波力如何通过研究人员量化的夏威夷沿海侵蚀

Waianapanapa国家公园的风暴在毛伊。

击中海岸线的海浪的平均力量可以预测海岸侵蚀的速度。

数百万年来，夏威夷火山已经形成了一系列延伸的火山群岛，北太平洋延伸，每个方向的海浪被远处的风暴搅动或在贸易风中携带，并将岛屿的海岸线带到不同程度。

现在，MIT和其他地方的研究人员发现，在夏威夷，每年的波浪所提供的能量量是岩石海岸线将侵蚀的快或慢速度的良好预测因素。如果波浪大而频繁，海岸线将更快地侵蚀，而较小的频率越少，海岸越慢。

他们的学习有助于解释夏威夷群岛的蜿蜒海岸线，在那里面对朝鲜的海崖，经历了遥远的暴风雨和持久性贸易风险的大浪，已经侵蚀了进一步的内陆。相比之下，面向朝南的海岸通常享受平静的水域，较小的波浪，因此较少侵蚀的海岸。

该结果，本月在日记地质中发表，也可以帮助科学家预测世界各地的其他岩石海岸在海岸通常经历的波浪的力量，世界各地可能会侵蚀。

“超过一半的海洋海洋海岸线是岩石海悬崖，因此海崖侵蚀影响了很多沿海居民和基础设施，”这项研究和前研究生博士的作者Kim Huppert'11，Phd'17和MIT的前研究生地球，大气和行星科学系。“如果风暴随着气候变化而增加，波浪变大，我们需要具体了解波浪如何影响侵蚀。”

现在是德国地球科学研究中心高级研究科学家的Huppert与Taylor Perron，地球教授，大气和行星科学和麻省理工学院的副部门负责人，以及伍兹洞的Andrew Ashton海洋学机构。

水槽和雕刻

科学家们有一些想法，沿海侵蚀的速度取决于对该海岸行事的波浪的力量。但到目前为止，没有系统的研究以确认这种关系，主要是因为可能有这么多其他因素可以妨碍沿海侵蚀。

该团队发现夏威夷群岛提供了一个理想的环境，用于研究这种关系：岛屿都是由相同类型的基岩制成，这意味着它们不必考虑多种类型的岩石和沉积物以及它们在侵蚀中的差异;岛屿居住在大型海域，产生广泛的波浪“气候”或不同尺寸和频率的波浪。

“当你绕过不同岛屿的海岸线时，你看到非常不同的波浪气候，只需转动岛的一个角落，”Huppert笔记。“岩石类型都是一样的。所以夏威夷是一个很好的自然实验室。“

研究人员专注于夏威夷，毛伊岛和Kaho'olawe岛周围11个沿海地点的研究，每个地区都面临太平洋的不同地区，产生不同的尺寸和频率的波浪。

在考虑这些各个地点的波力之前，他们首先致力于估计在近百万年的每个沿海地区的海悬崖上的平均速度。鉴于岛屿的原始档案，该团队试图确定今天夏威夷群岛沿海概况的侵蚀率，这可以从每个岛屿的地形估算。为此，他们首先要考虑每个岛的垂直运动和海平面随着时间的变化而变化。

在火山岛形式之后，它不可避免地开始消退，或在自己的重量下沉沦。作为一个岛屿的水槽，海洋与岛屿相互作用的水平，就好像你要把自己降低到一个游泳池：水的表面可以从你的脚踝开始，然后逐渐在膝盖，腰部，最终搭配肩膀和下巴。

对于一个岛屿，它越慢地下沉，大海的时间越多，在特定的海拔地区雕刻出海岸线。相比之下，如果一个岛屿迅速下沉，大海只有在岛屿上进一步进入岛屿之前的途中才能进入海岸，揭露海上的新海岸线磨损。因此，岛屿下沉强烈影响海岸在任何特定的海拔地区撤退了内陆的速度，超过数百万年。

为了计算岛屿沉没的速度，该团队使用模型来估计岩石圈，火山群岛坐在地球上的最外层，落下了过去一百年形成的每个夏威夷火山的重量。因为夏威夷群岛紧密靠近，一个岛屿的沉没也可以影响邻近岛屿的沉没或升起，类似于一个孩子可以像另一个孩子沉入蹦床一样反弹的方式。

该团队使用该模型来模拟近百万年的各种可能的岛屿沉没，以及随后的海悬崖和海岸线的侵蚀。他们寻找最佳与当今现代海岸线的最佳岛屿原始海岸线的情景，并将各种所产生的侵蚀利率与他们专注于他们的研究中的11个地点相匹配。

“我们发现侵蚀利率在每年17毫米到每年118毫米的不同地点，”Huppert说。“该范围的上端每年近于一半的一半，所以这些速率中的一些速度对于岩石而言非常快。”

大小的波浪

他们在研究中选择了11个沿海地点的变化：一些海悬崖面对北方，他们被遥远的暴风雨产生的强烈的波浪殴打。其他面向朝北的海岸体验来自东北的贸易风险，并产生较小但更频繁的波浪。沿海地点面对南方体验的较小，频繁的波浪相比。

该团队将每个站点的侵蚀率与每个站点经历的典型波力进行比较，它们从波浪高度和频率测量结果源于浮标数据。然后他们将11个位置的波力与它们的长期腐蚀率进行比较。

他们发现的波动与沿海侵蚀率之间是一种相当简单的线性关系。海岸经验的波浪越强，海岸侵蚀的速度越快。具体而言，他们发现每隔几天发生的尺寸的波浪可能是速度侵蚀的速度比较大但不太频繁的风暴波更好的指标。也就是说，如果在正常的波浪上，非常不甾态的日子很大，海岸很可能很快侵蚀;如果典型的波浪较小，海岸正在慢慢退回。

研究人员称，在夏威夷进行这项研究允许他们确认这种简单的关系，而不会混淆自然因素。因此，科学家可以利用这种关系来帮助预测世界其他地区的岩石海岸可能会发生变化，随着气候变化，海平面和波浪活动的变化。

“海平面沿着世界上大部分的海岸上升，而持续的气候变化的风和风雨的变化也可以改变波浪制度，”珀罗指出。“为了能够隔离波浪气候对沿海侵蚀的速度的影响让您更接近特定地点并计算侵蚀率的变化。”

参考：“波动对夏威夷群岛基岩海悬崖侵蚀的影响”由金伯利L. Huppert，J. Taylor Perron和Andrew D. Ashton，3月4日2020年，地质.DOI：
10.1130 / g47113.1.

该研究部分由NEC公司和美国国家航空航天局提供支持。