Introduction to Coastal Engineering - d'Angremond

8/10/2019 Introduction to Coastal Engineering - d'Angremond

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d Angremond

Pluim Van er

Velden


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C T 4 3 0 0 I n t r o d u c t i o n C o a s t a l E n g i n e e r i n g

S e p t e m b e r 2 0 0 1 P r o f .i r . K . d ' A n g r e m o n d , i r. E . T. J .i V I. P l u i m - V a n d e r V e l d e n

7 1 0 2 2 2


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D e l f t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y Facu l t y o f C i v i l Eng inee r ing and Geosc iences

Sec t i on o f Hyd rau l i c Eng inee r ing

On beha l f o f t he Sec t ion o f Hyd rau l i c Eng inee r ing pub l i shed by :

V S S D

Leeghwate rs t raa t 42 , 2628 CA De l f t , The Ne the r lands

te l . + 31 15 278 2124 , te le fax +31 15 278 7585 , e -ma i l : h l f@vssd .n l

i n te rne t : h t tp : / /www.vssd .n l /h l f


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1 .

I N T R O D U C T I O N 7

1 .1 T he co as t 7

1.2 C o a s t a l E n g i n e e r i n g 8

1.3 S t r u c t u r e o f t h e s e l e c t u r e n o t e s 8

1 .3 .1 Po s i t i on i n the cu r r i c u lu m 8

1.3.2 C o n t e n t s o f t h i s b o o k 9

1 .4 Au th o r s 10

1 .5 M i s c e l l a n e o u s 1 0

2 .

F R O M G E N E S I S O F T H E U N I V E R S E T O P R E S E N T - D A Y C O A S T L I N E 11

2 . 1 I n t r o d u c t i o n 11

2 . 2 G e n e s i s o f t h e u n i v e r s e , e a r t h , o c e a n , a n d a t m o s p h e r e 11

2 . 3 T h e G e o l o g y o f p l a n e t e a r t h 12

2 . 4 T e c t o n i c c l a s s i f i c a t i o n o f c o a s t s 19

2 . 5 T h e D u t c h c o a s t 2 2

2 . 5 . 1 G e o l o g i c a l h i s t o r y o f t h e D u t c h c o a s t 2 2

2 . 5 . 2 H u m a n i n t e r v e n t i o n 3 2

2 . 5 . 3 S e d i m e n t b a l a n c e 3 5

3 . C L I M A T O L O G Y 3 7

3 . 1 I n t r o d u c t i o n 3 7

3 . 2 M e t e o r o l o g i c a l s y s t e m 3 7

3 . 3 F r o m m e t e o r o l o g y t o c l i m a t o l o g y 3 8

3 . 4 T h e h y d r o l o g i c a l c y c l e 3 8

3 . 5 S o l a r r a d i a t i o n a n d t e m p e r a t u r e d i s t r i b u t i o n 4 0

3 . 6 A t m o s p h e r i c c i r c u l a t io n a n d w i n d 4 3

4 .

O C E A N O G R A P H Y 4 9

4 . 1 I n t r o d u c t i o n 4 9

4 . 2 V a r i a b l e d e n s i t y 5 0

4 . 3 G e o s t r o p h i c c u r r e n t s 5 2

4 . 3 . 1 C o r i o l i s A c c e l e r a t i o n 5 3

4 . 4 T h e t i d e 5 4

4 . 4 . 1 T h e v e r t i c a l t i d e 5 4

4 . 4 . 2 T h e h o r i z o n t a l t i d e 6 1

4 . 4 . 3 S p e c i a l E f f e c t s 6 1

4 . 4 . 4 D e v i a t i o n s f r o m t h e a s t r o n o m i c a l p r e d i c t i o n 6 2

4 . 4 . 5 S o u r c e s o f i n f o r m a t i o n 6 4

4 . 5 S e i c h e s 6 4

4 . 6 T s u n a m i s 6 6

W a v e s 6 7

4 . 7 . 1 ( L i n e a r ) W a v e T h e o r y 6 7

4 . 7 . 2 .

B r e a k i n g 7 6

4 . 7 . 3 I r r e g u l a r w a v e s 7 7

5 . C O A S T A L M O R P H O L O G Y 8 3

5 . 1 I n t r o d u c t i o n 8 3

5 .2 Su r f z o n e p r o c e s s e s 8 5

5 . 3 S e d i m e n t t r a n s p o r t 8 6

5 . 4 C o a s t l i n e c h a n g e s a n d c o a s t l i n e e q u i l i b r i u m 8 9

5 . 5 Q u a n t i f i c a t i o n o f t h e l o n g s h o r e t r a n s p o r t p r o c e s s 9 2

6 . C O A S T A L F O R M A T I O N S 9 5

6 . 1 I n t r o d u c t i o n 9 5

3


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6 . 2 S e d i m e n t d o m i n a t e d c o a s t a l f e a t u r e s 9 7

6 . 2 . 1 E s t u a r i e s 9 7

6 . 2 . 2 T i d a l f l a t s 1 0 0

6 . 2 . 3 D e l t a s 1 0 1

6 . 2 . 4 B e a c h e s 1 0 8

6 . 2 . 5 D u n e s 1 1 0

6 . 2 . 6 L a g o o n s

112

6 . 2 . 7 B a r r i e r c o a s t s 114

6 . 2 . 8 T i d a l i n l e t s 115

6 . 3 B i o l o g y d o m i n a t e d c o a s t l i n e s 116

6 . 3 . 1 S a l t m a r s h e s 116

6 . 3 . 2 M a n g r o v e s w a m p s 117

6 . 3 . 3 D u n e v e g e t a t i o n 119

6 . 3 . 4 C o r a l r e e f s 1 2 0

6 . 4 R o c k y c o a s t s 1 2 3

6 . 4 . 1 O r i g i n o f r o c k y c o a s t s 123

6 . 4 . 2 R o c k e r o s i o n 1 2 5

7 . C O A S T A L Z O N E M A N A G E M E N T

127

7 . 1 I n t r o d u c t i o n 1 2 7

7 . 2 G l o b a l c h a n g e s 1 2 7

7 . 2 . 1 G r o w t h o f t h e w o r l d p o p u l a t i o n 127

7 . 2 . 2 C l i m a t e c h a n g e a n d s e a l e v e l r i s e 130

7 . 2 . 3 P o l l u t i o n 1 3 1

7 . 3 T h e s o c i o - e c o n o m i c s u b s y s t e m 132

7 . 4 T h e n e c e s s i t y o f m a n a g e m e n t 135

7 . 5 M a n a g e m e n t t o o l s 139

7 . 5 . 1 W e i g h i n g t h e i n t e r e s t s 139

7 . 5 .2 M a n a g e m e n t p r a c t ic e 1 4 0

7 . 6 B u i l d i n g w i t h N a t u r e 1 4 2

8 . T I D A L I N L E T S A N D E S T U A R I E S 1 4 3

8 . 1 I n t r o d u c t i o n 1 4 3

8 .2 T id a l i n le t s 14 3

8 . 3 T i d a l c h a n n e l s 1 4 5

9 . P O L L U T I O N A N D D E N S I T Y P R O B L E M S 1 4 9

9 . 1 I n t r o d u c t i o n 1 4 9

9 . 2 P o l l u t i o n 1 4 9

9 . 2 . 1 T y p e s o f p o l l u t i o n 1 4 9

9 . 2 . 2 C o n t r o l m e a s u r e s 151

9 . 3 D e n s i t y c u r r e n t s i n r i v e r s 151

9 . 3 . 1 S a l i n i t y v a r i a t i o n s w i t h t i d e 1 5 2

9 . 3 . 2 S t a t i c s a l t w e d g e 1 5 4

9 . 3 . 3 H o r i z o n t a l s t r a t i f i c a t i o n 155

9 .3 .4 S i l t a t i on i n r i ve rs 157

9 . 3 . 5 M e t h o d s t o c o m b a t d e n s i t y c u r r e n t s i n r i v e r s 158

9 . 4 D e n s i t y c u r r e n t s i n h a r b o u r s 160

9 . 4 . 1 S i l t a t i o n i n h a r b o u r s 166

9 . 4 . 2 T h e p r a c t i c a l p r o b l e m 167

9 . 4 . 3 M e t h o d s t o c o m b a t d e n s i t y c u r r e n t s i n h a r b o u r s 171

1 0 .

