Địa chất đối bờ potx

Vì vậy đối tượng bạn đọc thường là các kỹ sư, các nhà địa chất và hải dương học, những người đã có ít nhiều những kiến thức và kinh nghiệm hoạt động trong lĩnh vực đới bờ, muốn được mở r

Đại học Quốc gia Hà nội

Trường đại học khoa học tự nhiên

Chương 1 Lời giới thiệu

1.1 Mục đích

Mục đích của tài liệu này là cung cấp cho người đọc khái niệm tổng hợp về

địa chất đới bờ, giới thiệu các nguồn thông tin, dữ liệu có liên quan và các phương pháp khoa học công nghệ có khả năng ứng dụng trong lĩnh vực nghiên cứu địa chất bờ “Địa chất bờ” là một ngành khoa học chuyên về nghiên cứu các

đặc điểm hình thái, cấu trúc, cấu tạo đá gốc và trầm tích ở khu vực đới bờ Các tư liệu tham khảo của tài liệu đều nằm trong các cuốn sách giáo khoa kinh điển

và những tư liệu chuyên môn trong các lĩnh vực địa chất, địa mạo, địa lý, hải dương, khí tượng hải văn và các công nghệ kỹ thuật địa vật lý Hy vọng rằng, cuốn sách này sẽ giúp cho người đọc, đặc biệt là những người hiện đang hoạt

động trong các lĩnh vực liên quan đến chuyên ngành này có được những khái niệm tổng quát về mọi khía cạnh địa chất của khu vực đới bờ và các nguồn thông tin liên quan

1.2 ý nghĩa thực tiễn

Cuốn sách này được xuất bản nhằm đáp ứng nhu cầu chuyên môn và nâng cao hiểu biết về khu vực đới bờ cho các hoạt động quản lý, nghiên cứu phục vụ lợi ích kinh tế xã hội Vì vậy đối tượng bạn đọc thường là các kỹ sư, các nhà địa chất

và hải dương học, những người đã có ít nhiều những kiến thức và kinh nghiệm hoạt động trong lĩnh vực đới bờ, muốn được mở rộng thêm những hiểu biết và tiếp cận với một số vấn đề chuyên biệt liên quan đến qúa trình động lực đới bờ, tương tác biển khí và lục địa ở đây “Đới bờ” được hiểu là một khu vực nằm giữa rìa của thềm lục địa và phần đất liền tiếp giáp còn chịu ảnh hưởng của các hoạt

động sóng, bão (chi tiết ở chương II) Định nghĩa này có thể áp dụng cho các khu vực nằm ven bờ các đại dương, các hồ lớn, các thủy vực chứa nước, các cửa sông ven biển và cho một khu vực bờ biển bất kỳ nào có các qúa trình động lực ven bờ Với cách sử dụng linh hoạt như vậy, chúng tôi hy vọng rằng cuốn sách này sẽ trở thành tài liệu bổ ích cho các nhà nghiên cứu và là cuốn cẩm nang cho những người hiện đang hoạt động trong các lĩnh vực liên quan

1.3 Sách tham khảo

Danh mục sách và các tài liệu tham khảo sẽ được liệt kê ở phần phụ lục A

Do nội dung của cuốn sách bao trùm nhiều vấn đề trên quy mô lớn và phục vụ cho nhiều đối tượng bạn đọc nên trong phần phụ lục không có sự phân loại theo chủ đề hoặc nội dung được xuất bản Một số cuốn sách mang tính kinh điển như

Môi trường đới bờ của Carter (1988); Môi trường trầm tích đới bờ của Davis (1985) và Hình thái học bờ biển của Pethick (1984) nên được tìm đọc, nhất là đối

với những người hiện đang hoạt động trong các lĩnh vực liên quan tới “đới bờ” và

điều này giống như một tấm “chứng chỉ khoa học” với những ai đã đọc nó

1.4 Cơ sở lý luận

a Kể từ khi con người biết tới biển cả, họ đã bị thu phục bởi sự đa dạng phong phú của những cảnh quan địa mạo và các hệ sinh thái nằm ven bờ Ngoại trừ đỉnh núi cao Ampơ, tất cả những môi trường đới bờ khác nhau đều được tìm thấy ở khắp mọi nơi trên thế giới Từ những bờ biển băng hà ở cực bắc tới những

bờ đá nằm trên các đứt gẫy, các barie cát ở vùng khí hậu ấm và những trảng cây lùm cỏ ở vùng nhiệt đới với vô số các hình dạng trung gian và hỗn hợp Con người đã biết sử dụng biển cả để phục vụ cho các hoạt động của mình như sản xuất thực phẩm, mỹ phẩm, giao thương và cả chiến tranh Nhiều nhà cửa và thành phố đã mọc lên ở các khu vực ven bờ, cũng vì vậy mà con người đã phải chịu những tổn thất do biển cả gây ra, những thiệt hại do thiên tai ập đến bất ngờ và những trở ngại bởi những thay đổi do biển cả tác động lên đất liền trong những nhịp thời gian ngắn đáng chú ý như sự biến mất của các bãi biển trong từng giờ, sự biến mất của các lạch triều trong từng ngày và sự sụp đổ của các vách bờ trong một thời kỳ nào đó Nhiều công trình xây dựng của con người đã bị chôn vùi trong cát, quét sạch và bị nghiền vụn thành những đống gạch vỡ làm nản lòng những phát kiến công nghệ của con người Tại sao lại như vậy? Điều gì

đã chi phối những tác nhân gây ra sự thay đổi này của biển cả?

b Câu trả lời này đã bị lảng tránh, mặc dù trong nhiều thế kỷ qua, con người chưa bao giờ từ bỏ những nỗ lực để làm chủ biển cả Bỏ qua các yếu tố tự nhiên và sự qúa độ của thói hubris (đây là một từ Hy lạp không thể dịch được đủ nghĩa, từ này dùng để chỉ thái độ kiêu căng tự phụ, sẵn sàng thách thức mọi người và mọi thứ có thể xảy ra), con người đã xây dựng nhiều công trình để bảo

vệ những thành phố của họ ở những khu vực xung yếu Nhưng một điều đáng tiếc là khi xây dựng những công trình đó họ đã không để ý đến những cấu trúc vật lý tự nhiên của khu vực, sự cân bằng mỏng manh giữa các nguồn cung cấp trầm tích, chất lượng nước, các hệ sinh thái, những yếu tố không thể thiếu của một môi trường đới bờ

c Cho đến những năm cuối cùng của thế kỷ 20, người ta mới nhận biết được tầm quan trọng của ba yếu tố cơ bản sau trong vùng đới bờ: cấu trúc địa chất khu vực, các qúa trình vật lý - động lực ven bờ, sinh thái và sinh học của các loài

động thực vật ven bờ Tuy nhiên, trong cuốn sách này chúng tôi chủ yếu tập trung vào các nội dung liên quan đến chủ đề thứ nhất, đó là địa chất, trong đó sẽ bao gồm cả phần địa mạo cảnh quan (hình dạng và hình thái) và cấu trúc của các địa tầng cổ nằm bên dưới hoặc lộ trên bề mặt Mối tương quan giữa các lực tác động và dạng địa hình, các mô tả bờ biển như là một phần của bức tranh tổng quát trên cơ sở các khái niệm địa chất tổng hợp của các ngành khoa học trái

đất khác nhau như khí tượng và hải dương

d Mục đích của cuốn sách này là :

- Khái quát các đặc điểm địa chất, khí hậu và môi trường vùng bờ biển trên thế giới

- Mô tả chi tiết một số kiểu bờ biển đặc trưng

- Giải thích sự hình thành của các kiểu bờ khác nhau và mối tương tác của chúng với các qúa trình sóng, dòng chảy và biến đổi của thời tiết (đôi khi được hiểu đơn giản là hình thái động lực”

- Trình bày các phương pháp khảo sát thực địa và quy trình phân tích, xử lý các số liệu điều tra phục vụ cho công tác nghiên cứu đới bờ

e Trong các nội dung trình bày, chúng tôi sẽ nhấn mạnh đến các đặc điểm hình thái và các dạng địa hình có kích thước khác nhau từ cm đến km cùng với những qúa trình hình thành và biến đổi của chúng trên quy mô thời gian từ phút đến hàng nghìn năm (hình 1-1) Và những tương quan trên quy mô địa chất nhỏ như sự chyển động của các hạt trầm tích trong dòng chảy hoặc các lực hấp dẫn- điện hóa học của các lớp ste trong các trầm tích gắn kết Do giới hạn về thời lượng của cuốn sách nên ở đây chúng tôi chỉ có thể giới thiệu với bạn đọc một cách tóm tắt về các điều kiện khí tượng hải văn

f Ngoài ra, trong cuốn sách này còn đề cập đến một chủ đề cũng khá quan trọng khác trong vùng đới bờ đó là sinh học Các hoạt động của sinh học là một thành phần không thể thiếu trong cấu trúc môi trường địa chất đới bờ, không những thế chúng còn tác động đến cấu tạo địa chất của khu vực theo nhiều cách:

- Sự có mặt của các rạn san hô và rừng ngập mặn đã tạo điều kiện cho đường

bờ phát triển và lấn ra biển

- Do hoạt động của các tổ chức sinh vật, lượng dung dịch hóa học được tiết ra

và những cơ chế đào mòn và đục khoét của một số loài đã thúc đẩy thêm qúa trình xói mòn vách bờ

- Sự có mặt của các loài thực vật đã giúp cho các bar cát và cồn cát được duy trì ổn định

- Tốc độ bồi lấp các vùng của sông và vũng vịnh giảm nhờ khả năng cản trầm tích của các loài thực vật và đồng thời hình thành nên các vùng đất ngập nước

Tất cả những vấn đề này sẽ được đề cập một cách đầy đủ trong cuốn sách, song những chi tiết về thành phần các loài thực vật và động vật sẽ không được nhắc đến ở đây

g Các khía cạnh địa kỹ thuật đới bờ như việc khai thác và sử dụng các vật liệu phục vụ cho xây dựng hay tính toán độ dốc, sức bền trong địa chất công trình cũng sẽ không được đề cập đến Nhưng các bạn có thể tìm đọc vấn đề này trong cuốn sách của Eckert và Callender (1987) và cuốn “ Nghiên cứu trong công nghiệp xây dựng và những thông tin liên quan” (1991) về khai thác đá phục vụ

kỹ thuật xây dựng đới bờ và EM 1110-2-2302

h Cuốn sách này sẽ đạt được những mục đích của nó nếu cuối cùng nó thuyết phục được các độc giả hiểu rằng không có một đặc điểm hoặc cấu trúc đới

bờ nào tồn tại độc lập, không nhưng thế mỗi thành phần đều có những mối tương tác với nhau và đới bờ cũng là giống như thực thể sống, có thể thay đổi, phát triển và tiến hóa Vì vậy những hiểu biết và sự tôn trọng những đặc điểm cấu trúc địa chất tự nhiên của một khu vực đới bờ là cơ sở đảm bảo cho sự phát triển

ổn định thành công và kinh tế của bất kỳ một công trình quy hoạch phát triển nào như xây dựng thiết kế, bảo vệ quản lý và duy trì các dự án

1-5 Cấu trúc và nội dung của cuốn sách

Cuốn sách tập trung vào 3 nội dung chính:

- Các khái niệm cơ bản liên quan đến địa chất đới bờ

- Mô tả đặc điểm hình thái đặc trưng của bờ biển và môi trường ven bờ

- Các hướng dẫn tiến hành khảo sát thực địa

a Chương 2 sẽ cung cấp một cách cơ bản và khái quát về những thuật ngữ khoa học được sử dụng trong nghiên cứu đới bờ và những khái niệm cơ bản liên quan như cao độ chuẩn và biến trình của mực nước, các hoạt động của sóng, thủy triều và các qúa trình gây ra những biến động địa chất trong khu vực đới

bờ Mục đích của chương này là giúp cho người đọc có những kiến thức cơ bản về các qúa trình liên quan đến sự biến đổi của đới bờ để có thể đi sâu vào các vấn đề

cụ thể sẽ được thảo luận tiếp trong các chương sau

b Chương 3 giới thiệu về cách phân loại đới bờ của Francis Shepard (1937; 1948; 1963; 1973) kèm các ví dụ cụ thể và những vấn đề xoay quanh phương pháp phân loại này

c Chương 4 đề cập tới hình thái động lực của các đồng bằng châu thổ ven biển (delta), các vũng vịnh, thềm cát (sandy shoreface) và thềm cố kết (cohesive shoreface)

d Chương 5 mô tả các phương pháp kỹ thuật được sử dụng trong qúa trình nghiên cứu và đánh giá lịch sử địa chất, địa mạo đới bờ Trong chương này không hướng dẫn các bước tiến hành một cuộc điều tra nghiên cứu mà chỉ đề cập tới các dạng số liệu cần thu thập, các công cụ kỹ thuật có thể trợ giúp và phương pháp hạn chế các sai số, cách phân tích số liệu khảo sát bao gồm cả nguồn số liệu thứ cấp Mục đích nhằm giúp người đọc hình dung được khối lượng các số liệu sau mỗi cuộc điều tra khảo sát, cách tổ chức phân tích, xử lý, và sử dụng một cách hiệu qủa trước khi tiến hành các cuộc điều tra khác Vì vậy nội dung chính của chương chủ yếu tập trung vào việc phân tích, xử lý các số liệu khảo sát

và kiểm tra độ sai số

1-6 Lời đề xuất

Tổng cục kỹ thuật quân sự Mỹ đề xuất lưu hành cuốn sách này như một tài liệu tham khảo chuyên môn về khoa học công nghệ, kỹ thuật địa chất đới bờ và

là cuốn sách hướng dẫn cho các nghiên cứu trong lĩnh vực địa chất đới bờ (CECW-EG) Mọi ý kiến đóng góp hay thắc mắc liên quan đến nội dung của cuốn sách, xin gửi trực tiếp về địa chỉ sau :

Headquater, US , Army Corps of egineers Attn : CECW-EG

20 Massachusetts Ave., NW

Washington, DC 20314-1000

1-7 Lời cảm ơn

Tên các tác giả cuốn sách và nhà phê bình sẽ được liệt kê trong phụ lục C

Hình 1-1 : Sơ đồ quy mô (không gian và thời gian) của các hiện tượng tự nhiên

Chương 2 Các thuật ngữ khoa học và môi trường địa

chất đới bờ

2-1 Khái quát chung

Hình thái và cấu trúc đới bờ hiện đại là sản phẩm tương tác của nhiều quá trình phức tạp, trong đó có sự biến động không ngừng của đá gốc và trầm tích Việc mô tả các đặc điểm địa chất đới bờ thường gặp khó khăn do thiếu sự thống nhất trong việc sử dụng các thuật ngữ chuyên môn và những khái niệm liên quan đến các qúa trình địa chất nói chung và nói riêng Mục 2-2 và 2-3 của chương sẽ khái quát các đặc điểm chung của đới bờ và giải thích một số khái niệm thông dụng như “bờ biển” và “đường bờ” Mục 2-4 đề cập đến các thuật ngữ liên quan đến mực nước và thủy triều Các mục còn là các quan điểm khác nhau của các nhà địa chất, hải dương học và sinh học đối với qúa trình phát triển và hình thành cấu trúc địa mạo dải ven biển, trong đó có các yếu tố tác động của con người Để giúp người đọc có thể hình dung và nắm bắt nhanh chóng cơ sở lý thyết ban đầu, các tác giả của cuốn sách đã lựa chọn một số khu vực đặc trưng trên thế giới làm ví dụ minh họa

2-2 Định nghĩa đới bờ và các yếu tố hình thành đới bờ

a Giới thiệu

1 Có rất nhiều các yếu tố đới bờ và qúa trình địa chất thành tạo khó xác

định được ranh giới vì bản thân chúng luôn biến động theo không gian và thời gian Hơn nữa, do chưa có sự chuẩn hóa về thuật ngữ chuyên môn chung, nên khi đi vào mô tả các đặc điểm, mỗi một nhà nghiên cứu lại sử dụng một thuật ngữ khoa học riêng Điều này dẫn đến sự bất đồng lớn trong công tác nghiên cứu khoa học Đặc biệt là trong việc định nghĩa hai khái niệm dải ven bờ và dải ven biển Việc xây dựng một hệ thống thuật ngữ chuyên môn thống nhất sẽ giúp cho các nhà nghiên cứu dễ dàng trao đổi kinh nghiệm và thuận lợi trong việc xuất bản các công trình nghiên cứu của mình

2 Để phân loại và mô tả các cấu trúc hình thái, địa chất đới bờ, trước tiên cần có sự thống nhất một số định nghĩa liên quan ở đây, chúng tôi có sử dụng một số định nghĩa riêng được xây dựng dựa trên các nguyên tắc tổng hợp từ

nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác nhau, trong đó bao gồm cả địa chất, vì vậy cách phân loại của chúng tôi có thể không hoàn toàn trùng với cách phân loại trong

địa chất hay địa mạo, v.v Như chúng ta đã biết, đới bờ là một khu vực có sự phân dị lớn về mặt địa hình, sự khác nhau của chúng có thể gặp ở nơi này hoặc nơi khác Mỗi một dạng hoặc kiểu địa hình được mô tả không phải lúc nào cũng

đại diện cho tất cả các khu vực Chẳng hạn, các đảo atoll san hô thường không có

đường bờ nhưng vẫn có thềm lục địa, trong khi các biển nội lục hay biển hồ có bờ biển nhưng không có thềm lục địa Vì vậy việc xây dựng một hệ thống phân loại

đầy đủ các đơn vị địa hình đới bờ sẽ giúp cho việc mô tả cấu trúc địa chất của khu vực nghiên cứu được dễ dàng hơn và tạo cơ sở cho các nghiên cứu mở rộng khác

b Đới bờ

Theo định nghĩa riêng của chúng tôi, đới bờ là khu vực chuyển tiếp giữa lục

địa và biển, đó là nơi chịu ảnh hưởng trực tiếp của các qúa trình thủy động lực sông, biển Giới hạn ngoài của khu vực là ranh giới kết thúc thềm lục địa, giới hạn trong là phần lục địa chịu ảnh hưởng của sóng bão, trong đó bao gồm các vùng cửa sông delta ven biển vì đây là các khu vực có hình thái và cấu trúc phụ thuộc vào các qúa trình tương tác động lực giữa sông và biển Với cách xác định này, khu vực đới bờ được phân chia như sau (hình 2.1):

độ thủy triều ổn định thì lại khá thuận lợi Ranh giới ngoài (về phía biển) chính

là đường bờ, nơi chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của sóng bão Đường bờ và định nghĩa

về bờ biển luôn được xem là cơ sở cho việc thành lập và đo vẽ bản đồ, vì vậy phần này sẽ được đề cập thêm ở chương 5, mục e Đối với các bờ đá, phần lục địa và

đường bờ gần như trùng nhau, đối với khu vực bờ nhân tạo do xây dựng đê kè ranh giới đường bờ khó xác định hơn nhưng ranh giới trong vẫn thể hiện rõ ràng dựa vào những biến đổi tự nhiên của địa hình

d Phần ven bờ

Là vùng biển nằm trong giới hạn từ đường bờ tới vị trí mực nước thấp ở những khu vực bờ có bãi cát, thì phần ven bờ được chia ra làm 2 đới: đới trước và

đới sau Đới trước được xác định từ ranh giới ngoài của phần ven bờ đến giới hạn của mép nước ở mực thủy triều cao nhất, đới sau là phần còn lại của vùng ven

bờ Về mặt hình thái, đới sau có dạng địa hình khá bằng phẳng nhưng đới trước

có dạng địa hình nghiêng về phía biển Vị trí tại đó có sự thay đổi đột ngột về độ dốc chính là điểm tiếp giáp giữa 2 đới và được gọi là các gờ biển (rìa bậc thềm) Phần mô tả chi tiết đặc điểm hình thái bãi biển và các thuật ngữ liên quan sẽ

được trình bày ở chương 3

e Sườn bờ ngầm

Là khu vực kế tiếp phần ven bờ với giới hạn bên trong là đường mực nước thấp nhất, giới hạn bên ngoài là ranh giới kết thúc của thềm lục địa Đây là khu vực có độ dốc giảm dần so với đới trước Vị trí chuyển tiếp sang phần thềm lục

địa chính là chân của sườn bờ ngầm, vị trí này có thể được xác định một cách tương đối dựa vào sự biến đổi độ dốc Mặc dù sườn bờ ngầm là một trong những

đặc điểm cấu trúc chung của khu vực đới bờ, nhưng không phải lúc nào chúng cũng có mặt đầy đủ ở tất cả các đới bờ, ví dụ như các vùng bờ có năng lượng thấp hay các khu vực có đường bờ cấu tạo bởi các vật liệu bền vững Sườn bờ ngầm thể hiện rất rõ qua các mặt cắt ngang và biểu đồ độ sâu Đây cũng là khu vực diễn

ra các hoạt động vận chuyển trầm tích mạnh mẽ, đặc biệt là phần nằm gần giới hạn trên

f Thềm lục địa

Là phần đáy biển nông bao quanh lục địa (hình 2-2) với giới hạn ngoài là vị trí bắt đầu có sự thay đổi đột ngột về độc dốc để chuyển sang sườn lục địa Thềm lục địa cũng được phân chia thành 3 đới, đới trong, đới ngoài, đới giữa mặc dù ranh giới giữa các đới khó xác định vì không có những đặc điểm địa chất địa mạo

đặc trưng để làm cơ sở phân định nhưng chúng vẫn được sử dụng khá rộng rãi trong qúa trình nghiên cứu đới bờ Tuỳ thuộc vào mỗi nghiên cứu cụ thể và điều kiện địa chất khu vực, các đới có thể được phân chia theo những ranh giới tạm thời trên cơ sở những quy định riêng Tuy nhiên, như đã nói ở trên, không phải khu vực đới bờ nào cũng có thềm lục địa

2-3 Thang tuổi địa chất

a Tuổi hóa thạch

Trong thang tuổi địa chất, các nhà khoa học đã phân chia thành bốn đơn vị thời gian lớn là nguyên đại, kỷ, thế, kỳ (hình 2-3) Trên cơ sở những nghiên cứu hóa thạch ở nhiều vùng địa chất khác nhau, các nhà địa tầng học (1800) đã phát hiện ra sự xuất hiện và biến mất của một số loài hóa thạch trong các tầng trầm tích Điều này cho phép so sánh và liên hệ tuổi các hóa thạch trên diện rộng Ví

dụ, ranh giới của 2 nguyên đại Mezoizoi và Cenozoi được đánh dấu bởi sự biến mất của hàng trăm loài, trong đó có khủng long, nhưng đồng thời xuất hiện

nhiều loài khác với sự phát triển mạnh mẽ (Stanley, 1986) Tuy nhiên, thang tuổi hóa thạch chỉ mang tính chất so sánh niên đại của các tầng đá mà chưa

định ra được giá trị tuổi tuyệt đối Mãi đến giữa thế kỷ thức 20, nhờ sự ra đời của phương phâp phân tích phóng xạ các nhà khoa học mới tính toán được tuổi tuyệt đối của các tầng đá và xây dựng thang tuổi địa chất (hình 2-3), với đơn vị thời gian là triệu năm

b Tuổi địa chất của đới bờ

Đối với các nhà nghiên cứu đới bờ, tuổi các địa tầng Pleitocen và Holocen

được quan tâm nhiều nhất, với niên đại cách đây khoảng chừng 1,8 triệu năm Ngoài ra các tầng trầm tích tuổi đệ tứ cũng khá phổ biến ở khu vực đới bờ

