2.1. Tổng quan về bãi triều
2.1.2. Quá trình hình thành và phát triển của bãi triều
Quá trình thành tạo bãi triều ven biển đã được các nhà nghiên cứu hết sức quan tâm, nhất là khi nghiên cứu về dải ven biển.
a. Động thái vật liệu trầm tích trong vùng triều:
Quá trình thành tạo bãi triều cũng khơng nằm ngồi các quy luật dạng bờ bồi tụ được hình thành ở những chỗ mà sự tích tụ của vật liệu trầm tích diễn ra tương đối lâu dài và bền vững. Nguồn gốc phát sinh của các dạng bờ bồi tụ được xem xét trên cơ sở sự di chuyển dọc bờ của vật liệu ở ven bờ và ở đáy biển. Sự biến động, thay đổi vận tốc di chuyển của vật liệu (và dòng vật liệu, nhất là sự suy giảm vận tốc, tham khảo thêm Bảng 2.1 và Bảng 2.2) được mang tải bởi sóng, dịng chảy làm cho toàn bộ hay một phần vật liệu lắng xuống đáy hoặc di chuyển ngang trên đáy. Do đó, mà hình thành các dạng địa hình bồi tụ: thềm, doi đất bãi nổi, đê cát, . .
Động thái (di chuyển hay lắng đọng) của vật liệu vụn trong nước vùng triều phụ thuộc chính vào động năng của khối nước chảy. Mối quan hệ này thể hiện theo công thức dưới đây:
F = mV2/2 F : động năng (hoạt lực) của khối nước chảy; m : khối lượng
nước chảy; V : tốc độ dòng chảy.
Trong dòng triều vectơ vận tốc V thay đổi liên tục theo không gian và thời gian về độ lớn, hướng ngay trong nửa chu kỳ triều.
Về tốc độ lắng đọng của vật liệu, theo thực nghiệm của Stốc, vật liệu vụn (chủ yếu dạng hạt hình cầu), trong chế độ nước yên tĩnh với nhiệt độ ~ 20° C thì tốc độ lắng đọng của vật liệu được tính theo cơng thức sau:
V= [2(d1 – d2)g/9μ]. r2 V: tốc độ lắng đọng của vật liệu (cm/s); d1: tỷ trọng của vật liệu; d2: tỷ trọng môi trường; g : gia tốc trọng trường; r : bán kính hạt; μ: độ nhớt môi trường.
Bảng 2.1. Tốc độ ban đầu nhỏ nhất để vận chuyển các hạt vụn có kích thƣớc khác nhau [4] Kích thước vật liệu (cm) Tốc độ (m/s) Kích thước vật liệu (cm) Tốc độ (m/s) Kích thước vật liệu (cm) Tốc độ (m/s) 0,05 0,25 1,00 2,50 0,35 0,50 0,60 0,70 5 10 15 25 0,85 1,00 1,10 1,20 50 75 100 150 200 1,50 1,75 2,00 2,20 2,40
Bảng 2.2. Tốc độ lắng đọng của hạt vụn tƣơng ứng với tốc độ dịng chảy [4]
Kích thước vật liệu (mm) Tốc độ lắng đọng vật liệu (mm/s) Tốc độ dòng chảy để vật liệu lắng đọng (mm/s) Nhiệt độ môi trường nước 5oC Nhiệt độ môi trường nước 20oC Giới hạn trên Giới hạn dưới 0,05 0,10 0,15 0,25 0,50 0,110 0,441 0,995 2,104 4,900 0,166 0,663 1,279 2,603 5,400 3,32 13,26 26,19 52,06 108,00 1,320 5,292 11,943 25,248 58,800
(Từ số liệu trong Bảng 2.2 có thể tìm hiểu được quy luật bồi lắng vật liệu bùn cát trong vùng triều).
Công thức Stốc sử dụng cho vật liệu kích thước hạt < 0,2 mm là phù hợp nhất (vật liệu vụn chủ yếu trong nước vùng triều).
Ngoài ra, trong nước triều cịn có các sản phẩm keo và hịa tan, khi có điều kiện thuận lợi thì chúng sẽ lắng đọng theo quy luật chung của tự nhiên.
b. Cơ chế thành tạo bãi triều:
Ở các cửa sông hay ven biển nơng gần cửa sơng, nơi có sự tương tác của các động lực biển và động lực sông, kết quả là tạo ra một số đơn vị địa mạo trong đó có bãi triều.