P R A C T I C A L P R O B L E M S A N D C O M M O N S O L U T I O N M E T H O D S 173

1 0 . 1 I n t r o d u c t i o n 1 7 3

10.2 C o a s t a l p r o t e c t i o n p r o b l e m s 173

10.2.1 S t r u c t u r a l e r o s i o n o f c o a s t s 173

10.2.2 B e a c h a n d d u n e e r o s i o n d u r i n g s e v e r e s t o r m s u r g e s

175

4


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10.2.3 P r o t e c t i o n o f n e w l y r e c l a i m e d a r e a s 176

1 0 . 2 . 4 S t a b i l i z a t i o n o f d y n a m i c t i d a l i n l e t s 176

10.2.5 D i s c u s s i o n o f c o a s t a l p r o t e c t i o n p r o b l e m s 176

10.3 U s e o f s t r u c t u r e s i n c o a s t a l p r o t e c t i o n 177

10.4 S o l u t i o n s w i t h s t r u c t u r e s t o p r o b l e m s a s m e n t i o n e d 181

1 0 . 4 . 1 S t r u c t u r a l e r o s i o n o f c o a s t s 181

10.4.2

B e a c h a n d d u n e e r o s i o n d u r i n g s e v e r e s t o r m s u r g e s

182

10.4.3 P r o t e c t i o n o f n e w l y r e c l a i m e d a r e a s 183

1 0 . 4 . 4 S t a b i l i z a t i o n o f d y n a m i c t i d a l i n l e t s 183

10.5

S o l u t i o n s w i t h o u t s t r u c t u r e s t o p r o b l e m s a s m e n t i o n e d

184

10.5.1 Q u a l i t y r e q u i r e m e n t s f o r t h e s a n d 184

1 0 . 5 . 2 O r i g i n o f t h e s a n d 1 8 4

10.5.3 P l a c e s w h e r e s u p p l e t i o n i s u s e d 185

1 1 . D R E D G I N G 1 8 7

11.1 I n t r o d u c t i o n a n d D e f i n i t i o n s 1 8 7

11.2 T h e W o r l d o f D r e d g i n g 188

11.3 D r e d g i n g P r o c e s s a n d D r e d g i n g E q u i p m e n t 189

1 1 . 3 . 1 G e n e r a l 1 8 9

11.3.2 B r e a k i n g u p t h e S o i l S t r u c t u r e 189

11.3.3 V e r t i c a l T r a n s p o r t 190

11.3.4 H o r i z o n t a l T r a n s p o r t 190

11.3.5 D e p o s i t i o n 1 9 1

11.3.6 B a c k t o o n e p r o c e s s 191

1 2 U S E O F T H E O R Y IN D R E D G I N G 193

1 2 . 1 S o i l M e c h a n i c s 1 9 3

1 2 . 1 . 1 C l a s s i f i c a t i o n o f S o i l s 1 9 3

1 2 . 1 . 2 P o r o s i t y a n d B u l k D e n s i t y

193

1 2 . 1 . 3 P e r m e a b i l i t y 1 9 4

1 2 . 1 . 4 S t r e s s e s 195

1 2 . 1 . 5 D e f o r m a t i o n s 1 9 6

1 2 . 1 . 6 S t a b i l i t y o f s l o p e s 1 9 7

1 2 . 2 H y d r a u l i c s 198

1 2 . 2 . 1 G e n e r a l 1 9 8

1 2 . 2 . 2 S e d i m e n t T r a n s p o r t in o p e n c h a n n e l s 198

12.2.3 F l o w i n c l o s e d c o n d u i t s 199

1 2 . 2 . 4 S e d i m e n t t r a n s p o r t i n c l o s e d c o n d u i t s 2 0 0

1 3 .

D R E D G I N G C Y C L E 2 0 3

1 3 . 1 G e n e r a l 2 0 3

1 3 . 2 D i s i n t e g r a t i o n 2 0 3

1 3 . 2 . 1 S u c t i o n 2 0 3

1 3 . 2 . 2 J e t s 2 0 3

1 3 . 2 . 3 B l a d e s 2 0 3

1 3 . 3 V e r t i c a l t r a n s p o r t 2 0 4

1 3 . 3 . 1 M e c h a n i c a l T r a n s p o r t 2 0 4

13.3.2 H y d r a u l i c t r a n s p o r t 2 0 4

13.4 H o r i z o n t a l t r a n s p o r t 2 0 6

1 3 . 4 . 1 P i p e l i n e 2 0 6

1 3 . 4 . 2 B a r g e 2 0 7

1 3 . 5 D i s p o s a l 2 0 8

1 4 .

C O M M O N D R E D G I N G E Q U I P M E N T 211

1 4 . 1 G e n e r a l 2 1 1

14.2

T y p e s o f dr e d g e s

211

1 4 . 2 . 1 T r a i l i n g s u c t i o n h o p p e r d r e d g e 211

5


7/278

1 4 . 2 . 2 C u t t e r s u c t i o n d r e d g e 2 1 2

1 4 . 2 . 3 G r a b d r e d g e 2 1 2

1 4 . 2 . 4 Bacl


8/278

I


9/278

1.2 C o a s t a l Eng ineer ing

C o a s t a l e n g i n e e r i n g i s t h e g e n e r a l t e r m f o r a l l e n g i n e e r i n g a c t i v i t i e s r e l a t e d t o t h e c o a s t . T y p i c a l

e n g i n e e r i n g a c t i v i t i e s a r e :

s y s t e m , p r o c e s s a n d p r o b l e m a n a l y s i s

m a n a g e m e n t o f i n f o r m a t i o n a n d d a t a a c q u i s i t i o n p r o g r a m s

s y s t e m s c h e m a t i z a t i o n a n d m o d e l l i n g

p l a n n i n g , d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f a r t i f ic i a l s t r u c t u r e s

m e a s u r e s f o r t h e p r e s e r v a t i o n o f t h e n a t u r a l s y s t e m

I n o r d e r t o d e t e r m i n e w h i c h e n g i n e e r i n g a c t i v i t i e s m i g h t i n s e r v e a g i v e n s i t u a t i o n , a l l r e l e v a n t

a s p e c t s o f t h e c o a s t a l s y s t e m m u s t b e s t u d i e d . C o a s t a l p r o c e s s e s h a v e a l r e a d y b e e n d i v i d e d i n t o

n a t u r a l ( f o r e x a m p l e , s e d i m e n t t r a n s p o r t ) a n d s o c i o - e c o n o m i c p r o c e s s e s ( f o r e x a m p l e , z o n i n g

( D u t c h :

R u i m t e l i j k e O r d e n i n g ) a n d e c o n o m i c d e v e l o p m e n t o f t h e c o a s t a l z o n e ) . F o r c o a s t a l

e n g i n e e r s , th e s t u d y o f t h e n a t u r a l p r o c e s s e s i s a f o c a l p o i n t . T h e s t u d y o f t h e s o c i o - e c o n o m i c

p r o c e s s e s t e n d s to b e i n c l u d e d i n t h e s t u d y o f c o a s t a l z o n e m a n a g e m e n t . T h i s i s a m u l t i -

d i s c i p l i n a r y a c t i v i t y , i n w h i c h t h e c o a s t a l e n g i n e e r m u s t p l a y a n a c t i v e r o l e .

