Loeng 10a

1. Loeng 10a Setete transport: põhimõisted EMH0090 Rannikuprotsessid

2. Settematerjali päritolu (miljardid tonnid)(sulgudes: lahustunud/aurustunud) EMH0090 Rannikuprotsessid

3. Kuidas setted rannikumeres ringi käivad Lained EMH0090 Rannikuprotsessid

4. Setete transpordi suund: sageli aimatav ranna morfoloogia baasil EMH0090 Rannikuprotsessid

5. Setete transpordi kontrollivad tegurid • Setteosakeste suurus • Setete kohesioon / nidusus • Setete tihedus • Vee liikumise kiirus & suund Setete liikumahakkamine: läveline protsess Algab, kui vee kiirus>uhtumise kiirus EMH0090 Rannikuprotsessid

6. Setteosakesed: (purdosakeste) lahtirebimine põhjast Transport Settimine Rand tervikuna: Kulutus Transiit Kuhjumine 2 * 3 protsessi EMH0090 Rannikuprotsessid

7. Lained Vee liikumine pulseeruv nii suuna kui kiiruse poolest Põhjalähedane transport kombineerituna heljumi (re)suspensiooniga Transport nii piki randa kui ka risti rannajoonega Hoovused Vee liikumise suund & kiirus püsivad Põhiline heljumi transport kogu veesambas Peamiselt piki samasügavusjooni Setteid liigutavad Ühine omadus: vesi liigub nii lainetes kui ka hoovustes; ja liikuv vesi paneb setted liikuma EMH0090 Rannikuprotsessid

8. Põhjalähedane transport Libisemine (sliding) Veeremine (rolling) Hüplemine (saltation) Toimub päris põhja lähedal Heljumi transport Peenemad setteosakesed liiguvad koos veemassiga Võimalik põhjast üsna kõrgel Transpordi viisid Dünaamiline tasakaal EMH0090 Rannikuprotsessid

9. Miks lained sageli olulisemad • Muutuva suunaga liikumised haaravad kergemini setteosakesi kaasa • Murduvad lained tekitavad turbulentsi  kohati väga suured vee kiirused • Turbulents hajutab peeneteralisi setteid (sh orgaanika) põhjast kõrgemale • Orbitaalkiiruste ebaühtlus: pinnal  ranna poole, põhja lähedal  sügavamale (diferentsiaalne transport sõltuvalt terasuurusest) EMH0090 Rannikuprotsessid

10. Transport lainetes EMH0090 Rannikuprotsessid

11. Vee edasikanne peaaegu lineaarsetes lainetes: trajektoorid ei ole suletud EMH0090 Rannikuprotsessid

12. Lainete poolt tekitatud vee transport Vee pinnal toimuv transport: keskmine kiirus Oluline parameeter: ak Kogu veesambas toimuv vee netotransport (tihedus) Starr (1947) Transport toimub veekihis laine tallast harjani Keskmine vee kiirus kogu veesambas EMH0090 Rannikuprotsessid

13. Mittelineaarsed efektid lineaarsete lainete juures: Radiation stress ehk kiirguspinge • Lainepinge dimensioon: jõud pinnaühikule (tüüpiline pinnajõud, vektor) • Tekib siis, kuid lained põhjustavad impulsi / massi levikut • Impulsi voog on suurem laine harja juures (lainelevi suunas) ja väiksem talla all (vastassuunas) • Tekib seetõttu, et lainete kõrgus on lõplik – s.t. mittelineaarne efekt; • Ometi kasutatakse selle omaduste selgitamiseks lineaarset laineteooriat • Põhjustab: veetaseme tõusu rannal, langust murdlainete tsoonis ning piki randa suunatud hoovuseid EMH0090 Rannikuprotsessid

14. Lained rannas • muutuvad ebasümmeetriliseks ja murduvad  vee transport ranna suunas laine harja lähistel • tekitavad lokaalse veetõusu (wave set-up) • tekitavad tagasivoolu põhja lähedal • tekitavad rannaga risti olevaid hoovuseid (rip currents) • tekitavad piki randa liikuvaid hoovuseid EMH0090 Rannikuprotsessid

15. Kõrge laine ranna lähistel: ei ole siinusekujulise profiiliga EMH0090 Rannikuprotsessid

16. Piisavalt lühikesed lained – praktiliselt lineaarsed Veel pikemad lained  solitonid Lineaarne – knoidaalne – soliton Pikad lained madalas vees: sobib Korteweg-de Vriesi võrrand, knoidaalsed lained Väga pikad lained madalas vees: KdV solitonid Veepind klassikalises lineaarses laines on siinusekujuline EMH0090 Rannikuprotsessid

