Giáo trình Địa chất đới bờ

Đại học Quốc gia Hà nội Trường đại học khoa học tự nhiên Phòng quân sự Tổng cục kỹ thuật quốc phòng Mỹ Washington, DC 20314-1000 địa chất đới bờ Người dịch: Trịnh Lê Hà Hà nội - 2005 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