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Linea de costa (Shorelines). GEOL 4017: Cap. 16 Prof. Lizzette Rodríguez. Olas. Ondas generadas por una fuente de energia – viento es la principal (otras: terremotos submarinos y deslizamientos)

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linea de costa shorelines

Linea de costa (Shorelines)

GEOL 4017: Cap. 16 Prof. Lizzette Rodríguez

slide2
Olas
  • Ondas generadas por una fuente de energia – viento es la principal (otras: terremotos submarinos y deslizamientos)
    • A medida que el viento sopla, el aire turbulento distorciona la superficie del agua, bajandola cuando el aire se mueve hacia abajo, y subiendola cuando baja la P del aire al este subir
  • Factores que controlan la naturaleza de las olas:
    • Velocidad del viento
    • Duracion del viento
    • Distancia sobre la cual sopla el viento (fetch)
cont olas
Cont. Olas
  • Olas en el agua se definen en terminos de:
    • Largo de onda L (distancia entre crestas o valles)
    • Altura H (distancia vertical entre cresta y valle)
    • Periodo T (tiempo entre paso de 2 crestas consecutivas)
  • T = (L/V); V = velocidad de ola
  • Altura (H) aumenta con el cuadrado de la velocidad del viento (v): H = 0.025 v2
  • Relacion del “fetch” (F) a altura: H = (0.36/F)
  • H mas alta documentada = 34 m (1933, S Pacific)
cont olas1
Cont. Olas
  • Dispersion de ondas/olas: en aguas profundas, olas mas largas viajan mas rapido que las mas cortas y dejan las mas cortas atras gradualmente.
    • Causa que olas de diferente longitud se diferencien unas de otras, resultando en una procesion regular de marejadas (swells; olas con crestas bajas y redondeadas)
  • Marejadas generadas por una tormenta son mas grandes en direccion “downwind”
  • Marejadas con mayor longitud: viajan mas rapido y pierden energia mas lentamente
marejadas
Marejadas

http://www.gothidef.com/Hawaii.htm

http://media.apn.co.nz/webcontent/image/jpg/25surf.jpg

cont olas2
Cont. Olas
  • En aguas profundas, particulas de agua siguen un movimiento orbital circular de oscilacion con cada ola que pasa – cuando viajan, la forma de onda (forma de la ola) es la que viaja, no el agua en si misma (cada particula de agua se mueve en circulo)
    • Un objeto flotante se mueve hacia al frente con la cresta de una ola solo para deslizarse hacia atras en el valle siguiente, generando una orbita circular:
      • D = Hen; D=diametro, H=altura de ola, n=(2pd/L), d=profundidad de agua bajo el centro de orbita, L=largo de onda
cont olas3
Cont. Olas
  • Bajo la superficie, el movimiento circular disminuye rapidamente hasta que, a una profundidad~L/2 medida desde el nivel de aguas tranquilas, el movimiento es despreciable: base del oleaje
    • Diametros de las orbitas de la particula de agua disminuyen
partes de una onda y movimiento de particulas de agua en aguas profundas
Partes de una onda y movimiento de particulas de agua en aguas profundas

Base del oleaje: d~(L/2)

movimiento de objeto flotante avance de forma de ola sin que avance el agua de su posicion original
Movimiento de objeto flotante – avance de forma de ola sin que avance el agua de su posicion original
cambios en las olas en aguas someras
Cambios en las olas en aguas someras
  • A medida que d disminuye, V y L disminuyen
  • T permanece constante a traves de cambios en la forma de la ola
  • H es independiente de L y T en aguas profundas, pero en aguas someras con la disminucion en d, H aumenta
  • Tambien cambian las orbitas circulares – se hacen mas elipticas y eventualmente se destruye el movimiento circular
breakers
Breakers
  • A medida que la ola se acerca al litoral (lado marino de costa), se alcanza un punto critico cuando la velocidad hacia al frente de la orbita distorciona la forma de la ola
    • Hace que la forma de ola sea progresivamente mas asimetrica y demasiado empinada para mantenerse, y el frente de la ola se desploma o rompe, haciendo que el agua avance encima de la costa
    • El agua se mueve adelante como arrastre (surf) turbulento --- breaker
cont breakers
Cont. Breakers
  • Ola se mueve como una lamina turbulenta de agua, o batida (swash), pendiente arriba de la playa, llevando arena y grava
    • Cuando la energia de la batida se ha disipado, el agua vuelve desde la playa hacia la zona de rompiente (breaking zone): backwash
    • Estos cambios de batida y backwash causan erosion, transportacion y deposicion de sedimentos
  • Punto de rompiente (breaking point) – depende de L, H y T, y de la pendiente
slide14

