GEOLOŠKI HAZARDI (44088, 57287)

Katarina Gobo 2018.

Obalna erozija, Happisburgh, UK. https://i.pinimg.com/originals/a3/69/1a/a3691a1ff1793f1cb4832c539500ab9a.jpg

Obale

Obale su osjetljiva područja podložna utjecaju mora, a obalne hazarde uzrokuju intenzivni fizički procesi poput valova, tsunamija, plime i oseke, jakih oluja, uragana, tajfuna. Hazardi postaju sve izrazitiji budući da većina svjetskog stanovništva živi u obalnom području.

Klimatske promjene dodatno povećavaju učinak fizičkih procesa. Porast razine mora utječe na promjene u učestalosti i magnitudi hazarda povećavajući rizik (vjerojatnost) njihove pojave.

To predstavlja neprekidan izazov za zaštitu i očuvanje obala, a ljudi ih često nastoje stabilizirati. 2

Gusto naseljena obalna područja su najpodložnija obalnim promjenama i degradaciji obala...

3

Morfologija klastične obale

zona prelamanja

zona pjenušanja

zona zapljuskivanja

surf breaker

prednji žal

swash

stražnji žal

berm

Valne zone i subokoliši siliciklastične obale

4

Sastav plaža

Plaže su građene od materijala koji je lokalno prisutan, a mogu biti:

– šljunčane (valutice potječu od obližnjih stijena/klifova)

– pjeskovite (pijesak donesen rijekama)

– glinovite (glina/mulj donesene rijekama)

U tropskim krajevima, plaže obiluju biogenim materijalom (npr. koraljnih grebena).

5

Koji faktori oblikuju obalu?

Obale se većinom oblikuju pod utjecajem valova, vjetra, morskih struja i morskih mijena, koji neprekidno erodiraju, prenose i pretalože obalni sediment. Stupanj erozije i taloženja nije stalan, već se mijenja ovisno o dobu dana, godišnjem dobu, vremenskim prilikama...

https://coastal.er.usgs.gov/response/wa-or/airphotos/large/img07a.jpg 6

Nastanak valova

vjetar

Vjetar smiče vodenu površinu i „gura” vodu

vjetar

vjetar vjetar

Kako val raste u visinu, površina izložena vjetru raste, tako da i val postaje sve veći

7

http://lipovscak.com/meteo/images/sm-valshema1.jpg

http://skola.gfz.hr/slike/d2_1_slika1.gif 8

smjer kretanja valova

brijeg vala dol vala

Valno kretanje uključuje kretanje naprijed na brijegu vala, prema dolje kad brijeg prođe, unatrag u dolu vala i prema gore s približavanjem novog brijega. Na površini, dijametar orbitalnog (kružnog) kretanja odgovara visini vala, a smanjuje se s dubinom.

9

Visina vala

Visina vala ovisi o:

• brzini vjetra

• trajanju vjetra

• dubini vodenog stupca

• vodenoj površini zahvaćenoj vjetrom (fetch)

Oplićavanje valova

zona oplićavanja

Duboka voda (dubina > L/2 )

zona tranzicije plitka zona

L/2 < dubina > L/20 dubina <= L/20

L = valna duljina

Valna baza

zona intenzivne erozije zona slabe

erozije

Valovi se lome kad je morsko dno na istoj ili 1,5 puta većoj dubini od visine vala.

10

Valovi na Jadranu maestral

bura

jugo superponirani valovi velike i male valne duljine

11

Valovi premještaju sediment

• okomito na obalu (prema obali i od obale) – swash – voda nadire na

obalu/plažu – backwash – voda se

povlači s obale/plaže

• duž obale – longshore current –

dužobalne struje prenose sediment duž obale, a nastaju zbog refrakcije valova koji koso udaraju o obalu

12

Dužobalni transport sedimenta

• odvija se u plitkoj zoni lomljenja valova

• sediment je transportiran cik-cak i generalno u smjeru dužobalne struje

• valovi i dužobalne struje godišnje prenose na milijune tona sedimenta

• smjer prijenosa nije stalan; mijenja se ovisno o smjeru nadiranja valova

13

14

Morfologija obale

Valovi i morske struje podižu sediment s morskog dna i prenose ga u suspenziji u smjeru kretanja. Valovi se približavaju obali pod određenim kutem i lome se u njenoj blizini, dok dužobalne struje (longshore currents) preraspoređuju sediment, na taj način stalno mijenjajući morfologiju obale. Stalan rad valova i struja, a samim time i stalno mijenjajuća morfologija obale često predstavljaju problem prilikom planiranja i gradnje objekata uz obalu.