A s s t a t e d a b o v e , t h e c o a s t a l z o n e b o r d e r s c a n n o t b e c l e a r l y d e f i n e d . T h e c o a s t d o e s n o t s t o p

w h e r e t h e s e a s t a r t s . H o w e v e r , w h e r e d o e s i t e n d ? A t t h e e d g e o f t h e c o n t i n e n t a l s h e l f p e r h a p s ?

O r a t t h e b o u n d a r i e s o f o n e ' s t e c h n i c a l s k i l l s ? T h e i n l a n d b o r d e r i s e v e n m o r e d i f f i c u l t t o

d e t e r m i n e . A r i v e r c a n i n f l u e n c e a c o a s t v i a t h e s e d i m e n t it c a r r i e s s i n c e it c a n b e a s e d i m e n t

s o u r c e . A n y c h a n g e i n t h e ri v e r r e g i m e m a y t h u s h a v e s e r i o u s c o n s e q u e n c e s o n t h e c o a s t . T h u s ,

e i t h e r t h e w h o l e r i v e r b a s i n o r a t l e a s t p a r t o f it m u s t b e c o n s i d e r e d a s a n e l e m e n t o f t h e c o a s t a l

z o n e . I n o t h e r w o r d s , t h e f i e l d o f p l a y o f t h e c o a s t a l e n g i n e e r c o v e r s a v a r i e t y o f s u b j e c t s .

E n g i n e e r i n g a c t i v i t i e s h a v e a n e v e r - i n c r e a s i n g i n f l u e n c e o n t h e c o a s t b e c a u s e t h e t o o l s a v a i l a b l e

t o i n t e r f e r e i n t h e c o a s t a l p r o c e s s e s ( i . e . a r t i f i c i a l s e d i m e n t t r a n s p o r t b y m e a n s o f d r e d g i n g ) h a v e

b e c o m e v e r y p o w e r f u l . T h i s m e a n s t h a t t h e n e e d f o r a d e q u a t e c o a s t a l z o n e m a n a g e m e n t i s a l s o

g r o w i n g r a p i d l y .

B a c k t o t h e e n g i n e e r i n g k e y w o r d s . M o s t o f t h e m ( p r o b l e m , i n f o r m a t i o n , m e a s u r e m e n t , m o d e l ,

a r t i f i c i a l m e a s u r e s , a n d s t r u c t u r e s ) n e e d t o b e v i e w e d i n a l a r g e r c o n t e x t a n d t h i s c o n t e x t f o r m s

t h e c o n t e n t o f t h i s b o o k .

1 .3 S t r uc tu r e o f these lec tu r e no tes

1.3.1

Position in the cu rriculum

I n o r d e r t o i n t r o d u c e t h e r e a d e r t o t h e b a s i c s o f c o a s t a l e n g i n e e r i n g t h e s e l e c t u r e n o t e s c o n t a i n

a s e l e c t i o n o f s u b j e c t s . T h i s m e a n s t h a t m a n y t h i n g s c a n n o t b e t r e a t e d i n d e p t h b e c a u s e t h e

p r a c t i c e o f c o a s t a l e n g i n e e r i n g i s t o o d i v e r s e t o e n c o m p a s s e v e r y a s p e c t i n o n e s h o r t c o u r s e .

H o w e v e r , t h e m a i n p r o c e s s e s t h a t t a k e p l a c e a r o u n d t h e c o a s t a r e d e s c r i b e d . I n t h e c u r r i c u l u m

o f D e l f t U n i v e r s i t y , t h e p r e s e n t i n t r o d u c t o r y c o u r s e is f o l l o w e d b y m o r e s p e c i f i c l e c t u r e s o n

m o r p h o l o g y , c o a s t a l z o n e m a n a g e m e n t , t i d a l i n l e t s a n d e s t u a r i e s , a n d o n c o a s t a l s t r u c t u r e s . T h e

l e c t u r e n o t e s o f t h o s e c o u r s e s t o g e t h e r p r o v i d e a m o r e c o m p l e t e a n d c o m p r e h e n s i v e v i e w o f

c o a s t a l e n g i n e e r i n g a s a w h o l e . L i t e r a t u r e , o u t o f w h i c h m u c h i n f o r m a t i o n h a s b e e n p u t i n t o t h i s

b o o k , i s l i st e d a n d r e c o m m e n d e d w a r m l y .

8


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1.3.2 Contentsof

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book

F i r s t o f a l l , C h a p t e r 2 g i v e s a b r i e f d e s c r i p t i o n o f t h e c o a s t a s a p h y s i c a l s y s t e m . A s a n i m p o r t a n t

b a s i s , t h e p l a t e t e c t o n i c s t h e o r y i s d e s c r i b e d . T h i s i s t h e t e r r a i n o f t h e g e o l o g y . I n a d d i t i o n t o t h i s ,

t h e s i t u a t i o n in t h e N e t h e r l a n d s i s t r e a t e d . T h i s c o u n t r y h a s h a d a l o n g h i s t o r y o f e n g i n e e r i n g

w o r k s r e l a t e d t o t h e c o a s t . T h e c o a s t a l h i s t o r y o f t h e N e t h e r l a n d s d o e s n o t s t a r t , l i k e h i s t o r y i n

D u t c h s c h o o l s , w i t h R o m a n s c o n q u e r i n g G a u l b u t s o m e

18,000

y e a r s b e f o r e t h e p r e s e n t . M u c h

o f t h e b e d o f t h e N o r t h S e a w a s l a n d a t t h a t t i m e b u t t h e s e a l e v e l s t a r t e d r i s i n g a n d b r o u g h t t h e

c o a s t l i n e n e a r e r t o w h a t is n o w t h e D u t c h c o a s t . M a n y c h a n g e s w e r e d o c u m e n t e d d u r i n g t h e

h i s t o r i c a l p e r i o d a n d n o w t h e w o r k s o f t h e D e l t a p r o j e c t a n d m a n y o t h e r e q u a l l y v i s i b l e a n d l e s s

v i s i b l e a s p e c t s i l l u s t r a t e c o a s t a l e n g i n e e r i n g p r a c t i c e .

C l i m a t o l o g y , o c e a n o g r a p h y a n d m o r p h o l o g y a r e t h e n a m e s u n d e r w h i c h t h e n a t u r a l p r o c e s s e s

c a n b e d e f i n e d a n d t o g e t h e r t h e y f o r m t h e c o m p l e x s y s t e m o f n a t u r a l p r o c e s s e s t h a t g i v e s h a p e

t o t h e c o a s t w h i c h a r e d e s c r i b e d i n C h a p t e r s 3 t h r o u g h 5 .

C h a p t e r 6 i s d e v o t e d t o c o a s t a l f o r m a t i o n s . D i f f e r e n t p a r t s o f t h e w o r l d a r e v i s i t e d t o g i v e m o r e

d e t a i l e d i n f o r m a t i o n a b o u t t h e d y n a m i c s o f d i f f e r e n t c o a s t a l t y p e s .

C h a p t e r 7 d e a l s w i t h t h e c u l t u r a l a s p e c t s o f t h e c o a s t a l s y s t e m , a s f a r a s t h e y a r e r e l e v a n t t o

e n g i n e e r i n g p r a c t i c e a n d m o s t s p e c i f i c a l l y t o t h e s o c i a l a n d e c o n o m i c a s p e c t s . T o m a n , t h e c o a s t

h a s a l w a y s b e e n v e r y a t t r a c t i v e . S o c i o - e c o n o m i c a c t i v i t i e s h a v e a l w a y s b e e n i n t e n s e i n t h e

c o a s t a l z o n e , a n d t h e y a r e s t i l l g r o w i n g . T h e r e f o r e , g l o b a l s o c i o - e c o n o m i c p r o b l e m s , l i k e p o v e r t y ,

a r e s e r i o u s i n t h e c o a s t a l z o n e , t o o . T h e a n s w e r t o t h e m i s c o m m o n l y t h o u g h t t o l i e i n I n t e g r a t e d

C o a s t a l Z o n e M a n a g e m e n t . A n i n t ro d u c t i o n t o t h i s f o r m o f m a n a g e m e n t is g i v e n .

