinności wydm nadmorskich mierzei (ryc.1-3). Część ze stosowanej 4

5 metodyki zaczerpnięto z prac Falińskiego (2001) oraz Braun-Blanquet a (Pawłowski 1977). Gatunki i zbiorowiska roślinne rozpoznawane były w oparciu o dostępne prace z zakresu botaniki (m.in.: Piotrowska, Celiński 1965, Matuszkiewicz 1982, Łukasiewicz 1992, Isermann 1997, Piotrowska 2002 i in.). Pomiary dynamiki roślinności z uwzględnieniem gatunków charakterystycznych dla róŝnych faz utrwalenia wydm nadmorskich wykonywane są jako liniowe zasięgi gatunków wzdłuŝ profili niwelacyjnych, jako powierzchniowe transekty na szerokości 1 m wzdłuŝ wybranych profili niwelacyjnych oraz jako powierzchniowe poletka pokrywające się z połoŝeniem poletek niwelacyjnych. Zasięg liniowy roślin określany jest na szerokości 1 m wzdłuŝ profilu jako linia ciągła dla stałego pokrycia gatunku oraz jako linia przerywana dla pojedynczo rosnących okazów (ryc. 3). W pokryciu powierzchniowym oznaczana jest wielkość powierzchni pokrywanej przez dany gatunek lub kępę roślin. Skład gatunkowy roślin określany jest co roku wzdłuŝ całej mierzei na poszczególnych formach rzeźby wydm nadmorskich jak plaŝa, grzbiety, stoki wydm i obniŝenia miedzy nimi. Ponadto określany jest czas wzrostu, kwitnienia i zaniku poszczególnych gatunków (w okresie wegetacyjnym) w poszczególnych częściach rzeźby w pasie nadmorskim mierzei. Roślinność rozpoznawana jest w oparciu o cechy gatunkowe opisane w dostępnych atlasach i zielnikach roślin wydmowych. Pomiary wybranych parametrów ekologicznych siedlisk wydmowych Tą część badań stanowią pomiary temperatury i wilgotności podłoŝa i powietrza 1 m nad powierzchnią gruntu oraz pomiary ph podłoŝa w róŝnych częściach najmłodszych wydm mierzei i plaŝy (pomiary zasolenia podłoŝa z przyczyn technicznych nie są kontynuowane), (ryc. 3). Pomiary te słuŝą do określania warunków siedliskowych roślinności oraz w celu wyznaczania związku tych parametrów uzaleŝnionych np. od ekspozycji, warunków pogodowych, wysokości n.p.m. Pomiary temperatury i wilgotności powietrza wykonywane są przy uŝyciu ręcznego termohigrometru ST-8860 o zakresie odczytu temperatur od 50 0 C do C (takŝe w jednostkach Farenheit) oraz wilgotności od 25% do 95 % w rozdzielczości 0,1 0 C i 0,1%. Do pomiarów ph podłoŝa aktualnie wykorzystywany jest tester ph TP-1 pracujący w zakresach 0 do 14 ph w rozdzielczości 0,1 ph. 5

6 Average wind velocity changes caused by topography (wind( direction: [m/s] NW, date: , time: 11.30, localisation: 420km) above surface: 1.5m 12 near surface: 0m Second dune Depression Foredune Upper beach Middle beach Lower beach ridge (I) (II) (III) (IV) (V) (VI) (B) YOUNGEST WHITE DUNES FOREDUNE RIDGE BUILD UP BETWEEN (A) Measure points, see on graph S N Plots localisation on dunes along profile 420 Km (size 5 x 5 m) (C) S Profile 420/E N Forested dunes 420/A 420/B420/C 420/D 420/E1 420/F Dunes with Foredune herbaceous plants ridge Beach Sea Ryc.2. Przykład profilu przez wydmy z punktami pomiarowymi wiatru (A), zarejestrowanymi prędkościami wiatru (B) i rozmieszczeniem wzdłuŝ profilu poletek badawczych (C). Fig.2. Example of profile cross-section with wind measure points (A), recorded wind speeds (B) and localisation of relief measure plots along profile (C). Pomiary wiatru Badania te wykonywane są przy uŝyciu ręcznych anemometrów firmy Lutron AM- 4201, dokonujących pomiarów w zakresie prędkości wiatru od 0 m/s do 40 m/s (takŝe moŝliwy odczyt w węzłach i km/h) pracujących z dokładnością do 0,/s. W trakcie badań terenowych przyrządy te instalowane są w róŝnych częściach rzeźby profilu nadwodnej części brzegu m.in.: na plaŝy dolnej (przy linii wody), na środku plaŝy, na plaŝy górnej, na grzbiecie wydmy przedniej, w obniŝeniu międzywydmowym, na drugiej wydmie oraz w rynnach sztormowo-deflacyjnych (ryc. 2, 3). Przyrządy ustawiane są jednocześnie przy podłoŝu i na wysokości 1 m nad podłoŝem. Stosowana metodyka moŝe być porównywalna z badaniami 6