15

Sezonalnost Zimi Ljeti

Česte jake oluje Manje i blaže oluje

Intenzivniji valovi Slabiji valovi

Prevladava povlačenje vode (backwash) Prevladava nadiranje vode (swash)

Uža plaža Šira plaža

Zaravnjeno obalno lice (beachface) Strmije obalno lice (beachface)

Mogu nastati obalni prudovi Nastaje berm, ali ne obalni prudovi

Kratkotrajnija morfologija (sati, dani) Dugotrajnija morfologija (tjedni, mjeseci)

16

Morske mijene

Morske mijene (plima i oseka) nastaju uslijed gravitacijskog privlačenja Sunca i Mjeseca na vodene mase na Zemlji. Najizraženije su za vrijeme uštapa i mladog mjeseca, kada se Sunce i Mjesec nalaze u istoj ravnini. Ovisno o amplitudi morskih mijena, razlikujemo: • mikroplimne (< 2 m) • mezoplimne (2-4 m) • makroplimne obale (> 4 m)

Mjesečeva orbita

Mjesec

Legenda utjecaj Mjesečeve gravitacije na plimu i oseku utjecaj Sunčeve gravitacije na plimu i oseku gravitacijsko djelovanje Mjeseca gravitacijsko djelovanje Sunca

17

Morske mijene u zaljevu Fundy (1:51)

https://www.youtube.com/watch?v=qfhNjpu_IU4 18

Promjene razine mora

Dva glavna procesa koji dovode do promjena razine mora su: • lokalna tektonika

– primjeri: izdizanje zapadne obale SAD-a, sjeverne obale Peloponeza... – izostatske promjene uslijed kopnjenja ledenjaka (izdizanje)

• globalne (eustatske) promjene razine mora – zbog promjena u volumenu mora/oceana – zbog promjena u kapacitetu oceanskih bazena

Kad bi sav preostali led na Zemlji okopnio, razina mora bi se izdigla za oko 70 m!

19

Kako bi Zemlja izgledala kad bi svi ledenjaci okopnili? (2:44)

https://www.youtube.com/watch?v=VbiRNT_gWUQ 20

Vrste obala

Faktori koji utječu na tip obale: • tektonska aktivnost • litologija • trošenje i erozija • donos sedimenta • marinski procesi (valovi,

morske mijene, morske struje) • eustatske promjene razine

mora • vremenski period kojem je

obala izložena oblikujućim faktorima

http://www.sepmstrata.org/CMS_Images/BoydEtAl92.gif

21

Vrste obala

• izranjajuće (erozijske) obale – strme obale s razvijenim

klifovima, lukovima i marinskim terasama

– postoje u područjima aktivnog izdizanja

– npr. pacifička obala SAD-a

• potopljene obale – blage, zaravnjene obale,

potopljene riječne doline (estuariji)

– nastaju uslijed tektonskog spuštanja (slijeganja) ili eustatskog porasta razine mora

– česti su barijerni otoci, lagune, pješčani prudovi

http://geophile.net/Lessons/coasts/coasts_03.html 22

Izranjajuće (erozijske) obale

http://www.tulane.edu/~sanelson/Natural_Disasters/coastalzones.htm

• nastanak morskih špilja i lukova rezultat je diferencijalne erozije

• stjenovite obale s klifovima podložne su padinskim procesima (odronima)

Abrazija klifa može se smanjiti/usporiti zbog akumuliranog materijala na abrazijskoj terasi

23

Potopljene obale

Barijerni otoci su uski pješčani hrptovi koji se protežu paralelno s obalom, stvarajući lagunu između otoka i obale. Nastaju premještanjem sedimenta dužobalnim strujama, a oblik im se često mijenja uslijed promjena morskih uvjeta (jaki valovi ih mogu erodirati).