17. Vee & setete edasikanne tugevalt asümmeetrilistes lainetes ranna lähistel (peenemad osakesed, mis paiknevad pinnakihis) EMH0090 Rannikuprotsessid

18. Lained rannas • muutuvad ebasümmeetriliseks ja murduvad  vee transport ranna suunas laine harja lähistel • tekitavad lokaalse veetõusu (wave set-up) • tekitavad tagasivoolu põhja lähedal • tekitavad rannaga risti olevaid hoovuseid (rip currents) • tekitavad piki randa liikuvaid hoovuseid EMH0090 Rannikuprotsessid

19. Laine rannas: vee liikumine edasi-tagasi EMH0090 Rannikuprotsessid

20. Lokaalne veetõus rannas (lähemalt vaadeldud veetaseme loengus) (põhjalähedal: undertow ehk tagasivedu) EMH0090 Rannikuprotsessid

21. Lained rannas • muutuvad ebasümmeetriliseks ja murduvad  vee transport ranna suunas laine harja lähistel • tekitavad lokaalse veetõusu (wave set-up) • tekitavad tagasivoolu põhja lähedal • tekitavad rannaga risti olevaid hoovuseid (rip currents) • tekitavad piki randa liikuvaid hoovuseid EMH0090 Rannikuprotsessid

22. Rip currents EMH0090 Rannikuprotsessid

23. EMH0090 Rannikuprotsessid

24. Rip currents: Küpros, 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid

25. Rip currents: Küpros, 2010 EMH0090 Rannikuprotsessid

26. Lained rannas • muutuvad ebasümmeetriliseks ja murduvad  vee transport ranna suunas laine harja lähistel • tekitavad lokaalse veetõusu (wave set-up) • tekitavad tagasivoolu põhja lähedal • tekitavad rannaga risti olevaid hoovuseid (rip currents) • tekitavad piki randa liikuvaid hoovuseid EMH0090 Rannikuprotsessid

27. Risti rannaga: keskväärtus =0 Lained ranna ääres: hoovused USACE 2002 Piki randa: keskväärtus >0  tõeline hoovus EMH0090 Rannikuprotsessid

28. Lained ranna ääres: hoovused II EMH0090 Rannikuprotsessid

29. Lainete poolt tekitatud hoovuste süsteem EMH0090 Rannikuprotsessid

30. Lainete poolt tekitatud hoovuse kiirus sõltub: • Lainekõrgusest • Lainete levikusuunast: ~sin(α) • Laineenergia randa jõudmise kiirusest: ~cos(α) • Ranna omadustest EMH0090 Rannikuprotsessid

31. Sõltuvus on üsna keerukas (Longuet-Higgins) Modifitseeritud rannanõlva kalle tanβ Murdumissügavuse indeks = murduva laine kõrgus / vee sügavus murdumiskohal C ~ 0.005-0.01 – põhjahõõrde koefitsient (Komar 1979, kehtib murdlainete tsooni keskel) EMH0090 Rannikuprotsessid

32. Kuidas lained transpordivad EMH0090 Rannikuprotsessid

33. Laine kiirus I: liiguvad laineharjad DEFINITSIOON FAASIKIIRUS on laineharjade leviku kiirus EMH0090 Rannikuprotsessid

34. Kiirus 2: vesi liigub laine sees Kiirus 3: energia liigubrühmakiirusega Lõpliku sügavusega vesi Horisontaal-suund Vertikaal-suund EMH0090 Rannikuprotsessid

35. Laine poolt tekitatud maksimaalne põhjalähedane kiirus Veeosakeste kiirus laines (ka lõpmata sügavas meres) sügavusel -H: sõltub nii mere sügavusest, lainekõrgusest kui perioodist EMH0090 Rannikuprotsessid

36. Kui suur on põhjalähedane kiirus? Lainekõrgus 1 m Looduslike lainete tavaline periood 3s Kiirlaevalainete tavaline periood >9s EMH0090 Rannikuprotsessid

37. Vesi liigub põhja lähedal: piirikiht Põhjast kõrgemal: põhja olemasolu vee liikumist ei mõjuta (nagu eeldatud lineaarses laineteoorias) Kihtide vahel: nihkepinge Põhja lähistel: vee kiirus väheneb seda enam, mida lähemal on veeosake põhjale Setteosakesi paneb liikuma kõige alumise veekihi liikumisest tingitud nihkepinge EMH0090 Rannikuprotsessid Põhi