Ambiente cercano al litoral

http://meted.ucar.edu/marine/ripcurrents/NSF/print.htm

slide15

Spilling breakers: vienen de olas largas que rompen en playas de pendientes suaves. Hay varias filas de breakers.

http://www.seafriends.org.nz/oceano/waves.htm

Plunging breakers:

ocurren en playas de pendientes empinadas. Hay una fila de breakers.

Photo: Jeff Devine

tsunamis
Tsunamis
  • Grandes olas formadas por desplazamientos tectonicos subitos del suelo oceanico, deslizamientos submarinos, erupciones volcanicas submarinas y deslizamientos subaereos que van al mar
    • Olas sismicas marinas: cuando son acompanadas por terremotos
  • L = 100-200 km, H es baja en aguas profundas (<1 m), V en aguas profundas es muy alta
cont tsunamis
Cont. Tsunamis
  • H en aguas someras aumenta hasta ~10 m
  • El efecto mas esperado en la costa es la llegada de la cresta de la gran ola, pero muchas veces llega primero el valle de la ola, causando una caida aparente del nivel del mar que expone el suelo marino por distancias grandes (retirada del mar)
slide19

Tsunami-26/dic/04: terremoto Sumatra-Andaman

http://www.islamic-relief.com/ images/appeals/indonesia/damage-330.jpg

www.iiees.ac.ir/.../Tsunami/tsunami_pic_e.html

storm surges oleada de tormenta
Storm surges (oleada de tormenta)
  • Masas de agua empujadas hacia el litoral por vientos fuertes y nivel del mar alto, causado por el abombamiento (bulging) hacia arriba de la superficie del oceano por baja presion atmosferica
    • Vientos fuertes, asociados usualmente con tormentas ciclonicas de baja P, causan que se apile el agua en las costas, y el nivel del mar fluctue con la P atmosferica, produciendo subidas de ~13” por cada bajada de 1” de P de aire
cont storm surges oleada de tormenta
Cont. Storm surges (oleada de tormenta)
  • Llevan el agua hacia tierra, mucho mas alla de la linea de costa, inundando grandes areas
  • Storm surges extremos – alza del nivel del mar ~6-12 m
  • Efecto destructivo similar al tsunami
slide22

Image by NOAA

Efectos de storm surge

Huracan Katrina

mareas tides
Mareas (tides)
  • Fluctuaciones del nivel del mar que ocurren 2 veces al dia
    • Corrientes mareales tienen suficiente velocidad para evitar que entradas a bahias y lagunas se cierren por sedimento
  • Efecto mayor de mareas se ve en bahias estrechas, que muestran rangos de mareas altos
cont mareas
Cont. Mareas
  • Causadas principalmente por la fuerza de atraccion de la Luna, pero son tambien afectadas por la gravedad del Sol, la cual, dependiendo de su alineacion con la Luna, puede anadir o restar al tiro gravitacional (gravitational pull)
  • Atraccion gravitacional de la Luna (y Sol) produce protuberancias en los oceanos a los lados de la Tierra, y a medida que la Tierra rota, cualquier punto pasara alternadamente por una protuberancia cada 12 hr
slide25
Mareas en Bay of Fundy – zonas expuestas durante marea baja e inundadas en marea alta se llaman llanuras mareales
slide26

Spring tides: cada 2 semanas hay alineacion de Sol y Luna – mareas son ~20% mas altas