7 prowadzonymi m.in. przez Stankowskiego (1963), Borówkę (1980) czy innych badaczy zachodnich (m.in. Bauer i in 1990, Goldsmith i in. 1990, Arens 1994). Z przyczyn technicznych jednoczesne pomiary na całym profilu brzegu nie zawsze są moŝliwe (potrzebna jest większa ilość osób odczytujących wyniki jednocześnie). Najczęściej kolejno wykonywane są odczyty prędkości wiatru w jednym punkcie dla pomiarów co 30 sek., a po chwili w kolejnym. Pomiar z reguły powtarzany jest dwukrotnie w kaŝdym punkcie dla wyeliminowania przypadkowych wartości prędkości wynikających z nagłych podmuchów lub chwilowego ucichania wiatru. Dla celów sprawdzenia poprawności metodyki zbieranych danych sporadycznie wykonywane są pomiary dla 2-3 punktów jednocześnie. Pomiary wzdłuŝ profili wykonywane są dla wszystkich sektorów wiejących wiatrów. Zbierane dane słuŝą do określania wpływu rzeźby i tarcia podłoŝa na przekształcanie prędkości wiatru wiejącego zarówno wzdłuŝ, w poprzek jak i ukośnie do profilu brzegu. Dla określenia zmian prędkości wiatru wynikającej z szorstkości podłoŝa powodowanej przez roślinność wykonywane są jednoczesne pomiary wiatru na otwartej przestrzeni i za kępą traw wydmowych dla róŝnych kierunków oraz pomiary w cieniu aerodynamicznym w róŝnych odstępach od kępy traw oraz przed nią. Pomiary zmian poziomu morza W trakcie pomiarów niwelacyjnych rzeźby wydm i plaŝy na profilu oznaczany jest aktualny zasięg napływu fali na brzeg. Ponadto na profilu oznaczane są uprzednie zasięgi morza na plaŝy (ryc. 2, 4). Zasięgi te rozpoznawane są po nanosach morza, najczęściej w postaci liniowych nagromadzeń muszli, roślinnej materii organicznej oraz wyrzucanych na brzeg śmieciach (artefakty pochodzenia antropogenicznego). Z Kapitanatu Portu Szczecin- Świnoujście pobierane są dane poziomu morza dla portu Świnoujście. Dane te są interpretowane pod katem wpływu falowania na kształtowanie profilu plaŝy. Dane te słuŝą takŝe do uzupełniania profilu brzegu o poziom morza za okres pomiarów niwelacyjnych. Analizy materiału powierzchniowego z profilu brzegu WzdłuŜ wykonywanego profilu brzegu pobierane są powierzchniowe próby materiału z powierzchni 20cm 2 (metoda: Mycielska-Dowgiałło i in. 1995) dla wszystkich mezo- i makroform rejestrowanych na profilu. Próby te słuŝą do analiz granulometrycznych w celu określania litodynamiki podłoŝa nadwodnej części strefy brzegowej. Po wykonaniu analizy sitowej (sita firmy Fritch co 0,25 phi) zebranych prób wyliczane są wskaźniki ze wzorów Folka i Warda (1957), m.in. skośność odchylenie standardowe, spłaszczenie (interpretacja za 7

