Введение
Прибрежный дюнный рельеф, формирующийся под воздействием волн и приливов параллельно материковому побережью.
Барьерные острова – это прибрежный рельеф, тип дюнной системы и песчаного острова, где полоса песка сформировалась в результате действия волн и приливов параллельно материковому побережью. Обычно они встречаются цепочками, состоящими от нескольких островов до более дюжины. Они подвержены изменениям во время штормов и других воздействий, но поглощают энергию и защищают береговую линию, создавая участки защищенных вод, где могут процветать водно-болотные угодья. Цепь барьерных островов может простираться на сотни километров, при этом острова периодически разделяются приливными проливами. Самый большой барьерный остров в мире – остров Падре в штате Техас, США, длиной 182 км. Иногда важный пролив может закрыться навсегда, превращая остров в полуостров и образуя барьерный полуостров, часто включающий пляж или барьерную косу. Хотя многие из них длинные и узкие, длина и ширина барьерных островов, а также общая морфология барьерных побережий, связаны с такими параметрами, как амплитуда приливов, энергия волн, поступление осадочного материала, тенденции изменения уровня моря и геологическое строение основания. Количество растительности на барьерном острове оказывает значительное влияние на его высоту и эволюцию. Цепочки барьерных островов встречаются вдоль примерно 13–15% береговой линии мира. Они встречаются в различных условиях, что указывает на возможность их формирования и поддержания в разнообразных средах. Существует множество теорий, объясняющих их образование. Искусственное сооружение, построенное параллельно берегу, называется волноломом. С точки зрения береговой морфодинамики, он действует аналогично естественному барьерному острову, рассеивая и уменьшая энергию волн и течений, направленных на побережье. Таким образом, это важный аспект прибрежной инженерии.
Местоположение
Барьерные острова можно наблюдать на каждом континенте Земли, за исключением Антарктиды. Они преимущественно формируются в тектонически стабильных районах, таких как "отдалённые берега", обращённые от океанических хребтов, образованных расходящимися границами тектонических плит, а также вокруг небольших морских бассейнов, например Средиземного моря и Мексиканского залива. Образованию барьерных островов благоприятствуют районы с относительно небольшими приливами и достаточным количеством песка.
Австралия
Мортонский залив, расположенный на восточном побережье Австралии непосредственно к востоку от Брисбена, защищен от Тихого океана цепью крупных барьерных островов. Расположенные с севера на юг, это острова Бриби, Моретон, Северный Страдброк и Южный Страдброк (последние два ранее были единым островом, пока шторм в 1896 году не проложил между ними пролив). Северный Страдброк – второй по величине песчаный остров в мире, а Моретон – третий. Остров Фрейзер, еще один барьерный остров, расположенный в 200 км к северу от Мортонского залива на той же береговой линии, является крупнейшим песчаным островом в мире.
Соединенные Штаты
Барьерные острова наиболее заметно распространены на восточном и побережье Мексиканского залива Соединенных Штатов, где каждый штат – от Мэна до Флориды (восточное побережье) и от Флориды до Техаса (побережье залива) – имеет хотя бы часть барьерного острова. Многие штаты имеют большое количество барьерных островов; например, во Флориде насчитывалось 29 (в 1997 году) только вдоль западного (заливного) побережья полуострова Флорида, плюс около 20 других на восточном побережье и несколько барьерных островов и кос вдоль побережья Панхэндла. Остров Падре в Техасе – самый длинный в мире барьерный остров; другие известные острова на побережье Мексиканского залива включают остров Галвестон в Техасе и острова Санибель и Каптива во Флориде. К числу островов на восточном побережье относятся Майами-Бич и Палм-Бич во Флориде, остров Хаттерас в Северной Каролине, остров Ассатиг в Вирджинии и Мэриленде, остров Абсекон в Нью-Джерси, где расположен Атлантик-Сити, а также острова Джонс-Бич и Файр-Айленд, оба у Лонг-Айленда в Нью-Йорке. На тихоокеанском побережье Соединенных Штатов барьерные острова не встречаются из-за скалистого берега и узкого континентального шельфа, но можно найти барьерные полуострова. Барьерные острова также встречаются на арктическом побережье Аляски.
Канада
Барьерные острова также встречаются в Приморской Канаде и других местах вдоль побережья. Хороший пример можно увидеть в заливе Мирамичи, провинция Нью-Брансуик, где острова Портедж, Фокс и Хей защищают внутреннюю часть залива от штормов в заливе Святого Лаврентия.
Мексика
На побережье Мексиканского залива Мексики расположено множество барьерных островов и барьерных полуостровов.
Новая Зеландия
Барьерные острова более распространены на севере обоих главных островов Новой Зеландии. К заметным барьерным островам Новой Зеландии относятся остров Матакана, охраняющий вход в гавань Тауранга, и остров Кролика, расположенный на южном конце залива Тасман. См. также описание Боулдер-Бэнк в гавани Нельсон, ниже.