W h e r e f r e s h a n d s a l i n e w a t e r m e e t , p r o b l e m s c a u s e d b y d i f f e r e n c e s i n t h e d e n s i t y o f t h e w a t e r

c a n b e e x p e c t e d . A n o t h e r a s p e c t o f t h e c o a s t a l z o n e i s i t s v u l n e r a b i l i t y t o p o l l u t i o n . C h a p t e r s 8

a n d 9 a r e d e d i c a t e d t o b o t h t y p e s o f p r o b l e m s .

C h a p t e r 10 o f t h i s i n t r o d u c t i o n i n t o c o a s t a l e n g i n e e r i n g g i v e s s o m e p r a c t i c a l d e t a i ls o f t h e s u b j e c t .

S e v e r a l p r o b l e m s w h i c h m i g h t b e e n c o u n t e r e d in t h e e v e r y d a y p r a c t i c e o f t h e c o a s t a l e n g i n e e r

h a v e b e e n a d d e d . D e s i g n s k i l l s f o r m a m a j o r p a r t o f t h i s p r a c t i c e a n d t h e r e f o r e a t t e n t i o n p a i d t o

s o m e c o a s t a l d e s i g n b a s i c s .

C h a p t e r s 11 t o 1 5 d e s c r i b e t h e b a s i c a s p e c t s o f d r e d g i n g .

L a s t l y , t h e r e a r e s i x a p p e n d i c e s w i t h a d d i t i o n a l i n f o r m a t i o n o n t h e h i s t o r y o f t h e p l a n e t e a r t h , t h e

m e c h a n i c s o f r e l a t i v e m o t i o n ( C o r i o l i s a c c e l e r a t i o n ) , t h e t w o l a r g e s t c o a s t a l e n g i n e e r i n g w o r k s

i n t h e N e t h e r l a n d s ( T h e r e c l a m a t i o n o f t h e " Z u i d e r z e e w o r k s " a n d t h e D e l t a P r o j e c t ) , t h e r e a d i n g

o f h y d r o g r a p h i c c h a r t s a n d o n c e n t r i f u g a l p u m p s .

9


11/278

1.4 Authors

T h i s b o o k h a s b e e n c o m p i l e d b y a g r e a t n u m b e r o f p e o p l e , o n t h e s t a f f o f o r a t t a c h e d t o t h e

S e c t i o n o f H y d r a u l i c E n g i n e e r i n g o f t h e F a c u l t y o f C i v i l E n g i n e e r i n g a n d G e o s c i e n c e s o f D e l f t

U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y .

T h e m a i n a u t h o r s w e r e :

P r o f . I r K . d ' A n g r e m o n d , P r o f e s s o r o f C o a s t a l E n g i n e e r i n g , D e l f t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y

I r . E . T . J . M . Plu im-van d e r V e l d e n , D e l f t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y

V a l u a b l e c o n t r i b u t i o n s in t h e f o r m o f c o m m e n t s a n d / o r t e x t w e r e r e c e i v e d f r o m :

D r ir J . v a n d e G r a a f f , A s s o c i a t e P r o f e s s o r , D e l f t U n i v e r s i ty o f T e c h n o l o g y

I r. T . v a n d e r M e u l e n , W L | D e l f t H y d r a u l i c s

I r. G . J . S c h i e r e c k , A s s o c i a t e P r o f e s s o r , D e l f t U n i v e r s it y o f T e c h n o l o g y

I r C . M . G . S o m e r s , S ta f f m e m b e r , D e l f t U n i v e r s it y o f T e c h n o l o g y

M a n y o t h e r s c o n t r i b u t e d b y c o r r e c t i n g t e x t o r p r e p a r i n g f i g u r e s . In t h i s r e s p e c t t h e c o n t r i b u t i o n o f

t h e f o l l o w i n g p e r s o n s i s g r e a t l y a c k n o w l e d g e d :

V . L . v a n D a m - F o l e y

W . B . G .

B i j m a n , D e l f t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y

P . R a v e n s t i j n , D e l f t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y

I n g .

M . Z . V o o r e n d t , D e l f t U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y

1 . 5 M i s c e l l a n e o u s

T h i s b o o k h a s b e e n w r i t t e n b y a u t h o r s f r o m t h e N e t h e r l a n d s . S i n c e , s o m e o f t h e t e c h n i q u e s

d i s c u s s e d w e r e d e v e l o p e d in t h e N e t h e r l a n d s c e n t u r i e s a g o t h e E n g l i s h s o m e t i m e s h a s a

d i s t i n c t l y D u t c h f l a v o u r , f o r w h i c h t h e a u t h o r s m a k e n o a p o l o g y

T o a v o i d m i s u n d e r s t a n d i n g s , t h e r e a d e r is r e f e r r e d t o a s e v e n - l a n g u a g e v o c a b u l a r y o n c o a s t a l

e n g i n e e r i n g ( T h e L i v e r p o o l T h e s s a l o n i k i N e t w o r k

[ 1 9 9 6 ] ) .

I n t h i s b o o k , t h e m e t r i c ( m k s ) s y s t e m ( b a s e d o n t h e d e f i n i t i o n o f m a s s [ k g ] , l e n g t h [ m ] , a n d t i m e

[ s ]) i s u s e d , e x c e p t in t h e c a s e o f s o m e w i d e l y - a c c e p t e d n a u t i c a l a n d h y d r o g r a p h i c t e r m s s u c h

a s k n o t s , f a t h o m s a n d m i l e s .

W h e r e a p p l i c a b l e :

t h e X - c o - o r d i n a t e is u s e d i n t h e d i r e c t i o n o f c u r r e n t o r w a v e p r o p a g a t i o n

t h e Y - c o - o r d i n a t e is u s e d f o r t h e h o r i z o n t a l d i r e c t i o n , n o r m a l t o t h e X - c o - o r d i n a t e

t h e Z - c o - o r d i n a t e i s d e f i n e d in t h e v e r t i c a l d i r e c t i o n , p o s i t i v e u p w a r d , w i t h t h e o r i g i n e i t h e r a t

t h e b o t t o m o r a t t h e s u r f a c e l e v e l

S i n c e d a t a f r o m e x i s t i n g l i t e r a t u r e , o f t e n f r o m d i f f e r e n t d i s c i p l i n e s , a r e u s e d a n d c o p i e d , t h e

r e a d e r c a n n o t e x p e c t a

1 0 0 %

s y s t e m a t i c u s e o f s y m b o l s t h r o u g h o u t t h e b o o k . F o r i n s t a n c e , t h e

w a t e r d e p t h m a y b e i n d i c a t e d b y t h e l e t t e r s h, d o r D , s tone s i ze by d o r D . Th e l e t te r c rmay t h u s

b e u s e d fo r t h e s t r e s s i n a m a t e r i a l , o r a s a s y m b o l f o r t h e s t a n d a r d d e v i a t i o n . T h e r e f o r e , t h e l is t

o f s y m b o l s m u s t b e u s e d w i t h c a r e s i n c e it i s n o t u n a m b i g u o u s . If s e r i o u s c o n f u s i o n c o u l d a r i s e ,

t h e s y m b o l s w i l l b e d e f i n e d a n d e x p l a i n e d w h e r e a n d a s t h e y a r e u s e d . T h e a u t h o r s f e e l t h a t

s t u d e n t s s h o u l d b e t r a i n e d t o a d a p t t o d i f f e r e n t n o t a t i o n s w h e n t h e y r e a d l i t e r a t u r e f r o m d i f f e r e n t

s o u r c e s .