Neap tides: angulos rectos entre Sol y Luna – mareas son ~20% mas bajas

corriente de resaca rip currents
Corriente de resaca (rip currents)
  • Corrientes fuertes y estrechas en angulos casi rectos a la linea de costa, que se mueven hacia el mar a traves del arrastre (surf)
    • Balancean la masa de agua llevada a la linea de costa por las olas, moviendo el agua hacia el mar a traves de la zona de rompiente (breaker), estableciendo celdas de circulacion con espaciado regular
cont corriente de resaca
Cont. Corriente de resaca

http://www.ripcurrents.noaa.gov/graphics.shtml

http://www.ripcurrents.noaa.gov/overview.shtml

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Corriente de resaca, Florida, despues de huracan Jeanne

Big Sur, California

http://www.ripcurrents.noaa.gov/graphics.shtml

refraccion de olas
Refraccion de olas
  • Pocas lineas de costa son derechas por largas distancias, de manera que las olas pocas veces se acercan de forma paralela
  • Cuando las olas se acercan en un angulo, parte de cada ola encontrara aguas someras mas pronto que el resto, causando que hayan diferencias en las velocidades
    • El efecto de que parte vaya mas lento es la flexura o refraccion de la ola
    • Refraccion es funcion de la profuncidad -- proceso nos da una idea de la configuracion del suelo oceanico
cont refraccion de olas
Cont. Refraccion de olas
  • El impacto de la ola se concentra contra los laterales y los extremos de los frentes de tierra (headlands, cabos, peninsulas) que se proyectan en el agua, mientras que, en las bahias, el ataque de la ola es mas debil
    • En las bahias los sedimentos pueden acumularse y formarse playas de arena
    • Con el tiempo, la erosion de los frentes de tierra (mayor energia) y sedimentacion en las bahias (menor energia) producira una linea de costa irregular
corrientes litorales longshore currents
Corrientes litorales (longshore currents)
  • Generadas por olas que chocan con la linea de costa de forma oblicua
    • A medida que una ola se acerca al litoral en un angulo a, el movimiento del agua en la ola se puede describir con 2 componentes, uno normal al litoral y el otro paralelo
    • Mueven con facilidad la arena fina suspendida y remueven la grava y arena mas grande del fondo
    • Ej. Oxnard, CA: en 10 años, >1.5 millones de tons de sedimiento a lo largo de la costa cada año
circulacion en corrientes de resaca
Circulacion en corrientes de resaca

http://meted.ucar.edu/marine/ripcurrents/NSF/print.htm

corrientes de resaca de celdas multiples
Corrientes de resaca de celdas multiples

http://meted.ucar.edu/marine/ripcurrents/NSF/print.htm

erosion de costa
Erosion de costa
  • Erosion mecanica a causa del ataque del oleaje en la costa – puede modificar la morfologia de costas
  • Mas pronunciada durante tormentas porque la energia de las olas esta al maximo – remueve material previamente meteorizado y ataca material expuesto
  • Mas efectiva en sedimentos no consolidados y en rocas estratificadas o fracturadas
acantilados sea cliffs
Acantilados (sea cliffs)
  • Retroceden hacia tierra por el ataque continuo de las olas
    • Accion de las olas es mas fuerte en la base
    • Si la roca es resistente para sostener pendientes colgadas (overhanging), las olas desarrollan un wave-cut notch (ranura) que deja una marca del nivel del mar que lo hizo
    • Socavacion de la base del acantilado puede promover movimientos gravitacionales – derrubios se recolectan en la base
cont acantilados sea cliffs
Cont. Acantilados (sea cliffs)
  • La velocidad de retroceso de acantilados es controlado por la fuerza del oleaje y por la resistencia del material, pero tambien la pueden afectar la meteorizacion, abrasion y actividad biologica
    • Durante una tormenta se han registrado retrocesos de 5-30 m en algunas lineas de costa
    • Rocas cristalinas muestran las velocidades mas bajas de retroceso de acantilados, mientras que sedimentos Cuaternarios no consolidados muestran las velocidades mas altas
plataformas de abrasion wave cut platforms
Plataformas de abrasion(wave-cut platforms)
  • Acantilados en recesion dejan atras una superficie relativamente plana en forma de banco – plataforma de abrasion
    • Se amplia a medida que las olas siguen su ataque, pero a medida que se ensancha la plataforma, las olas rompen mas lejos y pierden energia
    • Ocurre porque particulas en el suelo marino son llevadas hacia al frente y atras con cada ola, desgastando el bedrock como una sierra horizontal
formacion de plataforma de abrasion
Formacion de plataforma de abrasion