Bãi triều được thành tạo do động lực sóng, dịng chảy (dịng chảy sơng, dịng chảy biển ven bờ), thủy triều… trong đó dịng chảy giữ vai trị chính là vận chuyển và cung cấp vật liệu trầm tích, cịn dịng triều đóng vai trị chính trong q trình hình thành bãi triều. Khi mối tương quan giữa các yếu tố động lực ở khu vực tạo bãi triều bị mất cân bằng, làm cho khả năng vận chuyển vật liệu của dòng triều, dòng chảy bị tiêu giảm, khơng cịn đủ “năng lực” vận chuyển vật liệu; do vậy, vật liệu được lắng đọng. Theo thời gian, bãi triều được hình thành trên một số vùng như sau:
Cơ chế thành tạo bãi triều tại vùng giao thoa sóng triều
Tại vùng giao thoa của các sóng triều, tính chất thủy triều bị biến đổi nói chung có sự giảm nhỏ của biên độ và vận tốc từ ngoài vào trung tâm vùng giao thoa khi triều lên; ngược lại khi triều xuống vận tốc tăng dần từ trung tâm ra phía ngồi. Theo công thức ở phần trên, hoạt lực F cũng diễn biến tương tự vận tốc V; do vậy, sự lắng đọng vật liệu tăng dần từ ngoài vào trung tâm vùng giao thoa. Do sự giảm đột ngột của vận tốc dịng triều V và do đó sự giảm đột ngột của hoạt lực F, tạo ra sự trầm lắng bùn cát dẫn tới tại vùng giao thoa sóng triều hình thành dịng dị trọng. Các dịng nước đục có lượng ngậm bùn cát lớn theo dòng triều vào vùng giao thoa,
dòng nước trong từ trung tâm vùng giao thoa chuyển động ra ngồi tạo nên dịng chảy vịng dọc sơng hoặc lạch (rạch) triều. Kích thước vật liệu trầm lắng giảm dần từ ngoài vào trung tâm [4].
Cơ chế thành tạo bãi triều tại đoạn sông thủy triều cụt
Cơ chế xảy ra tại đoạn lạch (rạch) triều cụt (đê, đập, đường giao thông cắt qua kênh lạch). Trường hợp này diễn biến của trường vận tốc dòng triều V cũng như hoạt lực F tương tự vùng giao thoa sóng triều. Do vậy, quy luật lắng đọng, phân bố vật liệu cũng xảy ra tương tự như vùng giao thoa sóng triều. Nhưng trường hợp này trung tâm vùng giao thoa sóng triều là vị trí tận cùng của sơng thủy triều hoặc lạch thủy triều. Tại đây xảy ra sự giao thoa của các sóng triều tới và các sóng triều phản xạ [4].
Cơ chế thành tạo bãi triều trên hệ thống sông lạch do chuyển đổi đất ngập
triều sang đất không ngập triều được sử dụng (đô thị hóa, vườn cây ăn trái, đất trồng cạn…)
Đây là trường hợp các sông lạch vùng triều khơng cịn làm nhiệm vụ cấp và thoát nước triều cho các khu vực chứa nước nguyên thủy của nó. Cơ chế thành tạo bãi triều ở đây tương tự như trường hợp thủy triều cụt, lạch triều cụt. Ngồi ra, do đơ thị hóa, dịng triều trong các sơng lạch bị giảm nhỏ, bị triệt tiêu, dịng chảy vịng hình thành do dịng dị trọng giữa nước đục, nước trong. Nếu sông lạch được sử dụng vào việc thốt nước đơ thị cịn có dịng dị trọng giữa nước mặn (từ thủy triều), nước ngọt (từ nước thải), dòng dị trọng giữa nước thải (do chứa lượng lớn các chất hữu cơ, vô cơ…) với nước triều…do vậy sự bồi lắng sông rạch là điều hiển nhiên.
Cơ chế thành tạo bãi triều tại những khúc uốn của sơng, rạch vùng triều Do động lực dịng triều tại khúc uốn có lực ly tâm: F= mV2/R
R: bán kính cong; m: khối lượng nước chảy; V: vận tốc dịng chảy
Lực ly tâm tại bờ lõm có mực nước cao hơn so với bờ lồi, từ đó có dịng chảy đáy ngang với hướng vận tốc sát đáy từ bờ lõm sang bờ lồi, dòng chảy mặt hướng
từ bờ lồi sang bờ lõm với vận tốc tăng dần. Dòng chảy ngang kết hợp với dòng chảy dọc tạo dịng chảy xoắn ốc khép kín di chuyển dọc sông. Xem xét chi tiết chuyển động một nhân tố nước tại khúc uốn, ngoài tác dụng của lực ly tâm F cịn có áp lực nước P và trọng lực G. Hợp lực của lực ly tâm F và áp lực nước P có hướng, độ lớn của vận tốc dòng chảy, ở gần mặt nước dòng chảy hướng tới bờ lõm do lực ly tâm lớn hơn áp lực nước ở đáy dòng chảy hướng tới bờ lồi. Do áp lực nước lớn hơn lực ly tâm, dịng chảy đáy chuyển bùn cát, dịng chảy mặt xói lở bờ lõm sang bờ lồi và dưới tác dụng của trọng lực G, lượng bùn cát này sẽ lắng đọng lại.