1 0


12/278

2.1 Introduction

H o w w e r e th e p r e s e n t c o a s t l i n e s o f t h e w o r l d f o r m e d ? A n y s in g l e c o a s t is t h e r e s u l t o f p r o c e s s e s

o p e r a t i n g o v e r a n u m b e r o f w i d e l y v a r y i n g t i m e s c a l e s :

t h e s l o w g e o l o g i c a l p r o c e s s e s o f m o u n t a i n f o r m a t i o n a n d e r o s i o n t h a t r e q u i r e m i l l io n s o f y e a r s

t h e g r a d u a l s e a l e v e l c h a n g e s r e q u i r i n g t h o u s a n d s o f y e a r s

t h e a n n u a l a n d b i a n n u a l m o r p h o l o g i c a l v a r i a t i o n s d u e t o f l u c t u a t i o n s o f t h e c l i m a t e

s u p e r i m p o s e d o n t h e s e , t h e d a y - t o - d a y a c t i o n s o f t h e w i n d , w a v e s , c u r r e n t s , a n d t i d e s

F o r a r e la t i v e ly s h o r t p e r i o d , t h e r e h a s a l s o b e e n t h e i n f l u e n c e o f h u m a n s . O r i g i n a l ly , p e o p l e w e r e

c a u s i n g l i t t l e m o r e t h a n s c r a t c h e s o n t h e w o r l d m a p . T h e r e s u l t o f m o d e r n c o n s t r u c t i o n e q u i p m e n t

i s t h a t h u m a n i n f l u e n c e o n t h e c o a s t a l f o r m s i s e v e n v i s i b l e f r o m s p a c e . T h e r e a c t i o n t i m e o f t h e

n a t u r a l s y s t e m t o l a r g e - s c a l e p r o j e c t s l i k e t h e c l o s u r e o f t h e Z u i d e r z e e a n d t h e D e l t a P r o j e c t i s

i n t h e o r d e r o f d e c a d e s ( 5 0 t o 100 y e a r s ) .

I n t h e s a m e w a y a s t h e t i m e s c a l e s d i f f e r w i d e l y , t h e s p a t i a l s c a l e s o f t h e p r o c e s s e s d i f f e r

c o n s i d e r a b l y . W e h a v e to d i s t i n g u i s h :

t h e i n t e r a c t i o n b e t w e e n w a v e a n d s a n d g r a i n i n t h e b r e a k e r z o n e ( o n a s c a l e o f m e t r e s )

t h e m o r p h o l o g i c a l e f fe c t s o f l o n g s h o r e a n d c r o s s s h o r e tr a n s p o r t (o n a s c a l e o f k i l o m e t r e s )

t he e f fec t o f g lac ia l pe r io ds an d ass oc ia ted sea l eve l va r i a t i on s (on a sca le o f hu nd red s o f km )

t h e e f f e c t o f d r i f t i n g c o n t i n e n t s ( o n a s c a l e u p t o 1 0 0 0 0 k m )

T o u n d e r s t a n d t h e p r e s e n t i m a g e o f t h e w o r l d c o a s t s , i t i s n e c e s s a r y t o s t a r t b r i e f l y a t t h e g e n e s i s

o f t h e u n i v e r s e , t o d i s c u s s s o m e m a j o r e v e n t s i n g e o l o g i c a l h i s t o r y , a n d t o f o c u s o n t h e m o s t

r e c e n t g e o l o g i c a l h i s t o r y o f t h e e a r t h . F i n a l l y , t h e g e n e r a l r e v i e w w i l l b e i l l u s t r a t e d b y a m o r e

d e t a i l e d d e s c r i p t i o n o f t h e r e c e n t h i s t o r y o f t h e D u t c h c o a s t .

2 .2 G e n e s i so f the

u n i v e r s e ,

e a r t h ,

o c e a n ,

a n d a t m o s p h e r e

W h e n w e d i s c u s s t h e g e n e s i s o f t h e u n i v e r s e , o u r s o l a r s y s t e m , t h e c r e a t i o n o f t h e e a r t h , w e

t o u c h i s s u e s t h a t a r e s u b j e c t t o m o r e t h a n a s i n g l e i n t e r p r e t a t i o n . In t h i s b o o k , w e w i l l f o l l o w t h e

t h e o r i e s t h a t a r e s u p p o r t e d b y m o s t s c i e n t i s t s . T h e o l d e s t h i s t o r y o f t h e u n i v e r s e b e l o n g s t o t h e

w o r l d o f t h e a s t r o n o m y , a s c i e n c e t h a t i s b a s e d o n t h e o b s e r v a t i o n o f e v e n t s t h a t a r e s t i l l t a k i n g

p l a c e a r o u n d u s , o r r a t h e r t h a t t o o k p l a c e a r o u n d u s , s i n c e t h e d i s t a n c e s a r e s o g r e a t t h a t w e

c o u n t t h e d e l a y b e t w e e n e v e n t a n d o b s e r v a t i o n i n t e r m s o f l i g h t y e a r s . T h i s f i e l d o f s c i e n c e i s

m a r k e d b y a v e r y r a p i d d e v e l o p m e n t b e c a u s e v e r y s o p h i s t i c a t e d i n s t r u m e n t s a r e n o w a t o u r

d i s p o s a l o w i n g t o t h e s t a r t t h e s p a c e e x p l o r a t i o n .

I t i s w ide l y accep ted tha t t he un i ve rse o r i g ina ted i n a g rea t exp los ion , t he so -ca l l ed 'b ig bang ' . Th i s

m o d e l i s c o n s i s t e n t w i t h o b s e r v a t i o n s f i r s t m a d e i n 1929 t h a t d i s t a n t g a l a x i e s a r e r e c e d i n g f r o m

t h e e a r t h a t v e l o c i t i e s p r o p o r t i o n a l t o t h e i r d i s t a n c e f r o m e a r t h . I n 1948 G e o r g e G a m o w p r e d i ct e d

t h a t a s t r o n o m e r s w o u l d o n e d a y d e t e c t b a c k g r o u n d m i c r o w a v e r a d i a t i o n le f t o v e r f r o m t h e b i g

b a n g . I n 1 9 6 5 , P e n z i a s a n d W i l s o n p r o v e d G a m o w r i g h t w h e n t h e y d e t e c t e d t h i s r a d i a t i o n , a n d

s u b s e q u e n t m e a s u r e m e n t s p r o v i d e d f u r t h e r c o n f i r m a t i o n . O t h e r t h e o r e t i c a l m o d e l s h a v e b e e n

p r o p o s e d t o e x p l a i n t h e o r i g i n o f t h e u n i v e r s e , b u t t h e s e h a v e p r o v e d d e f i c i e n t w h e n t e s t e d

a g a i n s t o b s e r v a t i o n s a n d p h ys i c a l m e a s u r e m e n t s .

F r o m o b s e r v a t i o n s a n d c a l c u l a t i o n s i t h a s b e e n d e d u c e d t h a t it t o o k a b o u t 15 b i l l i o n y e a r s f r o m

t h e b i g b a n g t o t h e f o r m a t i o n o f o u r s o l a r s y s t e m w i t h t h e p l a n e t s , a s w e k n o w t h e m a t p r e s e n t .