http://www.rgs.edu.sg/events/geotrip/cliff.html

cont plataformas de abrasion
Cont. Plataformas de abrasion
  • A medida que retroceden los acantilados, pueden quedar restos aislados de roca en la plataforma de abrasion – chimeneas litorales (sea stacks)
  • Erosion selectiva corta cuevas marinas en las rocas de la costa, eliminando zonas de rocas mas debiles. A medida que las cuevas marinas se extienden a traves de los frentes de tierra o cuando colapsan los techos de las cuevas, se producen arcos litorales (sea archs)
deposicion de costas
Deposicion de costas
  • Playas
    • Acumulaciones de arena, cantos (pebbles) o guijarros (cobbles) a lo largo de la linea de costa en la zona de rompiente
    • Producidas por corrientes que llevan derrubios a la costa o por erosion marina
    • Representan un equilibrio entre accion del oleaje y suministro de sedimentos
cont playas
Cont. Playas
  • Bermas – se forman en la cabecera o backshore
    • Tienen superficies planas a un poco empinadas, a medida que la batida (swash) pierde velocidad por la friccion y perdida de agua que infiltra en el sedimento de la playa, llevando a deposicion.
    • Parte de la playa mayormente sobre el agua e influenciada activamente por las olas en algun punto de la marea. Deposito de material en una linea de costa activa (http://en.wikipedia.org/wiki/Beach).
    • Algunas playas tienen 2 o mas bermas (verano e invierno)
cont playas1
Cont. Playas

Entre lineas de marea alta y baja

Entre marea alta normal y margen de la playa

http://www.geol.umd.edu/~jmerck/geol100/lectures/30.html

ejs de bermas
Ejs. de bermas

http://jan.ucc.nau.edu/~rcb7/bermcutDanaPt.jpg

https://www.comfsm.fm/~dleeling/sakau/kosrae03.html

cont playas2
Cont. Playas
  • Beach face - Pendiente (suave a empinada) hacia el mar desde la berma
    • Durante marejadas bajas y suaves en verano, olas desarrollan una berma; durante olas altas y empinadas en invierno, olas destruyen la berma y transportan material hacia el mar
    • Pendiente del beach face esta relacionada al tipo de breaker
    • Relacion de pendiente y tamano de particulas: tamanos grandes - pendientes empinadas, pequenos – suaves
    • Seleccion pobre (poor sorting) causa poca infiltracion en la batida (swash) y pendientes empinadas
cont playas3
Cont. Playas
  • Barreras prelitorales (longshore bars) y valles prelitorales (longshore troughs) se pueden formar hacia el mar desde el beach face, asociados con la posicion de las olas de rompiente
    • Posicion de breakers determina el tamano, lugar y profundidad, y las barras pueden migrar con variaciones de altura y pendiente de la ola, y el tipo de breaker

http://www-class.unl.edu/geol101i/14b_coasts%20deposition.htm

cont playas4
Cont. Playas
  • Beach cusps (cuspides) – espaciadas regularmente
    • Forman la parte superior del beach face y la parte externa de la berma
    • Se entuentran en algunas playas
    • Pocos m o menos a traves generalmente, construidas de cualquier tamano de grano
    • Formacion:
      • Cada ola que llega al beach face se divide por las proyecciones al mar de las cuspides
      • El swash en cada lado de las proyecciones fluye hacia el swale (hondonada), entre los horns de las cuspides, encontrandose en el centro, donde regresa hacia el mar
cont playas5
Cont. Playas
  • Cont. Formacion de beach cusps
    • Separacion del swash causa disminucion de velocidad y deposicion de granos gruesos en los horns
    • Backwash en el centro del swale se lleva el sedimento fino, depositandolo en la parte hacia el mar del swale
    • El backwash desde el swale entonces se encuentra la ola que viene, retardando su progreso hacia el swale y por lo tanto dirigiendo el flujo principal del swash contra las cuspides
    • No se sabe bien como se forman en beach faces que son planas o con pendientes uniformes
beach cusps
Beach cusps