(1) Trong kỳ Pleitocen đã xảy ra những biến đổi lớn về khí hậu ở Bắc bán cầu, đã đánh dấu cho thời kỳ băng hà hiện đại Những dòng sông băng xuất hiện trên khắp các lục địa phía Bắc, kèm theo các qúa trình địa chất băng hà diễn ra trong thời gian dài Nghiên cứu các đặc điểm địa mạo ở khu vực Bắc Mỹ sẽ cho thấy những dấu ấn của thời kỳ này, thể hiện qua các tầng trầm tích được hình thành bởi các tảng băng (xem chương 3) Trong cuốn sách “Địa chất kỷ đệ tứ và thời kỳ băng hà” của Flint (1971) bạn đọc có thể tìm thấy nghiên cứu toàn diện

về địa chất vùng Bắc Mỹ trong thời kỳ Pleitocen

(2) Giai đoạn biển tiến Holocen bắt đầu xuất hiện cách đây khoảng chừng 15 – 18 nghìn năm với sự dâng cao mực nước biển trên toàn cầu Đồng thời với sự kiện này là dấu hiệu suy yếu của thời kỳ băng hà, nguyên nhân gây ra là sự nóng lên của khí hậu toàn cầu Điều này đã tác động lớn đến hình thái động lực của môi trường đới bờ trong thời kỳ này, tuy nhiên dấu vết của các thời kỳ địa chất trước vẫn còn lưu lại ở nhiều nơi và rất dễ nhận thấy Chẳng hạn, các đồi băng còn sót lại ở Boston Harbor hay các đảo băng ở phía nam nước Anh (Long Island, Martha’s Vineyard, Block và Nantucket Island), đó là sản phẩm của các con sông băng trong thời kỳ băng hà Wisconsin (Woodsworth và Wigglesworth 1934), nhưng các bãi biển hay các doi chắn ven bờ thì lại được hình thành trong thời kỳ Holocen

(3) Thời kỳ băng hà ở Bắc Mỹ, sự biến đổi khí hậu toàn cầu kèm theo các giai đoạn đóng băng và gian băng đan xen nhau trong suốt kỷ đệ tứ đã ảnh hưởng rất lớn tới diện mạo bề mặt trái đất và tính đa dạng sinh học trên toàn thế giới Hoạt động của các sông băng trong lục địa vào thời kỳ này cũng bị suy yếu dần dần do các chấn động địa tĩnh và sự biến đổi của mực nước biển Dựa vào kết quả phân tích đồng vị oxy trầm tích biển sâu, các nhà khoa học phát hiện ra rằng, có ít nhất 9 giai đoạn gian băng và đóng băng đã xảy ra trong khoảng thời gian 700.000 năm(Kraft và Chrzastowski 1985) Bảng 2.1 cho thấy, giai đoạn đóng băng gần đây nhất là Wisconsin (bắc Mỹ) va Wrm (châu Âu) , vào hai giai đoạn này, mực nước biển đã bị hạ thấp xuống 100m so với bây giờ Ngày nay, tại các vùng bờ ở vĩ độ Bắc, chúng ta có thể bắt gặp rất nhiều các vết tích địa chất, địa mạo của giai đoạn Wisconsin, nhưng những dấu tích của các thời kỳ trước thì còn lại rất ít, ngoại trừ dấu hiệu dễ nhận biết nhất là sự nâng

lên của đường bờ ở vùng bờ biển Đại Tây Dương của nước Mỹ và một số các vịnh biển (Winkler 1977; Winkler và Howard 1977)

Hình 2-1: Các dạng địa hình đới bờ

Hình 2-2: Thềm lục địa và đáy đại dương (hình phóng đại vùng ven bờ Đại Tây Dương của nước

Mỹ)

Hình 2-3: Thang tuổi địa chất (nguồn Stanley, 1986)

2-4 cao độ chuẩn của mực nước và các khái niệm liên quan Cơ sở để xây dựng các bản đồ biến động đường bờ và đánh giá những biến

đổi của các số liệu mực nước và các cao độ chuẩn Do những biến động theo không gian và thời gian của mực nước nên việc xác định các đường độ sâu và độ cao phải dựa vào các cao độ chuẩn

Thủy triều là sự dao động có chu kỳ của nước biển (dâng và rút) do tương tác của lực hút giữa trái đất, mặt trời và mặt trăng

Mực nước là sự thay đổi vị trí của mặt nước trong các thủy vực do hoạt động của dòng chảy, băng tan và các nguồn nước nước ngầm đổ ra thủy vực (EM 1110-2-1003)

a Các cao độ thủy triều chuẩn

ở vùng ven bờ, khi độ cao của mực nước được lấy theo mặt phẳng quy chuẩn của thủy triều thì giá trị trung bình của mực nước thấp nhất thường được sử dụng làm cao độ chuẩn (EM 1110-2-1003) Nhưng tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể, người ta có thể sử dụng các giá trị mực nước khác như: mực nước trung bình thấp, mực nước biển trung bình, mực nước triều trung bình, mực nước trung bình cao độ chuẩn, trung bình của mực nước cao (hình 2-4 và bảng 2-2) Các giá trị cao độ chuẩn được thiết lập từ giá trị thủy triều và tính giá trị trung bình bằng phương pháp NOS với chu kỳ là 19 năm (National Tidal Datum Epoch)

Do sự biến động nhiều năm của mực nước tương đối Một số khu vực ở Châu Mỹ, người ta thường có cao độ chuẩn riêng cho từng vùng, trong đó các số liệu được tổng hợp từ nhiều nguồn khác nhau (ví dụ giá trị trung bình thủy triều thấp của các vịnh như vịnh Mexico) hoặc từ các số liệu quan trắc mực nước địa phương ở nhiều giai đoạn khác nhau Theo quy ước, trên bản đồ các cao độ thủy triều phải

được quy chiếu rõ ràng về các cao độ khảo sát quốc gia (ví dụ cao độ địa chính quốc gia, số liệu chỉnh lý năm 1929 (NGVD 29) hoặc cao độ Bắc Mỹ 1983 (NAD 83)) Quy định về cao độ và tương quan với các cao độ địa chính được trình bày trong Harris (1981), EM 1110-2-141 và trong phần tham khảo của NOS EM 1110-2-1810 31/1/95

Bảng 2-1: Các giai đoạn đóng băng và gian băng trong Pleistocenne Bắc Mỹ

1 Tuổi theo đường cong tổng quát nhiệt độ nước đại dương được diễn giải theo các nghiên cứu về loài trùng lỗ trong đáy biển sâu (Strahler 1981)

2 Tuổi theo Young (1975) (nguồn gốc không thống kê ở đây)

b Dữ liệu mực nước của Great Lakes vùng Bắc Mỹ (hồ Superior, Huron, Michigan, Erie và Ontario)

(1) Cao độ chuẩn theo mực nước thấp được sử dụng cho Great Lakes và các tuyến đường thủy liên thông hiện tại đều được quy chiếu về cao độ IGLD, 1985 (International Great Lakes Datum) Đây là nguồn số liệu do ủy ban hợp tác quản lý dữ liệu thủy động lực Great Lakes cung cấp, để thay thế nguồn số liệu

cũ (IGLD 1955) và bắt đầu sử dụng từ tháng giêng năm 1992 Sự khác nhau giữa hai nguồn số liệu là việc hiệu chỉnh lại mốc mặt nước (bảng 2-3) Với các chuỗi số liệu năm 1985, mực của mặt chuẩn được điều chỉnh theo sự vận động của lớp vỏ trái đất Nhờ tính chính xác được nâng cao và sự phát triển của hệ thống mạng lưới quan trắc Vị trí mực 0 của IGLD 1985 được đặt tại Rimouski, Québec (hình 2-5) Nguồn dữ liệu năm 1985 là kết qủa của hàng loạt các cuộc khảo sát được tiến hành liên tục trong khoảng thời gian từ năm 1982 đến năm

1988 IGLD 1985 được quy chiếu về cao độ chuẩn Bắc Mỹ (NAVD) 1988 nhưng cần chú ý IGLD không hoàn toàn tương đồng với NGVD 29 hay NADV 1988 do tính chất biến đổi thường xuyên của mực nước trong các hồ, do các công trình thủy và các tuyến giao thông đường thủy

(2) Khu vực Great Lakes ít chịu ảnh hưởng của thủy triều thiên văn, thực tế những dao động ngắn hạn xảy ra trong khu vực là do các nguyên nhân như gió

và sự biến đổi khí áp Những dao động kéo dài chỉ xảy ra khi có những biến đổi lớn điều kiện khí tượng thủy văn của khu vực, ví dụ như lượng mưa, dòng chảy nhiệt độ, độ bốc hơi, tuyết tan hoặc lượng băng bao phủ (Great Lakes Commission 1986), song các yếu tố này lại chịu ảnh hưởng của những biến đổi khí hậu toàn cầu Ngoài ra sự vận động của lớp vỏ trái đất cũng có thể gây ra những biến đổi mực nước, chẳng hạn sự giảm mực nước ở phía tây của hồ Superior tại Duluth do vận động nâng của vỏ trái đất phía đông nhanh hơn phía tây tới 25cm/ thế kỷ Vai trò của thực vật thủy sinh và của con người đều là những yếu tố có ảnh hưởng không nhỏ tới những biến đổi phức tạp của mực nước trong hồ Vì vậy việc xác định mực nước trung bình cho hồ là rất khó khăn cho nên công tác dự báo nước dâng cũng khó có thể thực hiện

2-5 Các yếu tố ảnh hưởng đến địa chất đới bờ

Bờ biển là khu vực thường xuyên biến động do những thay đổi phức tạp của các qúa trình động lực, điều này thể hiện rất rõ ở tất cả các vùng biển trên thế giới Các yếu tố quyết định hình thái đường bờ và bảo toàn chúng rất đa dạng bao gồm địa lý, vật lý, sinh học và hoạt động của con người Các tầng đá, các thể trầm tích được hình thành trong nhiều thời kỳ cổ địa chất đã tạo nên cấu trúc

địa chất nền móng của đới bờ hiện đại Trải qua thời gian, những dấu ấn của cấu trúc cổ dần dần bị phá hủy bởi các qúa trình vật lý, sau đó là qúa trình bào mòn

và phá hủy bề mặt Dựa vào lực tác động, người ta phân làm hai loại: các qúa trình tức thời là những hoạt động ngắn nhưng xảy ra liên tục như sóng, thủy

triều; các qúa trình dài là những biến đổi toàn cầu có ảnh hưởng trên quy mô thời gian lớn

Bảng 2-2 : Bảng phân loại các dạng số liệu thủy triều và định nghĩa liên quan, Yaquina Bay,

Oregon 1

4.42 Mực triều cao cực trị: là vị trí cao nhất mà thủy triều đạt có thể đạt tới, giá trị này bằng tổng giá trị

mực nước triều cao theo dự báo và mực nước cao nhất được ghi nhận khi có bão, các hiện tượng này có chu kỳ trở lại rất dài ở một vài khu vực giá trị này còn liên quan đến các hoạt động của dòng chảy do ảnh hưởng của lượng mua trong lực địa Giá trị triều cao cực trị được sử dụng cho việc thiết kế cầu cảng

3.85 Mực nước triều cao theo quan trắc: là kết qủa triều cao nhất quan trắc từ các trạm đo đạc

3.14 Mực nước trièu cao theo dự báo : là kết qủa tính toán theo bảng thủy triều

2.55 Mực trung bình của nước cường cao: là độ cao trung bình của mực nước cường cao được đo đạc

trong một khoảng thời gian nhất định, theo chu kỳ thiên văn của mặt trăng từ 28 ngày đến 18,6 năm Quãng thời gian được lựa chọn phụ thuộc vào mức độ chi tiết cần thiết Nguồn số liệu này thường được sử dụng cho các bản đồ khảo sát Quốc gia để đảm bảo an toàn hàng hải theo yêu cầu

2.32 Mực triều cao trung bình: là giá trị trung bình của mực nước triều cao theo quan trắc, bao gồm giá

trị nước cường cao và nước cường thấp được ghi nhận hàng ngày theo một chu kỳ triều Các giá trị này được xem là ranh giới phân định giữa phần lục địa ngập nước và phần bãi triều và được sử dụng cho việc thành lập các sơ đồ địa

1.40 Mực nước triều trung bình: là giá trị trung bình của các mực nước khác nhau, bao gồm các giá trị

triều cao và triều thấp So sánh mực nước triều trung bình với mực nước biển trung bình và mực nước trung bình khu vực sẽ cho thấy tính bất đối xứng của thủy triều trong khu vực