T h a t s e t s t h e s t a r t o f t h e h i s t o r y o f " p l a n e t e a r t h " i n a s t r i c t e r s e n s e a t a b o u t 4 t o 5 b i l l i o n y e a r s

1 1


13/278

b e f o r e t h e p r e s e n t . I n T a b l e 2 - 1 , t h e c h r o n o l o g y i s s h o w n f r o m t h e b i g b a n g t o t h e c r e a t i o n o f o u r

p l a n e t . F o r t h o s e w h o a r e i n t e r e s t e d i n t h e f o r m a t i o n o f o u r s o l a r s y s t e m , A p p e n d i x 1 g i v e s

a d d i t i o n a l i n f o r m a t i o n .

E v e n t

T i m e b e f o r e

o r e s e n t

B i a B a n c

20 b i l l i on vea rs

P a r t i c l e c r e a t i o n 20 b i l l i on yea rs

U n i v e r s e b e c o m e s m a t t e r d o m i n a t e d

20 b i l l i on yea rs

U n i v e r s e b e c o m e s t r a n s p a r e n t

19 .7 b i l l i on yea rs

G a l a x y f o r m a t i o n b e g i n s

18-19 b i l l i on yea rs

G a l a x y c l u s t e r i n g b e g i n s


O u r proto-galaxy c o l l a p s e s


F i r s t s t a r s f o r m

15.9 b i l l i on yea rs

O u r p a r e n t i n t e r s t e l l a r c l o u d f o r m s


P r o t o - s o l a r n e b u l a c o l l a p s e s


P l a n e t s f o r m ; r o c k s o l i d i f i e s


T a b l e 2-1 F r o m th e ' b ig b a n g ' t o

formation

o f p l a n e t s ( 1 b i l l i o n = 10)

2 .3 Th e geo logy o f p lane t ea r th

W h e n w e d e s c r i b e t h e p h y s i c a l h i s t o r y o f p l a n e t e a r t h s i n c e it c a m e i n to e x i s t e n c e s o m e 4 t o 5

b i l l i o n y e a r s a g o , w e l e a v e a s t r o n o m y a n d w e e n t e r t h e r e a l m s o f g e o l o g y . G e o l o g i s t s d o n o t g o

b a c k t o t h e b i g b a n g i n t h e i r d e s c r i p t i o n s . T h e y h a v e t h e i r o w n w a y o f s u b d i v i d i n g t h e p a s t t i m e

i n to e r a s , p e r i o d s , a n d e p o c h s . F o r m a n y y e a r s t h i s s u b d i v i s i o n w a s b a s e d o n t h e i n t e r p r e t a t i o n

o f s a m p l e s f r o m t h e e a r t h c r u s t a n d o n t h e p r e s e n c e o f c h a r a c t e r i s t i c f o s s i l s . B e f o r e t h e m i d - 2 0 t h

c e n t u r y , t h e o n l y a v a i l a b l e t e c h n i q u e w a s f o s s i l t i m e - s c a l i n g . T h i s t e c h n i q u e o n l y g a v e i n f o r m a t i o n

a b o u t t h e r e l a t i v e a g e o f c e r t a i n l a y e r s , c o m p a r e d t o e a c h o t h e r . R a d i o m e t r i c d a t i n g i s a r e l a t i v e l y

n e w t e c h n i q u e u s e d t o d e t e r m i n e t h e a g e o f u n i t s . T h i s m o d e r n t e c h n o l o g y , b a s e d o n t h e d e c a y

o f r a d i o a c t i v i t y i n c e r t a i n i s o t o p e s , y i e l d s a m o r e a c c u r a t e r e s u l t . I t m u s t b e k e p t i n m i n d , h o w e v e r

t h a t t h e d e c a y e x p r e s s e d i n i s o t o p i c y e a r s ( f o r i n s t a n c e 0 14 y e a r s ^ ) i s n o t a l w a y s e x a c t l y e q u a l

t o t h e a g e i n s u n - y e a r s .

I n t h i s w a y , G e o l o g y h a s p r o d u c e d a t i m e s c a l e t h a t c o v e r s t h e r o u g h l y 4 t o 5 b il l io n y e a r s s i n c e

t h e f o r m a t i o n o f t h e p l a n e t . T h i s t i m e s c a l e i s d i v i d e d i n s o m e m a i n p e r i o d s a n d s u b d i v i d e d i n a

m u c h l a r g e r n u m b e r o f s u b - p e r i o d s . T h e m o r e r e c e n t p e r i o d s a r e d e s c r i b e d i n f a r g r e a t e r d e t a i l

t h a n t h e i n i t i a l s t a g e s o f d e v e l o p m e n t . W h e n l o o k i n g a t t h e g e o l o g i c a l t i m e s c a l e , o n e s h o u l d

r e a l i s e t h a t t h e s u b - p e r i o d s t h a t c a n b e d i s t i n g u i s h e d b e c o m e e v e r s h o r t e r . T a b l e 2 - 2 s h o w s t h e

g e o l o g i c a l t i m e s c a l e .

A n e x a m p l e o f t h e s i g n i f i c a n c e o f f o s s i l s in d a t i n g g e o l o g i c a l e v e n t s i s t h e b o u n d a r y b e t w e e n t h e

M e s o z o i c ( " i n t e r v a l o f m i d d l e l i f e ") a n d t h e G e n o z o i c ( " i n t e r v a l o f m o d e r n l i f e ") e r a s . It i s m a r k e d

b y t h e d i s a p p e a r a n c e o f h u n d r e d s o f s p e c i e s , i n c l u d i n g t h e d i n o s a u r s , f o l l o w e d b y t h e

a p p e a r a n c e o r s u d d e n p r o l i f e r a t io n o f m a n y n e w s p e c i e s ( S t a n l e y [ 1 9 8 6 ] ) . T h e G e n o z o i c i s

s u b d i v i d e d i n to t h e T e r t i a r y a n d t h e Q u a t e r n a r y . T h e Q u a t e r n a r y c o n s i s t s o f t h e P l e i s t o c e n e a n d

t h e H o l o c e n e .

T h e e p o c h s o f m o s t c o n c e r n t o c o a s t a l e n g i n e e r s a r e t h e P l e i s t o c e n e a n d R e c e n t o r H o l o c e n e ,

e x t e n d i n g b a c k a t o t a l o f 1.8 m i l l io n y e a r s b e f o r e p r e s e n t . D u r i n g t h e P l e i s t o c e n e , p r o n o u n c e d

c l i m a t i c f l u c t u a t i o n s o c c u r r e d . C o n t i n e n t a l g l a c i e r s p e r i o d i c a l l y c o v e r e d v a s t a r e a s o f t h e

1 0 is a rad ioact ive carbon isotope, which or ig inates f rom Ni t rogen -14. Cos mic rad ia t ion cau ses the

product ion of

C "*

in the atmosphere. Th is rad ioact ive isotope is incorporated in the b iosphere. I t decays

wi th a ha l f -l i fe t ime of 5730 yea rs . It is main ly used to date the younge r geolog ica l p rocess es (o f the

past 50,000 years)

1 2


14/278

c o n t i n e n t s i n wt ia t i s c a l l e d t h e m o d e r n I c e A g e . T o d a y m a n y o f t h e g e o m o r p h o l o g i c f e a t u r e s

s h a p e d o r d e p o s i t e d a t t h a t t i m e a r e s t i l l c l e a r l y r e c o g n i s a b l e . F r o m a r o u n d 18 t o 1 5 t h o u s a n d

y e a r s a g o , t h e g lo b a l c l im a t e w a s w a r m i n g a g a i n . A t t h e s a m e t i m e t h e H o l o c e n e T r a n s g r e s s i o n

s t a r t e d w i t h t h e b e g i n n i n g o f g l o b a l r i s e i n s e a l e v e l . M a n y m o r p h o l o g i c a l f e a t u r e s a s s o c i a t e d w i t h

t h e c o a s t a l e n v i r o n m e n t a r e H o l o c e n e i n a g e , b u t t h e p r e - e x i s t i n g g e o l o g y i s o f t e n v i s i b l e , a s

we l l .