http://www.kootenay-lake.ca/beach/beachcusps/index.html

flechas litorales spits
Flechas litorales (spits)
  • Cresta (ridge) de sedimento conectada por una terminacion a tierra y terminando en mar abierto al otro lado
  • Cuando hay dobleces marcados en la linea de costa, donde el sedimento continua moviendose en la misma direccion y se deposita en aguas mas profundas, en vez de continuar alrededor de la esquina
  • A menudo el extremo en el agua se curva hacia tierra en respuesta a la direccion dominante de la corriente litoral: recurved spit o hooked spit
cont flechas litorales spits
Cont. Flechas litorales (spits)
  • Tiene un volumen grande de sedimento bajo la superficie
  • Crecen barriendo barras sumergidas o crestas de playa alrededor de la terminacion de la flecha, dandole una apariencia acostillada
  • Pueden alterar la refraccion de olas y desarrollar formas complejas, a medida que crecen
dungeness spit puget sound wa
Dungeness Spit, Puget Sound, WA

http://www.ecy.wa.gov/programs/sea/pugetsound/bluffs/dungeness.html

barras de bahia baymouth bar
Barras de bahia (baymouth bar)
  • Si una flecha se extiende a traves de una bahia, se convierte en una barra de bahia
  • Esta alrededor de la parte hacia tierra de la bahia como una laguna
  • Tienden a formarse a traves de bahias donde las corrientes son debiles, lo que permite que una flecha se extienda de un lado a otro
  • La laguna gradualmente se llena de sedimento y materia organica, cambiandola a pantanos
barra de bahia en costa del lago michigan
Barra de bahia en costa del Lago Michigan

www.uwgb.edu/dutchs/EarthSC202Slides/coasslid.htm

tombolos
Tombolos
  • Flechas litorales que crecen hacia islas costa afuera (offshore), eventualmente conectando las islas con la tierra
  • A medida que las olas encuentran aguas someras alrededor de las islas, disminuyen la velocidad y son refractadas alrededor de la isla
    • Lleva a que las direcciones de corriente litoral converjan en el lado opuesto a viento de la isla, donde se acumulara el sedimento
slide72

Tombolos

http://geology.about.com/library/bl/images/bltombolo.htm

barras de barrera e islas barrera
Barras de barrera e islas barrera
  • Barras largas y elongadas, usualmente compuestas de arena, costa afuera y paralelas a la linea de costa, pero usualmente no adjuntas a tierra firme
  • Separadas de tierra firme (3-30 km costa afuera) por una laguna
  • Se pueden extender por 10-100 km de largo, anchos de algunos cientos a miles de m, elevacion sobre nivel del mar <5 m
  • Ocurren en 10-13% de las costas mundiales
cont barras de barrera e islas barrera
Cont. Barras de barrera e islas barrera
  • Lado hacia el mar – playas de gradiente bajo que cambian su forma durante tormentas
  • Lado hacia tierra – lagunas, salinas (salt marshes), llanos de lodo mareales (tidal mud flats)
  • Se encuentran dunas de gran altura en las barras, y el resto es bastante plano
  • Muy susceptibles a tormentas – lugares peligrosos para habitar
cont barras de barrera e islas barrera1
Cont. Barras de barrera e islas barrera
  • Consenso es que las islas barrera tienen una historia de desarrollo asociada con subida del nivel del mar despues de glaciacion, y que las islas barrera han migrado hacia la costa con el tiempo
cont barras de barrera e islas barrera2
Cont. Barras de barrera e islas barrera
  • Durante tormentas, se puede romper (breach) la barra y se forman nuevas entradas a traves de la barra y se depositan washover fans
    • Entradas segmentan la barra en diferentes islas y conectan la laguna con mar abierto
    • Agua que se mueve hacia tierra por las entradas en mareas altas mueve arena y deposita un delta mareal de inundacion (flood tidal delta) en el interior de la isla barrera, y un delta de marea menguante (ebb tidal delta) en marea baja en el lado del oceano
http www geosci unc edu faculty glazner images coastlines barrier html
http://www.geosci.unc.edu/faculty/glazner/Images/Coastlines/barrier.htmlhttp://www.geosci.unc.edu/faculty/glazner/Images/Coastlines/barrier.html