1.37 Mực nước trung bình địa phương: là giá trị trung bình của mực nước tại một trạm quan sát nào đó,

số liệu được ghi nhận theo từng giờ

1.25 Mực nước biển trung bình: là cao độ chuẩn dựa trên các số liệu đo đạc liên tục được thu thập

trong khoảng thời gian một vài năm tại các trạm quan trắc phân bố dọc theo bờ biển phía đông của nước Mỹ và Canada Đây là cao độ chuẩn Sea Level Datum 1929, hiệu chỉnh 1947 Cao độ chuẩn này thường được sử dụng chính thức cho các nghiên cứu về sự biến đổi mực nước

0.47 Mực triều thấp trung bình: là giá trị trung bình mực nước ròng theo kết quả quan trắc hàng ngày,

trong đó bao gồm giá trị đo đạc mực nước ròng thấp và cao trong một chu kỳ triều Đây là đường phân biệt giữa bãi triều và vùng ngập nước

0.00 Mực trung bình nước ròng thấp: là giá trị trung bình mực nước ròng thấp được ghi nhận trong một

khoảng thời gian nhất định Cao độ chuẩn này được sử dụng cho việc vẽ hải đồ vùng bờ biển Thái Bình Dương

-88 Mực triều thấp theo dự báo: là mực nước triều thấp nhất theo bảng thủy triều

-96 Mực triều thấp theo quan trắc: là mực nước triều thấp nhất quan sát trên thực tế

-1.07 Mực triều thấp cực trị: là giá trị theo tính toán được sử dụng trong Hải quân và hoạt động của các

bến cảng

1 Kết quả nghiên cứu trong 6 năm của Trung tâm khoa học biển, trường đại học Oregon

Nguồn : Oregon (1973)

Hình 2-4 : Đồ thị biểu diễn mực thuỷ triều của vịnh Yaquina, Oregon (dựa trên kết quả quan sát

trong 6 năm) Theo định nghĩa, điểm 0 được lấy theo mựctrung bình nước ròng (theo Oregon,

1973)

(1 hình thái địa mạo là những nghiên cứu về đặc điểm hình thái tự nhiên và các dạng địa hình trên bề mặt trái đất, trong đó bao gồm cả phần lục địa và phần

đáy biển)

Tại vùng ven bờ, các tầng địa chất bên dưới có ý nghĩa quyết định tới hình thái bề mặt, kiểu trầm tích và độ dốc của khu vực Ngoài tác động của các qúa trình vật lý (sóng, thủy triều), sinh học và hoạt động của con người, về cơ bản cấu tạo địa chất vùng bờ vẫn phụ thuộc vào yếu tố thạch học và kiến tạo Vấn đề này sẽ được tiếp tục bàn luận ở những phần sau

(1) Thạch học là khái niệm liên quan đến đặc tính của các loại đá và trầm tích cấu thành nên đới bờ hiện đại Đó là các thông số về độ bền của đá đối với

quá trình ăn mòn, độ hoà tan của khoáng vật và mức độ gắn kết Điều này thể hiện rất rõ giữa các khu bờ có cấu tạo đá gốc khác nhau Đối với các vật liệu kém kết dính vai trò của các qúa trình động lực ven bờ có tác động rất lớn, chúng sẽ

được chọn lọc phân loại, phân dị và trạm trổ thành hình dạng cân bằng động với trạng thái năng lượng riêng

(2) Bờ gắn kết được hình thành trên các đá gắn kết có cấu tạo bởi các khoáng vật rắn, độ kết dính cao Tại khu bờ có cấu trúc này, dạng địa hình phổ biến là

đồi núi, vì vậy qúa trình xói mòn luôn chiếm ưu thế Với các bờ đá, mức độ phá hủy do qúa trình phong hóa và bào mòn phụ thuộc vào độ gắn kết của chúng Tùy thuộc vào loại hình phong hóa (hóa học hay cơ học), độ cứng, độ hòa tan của thành phần khoáng vật, xi măng kết dính, độ xốp và điều kiện khí hậu khu vực mỗi loại đá có mức độ bền vững riêng Ngoài ra các đặc điểm về địa tầng, thớ chẻ, hướng đổ cũng có ý nghĩa rất lớn trong việc quyết định cấu trúc hình thái của khu bờ (hình 2-6) Các ví dụ minh họa có thể thấy ở vùng bờ biển của Lakes Superoir, Huron, Ontario, đường bờ ở đây có cấu tạo bởi loại đá rắn chắc thể hiện rõ cấu tạo của nền địa chất

- Phong hóa cơ học là qúa trình phá hủy các đá mà không làm thay đổi thành phần hóa học và khoáng vật của chúng Quá trình này xảy ra do sự dao

động nhiệt độ giữa ngày và đêm (gây ra sự co dãn liên tục trong các đá), sự kết tinh của muối và nước trong thành phần khoáng vật, sự biến đổi của thời tiết giữa các mùa, sự nén ép và hoạt động của sinh vật

- Phong hóa hóa học là qúa trình phá hủy do sự thay đổi thành phần hóa học của đá bởi các cơ chế thủy phân, hoà tan, hydrat hóa, oxy hóa-khử, cacbonat và những phản ứng sinh hóa khác

Bảng 2-3: Số liệu mực nước thấp trong các hồ và cảng theo IGLD 1955 và IGLD 1985

Nguồn : Uỷ ban quản lý số liệu thủy lực Great Lake (1992)

(b) Bờ kém gắn kết, khác với bờ gắn kết, tại vùng bờ kém gắn kết các quá trình xói lở và bồi tụ luôn chiếm ưu thế, nhất là ở khu vực bồi tụ cửa sông và vùng đồng bằng ven biển Kiểu bờ này thường có đường bờ bằng phẳng ít khúc khuỷu do quá trình xói lở, bồi tụ và lắng đọng trầm tích làm các mũi đất bị bào mòn, các doi cát được hình thành và xuất hiện vũng vịnh khi có đảo chắn Dọc theo đới ven bờ luôn tồn tại các nguồn trầm tích lớn, dưới tác động của sóng và dòng chảy môi trường trầm tích bị xáo trộn liên tục khiến các đơn vị hình thái vùng ven bờ biến đổi nhanh chóng Hình 2-7 mô phỏng các dạng địa hình được hình thành trong môi trường trầm tích vùng bờ gắn kết yếu Tiêu biểu cho kiểu

bờ này là vùng bờ Đại Tây Dương và ven vịnh Mexico của nước Mỹ (ngoại trừ một số ít khu vực có kiểu bờ đá giống ở New England)

Hình 2-5: Mối tương quan mực nước giữa các hồ theo cao độ chuẩn (điểm 0) của IGLD 1985 đặt

tại Rimouski, Québec Giá trị mực nước thấp tính theo đơn vị m (nguồn Uỷ ban quản lý số liệu

thủy lực Great Lake, 1992)

H×nh 2-6: MÆt c¾t h×nh th¸i cña c¸c bê g¾n kÕt vµ kÐm g¾n kÒt (nguån Mossa, Meisberger vµ

Morang 1992)

Hình 2-7: Các dạng địa hình dược hình thành trong môi trường trầm tích ven bờ vùng bờ kém

gắn kết Trầm tích ở đây chủ yếu là các vật liệu rời rạc (nguồn Komar, 1976)

(2) Yếu tố kiến tạo là các lực được sinh ra trong vỏ trái đất và lớp manti có khả năng làm biến dạng, phá hủy đới bờ và thành tạo các vật liệu mới Dấu hiệu của chúng trên bề mặt trái đất là các đứt gãy, uốn nếp (bao gồm nếp lồi và nếp lõm) (hình 2-8) và các chuyển động nâng trồi hoặc sụt lún trên quy mô lớn Một

ví dụ điển hình là vùng bờ biển phía tây của nước Mỹ, cấu trúc đới bờ ở đây thể hiện rất rõ ảnh hưởng của các hoạt động kiến tạo, vì vậy đường bờ có hình thái khác hẳn với phần phía đông nơi được hình thành do các qúa trình bào mòn và lắng đọng trầm tích Theo cách phân loại bờ biển của Shepards (1973), đặc điểm vùng bờ nằm trên các đứt gãy là sườn rất dốc và phần chân đế nằm sâu dưới mực nước, nguyên nhân là do nhiều khối tảng đã bị đứt gãy cắt rời khỏi sườn bờ

và lăn xuống biển để lại những khối đá dốc đứng nằm ven bờ (hình 2-9) Kiểu bờ này được tìm thấy ở vùng biển California, do hoạt động của các đứt gãy khối tảng như Inglewood-Rose, một đới địa hào đã được hình thành nằm giữa vịnh Newport và San Diego, cánh của địa hào là những bậc thềm biển đã được nâng lên với các vách biển dựng đứng còn lưu lại những hóa thạch minh chứng cho các thời kỳ hoạt động kiến tạo khác nhau đã diễn ra liên tục trong một thời gian dài (Orme 1985)

(3) Bờ núi lửa, như chúng ta đã biết, khi núi lửa phun trào, các dòng dung nham sẽ lan toả trên mặt đất tạo thành các gối dung nham chồng lên nhau, nhưng khi chúng bùng nổ thì toàn bộ khối núi sẽ bị sụp đổ nhanh chóng và có thể để lại những vết lõm lớn trên bề mặt trái đất tạo thành các bồn trũng sâu Vì vậy, ở những vùng bờ có hoạt động núi lửa, đường bờ thường có hình dạng lồi lõm (Shepard 1973) Kiểu đường bờ này khá phổ biến ở những quần đảo núi lửa như Aleut (hình 2-10) Hình thái địa mạo của chúng sẽ được mô tả chi tiết ở chương 3

b Các qúa trình động lực tần số cao

Là các qúa trình cung cấp nguồn năng lượng cho đới bờ theo chu kỳ lặp đi lặp lại hoặc liên tục Trong bất cứ một cuộc điều tra khảo sát nào, vấn đề này luôn được xem xét nghiêm túc vì nó liên quan đến một loạt các hoạt động diễn ra

ở ven bờ như xói mòn, di chuyển và lắng đọng trầm tích, đồng thời chúng cũng là nguyên nhân làm biến đổi các dạng địa hình ven bờ và những dao động tức thời của mực nước biển Sự biến đổi dài hạn của mực nước biển được xem xét trong mục 2-6

(1) Sóng

(a) Sóng biển (sóng trọng lực) là nguồn năng lượng chủ yếu sinh ra các qúa trình động lực ven bờ ở các vùng bờ biển hở Theo cuốn “Hướng dẫn bảo vệ bờ biển”, tại vùng đới bờ sóng biển có một vai trò rất quan trọng :

- Nó là một trong những yếu tố chính quyết định hình thái và thành phần cấu tạo của bờ biển Các nghiên cứu về sóng có ý nghĩa lớn trong công tác lập

quy hoạch, thiết kế cầu cảng, giao thông trên biển và giúp tìm ra các giải pháp

để bảo vệ bờ biển và những hoạt động liên quan đến đới bờ Các sóng chuyển

động trên mặt nước chủ yếu tiếp nhận nguồn năng lượng của gió, tuy nhiên phần lớn nguồn năng lượng này sẽ bị tiêu tan ở vùng gần bờ và trên các bãi biển

- Các con sóng là nguồn cung cấp năng lượng chính cho các qúa trình sau: hình thành các bãi biển phân dị trầm tích trên sườn bờ ngầm, vận chuyển trầm tích dọc bờ, xa bờ và dọc bờ Ngoài ra hoạt động của sóng còn gây ra những lực phá huỷ có khả năng tác động tới các công trình tại đới bờ Để nghiên cứu bản chất các qúa trình vật lý cơ bản liên quan đến sóng và sự lan truyền của chúng, chúng ta cần phải tìm hiểu rõ cơ chế chuyển động của các phân tử nước trong khu vực ven bờ Đây được xem là yêu cầu tiên quyết đối với hoạt động quản lý, quy hoạch và thiết kế các công trình ven bờ

