Nearshore circulation systems and their role in coastal development

Nearshore circulation systems and their role in coastal development

Nearshore circulation systems and their role in coastal development
in the Western Baltic Sea (Kiel Bay)
PATRYCJA ANNA CZERNIAK
M.Sc. Thesis: 125 pages
Abstract:
The coastal zone is not a dormant area, but an actively changing and evolving sphere where
the coastline development is a very dynamic process operating on different scales in time and
space. Regional hydrodynamic and oceanographic conditions, induced by wind and sea level
fluctuations, are arranged into contemporary persistent evolution of the coastal zone.
The purpose of the performed research was to identify places with erosional evidences where
mass and energy exchange between the shallow part of the coastal zone and the lower shore face
takes place. Based on a series of aerial photographs, the shapes of nearshore sand bars were
analyzed by taking into account the modifications of the bars. High rates of indentation in sand
bars, found at several sites along the investigated shoreline, imply the presence of strong water
masses movements in the seaward direction. These movements are responsible for the modification
of the nearshore morphology and the sediment distribution in these areas. An additional objective
was to search for field evidence for the existence and relevance of erosive features at deeper
parts of the seafloor that might attest to the activity of erosive currents as well in these areas. Data
compiled from Side Scan Sonar surveys, grab sampling and bathymetrical measurements
ascertained the presence of seaward sub-bottom currents, which account for high erosion at these
sites. Through the evaluation of the collected data, a map of morphological features of Kiel Bay,
maps of sediment distribution and bathymetrical maps for particular sites were created.
It may be inferred from the investigation that the recurrent seaward movements of water and
sediment are responsible for the occurrence of erosive sites up to 2km wide. Attention was
drawn in the study to the conceivable genesis of the erosive sites, which appeared to owe their
origins to storm events and coastal morphology.
It was concluded, that the irregularities in the nearshore morphology, named "gates", are
established in response to circulation systems, which play a vital role in the interaction between
the nearshore and the offshore zone and are accountable for the present-day nearshore
development.
PATRYCJA ANNA CZERNIAK
M.Sc. Thesis: 125 Seiten
Kurzfassung:
Die Küste als geographische Einheit ist keine statische Umgebung sondern ständigen
Veränderungen und wechselnden Einflüssen unterworfen. Die Entwicklung der Küstenlinie stellt
ein hochdynamischen Prozess dar, der in unterschiedlichen zeitlichen und räumlichen Maßstäben
wirksam wird. Beeinflusst von Wind und Schwankungen des Meeresspiegels spiegeln sich
hydrologische und ozeanografische Bedingungen in den heutigen Küstenformen wieder.
Das Ziel der Forschungsarbeit bestand in der Erfassung von erosiven Küstenabschnitten, gekennzeichnet durch den Austausch von Material und Energie zwischen der küstennahen Flachwasserzone und angrenzenden tieferen Bereichen. Auf der Basis von Luftbildaufnahmen wurden die Formen von Sandbänken einschließlich ihrer zeitlichen Veränderung
analysiert. Der an verschiedenen Abschnitten der untersuchten Küste festgestellte Rückgang
von Sandbänken lässt auf starke ablandige Strömungen schließen. Diese sind für die
küstennahe Morphologie und Verteilung der Sedimente verantwortlich. Eine weitere Aufgabe
dieser Arbeit war die Suche nach Hinweisen auf die Existenz von Erosion in Bereichen des
Meeresbodens
mit
größerer
Wassertiefeen,
die
ebenfalls
auf
hohe
Strömungsgeschwindigkeiten hinweisen. Side Scan Sonar Daten, Sedimentproben und
bathymetrische Messungen bildeten die Grundlage der Studie und ermöglichten die Erfassung der
erosiven Bereiche. Im Rahmen der Auswertung der Daten wurden morphologische und für
spezielle Gebiete der Kieler Bucht bathymetrische und sedimentologische Karten erstellt.
Die Untersuchungen lassen darauf schließen, dass ablandige Strömungen für die
Erosionsflächen verantwortlich sind, die sich über Küstenbereiche von Breiten bis zu zwei
Kilometern erstrecken. Ein Schwerpunkt der Arbeit lag auf der Entstehung dieser von Erosion
betroffenen Bereiche. Als Ursache für die starken Strömungen in dem betroffenen Gebiet
ergeben sich nach der Studie zeitlich begrenzte Sturmereignisse. Die Ausbildung von
abgegrenzten Erosionsflächen wird dabei von der lokalen Morphologie begünstigt.
Wie gezeigt wurde, verursachen Zirkulationssysteme die Entstehung der als "Gates" (Tore)
bezeichneten besonderen morphologischen Merkmale, die eine bedeutende Rolle in der Interaktion
zwischen küstennaher Flachwasserzone und Bereichen größerer Wassertiefe spielen. Damit
tragen sie wesentlich zur rezenten Küstenentwicklung bei.
PATRYCJA ANNA CZERNIAK
M.Sc. Thesis: 125 pages
Streszczenie:
Strefa brzegowa cechuje się dynamicznie zmieniającymi się w czasie i przestrzeni warunkami,
jakie towarzyszą ewolucji całego geosystemu morskiego tej strefy. Współczesna ewolucja strefy
brzegowej jest uzależniona w głównej mierze od zmieniających się układów hydrodynamicznych,
wywoływanych przez zmiany poziomu morza, jak również pod wpływem wiatru.
Celem podjętych badań było zidentyfikowanie miejsc występowania podwodnych form
abrazyjnych wzdłuż wybrzeża Zatoki Kilońskiej na podstawie analizy historycznych zdjęć
lotniczych. Na zdjęciach tych przeprowadzono analizę kształtów wałów rewowych, biorąc pod
uwagę modyfikacje podstawowego kształtu wału. Miejsca o zdeformowanych kształtach wałów
rewowych wiążą się z obszarem funkcjonowania silnych odbrzegowych prądów
kompensacyjnych, które w istotny sposób modelują morfologię dna morskiego oraz jego osady.
Bardzo istotnym problemem wymagającym wyjaśnienia w pracy było zbadanie dna morskiego na
większych głębokościach w celu znalezienia dowodów na funkcjonowanie w tym rejonie prądów
erozyjnych. Analiza danych batymetrycznych, sonarowych i prób geologicznych pobranych z dna
morskiego dostarczyła dowodów na występowanie silnych odbrzegowych prądów przydennych
na tych głęboko ściach. Wyniki badań zostały przedstawione w postaci następujących map:
mapy morfologicznej Zatoki Kilońskiej, map rozkładu osadów dennych oraz map batymetrycznych
poszczególnych miejsc badanych w niniejszej pracy.
Przeprowadzone badania doprowadziły do znalezienia miejsc osobliwych w strefie brzegowej,
szerokich do 2 km, których usytuowanie wiąże się z występowaniem powtarzalnego w
czasie i przestrzeni odbrzegowego transportu wody wraz z osadami. Wskutek przeanalizowania
różnych danych pomiarowych, został sformułowany wniosek o hydrodynamicznej (na skutek
działalności sztormów) i morfologicznej genezie powstania miejsc odpływu mas wodnych w
kierunku otwartego morza.
Wywnioskowano, że zaburzenia rzeźby dna strefy brzegowej, nazwane „bramami", są
powodowane w efekcie występowania układów cyrkulacyjnych. Miejsca te odgrywają ogromną
rolę poprzez łączenie strefy brzegowej z otwartym morzem i są odpowiedzialne za współczesny
rozwój strefy brzegowej.