Ej. de islas barrera

slide79

Ebb-tidal delta

facweb.furman.edu

tipos de costas johnson 1919
Tipos de costas (Johnson – 1919)
  • Costas de inmersion (submergence): sumersion de la costa por subida del nivel del mar o por subsidencia de la tierra
  • Costas de emersion (emergence): formadas por el levantamiento de la tierra o porque el nivel del mar baje. Tipicamente tienen lineas de costa de relieve bajo y terrazas marinas.
  • Costas naturales: dominadas por varios procesos superficiales. Ej. deltas, llanos aluviales, arrecifes de coral y costas falladas
  • Costas compuestas: rasgos de los tipos de tipos de costa mencionados
slide82

Terrazas marinas expuestas por levantamiento, cerca de Santa Barbara, California

www.uwgb.edu/dutchs/EarthSC202Slides/coasslid.htm

terrazas marinas california
Terrazas marinas,California

http://quake.usgs.gov/research/geology/lidar/example4.html

http://earthweb.ess.washington.edu/EPIC/Collections/Shelton/images/EP_0056_JS_SH_44.jpg

arrecifes de coral
Arrecifes de coral
  • Crecimiento de corales y algas en oceanos tropicales produce lineas de costa dominadas por arrecifes
  • Condiciones necesarias: aguas someras y con temperaturas de 77-86 oF
  • 3 tipos de arrecifes (reconocidos por Darwin):
    • Arrecifes marginales (fringing) – crecen a lo largo de la linea de costa en zonas curvilineas que varian en grosor entre cientos de m – 1 km. No ocurren donde agua fresca diluye la marina y hay sedimentos. Zona intermareal (intertidal)
slide85

Arrecife marginal tipico, alrededor de una isla tropical en el Pacifico

www.uwgb.edu/dutchs/EarthSC202Slides/coasslid.htm

cont arrecifes de coral
Cont. Arrecifes de coral
  • Cont. 3 tipos de arrecifes:

2) Arrecifes de barrera – crecen justo offshore (costa afuera), separados de la tierra por lagunas. Crecimiento mas activo de corales ocurre en el lado hacia el mar, pero tambien esta sujeto a olas de tormenta. Great Barrier Reef – arrecife de barrera mas grande del mundo, que se extiende >2000 km a lo largo de la costa australiana

great barrier reef australia
Great Barrier Reef, Australia

http://www.reefhq.com.au/about/images/cre_map.gif

http://offtheplanet.typepad.com/photos/queensland_australia/great_barrier_reef_6.html

cont arrecifes de coral1
Cont. Arrecifes de coral
  • Cont. 3 tipos de arrecifes:

3) Atolon (atoll) – consiste de un arrecife circular alrededor de una laguna. No tienen la isla central que tienen los de barrera, y se alzan solo algunos metros sobre el nivel del mar

  • Origen y evolucion de arrecifes:
    • **Teoria de subsidencia de Darwin – resulta en depositos gruesos
    • Teoria de control glacial de Daly – resulta en depositos finos
slide89

Formacion de atolon:

Corales empiezan a crecer alrededor de una isla oceanica, formando un arrecife marginal. Si las condiciones son favorables, el arrecife continuara expandiendose. La isla interior usualmente comienza a bajar y el arrecife marginal se convierte en uno de barrera. Cuando la isla se hunde completamente, dejando un anillo de coral creciente con una laguna en el centro, se llama atolon. Proceso puede tomar hasta 30 millones de años.

http://www.oceanservice.noaa.gov/education/kits/corals/media/supp_coral04a.html

ejemplo de atolon
Ejemplo de atolon

www.ventanasvoyage.com/Tuamotus.htm