Индия
Остров Випин, расположенный на юго-западном побережье Индии в штате Керала, имеет длину 27 км. Он также является одним из самых густонаселенных островов в мире.
Индонезия
Индонезийские барьерные острова расположены у западного побережья Суматры. С севера на юг вдоль этого побережья расположены Симеулуэ, острова Баньяк (в основном Туанку и Бангкару), Ниас, острова Бату (в частности, Пини, Танахмаса и Танахбала), острова Ментавай (главным образом Сиберут, Сипура, Северный Пагай и Южный Пагай) и остров Энгано.
Европа
Барьерные острова можно наблюдать в Балтийском море от Польши до Литвы, а также отчетливо на Вадденских островах, которые тянутся от Нидерландов до Дании. Лидо-ди-Венеция и Пеллестрина – известные барьерные острова Венецианской лагуны, которые на протяжении веков защищают город Венецию в Италии. Чесил-Бич на южном побережье Англии сформировался как барьерная коса. Барьерные косы также встречаются на севере Азовского и Черного морей.
Миграция и перемывка
Водный уровень может превышать высоту острова во время штормовых явлений. Это может привести к перебросу (нагон волн), в результате которого песок с передней части острова переносится на его вершину и/или на сторону, обращенную к материку. Этот процесс способствует эволюции и миграции барьерного острова.
Понятие критической ширины
Барьерные острова часто формируются с определенной шириной. Термин "концепция критической ширины" обсуждается в связи с барьерными островами, перебросами и отложениями, образовавшимися в результате перебросов, с 1970-х годов. Суть концепции заключается в том, что процессы переброса эффективны для миграции барьера только тогда, когда ширина барьера меньше критического значения. Остров не уменьшался в ширину ниже этих значений, поскольку перебросы эффективно транспортировали осадочный материал через барьерный остров, поддерживая тем самым скорость отступания береговой линии океана. В более широких участках острова формировались отложения перебросов, которые не достигали берега залива, и остров сужался в результате отступания береговой линии океана, пока не достигал критической ширины. Единственным процессом, который мог увеличить ширину барьера сверх критической, был прорыв, образование частично надводного отмели и последующее зарастание прорыва. Критическая ширина барьера может быть определена как минимальное поперечное измерение, которое минимизирует чистую потерю осадочного материала с барьерного острова в течение заданного срока реализации проекта. Величина критической ширины связана с источниками и поглотителями песка в системе, такими как объем, содержащийся в дюнах, и суммарный вдоль- и поперечно-береговой транспорт песка, а также высота острова. Концепция критической ширины важна для масштабного восстановления барьерных островов, при котором острова реконструируются до оптимальной высоты, ширины и длины для обеспечения защиты устьев рек, заливов, болот и пляжей материка.
Теории образования
Ученые предлагают многочисленные объяснения образования барьерных островов уже более 150 лет. Существует три основные теории: образование подводной отмели, намыв косы и затопление. Для их формирования существуют определенные общие требования. Системы барьерных островов наиболее легко развиваются на побережьях, где преобладают волны, с небольшим или умеренным диапазоном приливов. Побережья классифицируются на три группы в зависимости от диапазона приливов: микроприливные (0–2 метра), мезоприливные (2–4 метра) и макроприливные (>4 метра). Барьерные острова обычно формируются вдоль микроприливных побережий, где они хорошо развиты и почти непрерывны. Они образуются реже на мезоприливных побережьях, где обычно короткие и имеют многочисленные приливные проливы. Барьерные острова очень редки на макроприливных побережьях. Помимо небольшого диапазона приливов и волнового режима, необходим относительно пологий шельф. В противном случае накопление песка в виде барьерной полосы не произойдет, и он будет рассеиваться вдоль берега. Также для формирования барьерных островов требуется достаточное количество осадочного материала.
Теория морских бар
В 1845 году француз Эли де Бомон опубликовал описание процесса формирования барьеров. Он полагал, что волны, входящие в мелководье, перемешивают песок, который откладывается в виде подводной отмели при разбиве волн и потере ими большей части энергии. По мере развития этих отмелей в высоту, они постепенно поднимались над уровнем моря, образуя барьерные острова.
Теория аккреции слюны
Американский геолог Гроув Карл Гилберт впервые в 1885 году предположил, что барьерные отложения формируются за счет прибрежного переноса осадочного материала. Он высказал предположение, что осадочные породы, перемещаемые в прибойной зоне под воздействием волн в процессе прибрежного течения, образуют косы, отходящие от мысов параллельно береговой линии. Последующее разрушение кос штормовыми волнами, по его мнению, приводит к образованию барьерных островов.