Venecija

barijerni otoci

laguna

24

Uzroci obalnih hazarda

• valovi i dužobalne struje – neprestano djeluju na obale

• oluje (npr. El Niño)

– snažne oluje, vjetrovi, tajfuni i uragani izazivaju eroziju obale, uključujući padinske procese na obalama

– olujni valovi su brži, viši i snažniji, dosežu dublje u obalu uzrokujući intenzivniju abraziju i eroziju

– olujni valovi utiskuju vodu i zrak u pukotine na klifovima, uzrokujući njihovo širenje i povečavajući nestabilnost klifova

• porast razine mora

• smanjen donos sedimenta – poremećaj u ravnoteži između donosa i uklanjanja sedimenta rezultirat će ili obalnom

erozijom ili progradacijom obale

• antropogeni objekti

25

Vrste obalnih hazarda

1. Obalna erozija i nestabilnost obale – zbog valova, oluja, promjena u donosu sedimenta, obalnih

(antropogenih) struktura/objekata, porasta razine mora

2. Plavljenje obala – Zbog oluja, kopnjenja ledenjaka na polovima, subsidencije,

tsunamija...

3. Tsunamiji

4. Porast razine podzemnih voda i zaslanjenost tla u nizinskim predjelima – zbog oluja, obilnih oborina, porasta razine mora

26

Učinci obalnih hazarda

PRIMARNI

• nestabilnost obale

• razaranje obale • padinski procesi

(npr. odroni) • plavljenje obale • zaslanjivanje tla • utapanje • uništenje

imovine i infrastrukture

SEKUNDARNI

• oštećena ili uništena infrastruktura (kuće, prometnice...)

• požari uslijed oštećenih električnih i plinskih instalacija

• erozija tla • smanjeni

poljoprivredni prinosi

27

TERCIJARNI

• promjena obalne linije

• promjena količine tla

• ekonomski gubitci

• glad

• ekonomska i politička nestabilnost pogođene regije

Obalna erozija

Obalna erozija ili povlačenje obale je proces smanjivanja površine obale jer je uklanjanje sedimenta veće od njegovog donosa. Obalna erozija može biti: • brzi, nagli hazard (događa se brzo, u pitanju su dani i tjedni) • spori hazard (događa se tijekom više godina, desetljeća i stoljeća) Obalnu eroziju najčešće uzrokuju valovi i struje, ali i padinski procesi i subsidencija. Najizrazitiju eroziju povremeno izazivaju jake oluje, poplave i tsunamiji. Ona može biti uzrokovana i antropogenim aktivnostima, poput iskapanja pijeska/šljunka ili smanjenog donosa riječnog sedimenta zbog regulacije riječnog toka. Obalna erozija postaje hazard kad izravno ugrožava ljude i infrastrukturu.

28

29

http://coastalcare.org/wp-content/uploads/2014/02/europe-coastal-erosion-map.jpg

Obalna erozija na pacifičkoj obali (6:30)

https://www.youtube.com/watch?v=pNj5nEHD81M 30

31

Obalna erozija u UK

https://www.edp24.co.uk/news/environment/aerial-photos-of-happisburgh-spanning-13-years-show-ravages-of-coastal-erosion-1-3370564

Obalna erozija u UK (8:30)

https://www.youtube.com/watch?v=np3nkffPO84 32

Kako spriječiti obalnu eroziju?

U prošlosti, obalna erozija se sprječavala gradnjom različitih objekata na obali. Međutim, gradnja takvih objekata narušava prirodan transport sedimenta. Npr., pijesak će se zadržavati s jedne strane objekta, dok ga neće biti s druge strane, koja će tada biti podložnija eroziji. Obalna erozija ne može se u potpunosti spriječiti. Lokalno se ona može zaustaviti, ali to najčešće uzrokuje izraženiju eroziju drugdje duž obale. Dva osnovna načina stabilizacije obale su: • čvrsta stabilizacija (gradnja objekata koji umanjuju erozivan učinak

valova) • prihranjivanje obale nasutim sedimentom

33

Čvrsta stabilizacija obale

Strme obale (klifovi) podložni su padinskim procesima, dok su zaravnjene obale (plaže) podložne uklanjanju sedimenta valovima i dužobalnim strujama. Obale je općenito teško zaštititi od razornog djelovanja valova. Gradnja objekata koji bi umanjili obalnu eroziju narušava prirodni transport sedimenta, skupa je i iziskuje redovito održavanje, a često rezultira i neželjenim posljedicama. Četiri glavna načina čvrste stabilizacije obale: 1. pera i niz pera (groins and groin fields) 2. valobrani (jetties) 3. razbijači valova (breakwaters) 4. obalni zidovi (seawalls)

namjena: smanjenje dužobalnog transporta sedimenta

namjena: smanjenje jačine valova

Problemi: promjena smjera dužobalne struje zbog izmijenjene refrakcije valova, erozija obale ili taloženje sedimenta na drugim mjestima 34