T h i s m o s t r e c e n t h i s t o r y o f t h e e a r t h a l s o c o n t a i n s e v i d e n c e o f p r i m i t i v e h u m a n l i f e . I t r e f l e c t s t h e

d e p e n d e n c e o f m a n k i n d o n g l o b a l c h a n g e s .

W i t h i n t h e p e r i o d e n c o m p a s s e d b y g e o l o g i c a l h i s t o r y , t w o a s p e c t s d e s e r v e s p e c i a l a tt e n t i o n i n

l e c t u r e s a b o u t c o a s t a l e n g i n e e r i n g . T h e y a r e t h e p r o c e s s o f c o n t i n e n t a l d r i f t ( p l a t e t e c t o n i c s ) a n d

t h e r e l a t i v e c h a n g e s i n s e a l e v e l .

P l a t e

t e c t o n i c s :

t h e c h a n g i n g m a p o f t h e e a r t h

T h e t h e o r y o f p l a t e t e c t o n i c s h a s a c o m p l i c a t e d h i s t o r y t h a t r e a c h e s b a c k t o t h e g l o b a l m a p s

c r e a t e d a f t e r t h e g r e a t o c e a n v o y a g e s o f t h e 16th a n d 17th c e n t u r ie s . A s th e m a p s b e c a m e m o r e

a c c u r a t e , t h e l a n d m a s s e s t o o k o n t h e a p p e a r a n c e o f p i e c e s o f a g i a n t p u z z l e . S i r F r a n c i s B a c o n

i s c r e d i t e d a s t h e f i r s t t o n o t e t h i s r e s e m b l a n c e : i n

1620

h e w r o t e t h a t t h e c o a s t l i n e s o f S o u t h

A m e r i c a a n d A f r i c a w o u l d f it t o g e t h e r p e r f e c t l y i f t h e o c e a n w e r e n o t b e t w e e n t h e m .

1 3


15/278

R e m a r k s

Mainperiod 1='sub-

d iv ls lon

2'

s u b

d iv is ion

3" '

s u b - d i v i s i o n

T i m e sca l e

in years

before

present

(BP)

Fanerozo ic Genozo ic Quar te rnary Ho locene Sub-A t lan t icum 2 900 BP

(or o ld name:

Sub-Borea l

A l luv ium)

At lan t icum

Borea l

Pre-Boreal

10 000 BP

Ple is tocene Weichse l ian

(or o ld name:

g lac ia l age

D i luv ium)

E e m ia n

(G lac ia l Per iods )

Soa l ian g lac ia l

age

Ho ls te in ian

Els ter ian glac ia l

age

C r o m e r l a n

Menap ian g lac ia l

age

Wa a l i a n

Eburon ian g lac ia l

age

T ig l ian

1 . 8 *

10"

B P

Ter t iary Pl iocene

Miocene

O l igocene

Af r ica , Amer ica Eocene

separa ted

End o f d inosaurs Pa leocen e

6 5 * 1 0 " B P

Abundant l i f e

Mesozo ic Cre taceou s La te Cre tace ous

Ear ly Cre taceous

Jurass ic Ma lm

Dogger

Lias

Tr iass ic Keuper

Musche lcha lk

Bont sand s tone

2 2 5 *

10 " B P

Pa leozo ic Permian Zechstein

Rot l iegendes

Carbon i fe rous S i les ian

Star t of rept i les Dina nt ian

Devon ian La te Devon ian

Midd le Devon ian

Ear ly Devon ian

Si lur ian

Ordov ic ian

C a m b r i a n

600 * 10 " B P

Cryp tozo ic Precambr ian

First pr imitive life

3.2 * 10 " B P

Format ion o f

4 .75 * 10"

p lane t

B P

T a b l e 2 -2 G e o l o g i c a l

time

s c a l e

In 1912 A l fr e d L o t h a r W e g e n e r p r e s e n t e d a c o m p r e h e n s i v e s c h e m e t o e x p l a in t h e d i s t ri b u t io n o f

t h e c o n t i n e n t a l l a n d m a s s e s . H e b e l i e v e d t h a t t h e c o n t i n e n t s h a d s l o w l y d r i f t e d a p a r t f r o m a

p r i m o r d i a l s u p e r - c o n t i n e n t , w h i c h h e c a l l e d P a n g a e a ( G r e e k f o r " a l l e a r t h " ) . H e e n v i s i o n e d a

s i n g l e w o r l d o c e a n , P a n t h a l a s s a ( " a il o c e a n " ) , w i t h a s h a l l o w s e a , T e t h y s ( f r o m G r e e k m y t h o l o g y ,

t h e m o t h e r o f a l l o c e a n s ) , l o c a t e d b e t w e e n L a u r a s i a a n d G o n d w a n a l a n d , t h e n o r t h e r n a n d

s o u t h e r n p o r t i o n s o f t h e s u p e r - c o n t i n e n t ( F i g u r e 2 - 1 ) . U s i n g a c c e p t e d g e o l o g i c a n d

p a l e o n t o l o g i c a l d a t a , W e g e n e r p r o v i d e d g o o d s u p p o r t i n g e v i d e n c e f o r t h e c o n t i n u i t y o f g e o l o g i c

f e a t u r e s a c r o s s t h e n o w w i d e l y s e p a r a t e d c o n t i n e n t s . T h r e e y e a r s

later,

W e g e n e r p r o d u c e d h i s

1 4


16/278

m a j o r w o r k , "D i e E n t s t e h u n g d e r K o n t i n e n t e u n d O z e a n e " , in w h i c h h e p r e s e n t e d a n e n o r m o u s

a m o u n t o f e v i d e n c e i n s u p p o r t o f h i s t h e o r y .

F i g u r e

2 -1 C o n t i n e n t a l

l a n d m a s s e s

d u r i n g t h e e a r l y T r i a s

( D a v i s , 1994)

T h e c o n t i n e n t a l l a n d m a s s e s t h a t f o r m e d P a n g a e a g r a d u a l l y d r i f t e d f r o m t h e i r o r i g i n a l p o s i t i o n s .

I n F i g u r e 2 - 2 t h i s p r o c e s s i s i l l u s t r a t e d . T h e y r e a c h e d i n t e r m e d i a t e l o c a t i o n s 1 3 5 m i l l io n y e a r s

a g o , b e t w e e n t h e J u r a s s i c a n d C r e t a c e o u s P e r i o d s . A f t e r a l m o s t 2 0 0 m i l l i o n y e a r s , t h e c o n t i n e n t s

r e a c h e d t h e i r p r e s e n t p o s i t i o n s , t h o u g h w e c a n o b s e r v e t h a t t h e y a r e s t il l d r i f t in g N o w a d a y s , i t

i s k n o w n t h a t e v e n b e f o r e t h e f o r m a t i o n o f P a n g e a , t h e c o n t i n e n t s w e r e a l r e a d y d r i f t i n g . E v e n

b e f o r e t h e s t a r t o f t h e P e r m i a n , a proto-Atlant ic O c e a n e x i s t e d . C l o s u r e o f t h i s o c e a n c a u s e d

m o u n t a i n f o r m a t i o n i n S c o t l a n d , N o r w a y a n d N o r t h A m e r i c a .

