Bài giảng Địa chất biển đại cương - Chương 3: Thủy động học của biển và đại dương

Nội dung text: Bài giảng Địa chất biển đại cương - Chương 3: Thủy động học của biển và đại dương

1. CHƯƠNG 3 THỦY ĐỘNG HỌC CỦA BIỂN VÀ ĐẠI DƯƠNG
2. Vòng tuần hoàn của các dòng hải lưu có vai trò rất quan trọng đối với: • xói mòn và vận chuyển vật liệu trầm tích • Điều hòa nhiệt độ thủy quyển và khí quyển • cân bằng sự ổn định/bền vững của môi trường sống Sự phân bố và hoạt động của các dòng hải lưu phụ thuộc mạnh mẽ vào: • Sự chênh lệch tỉ trọng của nước mà nó là kết quả của sự chênh lệch về: nhiệt độ, độ mặt • Tuần hoàn của khí quyển • Địa hình đáy biển
3. • Do có sự chênh lệch về tỉ trọng nên nước biển và đại dương có sự phân tầng/phân đới theo chiều thẳng đứng • Đới trên cùng có độ sâu vài trăm mét chịu tác động mạnh của sóng, thủy triều, bức xạ mặt trời nên được gọi là đới hỗn hợp. Các hoạt động của dòng chảy chủ yếu diễn ra theo phương ngang • Các đới nằm sâu hơn có chu trình thủy hải lưu hoạt động do sự chênh lệch về tỉ trọng và có đặc điểm ngèo oxi.
4. Hoạt động quay của trái đất làm lệch hướng chuyển động của vật thể về bên phải ở bán cầu bắc và lệch về bên trái ở bán cầu nam.
5. (Ekman) do hiệu ứng coriolis mà gió có thể làm cho nước trên mặt chuyển động ở một góc tối đa là 45o so với hướng gió. Lực coriolis làm lệch hướng của từng lớp nước nhiều hơn so với hướng gió theo độ sâu cho đến khi lực ma sát và chuyển động của dòng do gió không còn đáng kể. Do vậy mà vận tốc giảm dần và độ lệch tăng dần theo độ sâu. Cấu Liên quan đến xoắn Ekman là hiện tượng dòng trồi (upwelling), trúc vận tốc dạng xảy ra khi bờ biển nằm bên trái hướng gió thổi. nước ấm và xoắn này đc gọi là nhẹ được vận chuyển đi xa và nước lạnh là nặng giàu chất xoắn Ekman dinh dưỡng ở dưới sâu trồi lên
6. Các dạng dòng chảy khác 1. Dòng phân kì 2. Dòng hội tụ =>hình thành lên dòng hút chìm (trụt, downwelling) 3. Dòng nước sâu/dòng đáy
7. CÁC QUÁ TRÌNH THỦY ĐỘNG HỌC ĐỚI VEN BIỂN VÀ VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH
8. SÓNG • Phần lớn sóng ở đại dương được hình thành do gió. Sóng có thể di chuyển trên một diện tích và quãng đường rất lớn. Trong quá trình di chuyển, sóng có thể thay đổi biên độ nhưng vẫn duy trì được bước sóng và chu kỳ ổn định. • Khi vào đến ven bờ, biên độ, bước sóng và chu kỳ của sóng biển do tác động của một loạt các yếu tố như độ sâu đáy biển, địa mạo đáy biển, hình thái đường bờ,
9. L H x t c =  = cos 2( − ) T 2 L T • Mặc dù sóng biển/đại dương thường thay đổi theo thời gian và không gian nhưng trong phạm vi hẹp có thể coi là sóng tuyến tính (sóng airy) khi chiều cao sóng có giá trị nhỏ so với bước sóng và độ sâu đáy biển. • ƞ – độ cao sóng theo thời gian so với mực nước tĩnh • c – vận tốc truyền sóng • x – Khoảng cánh theo phương nằm ngang
10. Độ sâu Vs tốc độ truyền sóng • Nước sâu: h/L ≥ 0,5 gT C = o 2 gL C = o o 2 Nước nông: h/L ≤ 0,04 C = gh Vùng chuyển tiếp: 0,5 > h/L > 0,04 gT C = tan g(kh) = C tan g(kh) C 2 o o 2 k – Trị số sóng, k = L
11. Sự khúc xạ của sóng Sin L C = = = tan g(kh) Sin o Lo C0 • Khi sóng tiếp bờ với đường đỉnh sóng lệch so với đường đồng mức độ sâu đáy biển một góc α nào đó sẽ làm cho đường đi của sóng bị khúc xạ và có xu hướng // với đường đồng mức độ sâu và đường bờ. • Vận tốc và bước sóng cũng giảm theo
12. Sóng đổ • Sóng đổ khi chiều cao sóng đạt mức độ tới hạn, Một phần lớn năng lượng sóng chuyển sang dạng động năng rối (turbulent)
13. Sóng đổ Điều kiện sóng đổ • Trường hợp chung: hb=1,28.Hb (b- thời điểm sóng đổ) • Đối với sóng đơn: H/L<1/7 ɣ = H/h 0.78 • Trong thực tế ɣ thay đổi từ 0,4 – 1,2, tùy thuộc vào độ dốc của bãi biển.