8 Racinowski i in. 2001) Na tej podstawie rozróŝniane jest źródło pochodzenia materiału budującego formy rzeźby brzegu oraz skala oddziaływania czynnika eolicznego lub falowego. [m] D km /N 0 0 Psamophilous grasses Willow shrubs Pine trees C D B E C No data in winter B A - halophytes B - psammophilous grasses (dune), Elymo-Ammophiletum habitats C - other psammophytes, Helichryso-Jasionetum habitats D - trees, Empetro-Nigri Pinetum habitats E - Mosses & lichens A A [m] Measurements: - on dune ridges A B C D, - in gutters, deflation gates, - on dune slopes N, S, - on upper beach (with plants and without), - on middle beach, - on lower beach/ waterline Lokalizacja punktów: - tuŝ nad podłoŝem (w trawie itp.) - na wys. 1 m, - i/lub wyŝej (np. 1,5 lub 2 m) Kind of measurements: - humidity, - temperature, - wind speed and directions, - ph Wind measurements: measures in one point, every 30 sec. Ryc.3. Przykład lokalizacji punktów pomiarów klimatyczno-siedliskowych (strzałki) oraz zasięgi zbiorowisk roślinnych na wydmach nadmorskich Fig.3. Example of localisation of measure points of climatic and habitat s factors with plants habitats ranges on coastal dunes 8

9 Storm cone ( ) Storm cone ( ) Washed out foredune ( ) II I III Date of excavation: I, II, III Number of excavation Surface of fossil beach Sea level (cm) Anthropogenic artefacts Aeolian structures Beach structures SSW 0 m II / 422 km NNE Storm cone ( ) 3.2 m a.s.l. Fine sand phi Aeolian structures Germany Świnoujście U Z N A M km 1 2km 423 White dunes (main ridges) 422 km 422 Pomeranian Bay W O L I N 412 Międzyzdroje White dunes Kilometrage points of Polish coastline Main roads (older/ transverse) 412 Molo Depth [m] Fine sand phi Storm cone or beach surface? Fine sand phi m Width [m] Storm cone or beach surface? shells roots wood plastic Beach aeolian structures Beach aeolian and waving structures 9 Ryc.4. Rozmieszczenie wykopów na profilu 422 KM wraz z połoŝeniem profilu na Mierzei Bramy Świny i rysunkiem wykopu II / 422 Fig.4. Localisation of excavations along profile 422 KM with its localisation on Swina Gate Barrier and with excavation II / 422 drawing

10 Scheme of single trap Top Inside 9.5 cm Side Front 7.5 cm Inlet 3 cm Scheme of tower trap Number of trap container Side 16 cm 10 cm Front [Cm] Ground Inlet No.2 Example of tower traps localisation on dunes (during measurements) 2m 0m Dune fixed by plants Lowering with mosses Foredune: -ridge: -deflation gates Upper beach: -covered by plants, - without plants - Rest of the beach: - middle, - waterline Sea Ryc.5. Budowa łapaczy i przykładowe rozmieszczenie wieŝ łapaczy wzdłuŝ profilu Fig.5.Scheme of traps and example of tower made of single traps along profile 10