38. Piirikihi käsitlus • Nihkepinget põhjas (enamasti) otseselt ei mõõdeta – see arvutatakse selle kaudu, kuidas vee kiirus muutub põhja lähedal • Eeldatakse, et vee kiirus väheneb logaritmiliselt • Kusjuures vesi jääb ‘seisma’ veidi põhjast kõrgemal • ‘Seisva’ veekihi kõrgus põhjast = põhja karedus • mis EI OLE otseselt seotud põhja ebatasasuste kõrguse või setete terasuurusega • Nihkepinge , kus on mingi kiirus (mida püüame edasises määratleda) • Nihkepinge ühik – sama, mis rõhu ühik EMH0090 Rannikuprotsessid

39. Poollogaritmiline skaala: võimaldab määratleda, kui kõrgel põhjast vesi päriselt seisma jääb Kuidas piirikihti käsitleda Lineaarne skaala: vesi jääb seisma veidi põhjast kõrgemal EMH0090 Rannikuprotsessid

40. Vee kiirus muutus põhja lähistel: teadmine baseerub katsetel Mõõdetud andmed (aga et päris põhja lähedal ei saa kiirust tegelikult mõõta, siis arvatakse [eeldatakse], et päris põhja lähedal muutub kiirus samade seaduste järgi, mis põhjast veidi kõrgemal) Hüpotees EMH0090 Rannikuprotsessid

41. Piirikiht ja nihkepinge: alternatiivne definitsioon u Nihkepinge põhjas (=mõjub sette osakestele) Kiiruse gradient vahetult põhja lähedal (väga raske määrata) Molekulaarne viskoossus Eddy viscosity (turbulentne viskoossus) Molekulaarne viskoossus: vedeliku omadus Turbulentne viskoossus: vedeliku liikumise omadus Mõlemaid on võimalik mõõta või hinnata EMH0090 Rannikuprotsessid

42. Nihkekiirus: kiirus, mida pole olemas! Kiiruse vertikaalset muutumist peegeldava sirge tõus poollogaritmilistes koordinaatides Katseliselt määratud (empiiriline) konstant Nihkekiirus (sõltub log alusest!) pinna karedus EMH0090 Rannikuprotsessid

43. Probleeme nihkekiirusega • z0 ja u* on teatavad tuletatud suurused, mitte reaalsed • Teooria kehtib ainult laminaarse voolamise korral • Kiiruse profiil ei pruugi olla sirge, eriti ajas muutuva hoovuse/laine tingimustes • Teooria kehtib ainult horisontaalse põhja jaoks EMH0090 Rannikuprotsessid

44. Vee kiirus ja ja setete liikumine Osakeste lahtirebimine raskendatud tänu nidususele Suuremad osakesed: vaid põhjalähedane transport Suurte osakeste liigutamiseks vajalik suur vee kiirus Väiksemad osakesed: transport vaid heljuvas olekus Suured osakesed + väike vee kiirus settimine Väljasettimise kiirus EMH0090 Rannikuprotsessid

45. Nihkekiirused liiva & kruusa jaoks (nidusus ebaoluline) Tegelikult nidusus oluline EMH0090 Rannikuprotsessid

46. Põhjalähedane ~nihkekiirus kuubis  ~hoovuse kiirus / orbitaalkiirus kuubis Proportsionaalne hoovuse / lainetuse poolt arendatava võimsusega Väikesed muutused kiiruses  suur muutus transpordis Heljuvas olekus Setteosakeste kontsentratsioon * hoovuse kiirus Sõltub (re)suspensiooni ja settimise bilansist (Re)suspensioon ~hoovuse kiirusruudus Transpordi intensiivsus (empiirika) Rannaprotsessid ebaproportsionaalselt intensiivsed tugevate tormide ajal EMH0090 Rannikuprotsessid

47. Erineva terasuurusega setted: kantakse edasi erinevatel kõrgustel EMH0090 Rannikuprotsessid

48. Lainete põhjustatud transpordi iseärasused: sõltuvus ka perioodist Põhjalähedane kiirus erineva perioodiga lainetes, mis paneb kvartsliiva liikuma EMH0090 Rannikuprotsessid

49. Pikad lained: “ulatuvad” sügavale 15s perioodiga laine kõrgus, mis paneb setteosakesed liikuma (horisontaalne põhi) EMH0090 Rannikuprotsessid

50. Laine tekitatud hoovus: tekitab ka transpordi Lainete võimsus rannajoone sihis rannajoone meetri kohta! Liiva transport piki randa: ligikaudne hinnang (Waves, tides and shallow-water processes) 0.77: iseloomustab vee tungimist liivamassidesse 0.6: iseloomustab liiva “pakituse” astet EMH0090 Rannikuprotsessid