c. Các giai đoạn hình thành, phát triển của bãi triều
Qua tìm hiểu nghiên cứu thực tiễn và các vấn đề vừa trình bày có thể nhận xét sự hình thành phát triển bãi triều qua các giai đoạn sau:
Giai đoạn khởi đầu (hình thành địa hình ban đầu)
Tại một vị trí nào đó có điều kiện thuận lợi (đoạn sơng thủy triều cụt, lạch triều cụt, các bờ lồi của đoạn sông thủy triều cong, các chỗ lồi lõm của bờ biển, vũng biển hay giữa các đảo, vùng giao thoa của sóng triều…) bãi triều được hình thành và phát triển khi bề mặt bãi triều tương đương với chân triều. Dưới tác động của dịng triều, lượng vật liệu (phù sa) tích tụ lớn hơn lượng vật liệu chuyển đi. Quá trình này diễn ra khi triều lên và triều xuống. Song song với các quá trình này, các lạch triều cũng được hình thành. Vật liệu giai đoạn này chủ yếu là cát, bùn.
Giai đoạn phát triển và trưởng thành địa hình phát triển đầy đủ
Đây là giai đoạn bề mặt bãi triều thốt ra ngồi chân triều nhưng thời gian ngập nước lớn hơn thời gian lộ ra ngồi khơng khí. Do đó, sự tương tác giữa đất và nước triều chiếm ưu thế nhưng lượng vật liệu trầm lắng nhỏ hơn so với giai đoạn khởi đầu vì thời gian trầm lắng giảm và lượng vật liệu chuyển đi có dấu hiệu tăng. Giai đoạn phát triển và trưởng thành kết thúc khi thời gian ngập bãi triều bằng thời gian mặt bãi triều lộ ra ngồi khơng khí. Trong giai đoạn này, bãi triều đã được mở rộng ra theo mặt bằng, tăng trưởng theo chiều cao, tính chất vật lý, hóa học, sinh học cũng được phát triển theo. Trên bãi triều, có thể có thực vật định cư và phát
triển. Như vậy, từ thời gian này, sự lắng đọng vật liệu ngoài các động lực dịng chảy, tính chất hóa lý, cịn có sự tham gia của thực vật.
Giai đoạn ngừng phát triển
Giai đoạn này bắt đầu khi giai đoạn phát triển và trưởng thành kết thúc, diễn tiến suốt thời gian bề mặt bãi triều còn bị ngập khi triều lên (triều cường). Trong giai đoạn này, lượng vật liệu lắng đọng nhỏ hơn lượng vật liệu bị chuyển đi vì mặt bằng bãi triều được nâng cao nên lượng vật liệu trầm lắng giảm. Do thời gian ngập giảm, độ sâu ngập giảm, độ dày chuẩn của bồi tích giảm và lượng vật liệu bị bào mòn, xâm thực tăng do thời gian tiếp xúc với khơng khí, ánh nắng mặt trời, gió và mưa tăng lên.
Giai đoạn suy thoái
Giai đoạn này chủ yếu xảy ra vì một lý do nào đó, chẳng hạn: biển lùi, vận động kiến tạo nâng…mà mặt bằng bãi triều chỉ bị ngập vào một số ngày triều lớn (cực đại) trong tháng, trong năm như chu kỳ nửa tháng vào kỳ giao hội (triều sóc vọng), chu kỳ năm vào kỳ xuân phân 21/3, thu phân 23/9 và chu kỳ 18,6 năm. Ngồi các điều kiện trên cịn thêm kinh độ của tiết điểm lên quỹ đạo mặt trăng N- 180 đối với bán nhật triều và bán nhật triều khơng đều. Cịn nhật triều và nhật triều không đều với chu kỳ nửa tháng, triều cực đại kỳ chỉ điểm (độ xích vĩ mặt trăng lớn nhất “ max” chu kỳ năm triều cực đại khi độ xích vĩ Mặt trời lớn nhất “ max” tương ứng Hạ chí 21/6 và Đơng chí 22/12, chu kỳ 18,6 năm… . Do các yếu tố trên, mặt bằng bãi triều chủ yếu chịu tác động mạnh của q trình phong hóa, bào mịn cũng như sự tác động của sinh vật, do đó bị phân dị chia cắt tạo ra một kiểu địa hình mấp mơ, lồi lõm khơng cịn bằng phẳng như giai đoạn phát triển.