11 Analizy struktur sedymentacyjnych i uziarnienia osadu WzdłuŜ profili niwelacyjnych wykonywane są wykopy ukazujące struktury geologiczne płytkiego podłoŝa (ryc. 4). W wykopach, na przygotowanych odsłonięciach wykonywane są rysunki ułoŝenia i upadu struktur budujących formy rzeźby. PołoŜenie struktur dowiązywane jest do wysokości form profilu brzegu, tzn. do ogólnej osnowy geodezyjnej oraz do średniego poziomu morza. Na tej podstawie moŝliwe jest np. określanie poziomu morza odpowiedzialnego za powstanie danych struktur, czy teŝ czasu formowania lamin przez czynniki eoliczne w nieodległej przeszłości. Na odcinku akumulacyjnym badania te pozwalają określać tempo i czas powstawania danych struktur budujących kopalne dziś formy brzegu lub teŝ miąŝszość materiału zdeponowanego za dany okres czasu. Dla uzupełnienia wykonywane są zdjęcia fotograficzne struktur. Z zarejestrowanych w odsłonięciach lamin pobierane są próby osadu do późniejszych analiz granulometrycznych. Analizy procesów eolicznych za pomocą łapaczy do transportowanego osadu Badania te obejmują pomiar intensywności osadu potoku eolicznego w trakcie występowania wiatrów inicjujących transport eoliczny oraz pomiary prędkości wiatru. Pomiary prędkości wiatru wykonywane są za pomocą instalowanych na przekroju plaŝy anemometrów. Pomiary potoku eolicznego wykonywane są za pomocą łapaczy wykonanych z dostępnych prefabrykatów (ryc. 5). Wloty dla osadu w łapaczach mają zbliŝone parametry do wykorzystywanych w podobnych analizach przez innych badaczy zajmujących się ww. pomiarami (np. Borówka 1980, Goldsmith i in. 1990). Pojedynczy łapacz ma wymiary 16 x 7,5 x 10 cm (ryc. 5), gdzie wlot dla materiału eolicznego wynosi 3 cm wysokości i 10 cm szerokości. Pojedyncze łapacze ustawiane są w wieŝe o dowolnej wysokości (testowano do wysokości 1 m). Według innych uzyskanych wyników (pochodzących z literatury) najwięcej materiału jest transportowane w warstwie do 20 cm (m.in. Borówka 1980), tak więc stosowanie wieŝ wyŝszych niŝ 1 m nie jest potrzebne dla określenia przyziemnego transportu eolicznego. Łapacze formowane w wieŝe o róŝnej wysokości od 40 do 80 cm wysokości (w zaleŝności od prędkości wiatru intensywności procesów eolicznych występujących w trakcie pomiarów) instalowane są jednocześnie w róŝnych częściach profilu brzegu na okres od 10 do 30 min. Punkty te, plaŝa dolna, górna, środek plaŝy, wydma przednia, obniŝenia miedzywydmowe i bramy deflacyjne umoŝliwiają określenie intensywności procesów eolicznych mierzonych na róŝnych wysokościach nad podłoŝem w danym czasie w poszczególnych częściach profilu. Pomiary te wykonywane są takŝe jako odrębne doświadczenia, jednocześnie dla otwartej powierzchni plaŝy i w cieniu kępy roślin w celu 11

12 określenia wpływu roślinności na transport eoliczny. Zebrane próby są waŝone (przy duŝych próbach wykonywane są analizy granulometryczne) w celu określenia wagowej wielkości potoku eolicznego w danej jednostce czasu. Przed zastosowaniem opisanych łapaczy do badań terenowych w warunkach laboratoryjnych sprawdzono jaki wpływ na zmiany prędkości wiatru ma wieŝa skonstruowana z łapaczy. Wykorzystywane do pomiarów łapacze ustawione w wieŝę stanowią przeszkodę obniŝającą prędkość wiatru maksymalnie o 0,8 m/s dla wiatrów o prędkościach do 11 m/s (dla wiatrów słabych od 1 do 6 m/s maksymalna róŝnica prędkości wyniosła 0,5 m/s, dla wiatrów silniejszych od 6 do 11 m/s maksymalna róŝnica prędkości wyniosła 0,8 m/s). Dla wyŝszych prędkości doświadczeń nie przeprowadzano. Pomiary antropopresji Działalność antropogeniczna na wydmach i plaŝach mierzei jest rozumiana jako wszelka ingerencja człowieka w naturalne środowisko wydm nadmorskich. Badania antropopresji polegają na oznaczaniu miejsc powstawania trwałych obiektów działalności człowieka, jak budynki, drogi, parkingi, zejścia na plaŝe oraz mniej trwałych, jak dzikie ścieŝki na plaŝe przez wydmy, wydeptywanie i inne formy niszczenia roślinności, niszczenie rzeźby wydm, pozostawianie śmieci i innych zanieczyszczeń m.in. biologicznych i chemicznych. Na plaŝy i wydmach określane są miejsca intensywnej rekreacji i wypoczynku oraz określana szacunkowa gęstość zaludnienia na 100m 2 powierzchni. Badania te naleŝą do grupy coraz bardziej popularnie stosowanych studiów nad wpływem człowieka w środowisko nadmorskie (m.in. Pye 1990, Isermann, Krisch 1995, Olsauskas 1996). W trakcie wykonywania wykopów do analiz sedymentologicznych oznaczane jest występowanie w podłoŝu artefaktów pochodzenia antropogenicznego. Znajdywane w utworach eolicznych wałów wydmowych świadczą o obecności w danym miejscu ludzi pozostawiających śmieci, zaś te znajdywane w utworach pochodzenia plaŝowo/morskiego lub w utworach stoŝków sztormowych pochodzą z morza wyrzucającego na brzeg śmieci pływające w Bałtyku (na pewnych głębokościach w osadach występują fragmenty obrobionego ręką ludzką drewna, sznurki, części metalowe, powyŝej coraz częściej spotyka się części plastikowe pochodzące z konsumpcji artykułów spoŝywczych - współcześnie nagminnie spotykanych w osadach plaŝowych (wyniki te umoŝliwiają wskazanie czasowej granicy wzrostu ilości śmieci w środowisku nadmorskim, skorelowanej z czasem rozwoju konsumpcji w Polsce w latach 90. Data ta moŝe wyznaczać początek formowania kopalnych struktur brzegu, w których zalegają artefakty plastikowe z ostatniego piętnastolecia). 12