(b) Năng lượng vùng ven bờ xuất hiện trên một dải tần số rộng trong đó sóng trọng lực nằm trong giới hạn từ 1 - 30 giây (hình 2-11) Những con sóng xuất hiện do tác động của gió địa phương trong khu vực thường có chu kỳ ngắn hơn 5 hoặc 6 giây, được gọi là sóng gió Những con sóng có chu kỳ dài và đều hơn, có khả năng vuợt ra ngoài vùng xuất hiện được gọi là sóng cường, so với sóng gió, sóng bão có ngọn sóng dẹt hơn Sóng sinh ra các dòng chảy có khả năng vận chuyển trầm tích ra xa bờ hoặc vào gần bờ hoặc song song với bờ

(c) Chế độ sóng nói chung thay đổi theo mùa, vì vậy trắc diện của bờ biển cũng bị biến đổi theo Vào mùa đông, dọc theo vùng bờ biển của California và một vài nơi khác, có thể quan sát thấy qúa trình xói lở bờ mạnh mẽ của sóng biển, các vật liệu xói mòn sau đó được vận chuyển tới phần trên của sườn bờ ngầm, gặp điều kiện thuận lợi chúng tích đọng hình thành doi cát ngầm Đến mùa hè, khi khí hậu bắt đầu trở nên ôn hòa và ấm hơn, những con sóng sẽ lại

đưa những vật liệu bào mòn trở lại bờ bồi tụ những nơi xung yếu tạo nên các bãi cát (Bascom 1964)

(d) Do giới hạn nội dung của cuốn sách, trong phần này chúng tôi không đi sâu vào trình bày những nghiên cứu chi tiết về sóng biển Nếu bạn đọc muốn tìm hiểu thêm về vấn đề này, xin được giới thiệu cuốn “Sóng biển và Bờ biển” của Bascom, 1964 Những mô tả khái qúat về cơ chế hoạt động của sóng biển sẽ được

đề cập ở phần EM 1110-2-1502, ngoài ra độc giả có thể tìm đọc các cuốn sách của Kinsman (1965), Horikawa (1988) và Le Méhauté (1976) Phương pháp xử lý

và sử dụng số liệu sóng và mực nước sẽ được trình bày trong phần EM

1110-2-1414 Các vấn đề liên quan đến việc đánh giá chất lượng số liệu sóng đối với những người sử dụng sẽ được đề cập ở chương 5 của cuốn sách

đại dương cho nên những dao động triều theo chu kỳ ở mỗi một nơi lại khác nhau và phụ thuộc vào các chu kỳ dao động tự nhiên của thủy vực chứa nước (Komar 1976) Dựa vào chu kỳ dao động, thuỷ triều được phân làm 3 loại : nhật triều (một lần nước lên và nước xuống trong ngày), bán nhật triều (hai lần nước lên nước xuống trong ngày), thủy triều hỗn hợp (hai lần nước lên nước xuống với

độ cao của mực triều khác nhau) (hình 2-12) ở khu vực đới bờ, do có sự đa dạng

về địa hình, độ sâu, kiểu trầm tích và các lớp biên nên thủy triều tại các vùng

bờ diễn biến rất phức tạp Dựa vào các hằng số điều hòa thiên văn, người ta có thể dự đoán độ cao của thủy triều Hàng năn Cục khảo sát Biển Quốc gia đều cho ra đời các cuốn “bảng thủy triều” của phần bán cầu Tây (phụ lục F) Để tự trang bị thêm các kiến thức đại cương và lý thuyết về thủy triều, đọc giả có thể tìm đọc các cuốn sách giáo khoa về vật lý biển như của Von Arx (1962) hay Knauss (1978), các phương pháp phân tích thủy triều của Dronkers (1964) và Godin (1972)

(b) Đối với các qúa trình địa chất ven bờ, thủy triều có vai trò quan trọng gấp 3 lần Thứ nhất, nó ảnh hưởng gián tiếp thông qua các dao động của mực nước đến các vùng bờ chịu tác động của năng lượng sóng Tại những vùng có dao

động triều lớn, độ chênh lệch giữa hai con nước (nước lớn và nước ròng) có thể

đạt tới 10m và sự di chuyển đường bờ có thể đạt tới vài km Hiện tượng này có ý nghĩa lớn về mặt sinh học do hệ sinh thái của các bãi triều phụ thuộc vào số lần ngập và phơi của chúng Theo quan điểm địa chất, các dao động triều có ảnh hưởng đến sự hình thành, tồn tại và phát triển của các bãi triều

(c) Thứ hai, các dòng triều bản thân chúng cũng có khả năng gây xói mòn và vận chuyển trầm tích, càng gần bờ dòng triều trở nên mạnh hơn và chúng chiếm vai trò quan trọng trong hoàn lưu của khu vực Do tính chất xoay chiều của sóng thủy triều ở nhiều khu vực (nhất là các biển nội lục và biển kín), các dòng chảy sinh ra khi triều lên và triều xuống thường theo những hướng khác nhau, sinh

ra các chuyển động dư liên quan tới qúa trình vận chuyển và lắng đọng trầm tích (Carter 1988) Tại các vùng cửa sông hay lạch triều, sự bất đối xứng trong không gian của triều lên và triều xuống có thể gây ra qúa trình vận chuyển tịnh của nước và trầm tích

(d) Thứ ba, thủy triều tạo ra qúa trình lưu thông nước trong vịnh triều, ngay cả ở những vùng bờ biển có thủy triều thấp như vịnh Mexico, người ta vẫn tìm thấy các vịnh triều Đây là một qúa trình khá quan trọng bởi nó liên quan đến

sự ngắt quãng và đổi hướng của các lạch triều đồng thời hình thành nên các bãi triều ngầm ven bờ Sự trao đổi của nước trong các vịnh có ý nghĩa lớn đối với các chu trình sống của nhiều loài sinh vật biển

Hình 2-11: Sự phân bố năng lượng sóng trên đại dương (Kinsman 1965)

(3) Sự phân loại đường bờ theo nguồn gốc năng lượng

(a) Davies (1964) dã áp dụng cách phân loại này cho các vùng bờ biển khác nhau dựa trên các dao động thủy triều đặc trưng Trên cơ sở sự phân loại của Davies, Hayes (1979) đã phát triển và phân chia thành 5 loại triều đặc trưng cho đới ven bờ :

- Triều nhỏ : <1m

- Triều thấp trung bình : 1-2m

- Triều cao trung bình : 2- 3,5m

đã cố gắng đưa yếu tố này vào xem xét trong qúa trình phân loại đường bờ Theo

đó, dựa vào mối tương quan giữa dao động thủy triều với chiều cao trung bình của sóng, các nhà khoa học đã đưa ra 5 kiểu đường bờ (hình 2-13) (Nummerdal

và Fischer 1978; Hayes 1979; Davis và Hayes 1984)

- Kiểu 1 : Đường bờ có chế độ thủy triều chiếm ưu thế (cao)

- Kiểu 2 : Đường bờ có chế độ thủy triều chiếm ưu thế (thấp)

- Kiểu 3: Đường bờ có nguồn năng lượng hỗn hợp (trong đó năng lượng thủy triều chiếm ưu thế)

- Kiểu 4 : Đường bờ có nguồn năng lượng hỗn hợp (trong đó năng lượng sóng chiếm ưu thế)

- Kiểu 5 : Đường bờ có chế độ sóng chiếm ưu thế

(c) Theo cách phân loại trên, các vùng đảo ven bờ được xếp vào kiểu 3, trong

đó thủy triều chiếm ưu thế, chú ý rằng, loại bờ này bao trùm các dải sóng và thủy triều khác nhau Trên thực tế, ở quy mô năng lượng nhỏ vẫn luôn tồn tại sự cân bằng mỏng manh giữa các lực, và sự phân loại theo mối tương quan năng lượng giữa sóng và thủy triều nhìn chung không có sự khác biệt lớn về các thông

số liên quan Ngoài ra, các lạch triều đôi khi cũng được phân loại theo cách này (d) Theo nhiều nghiên cứu khác nhau được thực hiện sau đó, phương pháp phân tích dựa trên đặc điểm sóng và thủy triều của khu vực còn chưa đầy đủ bởi ngoài các yếu tố thủy lực, hình thái đường bờ và tính chất hoạt động của các lạch triều còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như (Davis và Heyes 1984; Nummerdal và Fischer 1978):

- Cấu tạo địa chất và điều kiện tự nhiên

- Thể tích triều

- Nguồn trầm tích

- ảnh hưởng của dòng chảy sông

- Độ sâu của các vịnh biển

- Điều kiện khí tượng và ảnh hưởng của front bão

Hình 2-12: Đồ thị biểu diễn các kiểu triều

(4) Khí tượng

Khí tượng là những nghiên cứu về sự biến đổi của các hiện tượng khí quyển theo không gian và thời gian Khí hậu là các yếu tố khí tượng diễn ra trong thời gian dài tại một khu vực nào đó được đánh giá dựa trên những số liệu thống kê

và trung bình, ví dụ như gió, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa, độ bay hơi, mức độ phong hóa hóa học và các tính chất của nước biển Các điều kiện khí hậu luôn có

ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới đới bờ, chẳng hạn như sự hình thành sóng gió hoặc sóng bão (do các cơn bão xa hàng nghìn km) Năm 1976 Fox và Davis đã giới thiệu một số mô hình thời tiết và các quá trình động lực đới bờ Sau đó, Chương trình nghiên cứu Sóng biển (Wave Information Studies Program – WIS)

do USACE thực hiện đã đưa ra những phân tích về trường gió và trường khí hậu trên biển (phụ lục D) Năm 1988 Hsu đã tổng quan cơ sở đại cương khí tượng đới

bờ

(a) Gió : gió được sinh ra do sự biến đổi áp suất và sự chênh lệch theo phương ngang của khí áp khác nhau trong một khu vực Hoạt động của gió diễn

ra trên quy mô khác nhau từ toàn cầu đến địa phương, hoặc kéo dài một cách ổn

định hoặc chỉ tồn tại trong một thời gian ngắn khi xảy ra giông bão

(b) Những tác động trực tiếp đó là vai trò tác nhân của gió trong qúa trình bào mòn, di chuyển và tích tụ trầm tích ở đới ven biển Theo Bagnold (1954) giữa tốc độ gió và tốc độ vận chuyển trầm tích có mối quan hệ tỉ lệ, những nghiên cứu ban đầu về sự phân dị và độ lớn của trầm tích đã cho thấy, có hai dạng địa hình

đới ven bờ là sản phẩm của các qúa trình do gió gây ra Loại thứ nhất là các cồn cát ven biển, đây là dạng địa hình được hình thành do qúa trình di chuyển và tích đọng trầm tích của gió (Pethick 1984), loại này có nhiều hình dạng khác nhau tuỳ thuộc vào một số yếu tố như kiểu trầm tích, địa hình, hướng gió, tốc độ gió và thời gian thổi Loại thứ hai là các dạng địa hình thổi mòn, thường xuất hiện ở các khu vực có lớp phủ thực vật kém dễ chịu tác động bào mòn của gió (xem chương 3)

(c) Những tác động gián tiếp chính là ứng suất của gió lên khối nước trong biển và đại dương sinh ra sóng và các dòng hải lưu

(d) Gió đất/biển Sự thay đổi các loại gió khác nhau trong thời gian một ngày

đêm là do sự chênh lệch về nhiệt độ giữa biển và lục địa Vào ban ngày, nhất là vào mùa hè, nhiệt độ trong lục địa thường tăng nhanh làm làm không khí bị giãn nở bay lên cao và hình thành khu vực có tầng áp suất thấp so với tầng khí

áp trên biển và đại dương Sự chênh lệch áp suất này đã tạo ra hướng gió từ biển thổi vào lục địa Đến đêm, khi nhiệt độ trong lục địa giảm thì nhiệt độ trên biển

và đại dương lại giảm chậm hơn nên khối không khí trên mặt biển bị dâng cao

và xuất hiện hướng gió mới thổi từ lục địa ra biển Tốc độ của những cơn gió này

ít khi lớn hơn 8m/s (15knots) vì vậy chúng không có ảnh hưởng nhiều tới hình thái đường bờ mặc dù đôi chỗ chúng ta vẫn có thể quan sát thấy một vài hoạt

động di chuyển trầm tích, nhất là trên các bãi biển, nhưng cường độ hoạt động không đáng kể (Komar 1976)