Pera i niz pera (groins i groin fields)

• grade se okomito na pružanje obale, a najčešće se koristi niz pera (ne samo jedno)

• koriste se da bi smanjili dužobalno premještanje sedimenta

• plaža između dva pera je asimetrična šira je u smjeru dužobalne struje zbog nanosa sedimenta, dok je u zaleđu pera uža zbog erozije Niz pera na plaži Hidrobaza kraj Pule

Kako je usmjerena dužobalna struja?

35

Valobrani (jetties)

• grade se okomito na obalu

• grade se u paru

• zaštita za ulaz u luke

valobrani pera

36

Razbijači valova (breakwaters)

• grade se paralelno s obalom • dizajnirani da zaštite luke od valova • mogu uzrokovati eroziju i iziskuju jaružanje i

iskapanje kako bi područje ostalo stabilno

Razbijač valova Dolos koji štiti luku Ngqura, JAR

37

Obalni zidovi (seawalls)

• destruktivni za obalu

• dizajnirani da zaštite obalu i naselja

• rad valova s vremenom potkopa strukturu obalnih zidova, pa ih stalno treba održavati i popravljati

38

Različite izvedbe obalnih zidova

Obalni zid gabionskog tipa Betonski konkavni zid

Stepeničasti i konkavni zid

Kameni nasip

39

Negativni učinci čvrste stabilizacije obale

http://www.tulane.edu/~sanelson/Natural_Disasters/coastalzones.htm 40

Kontroverze vezane za zaštitu obala od erozije (1)

• barijerni otoci duž obale Sjeverne Karoline u SAD pokazuju značajne promjene u morfologiji; plaže na otocima bez ugrađenih instalacija za stabilizaciju dosegle bi širinu od 100-200 m, dok su plaže na otocima sa stabilizacijom dosegle širinu od 30-ak m!

• neke od plaža duž istočne obale UK značajno su se smanjile i ugrozile obalne posjede

https://geographydirections.files.wordpress.com/2013/06/happisburgh-coast-line.jpg?w=625&h=278

Promjene na području Hoppisburgha u UK su značajne!

41

Google Earth Engine

42 https://earthengine.google.com/

Kontroverze vezane za zaštitu obala od erozije (2)

• Kako bi se neki od gradova u južnoj Kaliforniji zaštitili od poplava uslijed obilnih kiša, sagrađene su brane na nekim rijekama, time zadržavajući velike količine sedimenta uzvodno. Zbog smanjenog donosa sedimenta na obalu, narušena je prirodna ravnoteža, te dolazi do erozije obale.

https://www.eenews.net/special_reports/Damage/stories/1060059083 43

Kontroverze vezane za zaštitu obala od erozije (3)

• Savezna država Louisiana u SAD se većinom sastoji od sedimenata istaloženih iz rijeke Mississippi u posljednjih 10.000 godina. Zbog obrane od poplava, ljudi su rijeku ogradili sustavom nasipa do njenog ušća. Prethodno istaloženi riječni sediment je uslijed kompakcije podložan slijeganju, s posljedicom relativnog porasta morske razine. Uz postojeće eustatsko izdizanje razine mora, erozija obale u južnoj Louisiani je izrazito intenzivna i doseže 65 km2 godišnje (što je približno kao nestanak jednog nogometnog igrališta svakih 45 minuta!)

https://bloximages.newyork1.vip.townnews.com/theadvocate.com/content/tncms/assets/v3/editorial/5/64/564f4545-7f52-571c-b21b-6777ef0f7ba4/5751f910d5384.image.jpg

44

Alternative za čvrstu stabilizaciju

1. Ograničena gradnja čvrstih instalacija – najjednostavnije rješenje – ograničavanje gradnje u blizini obala

2. Nasipavanje – nasipavanje pijeska/šljunka na plažu – skup postupak jer materijal treba iskopati i dopremiti, a učinkovitost je upitna može čak imati i negativne posljedice po ekosustav ako se nasipava materijal drugačijeg mineralnog sastava / veličine zrna od izvornog

– primjer: nasipavanje jedne plaže u New Jerseyju u SAD je 1982. godine stajalo 5,2 milijuna $, a obalna erozija uklonila je dopremljeni pijesak za samo 2,5 mjeseca!