13 Wybrane wyniki badań Zbierane w trakcie prezentowanych badań dane wskazują na bardzo duŝą dynamikę środowiska brzegu zarówno w czasie jak i w przestrzeni (w ramach czasowych objętych badaniami). Powtarzalność badanych procesów wykazuje zaleŝności przede wszystkim od pór roku i układów cyrkulacyjnych przechodzących nad badanym obszarem. JednakŜe co roku procesy te przebiegają z inną intensywnością. Nie w kaŝdym okresie jesienno-zimowym zdarzają się silne sztormy niszczące wydmy nadmorskie. Wielokrotne sztormy z przełomu lat , które rozmyły lub znacznie podcięły wał wydmy przedniej, zwłaszcza w zachodniej i wschodniej części mierzei, nie powtórzyły się w roku następnym. Kolejnej zimy plaŝa była skuta lodem, a w okresie później zimy wystąpiły na niej zwały lodowe wysokości do 1,5 m. Z kolei na przełomie 2002 i 2003 roku wystąpił tylko jeden sztorm, który spowodował rozmycie lub podcięcie wydmy przedniej ponownie w zachodniej i wschodniej części mierzei. Procesy erozji sztormowej nie powstrzymały rozwoju rzeźby eolicznej i roślinności na plaŝach mierzei, a jedynie wyrównanie powstałej uprzednio rzeźby eolicznej. W okresie później zimy 2004 roku na pokrytej śniegiem plaŝy obserwowano akumulację eoliczną, która intensywnie została zainicjowana wraz z nadejściem wiosny. Na akumulacyjnym odcinku brzegu w środkowej części mierzei na Wolinie po sztormie plaŝa była niŝsza lecz szersza niŝ przed jego wystąpieniem. Prawdopodobnie więc na akumulacyjnych plaŝach silne sztormy nie powodują erozji brzegu (jedynie podcięcie wydmy przedniej), a akumulację osadu i w ten sposób dalszy przyrost plaŝy. Ponadto z wyrzuconych na brzeg nasion i łodyg roślin porwanych w innych częściach wybrzeŝa po sztormie odradzają się zniszczone siedliska roślinne. Pomiary wiatru i intensywności procesów eolicznych wykazały, Ŝe w trakcie silnych sztormów, którym towarzyszy silny wiatr od morza, piasek jest akumulowany na powierzchniach juŝ utrwalonych przez roślinność kolejnych faz sukcesji - nie wskazujących na dynamikę rzeźby. Ponadto potwierdzono, Ŝe najwięcej osadu jest akumulowane na plaŝy górnej przy wystąpieniu wiatrów pochodzących z kierunków skośnych do brzegu - wyniki takie publikowane są m.in. w literaturze międzynarodowej (Arens 1994). Ponadto moŝna wskazać na zaleŝności pomiędzy okresem wegetacyjnym roślin, prędkością wiatru a procesami eolicznymi. W okresach powegetacyjnych materiał eoliczny z plaŝy trafia na wydmę przednią, jej zaplecze, a nawet na kolejny wal wydmowy. Z kolei w okresie wegetacyjnym materiał ten zatrzymywany jest na plaŝy górnej przez roślinność, która 13