(e) Sự lên xuống của mực nước Do tác động của gió ở khu vực gần bờ lớp nước trên mặt biển và đại dương có xu hướng dồn về phía bờ trong khi lớp nước dưới sâu lại có xu hướng chuyển động ra biển Nếu tác động của gió kéo dài với cường độ lớn có thể dẫn đến qúa trình dâng cao của mực nước ven bờ và ngược lại khi gió hướng ra khơi, mực nước gần bờ sẽ bị giảm xuống

(d) Thủy triều giả (seiches) Đây là một hiện tượng dao động đứng thường xuất hiện ở biển hồ, cửa sông và các vùng biển nhỏ do sự biến đổi đột ngột áp suất của không khí hay khi xuất hiện giông bão và thủy triều trong khu vực, lúc

đó khối nước trong thủy vực sẽ bị dao động theo kiểu một bát nước bị sóng sánh

Hình 2-13: Sự phân loại đường bờ theo nguồn gốc năng lượng (Hayes 1979)

(5) Bão nhiệt đới

Theo định nghĩa, sự di chuyển của các cơn gió xoáy theo chiều kim đồng hồ (ở bán cầu Nam) hoặc ngược chiều kim đồng hồ (ở bán cầu Bắc) về vùng trung tâm áp thấp được gọi là lốc (Gove 1986) Bão nhiệt đới là cách gọi chung của hiện tượng áp thấp nhiệt đới và gió xoáy trên quy mô lớn (quy mô Synop- là một hệ thống thời tiết trên quy mô lớn khác với các hiện tượng thời tiết mang tính địa phương như các cơn giông) xảy ra ở vùng nhiệt đới Theo đó, lốc nhiệt đới là những cơn bão mạnh có cường độ lớn với tốc độ gió trong cơn bão có thể vượt qúa 90m/s (175 knots hoặc 200mph) và kèm theo mưa xối xả (Huschke 1959) Theo quy ước, khi tốc độ gió đạt 33m/s (74mph) bão nhiệt đới được gọi là cuồng phong nếu xảy ra ở vùng Đại Tây Dương và đông Thái Bình Dương hoặc là bão nhiệt

đới nếu xảy ra ở vùng tây Thái Bình Dương (Philippin và biển Đông) hoặc là lốc nếu xảy ra ở ấn Độ Dương

(a) ảnh hưởng của bão nhiệt đới có thể gây xói mòn bờ biển, phá hủy đường

bờ do sự dâng cao của mực nước, sức gió và sự suy giảm áp suất không khí kéo dài trên hàng trăm km hoặc gây những thiệt hại nặng nề về tài sản, con người

và làm di chuyển khối lượng lớn trầm tích ven bờ Ví dụ như cơn bão xảy ra ở vịnh Mexico năm 1900 đã làm ngập lụt toàn bộ đảo Galveston và cướp đi sinh mạng của 6.000 người Tháng 9/1938, một cơn bão lớn đã đổ bộ vào đảo Long Island và New England làm chết 600 người, đồng thời phá hủy toàn bộ các vùng dân cư ven biển phía nam của đảo Rhode Island (Minsinger 1988), những người sống sót kể lại các con sóng cao 50 feet đã quét sạch các đê chắn sóng của vùng Rhode Island (Allen 1976) Ngày 21 tháng 9 năm 1989, một cơn cuồng phong đã tràn vào phần lục địa của Mỹ, gần vùng Charleston, SC gây thiệt hại tới 4 triệu

đô la, làm xói mòn nhiều vùng đê biển và thay đổi cấu tạo địa chất của một vùng rộng lớn (kéo dài 180km về phía bắc và 50km phía nam) (Davidson, Dean và Edge 1990; Finkl và Pilkey 1991) Theo điều tra nghiên cứu của Simpson và Riehl (1981) và của Neumann và nnk (1987) về ảnh hưởng của những cơn bão nhiệt đới ở Mỹ, một danh mục các khu vực có nguy cơ xảy ra trượt đất ở vùng ven biển đã được thành lập Việc xác định vị trí của các tâm bão xảy ra trong khoảng thời gian xảy ra từ năm 1971 đến 1986 đã được Neumann và nnk (1987) thực hiện, trước đó Tennehill (1956) đã xác định được vị trí các tạm bão xảy ra trước những năm 50 ở tây bán cầu Trên cơ sở đó sơ đồ hướng đi của bão nhiệt

đới được xác lập (hình 2-14)

(b) Tại Trung tâm khí tượng Quốc gia của Mỹ, Quy mô Saffir-Simpson được

sử dụng trong 20 năm cho việc so sánh cường độ của lốc nhiệt đới (bảng 2-5) Theo tốc độ gió cực đại, lốc nhiệt đới được chia làm 5 loại

(c) Trong thời gian bão xuất hiện và có những xáo động bất thường về thời tiết, mực nước biển bị biến đổi do hai nguyên nhân:

- áp suất của khí quyển áp suất của khí quyển có mối quan hệ ngược chiều với mực nước biển Khi áp suất tăng thì mực nước hạ để áp lực trên đáy biển luôn được duy trì cân bằng, vì vậy khi áp suất giảm, thì mực nước tăng Tỉ lệ tương quan là 0.01m cho mỗi millibar chênh lệch áp suất và ở những khu vực chịu ảnh hưởng của bão nhiệt đới và cuồng phong, sự tăng giảm áp suất có thể làm nước biển dâng cao tới 1,5m (Carter 1988)

Nước dâng do bão: ở những vùng nước nông, hoạt động của gió có thể đẩy các khối nước di chuyển vào gần bờ hoặc kéo ra xa bờ Sóng bão sinh ra do sự kết hợp giữa gió và khí áp thấp, làm mực nước ven bờ có thể dâng cao một vài mét, gây ngập lụt các vùng ven biển Cơ quan cứu hộ Liên bang Mỹ (FEMA) xác định mực lũ có thể xảy ra tại các khu vực ven biển, trong đó bao gồm sự dâng cao mực nước do sóng bão với chu kỳ trở lại 100 năm Với những trường hợp mực nước dâng không đáng kể, các bản đồ phòng chống thiên tai vẫn nên thường xuyên

được cập nhật (National Research Council 1987) Như vậy, ngoài sức gió, ảnh hưởng sóng bão có thể làm mực mước ven bờ bị dâng cao tạm thời tới hàng chục centimét Những phân tích dự báo về độ cao của sóng sẽ được trình bày chi tiết trong phần EM 1110-2-1412

Bảng 2-4: Những khoản tiền bảo hiểm thiên tai lớn mà các công ty bảo hiểm Mỹ phải chi trả từ

năm 1938 đếm năm 1992

Thời gian Thiên tai (vùng và các khu vực chịu ảnh hưởng lớn) Thiệt hại tính bằng tiền (triệu đô la)

4/1992 Gios, mưa đá, lốc xoáy, bão, ngập lụt (Texas và

Oklahoma)

760

9/1938 Cơn cuồng phong Great New England (Long Island,

Rhode Island, Connecticut, Massachusett)

400

Nguồn : thời báo New york, 28/12/1993

Hình 2-14: Hướng đi của các cơn bão nhiệt đới trên thế giới (Cole 1980)

Bảng 2-5: Quy mô cường độ Saffir-Simpson

Số kiểu áp suất trung

tâm (mllibar)

Tốc độ gió (mile/giờ)

Tốc độ gió (m/giây)

Sức bão (ft)

Sức bão (m)

(6) Bão ngoại nhiệt đới

Bão ngoại nhiệt đới là những cơn lốc liên quan đến sự di chuyển của front khí ở những vùng vĩ độ cao và trung bình (Hsu 1988)

Mặc dù các trận cuồng phong đổ bộ vào bờ biển Đại Tây Dương của nuớc Mỹ

đều là những cơn bão mạnh nhưng các cơn bão cực nhiệt đới xảy ra vẫn yếu hơn, tuy nhiên chúng vẫn có khả năng phá hủy tàu thuyền, gây xói lở bờ và ảnh hưởng đến tính mạng con người, tên thường gọi là bão mùa đông hoặc bão đông bắc Những cơn bão này rất khó xác định, tốc độ gió của chúng cũng không lớn bằng các cơn cuồng phong, chúng di chuyển khá chậm vì vậy thường sinh ra những con sóng cao vượt qúa độ cao của các con sóng do bão nhiệt đới (Dolan và Davis 1992)

(a) Phần lớn các cơn bão đông bắc xuất hiện ở vùng biển Đại Tây Dương vào tháng 12 cho tới tháng 4 Theo những nghiên cứu của Dolan và Davis (1992) về lịch sử bão cực nhiệt đới, các cơn bão xảy ra vào khoảng tháng 10 và tháng giêng tại vùng bờ đông bắc là những cơn bão mạnh nhất

b) Tháng 10 năm 1991 cơn bão đông bắc có tên gọi là bão Halloween xảy ra ở vùng bờ biển Đại Tây Dương được biết đến là một cơn bão ngoại nhiệt đới có sức phá hủy lớn nhất Vào ngày 30 tháng 10, một luồng không khí áp suất thấp chưa

từng có 972mb đã tràn vào vùng bờ biển với sức gió 40-60knot và thổi liên tục không ngừng trong suốt 48 tiếng đồng hồ khiến biển động mạnh, nước dâng tàn phá nhiều khu vực rộng lớn (Dolan và Davis 1992) Một cơn bão nổi tiếng khác là Ash Wednesday xảy ra vào năm 1962 đã cướp đi sinh mạng của 33 người và gây nhiều thiệt hại lớn về tài sản

(c) Đầu năm 1983, vùng bờ biển phía nam của California đã chịu sự công phá của một cơn bão lớn chưa từng xảy ra trong vòng 100 năm, toàn bộ vùng bờ biển đã bị phá hủy và xói lở mạnh mẽ Đúng vào thời điểm xảy ra cơn bão, tháng

1 năm 1983 cũng là thời kỳ triều lên khiến các vách biển ở SanDiego bị lùi sâu vào lục địa tới 5m Theo lập luận của Kuhn và Shepard (1984), nguyên nhân chính dẫn đến sự biến đổi thời tiết bất thường này là do ảnh hưởng của hoạt

động phun trào của núi lửa El Chichon ở bán đảo Yucatan vào tháng 3 năm 1982

và đây là cơn bão lớn nhất kể từ năm 1884

(d) Vào thời gian đó, những thông tin dự báo thời tiết về ảnh hưởng của bão ngoại nhiệt đới còn rất hạn chế do thiếu các phương tiện kỹ thuật hiện đại Vì vậy, việc dự báo các cơn bão xa luôn là một yêu cầu tất yếu để phục vụ cho những công tác quản lý và quy hoạch đới bờ, phòng chống thiên tai và bảo vệ tài sản và sinh mạng con người

c Các yếu tố sinh học

Đới ven bờ là khu vực diễn ra nhiều hoạt động sống của sinh vật Các hoạt

động này có thể giữ vai trò quan trọng trong cấu tạo địa chất của một vài khu vực, song cũng có thể chẳng có ý nghĩa gì ở một vài khu vực khác Ví dụ sự phát triển của các rạn san hô ven bờ vừa bảo vệ bờ biển vừa mở rộng bờ hay hoạt động sống của những tổ chức sinh vật ở chân vách có thể làm phá hủy các vách biển Một số loài sinh vật khác do có cấu tạo xương là canxi khi chết xác của chúng trở thành nguồn trầm tích vụn cung cấp cho các qúa trình trầm tích ven bờ, đôi khi chúng trở thành nguồn trầm tích chính cho các hoạt động trầm tích ngay tại khu vực đó Ngoài ra sự có mặt của các loài thực vật như rong, tảo, cỏ biển cũng góp phần xây dựng và bảo vệ bờ biển nhờ khả năng lưu giữ và ổn định trầm tích của chúng ở các vùng đất ngập nước hay vùng cửa sông ven biển, sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh đã trở thành các bẫy trầm tích mịn, cản trở qúa trình

di chuyển trầm tích và làm lấp đầy thủy vực (nếu có sự cân bằng ổn định giữa nguồn cung cấp trầm tích và sự biến đổi của mực nước biển) Đặc biệt, sự xuất hiện của một số loài tảo có kích thước lớn có thể trở thành nguyên nhân gây ra xói lở và làm di chuyển các vật liệu hạt thô như cuội, sỏi Với các khu bờ được hình thành do hoạt động của sinh vật sẽ được đề cập cụ thể ở chương 3 Chương