14. • Đới sóng đổ (surf zone) đặc trưng bởi nước có nhiều bọt và hòa tan không khí nhiều hơn
15. Dòng chảy dọc bờ • Dòng dọc bờ hình thành khi sóng tiếp cận đường bờ theo một góc lệch nào đó. • Độ rộng của dòng dọc bờ tương đương với độ rộng của đới sóng đổ • Có khả năng vận chuyển trầm tích lớn
16. Dòng ngang bờ • Độ rộng của dòng ngang bờ hẹp • Chảy vuông góc với đường bờ • Di chuyển qua đới sóng đổ và nhanh chóng bị triệt tiêu khi đi ra ngoài vùng nước sâu • Vận chuyển trầm tích từ bãi biển ra vùng nước sâu
17. Dòng ngang bờ Hướng thoát hiểm ra khỏi khu vực nước cuốn bởi dòng ngang bờ
18. Vận chuyển trầm tích Vật liệu trầm tích được vận chuyển do tác dụng của ứng suất trượt đáy Ƭo Ƭo= Ƭos + Ƭof + Ƭot Ƭos Ma sát tương tác hạt Ƭof Lực cản bề mặt đáy Ƭot Lực vận chuyển do chuyển hóa moment làm dịch chuyển vật liệu Ở thời điểm vật liệu bắt đầu chuyển động ta có Ƭo = ƬCR   = 0,3  = + 0,0551− exp(−0,02D ) ( s − )gD CR * 1+1,2D*  CR 1 CR = g(s −1) 3 ( − )gD D = D s * 2  Ʋ: độ nhớt động lực học của nước =µ/ρ θ: Trị số Shield 3 3 ρ=1000kg/m cho nước ngọt và bằng 1035 kg/m cho s = s nước biển Ʋ = 1,0x10-6 m2/s µ ~1,0x10-3 N s/m2
19. • θs< θCR: Không có vận chuyển trầm tích • θCR≤ θs ≤0,8: Có vận chuyển tt trên bề mặt lượn sóng • θs ≥0,8: Trầm tích vận chuyển dưới dòng chảy dạng tấm
20. CÁC TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA TRẦM TÍCH
21. Thành phần • Phần lớn vật liệu trầm tích đới ven bờ có nguồn gốc lục địa. • Thành phần khoáng vật là sản phẩm của quá trình phong hóa từ đá gốc. • Quá trình vận chuyển tạo lên sự phân dị trầm tích: một số khoáng vật kém bền vững bị phá hủy trong quá trình di chuyển => trầm tích đới ven bờ có ~70% là thạch anh, ~20% là Feldspar, còn lại là các khoáng vật nặng như Horblende, Garnet, Magnetite, Ilmenite, Zircon, • Ngoài ra còn có một số khoáng vật bóc mòn từ đới ven bờ • =>Thành phần khoáng vật trong trầm tích có thể được sử dụng để nghiên cứu nguồn gốc vật liệu
22. Độ hạt
23. Biểu đồ phân bố thành phần độ hạt dạng cột (histogram) ɸ = -log2d (Krumbein, 1936)
24. Biểu đồ phân bố thành phần độ hạt dưới dạng đường cong lũy tiến (Accumulative curve)
25. Các thông số thống kê độ hạt  + M = 84 16 (Otto,1939 & Inman,1952) d 2  + + M = 84 50 16 (Folk &Ward,1957) d 3  −  = 84 16  2 M d −50  =   • Kích thước trung phương d50 (ɸ50): Một nửa trọng lượng mẫu tt có hạt mịn hơn d50 và một nửa trọng lượng hạt thô hơn d50 • Kích thước hạt trung bình (Md ɸ ) • Độ chọn lọc: σɸ≤0,5: Chọn lọc tốt σɸ≥1: chọn lọc kém • Độ lệch: αɸ nghiêng về phía hạt thô: môi trường bóc mòn; αɸ>0 => nghiêng về phía hạt mịn: môi trường lắng đọng
26. Các thông số thống kê độ hạt • Độ rỗng Tham khảo thêm trong SGK) • Độ thấm 2 ( s − )gd • Tốc độ chìm của hạt trầm tích: w = 18 • Lưu ý trong môi trường biển, vật liệu trầm tích chịu tác động của sóng và thủy triều => giá trị tính được cần phải xem xét đến các tác động của các yếu tố dòng chảy