14 wzmaga rozwój nowych wałów wydmowych. Silnie ukorzeniona roślinność na wale wydmowym chroni ją przed rozmywaniem w trakcie sztormów. Siła wiatrów w okresach chłodnych powoduje akumulację grubszego materiału 2-2,25 phi w cienkich laminach, świadczących o krótkotrwałym oddziaływaniu silnych wiatrów, z kolei w okresie letnim laminy są grubsze (dłuŝszy czas oddziaływania czynnika eolicznego) lecz zbudowane z drobniejszego materiału od 2,25 do 3,5 phi. Obecność człowieka przyczyniająca się do wydeptywana roślinności powoduje wzmoŝenie procesów deflacji, rozwiewających wydmy nadmorskie. Osłabione wały (niŝsze i bez roślinności) są łatwo rozmywane w trakcie sztormów. Na odcinkach brzegu, gdzie obecność turystów jest znikoma plaŝe nadmorskie gęsto porasta roślinność, wokół której powstają wydmy cienie łączące się z czasem w regularny wał wydmy przedniej. Obecność roślinności na plaŝy nie zaleŝy bezpośrednio od szerokości plaŝ. Z literatury wiadomo, Ŝe na akumulacyjnych odcinkach brzegu roślinność występuje gęsto, sprzyjając rozwojowi wydm przednich (np. Carter, Wilson 1990, Arens 1994). Na badanym odcinku zjawisko to jest obserwowane na plaŝach pozbawionych plaŝowiczów w środkowej części Mierzei Bramy Świny na Wolinie, z kolei na szerokich plaŝach w Świnoujściu, intensywnie uŝytkowanych turystycznie roślinność ta nie występuje. Pomimo przyrostu plaŝ (i brzegu) nie powstaje nowa wydma przednia. Wilgotność powietrza z reguły najwyŝsza jest tuŝ przy linii wody, a temperatury jednocześnie najniŝsze, jednak przy wiejących wzdłuŝ brzegu suchych wiatrach wilgotność ta moŝe być niŝsza niŝ na dalej połoŝonych wydmach. Cień drzew i krzewów oraz północna ekspozycja stoków obniŝają temperaturę powietrza podnosząc jednocześnie jego wilgotność. Wartości mierzonych parametrów najbardziej zaleŝne są od nasłonecznienia oraz prędkości i kierunków występujących wiatrów. Przy zwiększeniu prędkości wiatru wiejącego od morza o 2-3 m/s do5 m/s wilgotność powietrza z 30% wzrastała o 20%, a temperatura spadała o 2 0 C. Z kolei przy tym samym kierunku wiatru wiejącego juŝ z prędkością 6-7 m/s wilgotność powietrza wzrastała o 40%, a temperatura spadała o dalsze 2 0 C. Wnioski Dzięki stosowanej kompleksowej metodyce pomiarowej uzyskiwane wyniki pomiarów moŝna korelować szukając zaleŝności pomiędzy poszczególnymi czynnikami. Na tej podstawie moŝliwe jest skonstruowanie modelu wyjaśniającego współczesny rozwój brzegu oraz prognozę dalszych jego zmian. 14