4 là các qúa trình cửa sông, delta do ảnh hưởng của các yếu tố sinh học

2-6 Sự biến đổi của mực nước biển

a Các khái niệm cơ bản

(1) Khái quát

(a) ở đới bờ, những biến đổi mực nước có ảnh hưởng rất lớn đến cấu tạo địa chất, các hệ sinh thái ven bờ và các vùng dân cư ven biển Quá trình dâng cao liên tục của mực nước trong thời gian dài luôn là nguyên nhân gây ra xói lở và phá hủy đường bờ Các kết qủa nghiên cứu, dự báo nước dâng có ý nghĩa rất lớn

đối với hoạt động phát triển đới bờ bao gồm các dự án kinh tế, thiết kế công trình cầu cảng và giao thông hàng hải

(b) Rất nhiều các đặc điểm địa mạo đới bờ hiện đại là sản phẩm của qúa trình dâng cao “đẳng tĩnh” mực nước trong kỳ Holocen do sự ấm lên của khí hậu

và băng tan Những biến đổi của mực nước biển trong các thời kỳ địa chất khác nhau là kết quả của các qúa trình biến đổi khối lượng nước đại dương, hình dạng của đáy đại dương, tách dãn lục địa và hình thành lục địa mới

(c) Các nghiên cứu về mực nước luôn là chủ đề chính trong các hoạt động nghiên cứu khoa học thuộc lĩnh vực hải dương và công nghiệp dầu khí Như chúng ta đã biết, đa số các trạm quan trắc khí tượng hải văn đều nằm ở các quốc gia ven biển có nền công nghiệp phát triển như Bắc bán cầu, vì vậy qúa trình nghiên cứu những biến đổi của mực nước biển và đại dương trên toàn thế giới bị hạn chế (điều này đã diễn ra trong trước thế kỷ) Để hiểu thêm về vấn đề này, chúng tôi giới thiệu tới bạn đọc cuốn sách của Emery và Aubrey (1991) với tiêu

đề “ Mực nước biển, độ cao của lục địa và các trạm quan trắc” Ngoài ra, các bạn

có thể tìm thấy các bảng thủy triều được lấy từ các trạm quan trắc của Mỹ trong các tuyển tập do Lyles, Hickman và Debaugh (1988) thực hiện và một số tài liệu liên quan đến sự biến đổi của mực nước biển trên toàn thế giới trong thời kỳ Holocen do Pirazzoli (1991) xuất bản Tập hợp bài viết về sự dao động của mực nước và ảnh hưởng của nó tới vùng bờ được Nummedal, Pilkey và Howard (1987) xuất bản Các vấn đề liên quan đến công nghệ, sự thay đổi khí hậu, mực nước biển, khí CO2 trong khí quyển đều được Hội nghiên cứu Quốc gia xuất bản thành sách vào các năm 1987 và 1983 Các phương pháp tính toán và dự báo về

sự biến đổi của mực nước biển được Houston xuất bản năm 1993

(2) Một số khái niệm

Sự biến đổi của mực nước biển luôn là một vấn đề phức tạp vì vậy để hiểu rõ

được bản chất của vấn đề này, chúng ta cần phải biết hai khái niệm sau:

(a) Dao động địa tĩnh của mực nước biển là các dao động xảy ra do sự biến

đổi thể tích của đại dương và khối lượng nước trong đại dương (Sahagian và Holland 1991) Để xác định, người ta dựa vào việc tính toán sự chênh lệch giữa

bề mặt nước đại dương với một mốc chuẩn theo hệ thống quy uớc toàn cầu Đây

là một thách thức vì vị trí các mốc chuẩn chỉ nhạy cảm với những biến đổi của

đại dương về thể tích nước biển và thể tích dại dương Vì vậy với những vùng có hoạt động kiến tạo mạnh, việc đo đạc mực nước địa tĩnh là không thích hợp do thường xuyên có các chuyển động thẳng đứng của trái đất (Mariolakos, 1990) Kết qủa quan trắc thủy triều tại các trạm đo ở những khu vực ổn định cho thấy khoảng dao động của mực nước địa tĩnh là từ 15-23cm/ thế kỷ (Barnett, 1984)

(b) Dao động tương đối của mực nước biển là những dao động liên quan đến

sự chênh lệch giữa mực nước đại dương với bề mặt lục địa tại một khu vực nào

đó Trong tự nhiên, cả lục địa và biển đều chuyển động tương đối so với mặt Geoid (mặt trung bình của trái đất), vì vậy việc xác định dao động tương đối của mực nước dựa vào các trạm quan trắc thủy triều thường thiếu chính xác do bản thân chúng cũng bị nâng lên hoặc hạ xuống Trong trường hợp, nếu biển và lục

địa đều chuyển động nâng theo cùng một tỉ lệ thì các trạm quan trắc sẽ không biểu hiện được những dao động của mực nước Ngoài ra dựa vào các dấu hiệu khác như vết tích của đường bờ cổ người ta có thể xác định được dạng dao động này

(3) Các nguyên nhân gây ra biến trình của mực nước

(a) Những biến đổi ngắn hạn thường phụ thuộc vào một số các yếu tố thời tiết và hải dương như thủy triều, dòng chảy trong đại dương, dòng chảy trên lục

địa, băng tuyết và các biến đổi vi khí hậu và cả những thay đổi về độ dốc của bề mặt lục địa do ảnh hưởng của động đất hay núi lửa “Giai đoạn ngắn” ở đây là quãng thời gian chúng ta có thể quan sát và nhận biết được những biến đổi thông thường như dâng cao hay hạ thấp của mực nước trong vòng 10 hoặc 25 năm Đây được xem là vấn đề cực kỳ quan trọng đối với các nhà quản lý và quy hoạch đới bờ vì mối quan tâm hàng đầu của họ bao giờ cũng là tuổi thọ vaif chục năm của dự án, nên việc dự đoán được tiến trình biến đổi của mực nước sẽ giúp

họ lường trước các rủi ro trong kế hoạch xây dựng

(b) Những biến đổi theo thời gian dài thường diễn ra khá chậm chạp trong khoảng hàng nghìn đến hàng triệu năm do ảnh hưởng của các yếu tố địa chấn, kiến tạo, trầm tích, băng hà, khí hậu và hải dương xảy ra trên quy mô lớn Chẳng hạn, trong thời kỳ băng hà, cách đây chừng 15.000 năm, mực nước biển

đã bị hạ xuống rất thấp so với bây giờ từ 100-130m (hình 2-15) Những vết tích

đường bờ cổ và các vùng đồng bằng ven biển trong giai đoạn đó đến nay vẫn còn

có thể tìm thấy ở các vị trí độ sâu khác nhau trên rìa lục địa (Suter và Berryhill, 1985) Nhiều thay đổi lớn khác cũng đã được ghi nhận qua các thời kỳ địa chất khác nhau (Payton, 1977)

(c) Bảng 2-6 là các thống kê về những yếu tố gây tác động tới biến trình của mực nước theo các quy mô thời gian khác nhau Nội dung chi tiết sẽ được trình bày thêm ở các phần tiếp theo

b Các nguyên nhân gây ra sự dao động mực nước ngắn hạn

(1) Dao động theo mùa

(a) Phần lớn các dao động mực nước ngắn hạn xảy ra theo mùa, ở nhiều nơi chúng có thể dao động trong khoảng từ 10-30cm (trong những trường hợp đặc biệt như ở vịnh Bengal mực nước biến đổi tới 100cm) (Komar và Enfield, 1987) Tại các vùng cửa sông và cửa sông ven biển, những dao động mực nước theo mùa

là rất dễ nhận thấy Do sự thay đổi của dòng chảy sông vào các mùa trong năm,

hơn 21% biến động mực nước hàng năm chịu ảnh hưởng chính của nguyên nhân này (Meade và Emery, 1971) So với mực nước dâng địa tĩnh ở đại dương có thể

đạt tới 20cm/thế kỷ Các yếu tố khí hậu còn là một trong những tác nhân chính gây ra qúa trình xói lở bờ hàng năm (Komar và Enfield, 1987)

(b) Trong thực tế, nhiều khu vực trên thế giới có mực nước biển hạ thấp vàp mùa xuân và dâng cao vào mùa thu Việc phân tách từng yếu tố có tác động đến biến trình hàng năm của mực nước là rất khó vì đa số các cơ chế điều khiển được hình thành đều diễn ra liên kết và đồng pha với nhau Tuy nhiên, sự biến thiên của áp suất khí quyển vẫn là yếu tố có ảnh hưởng lớn đến biến trình mực nước hàng năm (Komar và Enfield, 1987)

(2) Bờ biển phớa tõy của Bắc Mỹ

(a) Vựng bờ biển phớa tõy của Bắc Mỹ là khu vực cú mực nước biển biến đổi khỏ mạnh và phức tạp Những dao động ngắn hạn thường liờn quan tới điều kiện mụi trường biển, trong đú cú hoạt động El Nino ở Nam bỏn cầu Hiện tượng này xuất hiện theo chu kỳ khi giú mậu dịch ở nam Thỏi Bỡnh Dương suy giảm và gõy

ra hiệu ứng thuỷ triều giả tạo thành luồng nước ấm tiến về phớa đụng khiến mực nước tại cỏc vựng bờ biển phớa tõy của Mỹ dõng lờn Thụng thường hiệu ứng này chỉ tạo ra những biến đổi nhỏ vài cm, nhưng đụi khi cũng gặp tỡnh huống nước biển dõng khỏ cao tới 35 cm như năm 1982 – 1983 ở Newport, OR (Komar, 1992) Mặc dự đõy là yếu tố khụng cú những ảnh hưởng lớn đến những biến đổi

cú tớnh thường xuyờn về địa chất, nhưng cỏc cụng trỡnh sư hay nhà hoạch định chớnh sỏch ven bờ lại phải tớnh đến những tỏc động tiềm tàng của chỳng

(b) Những cơn bóo mựa đụng xảy ra ở vựng bờ biển tõy bắc Thỏi Bỡnh Dương vào thời điểm xuất hiện thủy triều cú thể đẩy mực nước lờn cao tới hơn 3,6m Chẳng hạn như cơn bóo mạnh năm 1983 đó làm mực nước vượt trờn mức dự bỏo 60cm

Hình 2-15 : Đồ thị biểu diễn sự dao động mực nước trong Pleistocen và Holocen (Nguồn số liệu

của Dillon và Oldale, 1987

Bảng 2.6: Những biến đổi mực nước ở vùng ven bờ

Những nguyên nhân gây ra dao động mực nước

ngắn hạn

Quy mô thời gian (P = chu kỳ)

Độ dao động (tính theo phương thẳng đứng 1 )

Các yếu tố biến đổi theo chu kỳ

Thiên văn học (thủy triều)

Các yếu tố khí tượng, hải văn

áp suất khí quyển

Địa hình đáy (tác động đến tỉ trọng của nước và dòng

chảy)

ảnh hưởng của El Nino vùng nam bán cầu 6 tháng theo chu kỳ 5 – 10

năm/ 1 lần

Xấp xỉ 60cm

Các yếu tố khí hậu theo mùa

Sự đồng đều của khối nước trong các đại dương vào

các mùa khác nhau (Đại Tây Dương, Thái Bình Dương,

ấn Độ Dương)

Sự biến đổi độ dốc của địa hình đáy đại dương theo

mùa

ảnh hưởng của lũ lụt ở thượng nguồn và dòng chảy

của các con sông trong lục địa

Những nguyên nhân gây ra dao động mực nước trong

thời gian dài

Quy mô tác động Lớn (L), nhỏ (N)

Tốc độ biến đổi (tính theo phương thẳng

đứng) Thay đổi thể tích đáy đại dương

Hoạt động kiến tạo mảng và tách dãn (tách dãn hay

hút chìm) và những biến đổi độ cao đáy biển (do hoạt

động của núi lửa ngầm)