3. Stabilizacija zaobalja vegetacijom i ogradama

4. Premještanje (relokacija) – premještanje struktura i objekata umjesto gradnje čvrste stabilizacije

45

Zaslanjivanje tla

Prodor morske vode u površinske tokove i vodonosnike dovodi do njihovog zaslanjivanja, što nadalje rezultira zaslanjivanjem tala i problemima u poljoprivredi. U RH, problem zaslanjenosti tala je najizrazitiji: • u dolini donje Neretve u Dubrovačko-

neretvanskoj županiji • na području Vranskog polja u

Zadarskoj županiji • u dolini Mirne u Istarskoj županiji

Stupanj zaslanjenosti tla procjenjuje se na temelju električne provodljivosti saturacijskog vodnog ekstrakta tla.

46

Zaslanjivanje tla – primjer doline Neretve

Dolina donje Neretve važno je poljoprivredno područje u RH, gdje se uzgaja oko 90% ukupne proizvodnje citrusa, 50% ukupne proizvodnje kupusnjača i oko 35% ukupne proizvodnje lubenica u RH. Poljoprivredna tla donje Neretve imaju različiti stupanj zaslanjenosti u različitim horizontima. Gotovo 40% poljoprivrednog prostora je srednje zaslanjeno (EC > 2 dS/m), a oko 60% površina do dubine od 1 m također ima srednju zaslanjenost. Zaslanjenost se prostorno i vremenski mijenja ovisno o udaljenosti od mora, hidrološkom režimu, kvaliteti vode za navodnjavanje. Monitoringom je utvrđeno da nastavak procesa zaslanjivanja može dovesti do smanjenja prinosa, trajnog gubitka poljoprivrednih površina, a u konačnici i do iseljavanja stanovništva (procjene iz 2013. godine navode da je pod rizikom od iseljavanja oko 7.300 stanovnika, što čini 26% ukupnog stanovništva tog područja).

http://www.platforma.hr/images/dokumenti/Procjena_rizika_RH_svi_FINAL.pdf

47

Zaslanjivanje tla – primjer doline Neretve

Zaslanjivanje tla je kontinuirani proces koji ovisi o drugim procesima kao što su: • prodor morske vode • slijeganje tla • podizanje razine mora • vremenske i klimatske promjene

Veća količina oborina zimi i u proljeće ublažava prodor morske vode u podzemne vode, dok periodi bez obilnih oborina (pogotovo ljeto) dovode do intenzivnijeg zaslanjivanja. Do naglih intruzija morske vode može doći i zbog zahvata prevođenja vode iz rijeke Neretve koji bi mogli smanjiti protok vode u rijeci i time pojačati efekt zaslanjivanja podzemnih i površinskih voda.

48

Kako razumijeti i predvidjeti obalne hazarde?

Za razumijevanje i predviđanje obalnih hazarda potrebno je znati kako, kada i gdje oni djeluju. U tu svrhu rade se: • analize na terenu, uključujući monitoring kamerama,

mareografima i sl. • analize pomoću računalnih programa / modeliranje u

svrhu predviđanja budućih hazardnih događaja i/ili stope obalne erozije

• statističke analize • karte plavljenja • karte obalne erozije

49

50 http://www.crmc.ri.gov/maps/shorechange/Westerly_Napatree-Beach.pdf

Primjer karte obalne erozije

Učinkovito upravljanje obalama

Učinkovito upravljanje obalama može očuvati okoliš i prirodnu dinamiku obale. Za učinkovito upravljanje potrebno je: • provesti terenska istraživanja • identificirati ugrožena područja • procijeniti ranjivost područja na klimatske promjene • educirati stanovništvo i lokalnu upravu • osmisliti učinkovit sustav upozorenja u slučaju opasnosti • uspostaviti odgovarajuće građevinske propise • razviti i ispuniti strategije adaptacije • komunicirati i razmijeniti iskustva s drugim institucijama za

upravljanje obalama

51

52