15 Poza dynamiką środowiska wydm nadmorskich wyniki te pozwalają m.in.: planować przyszłe inwestycje w infrastrukturę turystyczną i ochronną brzegu oraz w planowanie miejsc i obszarów, które naleŝałoby objąć ochroną ze względu na unikalne cechy środowiskowe. Literatura 1. Arens S. M. 1994, Aeolian processes in the Dutch foredunes. Landscape and Environmental Research Group, University of Amsterdam, 2. Badania osadów czwartorzędowych. Wybrane metody i interpretacja wyników. Red. Mycielska-Dowgiałło E., Rutkowski J., 1995, Warszawa 3. Bauer B. O., Sherman D.J., Nordstrom K. F., Gares P.A., 1990, Aeolian transport measurements and prediction across a beach and dune at Castroville, California. In: Nordstrom K. F, Psuty N. P., Carter B. (eds), Coastal dunes. Form and processes. John Wiley & Sons Ltd. Chichester, pp , 4. Borówka M., 1979, Przebieg procesów deflacji i akumulacji na powierzchni nadbrzeŝnych wałów wydmowych. Badania fizjograficzne nad Polską Zachodnią tom XXXII, seria A Geografia fizyczna, PWN Warszawa-Poznań s.31-48, 5. Borówka R. K., 1980, Współczesne procesy transportu i sedymentacji piasków eolicznych oraz ich uwarunkowania i skutki na obszarze wydm nadmorskich. PTPN, PWN, Warszawa-Poznań 6. Carter R. W. G., Wilson P., 1990, The geomorphological, ecological and pedological development of coastal foredunes at Magilligan Point, Northern Ireland. In: Nordstrom K. F, Psuty N. P., Carter B. (eds), Coastal dunes. Form and processes. John Wiley & Sons, Chichester, pp , 7. Faliński J. B., 2001, Przewodnik do długoterminowych badań ekologicznych. PWN. Warszawa, 8. Goldsmith V., Rosen P., Gertner Y., 1990, Eolian transport measurements, winds, and comparison with theoretical transport in Israeli coastal dunes. In: Nordstrom K. F, Psuty N. P., Carter B. (eds), Coastal dunes. Form and processes. John Wiley & Sons Ltd. Chichester, pp , 9. Isermann, M., Krisch H., 1995, Dunes in contradiction with different interests. An Example: The Camping-Ground Prerow. In: Salman, A.H.P.M., Behrends H., 15

16 Bonazountas M. (eds.), Coastal Management and Habitat Conservation. EUCC, Leiden, pp , 10. Isermann M., 1997, Vegetations und standortskundliche Untersuchungen in Küstendünen Vorpommerns. PhD at the University of Greifswald, 11. Łabuz T. A., 2003, Initial foredune field as a factor of accumulative character of coastal dunes of the Świna Gate Barrier (west Polish coast). Oceanological & Hydrobiological Studies, Vol. XXXII, No. 1, p , 12. Łabuz T. A., 2004, Coastal dune development under natural and human influence on Swina Gate Barrier (Polish coast of Pomeranian Bay). In: Schernewski G., Löser N., (eds.), Managing the Baltic Sea. Coastline Reports 2 (2004), EUCC, pp Łabuz T. A., Grunewald R., 2004, Studies on dune vegetation cover of the youngest dunes of the Świna Gate Barrier (western Polish coast). Journal of Coastal Research (in press), 14. Łukasiewicz A., 1992, Charakterystyka roślin psammofilnych i ich przystosowania do środowiska wydmowego Mierzei Łebskiej. Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań, 15. Matuszkiewicz W., 1982, Przewodnik do oznaczania zbiorowisk roślinnych Polski. PWN Warszawa, 16. Olsauskas A., 1996, Influence of recreation on plant cover in west Lituania. Mograph. EUCC Klaipeda University, 17. Pawłowski B., 1977, Skład i budowa zbiorowisk roślinnych oraz metody ich badania. W: Szafer W. (red.), Szata roślinna Polski, T. 1. PWN, Warszawa, pp , 18. Piotrowska H., Celiński F., 1965, Zespoły psammofilne wysp Wolina i Południowowschodniego Uznamu. Badania Fizjograficzne Nad Polską Zachodnią T. XVI, s , 19. Piotrowska H., 2002, Zbiorowiska psammofilne na wydmach polskiego brzegu Bałtyku. Acta Botanica Cassubica 3, pp. 5-47, 20. Pye K., 1990, Physical and human influences on coastal dune development between the Ribble and Morsey estuaries, northwest England. In: Nordstrom K. F, Psuty N. P., Carter B. (eds), Coastal dunes. Form and processes. John Wiley & Sons Ltd. Chichester, pp , 21. Racinowski R., Szczypek T., Wach J., 2001, Prezentacja i interpretacja wyników badań uziarnienia osadów czwartorzędowych. Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, Sosnowiec, 22. Stankowski W., 1963, Rzeźba eoliczna Polski Północno-Zachodniej na podstawie wybranych obszarów. PTPN, Tom IV, Z.1, Poznań, 16