Thay đổi khối lượng nước trong đại dương

Khả năng chứa và thoát nước của các thủy vực trong

Hoạt động kiến tạo (nâng trồi, sụt lún)

Các chuyển động ngang và thẳng đứng của lớp vỏ trái

đất (do các đứt gãy)

Những biến đổi so với mặt Geoid của trái đất

Sự đột biến trong các lớp thủy quyển, quyển mền và

ranh giới tiếp giáp giữa Manti với nhân trái đất

N

Sự thay đổi trong chuyển động quay của trái đất, trục

quay và điểm phân thu

(3) Sự biến đổi đột ngột về độ cao mặt đất

Động đất là loại súng chấn động sinh ra do sự dịch chuyển đột ngột của cỏc khối vỏ Trỏi đất Một vớ dụ điển hỡnh là trận động đất lớn xảy ra ở Alaska năm

1964, khi đú độ cao đường bờ đó bị biến đổi mạnh mẽ từ nõng lờn 10m đến hạ xuống 2m (Hicks,1972; Plafker và Kachadoorian,1966)

(4) Nhiệt độ nước đại dương

Những thay đổi nhiệt độ của lớp nước mặt là nguyờn nhõn gõy ra sự biến đổi

về mật độ và thể tớch nước Khi nhiệt độ giảm, mật độ nước biển tăng, thể tớch của chỳng giảm và mực nước bị hạ xuống Khi nhiệt độ tăng, qỳa trỡnh này sẽ xảy ra ngược lại Tuy nhiờn, sự biến thiờn nhiệt độ của nước biển và đại dương khụng đơn giản chỉ phụ thuộc vào lượng bức xạ mặt trời mà trước hết liờn quan đến những biến đổi của giú và dũng chảy trong đại dương

(5) Cỏc dũng hải lưu

Do những biến đổi mật độ nước trong dũng chảy, tồn tại một độ dốc của bề mặt biển ở gúc phải theo hướng của dũng chảy Kết quả phần bắc bỏn cầu, độ cao phớa bờn phải dũng tăng lờn (theo hướng xuụi dũng), nhưng ở nam bỏn cầu độ cao phớa trỏi dũng tăng lờn Chẳng hạn sự chờnh lệch độ cao của dũng hải lưu Gulf Stream là trờn 1m (Emery và Aubrey, 1991) Ngoài ra, ở vựng ven bờ cú thể xuất hiện những dũng nước trồi đưa khối nước lạnh từ dưới xõm nhập lờn trờn bề mặt khiến thể tớch của lớp nước mặt giảm do mật độ tăng và mực nước trong khu vực

bị hạ xuống

c Những nguyên nhân dài hạn gây ra dao động của mực nước

(1) Tính bất ổn định kiến tạo

Sự biến đổi chậm chạp và không đồng đều về độ cao giữa các khu vực nằm dọc theo rìa lục địa phía tây nước Mỹ đã ảnh hưởng đến sự biến đổi dài hạn của mực nước Nguyên nhân chính là sự nâng lên và hạ xuống với tốc độ khác nhau ở những khu bờ khác nhau Ví dụ sự nâng lên ở phần bờ phía nam và sự hạ xuống của phần bờ phía bắc của Oregon đã tạo ra sự chênh lệch độ cao giữa hai khu bờ

so với mực nước biển (Komar,1992)

(2) Sự biến động đẳng tĩnh

Sự cân bằng đẳng tĩnh là quá trình cân bằng trọng lực của lớp vỏ trái đất khi xuất hiện một lực tác động bất kỳ (Emery và Aubrey, 1991).Qúa trình này xảy ra nhờ sự nâng lên và hạ xuống của vỏ trái đất để điều chỉnh sự mất cân bằng trọng lực

(a) Một trong những chuyển động đẳng tĩnh nhanh nhất và phổ biến nhất trong địa chất là hiện tượng sụt lún do tạo băng và sự giãn nâng trở lại khi băng tan Ví dụ sự hạ lún của lớp vỏ trái đất trrong thời kỳ băng hà Pleitocen ở Alaska

và Scandinavia hay sự nâng trồi ở một vài nơi thuộc vùng bờ biển Alaska (như Juneau) với tốc độ hơn 1cm/năm (dựa theo số liệu đo thuỷ triều) (H.2.16) (Lyles, Hickman, và Debaugh,1988)

(b) Sự cân bằng đẳng tĩnh còn phụ thuộc vào qúa trình lắng đọng và tích tụ trầm tích trên thềm lục địa và ở vùng châu thổ Theo tính toán, lượng trầm tích lắng đọng ở thềm lục địa khoảng chừng 4mm/năm, nhưng ở các bãi bồi cửa sông tốc độ bồi tích cao hơn rất nhiều lần (Emery và Aubrey, 1991)

(3) Mức độ nén ép trầm tích

(a) Qúa trình nén ép diễn ra khi các trầm tích bở rời liên kết với nhau thành khối đặc hoặc bị nén ép bởi các tầng trầm tích nằm bên trên hoặc mất nước do bay hơi, do qúa trình khai thác các chất lỏng trong lòng đất (thường là tác động của con người)

(b) Các hoạt động khai thác nước ngầm và dầu mỏ là một trong những nguyên nhân chính gây nén ép trầm tích trên quy mô lớn Người ta đã đo được mức độ hạ lún của trầm tích ở Long Beach, CA là 8m và ở Houston-Freeport trên 20m (Emery và Aubrey, 1991) Theo các số liệu đo thủy triều cho thấy tốc độ dâng mực nước biển hàng năm ở Galveston là 0,6 cm/năm (H.2.17) (Lyles, Hickman, và Debaugh,1988) Cũng do việc khai thác nước ngầm, thành phố Venice của Italia đã từng bị hạ lún nghiêm trọng và điều này đe dọa đến các công trình kiến trúc văn hóa của thành phố, nhưng nhờ những khuyến cáo đã được đưa ra kịp thời nên các hoạt động khai thác đã được ngăn chặn lại (Emery và Aubrey, 1991)

(c) Qúa trình hạ thấp mặt đất cũng thường xuyên xảy ra ở các châu thổ nơi tập trung một lượng lớn trầm tích dạng mịn Vùng châu thổ sông Missisipi là một

ví dụ tiêu biểu, những năm gần đây vấn đề mất đất đã trở nên nghiêm trọng, nhiều vùng đất ngập nước ven biển đã bị sạt lở và ngập chìm trong nước biển cùng với sự nén chặt tự nhiên của các trầm tích châu thổ sét bùn bở rời, sự khai thác nước ngầm, dầu khí và sự đổi dòng của các nhánh sông đều là những nguyên nhân góp phần gây sụt lún vùng nam Lousiana Theo số liệu quan trắc của các trạm thủy triều ở Eugene Island và Bayou Rigaud cho thấy tốc độ hạ thấp của Lousiana không ngừng tăng bắt từ năm 1960 (Emery và Aubrey,1991) trong khi tốc độ dâng của mực nước ở châu thổ Missisipi khoảng 15mm/năm và ở New Orleans là xấp xỉ 20mm/năm (Frihy, 1992)

Hình 2-16: Đồ thị biểu diễn biến trình mực nước trung b×nh hàng năm ở Juneau, Alaska

(1936-1986) Qua đã cho thấy ảnh hưởng của qóa tr×nh gi·n nở đẳng tĩnh (theo số liệu của Lyles,

Hickman và Debaugh, 1988)

d Các yếu tố địa chất liên quan đến sự biến đổi của mực nước biển

(1) Sự cân bằng trầm tích và biến đổi mực nước

Qúa trình biến đổi mực nước xảy ra ở các vùng miền khác nhau trên thế giới luôn phụ thuộc vào một số điều kiện địa chất như thành phần trầm tích, nguồn cung cấp, cấu tạo bờ và kiến tạo khu vực Để đơn giản, có thể phân chúng thành hai nhóm yếu tố: trầm tích và biến đổi mực nước Vị trí đường bờ là kết quả tổng hợp của các tác động do biến trình mực nước gây ra (bảng 2.6), đó là vị trí phản ánh sự cân bằng giữa khả năng cung cấp trầm tích với tốc độ biến đổi của mực nước (bảng 2.7) Có thể lấy ví dụ trên một nhánh sông chết ở châu thổ Missisipi,

do trầm tích bị nén ép nên mực nước biển dâng lên rất nhanh đồng thời tác động của sóng gây xói lở bờ liên tục khiến vị trí đường bờ ngày càng bị lùi sâu vào đất liền (bảng 2.7) Các trường hợp trong bảng 2.7 là những ví dụ mang tính khái quát vì vậy chúng có thể xuất hiện ở nơi này nhưng không xuất hiện ở nơi khác

do những điều kiện địa chất riêng của khu vực

(2 Xu hướng phát triển bờ

Theo các số liệu nghiên cứu, trong nhiều thập kỷ qua vùng bờ biển nước Mỹ thường có xu hướng phát triển đường bờ vào phía đất liền (Ủy ban tư vấn nghiên cứu Quốc gia, 1987) :

 Tốc độ xói mòn trung bình chung (không tính trọng số) là 0,4m/năm

 Phía bờ Đại Tây Dương : 0,8m/năm

 Bờ vịnh Mexico:1,8 m/năm(trong đó ở Lousiana, tốc độ xói mòn đạt giá trị lớn nhất 4,2m/năm)

 Phía bờ Thái Bình Dương: ít bị xói mòn hơn và khá bền vững do phần lớn là các bờ đá cứng

Theo Bird (1976), trong một thế kỷ qua phần lớn các bờ cát trên toàn thế giới đều có xu hướng ăn sâu vào đất liền, chỉ trừ một vài nơi do có nguồn cung cấp trầm tích dư thừa từ các nhánh sông hoặc được nâng trồi do hoạt động kiến tạo mới có đường bờ lấn ra biển

(3) Các kiểu bờ đặc biệt

(a) Bờ cát Để dự báo ảnh hưởng của mực nước dâng với các khu bờ kiểu bờ cát người ta đã đưa ra một số mô hình dự báo khác nhau, trong đó mô hình xây dựng theo nguyên lý Brunn được sử dụng nhiều nhất (xem chương 3, mục 3-9) (b) Qúa trình lùi của vách biển Sự giật lùi của các vách bờ dựng đứng ở Great Lake, Thái Bình Dương và một số vùng bờ biển của New England và New York luôn là một vấn đề lớn Nguyên nhân gây giật lùi vách rất đa dạng, ở Great Lake, qúa trình này thường xuyên xảy ra do ảnh hưởng của mực nước dâng khiến tốc độ xói lở bờ tăng lên (Hands, 1983) Nhưng ở nam California, các vách bờ chỉ bị giật lùi vào những thời điểm nhất định như khi xuất hiện các trận bão mùa đông hay

có sự thất thoát nước ngầm, nước mặt hoặc có hoạt động đứt gãy và động đất xảy

ra (Kuhn và Shepard, 19840) Đối với các vách có cấu tạo là đá kết tinh, do đặc tính bền vững nên qúa trình giật lùi của chúng diễn ra khá chậm chạp so với kiểu vách của bờ cát (xem chương 3, mục 3.8)

(c) Đầm lầy và đất ngập nước Đầm lầy và rừng ngập mặn là hai hệ sinh thái xuất hiện khá nhiều ở các vùng đới bờ ven vịnh Mexico và bờ Đại Tây Dương Đầm lầy có khả năng phát triển theo độ cao của mực nước Tuy nhiên, khi mực nước dâng với tốc độ nhanh, mặc dù có khả năng tự sinh ra trầm tích hữu cơ, các đầm lầy vẫn cần thêm nguồn trầm tích bổ xung từ bên ngoài để có thể theo kịp tốc

độ của mực nước Mục 3.11, chương 3 chúng tôi sẽ đề cập tới đầm lầy nước mặn, mục 3.12 là các hệ sinh thái đất ngập nước, rạn san hô và rừng ngập mặn Nhìn chung, các hệ sinh thái đều có khả năng tự điều chỉnh với sự dâng cao của mực nước nếu chúng không bị suy thoái do những hoạt động của con người như phá rừng, ngăn hồ, xây đập, xả rác, nước thải sinh hoạt và công nghiệp hoặc biến động mạnh của nguồn trầm tích