Теория погружения
Уильям Джон МакГи в 1890 году предположил, что восточное и мексиканское побережья Соединенных Штатов испытывают погружение, о чем свидетельствуют многочисленные затопленные речные долины, встречающиеся вдоль этих побережий, включая заливы Раритан, Делавэр и Чесапик. Он полагал, что в процессе погружения прибрежные гряды отделялись от материка, а за ними формировались лагуны. В качестве примера он привел барьерные острова Миссисипи–Алабама (включающие острова Кэт, Шип, Хорн, Петит-Буа и Дофин), где прибрежное погружение привело к образованию барьерных островов. Впоследствии его интерпретация оказалась ошибочной, когда возраст прибрежных стратиграфических слоев и отложений был определен с большей точностью. Вдоль побережья Луизианы бывшие рукава дельты реки Миссисипи были переработаны волновым воздействием, образовав комплексы пляжных валов. Продолжительное опускание болот, расположенных за барьерами, превратило эти бывшие заросшие водно-болотные угодья в открытые водные пространства. За 125 лет, с 1853 по 1978 год, два небольших полузащищенных залива за барьером объединились в крупный водоем – озеро Пелто, что привело к отделению острова Дерньер от материка.
Типы
Ричард Дэвис выделяет два типа барьерных островов: волнодоминируемые и острова смешанного воздействия.
Волновое доминирование
Острова, формирующиеся под воздействием волн, – это длинные, низменные и узкие образования, обычно ограниченные нестабильными проливами с обоих концов. Наличие прибрежных течений, вызванных волнами, набегающими на остров под углом, переносит осадочный материал вдоль берега, удлиняя остров. Длиннобереговые течения и вызванное ими удлинение обычно происходят в одном направлении, но в некоторых случаях течения и удлинение могут наблюдаться с обоих концов острова (как, например, на островах Анклот-Ки, Три-Рукер-Бар и Сэнд-Ки на побережье Мексиканского залива во Флориде). Веерные отложения на лагунной стороне барьерных островов, образованные в результате перехлёста штормовых нагонов через остров, являются распространенным явлением, особенно на молодых барьерных островах. Барьерные острова, формирующиеся под воздействием волн, также подвержены прорывам во время штормов, что приводит к образованию новых проливов. Эти проливы могут закрываться по мере переноса осадочного материала длиннобереговыми течениями, но могут стать постоянными, если приливная призма (объем и сила приливного потока) достаточно велика. Более старые барьерные острова, на которых сформировались дюны, менее подвержены перехлёстам и образованию проливов. Для роста и развития дюн на островах, формирующихся под воздействием волн, требуется значительное количество осадочного материала. Если барьерный остров не получает достаточно осадка для роста, повторяющиеся штормовые нагоны приведут к его миграции в сторону материка.
Смешанная энергия
Острова-барьеры, на которых доминируют волны, со временем могут превратиться в острова-барьеры смешанного типа. Острова-барьеры смешанного типа формируются под воздействием как волновой энергии, так и приливного потока. Поток приливного объема перемещает песок. Песок накапливается как с внутренней, так и с внешней стороны устья, образуя дельту прилива или отмель на стороне залива или лагуны (из песка, принесенного приливной волной), и дельту отлива или отмель на стороне открытого моря (из песка, вынесенного отливной волной). Большие приливные объемы обычно формируют крупные отливные отмели, которые могут подниматься настолько, чтобы обнажаться во время отлива. Отливные отмели преломляют волны, приближающиеся к устью, локально изменяя направление прибрежного течения, перемещающего песок вдоль берега. Это может трансформировать отливную отмель в навальные бары, которые мигрируют к концу острова выше по течению от устья, увеличивая ширину барьера вблизи устья (формируя остров-барьер в форме барабанной палочки). Этот процесс захватывает песок, переносимый прибрежным течением, препятствуя его достижению нижней части устья и вызывая дефицит песка на этой стороне острова. Многие острова в составе архипелага Морские острова в штате Джорджия (США) относительно широки по сравнению с их длиной, параллельной берегу. Сиеста-Ки, Флорида, имеет характерную форму барабанной палочки, с широкой частью на северном конце вблизи устья ручья Филлипи.
Экологическое значение
Барьерные острова играют критически важную роль в ослаблении океанских волн и других штормовых воздействий на водные системы материковой части, а также в защите береговой линии. Это эффективно создает уникальную среду с относительно низкой энергией и солоноватой водой. В таких условиях, в зависимости от окружающей среды, могут формироваться различные водно-болотные системы, такие как лагуны, эстуарии и/или болота. Они обычно являются богатой средой обитания для разнообразной флоры и фауны. Без барьерных островов существование этих водно-болотных угодий было бы невозможно – они были бы разрушены ежедневными океанскими волнами и приливами, а также штормовыми явлениями. Одним из наиболее ярких примеров являются барьерные острова Луизианы.