17 Coastal dune development under natural and human influence on Świna Gate Barrier in the light of own complex monitoring method Abstract This work contains examples of methods and some results of studies carried under dune environment dynamics. Along many coast dunes threaten by storm surges are retreating. On many coast dunes are completely destroyed. To preserve natural dune habitats and to permit their natural development we need to understand mechanism and rate of plant succession caused by coast development and increasing or decreasing of coastal dune areas. Investigations on natural processes as: dune morphodynamics and plant succession can give us knowledge to proper protection and dune management. These investigations are best to drive on natural, changeable on short distance coasts where we can observe different coastal processes and factors. Dune coast changes can be observed from relief profiles and vegetation transects across dunes. Other factors as winds and storm surges can be measured and compared with dune environment changes affected by them. Also human impact may play especially in present time. Proposed investigations contain measurements of: (i) dune relief changes, (ii) plant vegetation dynamics, (iii) human or animal influence, (iv) storm surges impact and (v) wind factor impact. Also we need information about sand supply dynamics and soil processes that are cause plant succession and dunes stabilisation. These investigation should be done several times in the year every season and if it is possible after every main impact of one of the affecting on dunes factors. Only in that way we can compare results of impact on dunes and reason of their changes. The most important in proposed method are measurements of the dune relief changes. This method consist of levelling of the dunes along profile in characteristic and pointed areas, on plots localised in different dune areas, that have 5x5m, measurements of piles left in dune and beach surface which give information about surface changes. Other very important kind of measurement is vegetation dynamics. Along relief profiles and inside plots are measuring ranges of plants species, recognising plants species. In few chosen areas are done transects across dune relief on wide area showing plants distribution and dynamics in every season. Human or animal influence is measured using observations and collecting of the proofs of the impacts has: plant grazing by animals, plants trampling by human, digging on 17

18 the beach, morphology and plants changes in illegal footpaths, presence of litter and polluted places. Buildings and other infrastructure on beach and dunes is marked every year. Also the mean number of tourists is counted per 100 m. Investigations on wind impact are carried using anemometers in different dune parts. Every time they are localised in the same moment near the ground (0 m) and 1 m and 1,5 m above the ground. They can give information about wind speed on different level. During measurement they are localised near the water line, on middle beach, upper beach between the dune hillock covered by grass (or without grasses) on foredune ridge, in deflation hollow between ridges (when it is present), on second dune ridge. Anemometers are also localised behind covered by grass hillocks they can give information about wind speed changes due to grass presence which can stops wind stream and in deflation hollows on ridge where wind is not stopped by grasses and can transport sand across ridge. Investigations on storm surges consist of measurements of last surge range marked on beach by debris and information about storm level taken from Maritime Institute. Storm causing erosion of the beach and dune morphology can tell more about morphodynamics between measurements. During comparing storm surge levels with morphology changes it is possible to tell when and during what conditions coast has been rebuild. Sand supply is very important factor that is responsible for dune development. During investigations in heavy wind conditions sand is catch up using own traps on different high and in different dune parts. Also during every profile are collected samples of sand that are representing different deposition conditions. During described investigations several times were done diggings in different dune and beach surfaces with collecting of sand samples. These investigations can tell more about rate of accumulation or deflation conditions and about character of sediment structures due to different morphology forms. Due to new possibilities of investigations are used tools that can give information about air and surface temperatures, humidity and salinity. This work is part of own researches on whole coastal dunes called ANDDY (Anthropogenic-Natural Dunes Dynamics). Author drives mentioned investigations in different points of Polish dune coast since Only on Świna Gate Barrier (west Polish coast) they are driven complexly since Since 2003 presented investigations are also sponsored by Polish Committee for Scientific Researches (KBN) and signed under P04E number. In 2004 author is scholarship holder of the Foundation for Polish Science (FNP). Presented investigations and 18

19 results were achieved thanks to these institutions. For other information about fieldwork area and other investigated areas see web page: and 19