P l a t e t e c t o n i c t h e o r y s t a t e s t h a t t h e c o n t i n e n t s , b e i n g p a r t o f t h e l i t h o s p h e r e , t h e E a r t h ' s

u p p e r m o s t l a y e r c o n t a i n i n g t h e c r u s t , d r i f t o n t h e s e m i - m o l t e n u n d e r l y i n g m a t e r i a l w e c a l l t h e

a s t h e n o s p h e r e , o r t h e u p p e r m a n t l e . B y t h e 1 9 6 0 ' s , s c i e n t i s t s h a d c o n c l u d e d t h a t t h e l i t h o s p h e r e

i s d i v ided i n to 12 l a r g e , t i g h t l y f i t t i n g p l a t e s a n d s e v e r a l s m a l l o n e s . S i x o f t h e l a r g e p l a t e s b e a r

t h e c o n t i n e n t s ; t h e o t h e r s i x a r e o c e a n i c . A n d , a s W e g e n e r a s s e r t e d , a l l o f t h e p l a t e s a r e i n

m o t i o n ( F i g u r e 2 - 3 ) .

15


17/278

2 0 0 m i l l i o n y e a r s B . P .

135 m i l l i o n y e a r s B . P .

t o d a y

F i g u r e

2 - 2 C o n t i n e n t a l

drift

( W e g e n e r , 1 9 2 4 )


18/278

C o r r e l a t e d t o t h e p r o c e s s o f p l a t e d r i f t , a t c e r t a i n p l a c e s , t h e s e m i - m o l t e n a s t h e n o s p h e r e m a t e r i a l

c a n b e d r i v e n t o t h e e a r t h s u r f a c e . T h i s h a p p e n s i n t h e s o - c a l l e d o c e a n i c r i d g e s . F o l l o w i n g f r o m

t h a t , n e w ( o c e a n i c ) e a r t h c r u s t i s b e i n g f o r m e d ( F i g u r e 2 - 4 ) . T h i s p r o c e s s i s a s s o c i a t e d w i t h

d i v e r g e n c e . T h e a g e o f t h e c r u s t o n b o t h s i d e s o f t h e m i d - o c e a n r i d g e s i n c r e a s e s w i t h d i s t a n c e .

T h e o l d e s t c r u s t i s f o u n d i n t h e t r e n c h e s ( F i g u r e 2 - 4 ) . T h e r e f o r e , t o g e o l o g i s t s , t h e c h a r a c t e r i s t i c s

o f t h e s e a b o t t o m r e v e a l i n f o r m a t i o n a b o u t e a r t h h i s t o r y .

A t o t h e r p l a c e s , i n s t e a d o f d i v e r g e n c e t h e r e i s c o n v e r g e n c e . I n t h e o c e a n i c t r e n c h e s , o n e p l a t e

d i v e s u n d e r t h e o t h e r . A t t h o s e p l a c e s t h e e a r t h c r u s t i s r e t u r n i n g t o t h e a s t h e n o s p h e r e a n d p a r t l y

m e l t i n g a g a i n . T h i s p r o c e s s o f c o n v e r g e n c e is o f t e n a c c o m p a n i e d b y s e i s m i c a n d v o l c a n i c

ac t i v i t y .

S i n c e W e g e n e r p u b l i s h e d h i s t h e o r y , m a n y y e a r s o f d e b a t e a n d r e s e a r c h h a v e p a s s e d . O n l y

d u r i n g t h e l a s t t h r e e d e c a d e s , h a s p r o o f f o r t h e t e c t o n i c m o v e m e n t o f p l a t e s b e e n f o u n d . T h i s

p r o o f h a s b e e n p r o v i d e d b y :

t h e O c e a n D r i ll in g P r o g r a m m e ( O D P )

t h e w o r l d w i d e in s t a l l a t i o n o f s e n s i t i v e i n s t r u m e n t s f o r t h e d e t e c t i o n o f n u c l e a r t e s t s

s a t e l l i t e o b s e r v a t i o n s o f t h e e a r t h

T h e O c e a n D r i l l i n g P r o g r a m m e c o n s i s t s o f b a s i c r e s e a r c h i n t o t h e h i s t o r y o f t h e o c e a n b a s i n s a n d

t h e n a t u r e o f t h e c r u s t b e n e a t h t h e o c e a n f l o o r . M a n y c o u n t r i e s t a k e p a r t i n t h i s p r o j e c t , a n d i t i s

s t il l i n p r o g r e s s . S p e c i a l d r i ll in g e q u i p m e n t i s u s e d i n o r d e r t o t a k e s a m p l e s o f t h e o c e a n f l o o r f r o m

g r e a t d e p t h s ( u p t o 9 k i l o m e t r e s b e l o w t h e w a t e r s u r f a c e ) . H u n d r e d s o f b o r e h o l e s h a v e b e e n

d r i l l e d i n a n i n t e r n a t i o n a l l y c o - o r d i n a t e d r e s e a r c h p r o j e c t .

I n t h e O c e a n D r i l li n g P r o g r a m m e , th e t o p l a y e r s o f b o t t o m s e d i m e n t a r e e x a m i n e d w i t h r e s p e c t

t o t h e i r o r i g i n . I n t h i s w a y , p l a t e v e l o c i t i e s c a n b e e s t i m a t e d . S e c o n d l y , f o s s i l s f o u n d i n t h o s e

l a y e r s c a n t e l l t h e i r s t o r y o f t e m p e r a t u r e c h a n g e . O n e o f t h e t h i n g s t h a t m a k e s t h e o c e a n b e d s o

i n t e r e s t i n g is t h a t it p r o v i d e s a w a y t o d e t e r m i n e a c o n t i n u o u s e a r t h h i s t o r y b y m e a n s o f a

r e l a t i v e l y t h i n b o t t o m l a y e r . U s u a l l y , t h e a n c i e n t c o n t i n e n t a l m a s s e s a r e c o v e r e d b y h u g e

q u a n t i t i e s o f s e d i m e n t , w h i c h a r e p r e c i p i t a t e d d u r i n g r e l a t i v e l y s h o r t p e r i o d s .

I n c o n n e c t i o n w i t h t h e t e s t b a n tr e a t y f o r n u c l e a r w e a p o n s , a c c u r a t e s e n s o r s h a v e b e e n i n s t a l l e d

a r o u n d t h e g l o b e t o d e t e c t n u c l e a r b l a s t s . T h e s e i n s t r u m e n t s a l s o d e t e c t e a r t h q u a k e s . F r o m t h e

o b s e r v a t i o n s , it a p p e a r s t h a t f r e q u e n t s e i s m i c a c t i v it y t a k e s p l a c e a l o n g t h e e d g e s o f t h e m o v i n g

p l a t e s . I n t h i s w a y , t h e b o u n d a r i e s o f t h e p l a t e s c o u l d a l s o b e d e t e c t e d .

1 7


19/278

N o w a d a y s t h e r a t e s o f p l a t e m o v e m e n t a r e a l s o m e a s u r e d w i t h t h e a i d o f s a t e l l i t e s t h a t u s e v e r y

a c c u r a t e g e o d e t i c p o s i t io n i n g s y s t e m s ( l ik e D G P S ) . T h e m o v e m e n t s a p p e a r t o v a r y f r o m a b o u t

1 cm a yea r a t t he M id -A t l an t i c r i dge to 10 cm a yea r a t t he Eas t Pac i f i c r i ses i n the sou th -eas te rn

Pac i f i c . Las t bu t no t l eas t , t he m id -A t l an t i c r i f t becomes v i s ib le a t t he su r face on I ce land i n a ve ry

s p e c t a c u l a r w a y ( F i g u r e 2 - 5 ) .

F i g u r e

2 -5 M i d - A t l a n t i c R i f t a t T h i n g v i l l e r National P a r k , I c e l a n d

S e a l e v e l c h a n g e s

S i n c e it w a s f o r m e d , t h e o c e a n h a s n e v e r b e e n c o n s t a n t o r s t a t i c . T h e p r o c e s s o f " n e w w a t e r

f o r m a t i o n " b y v o l c a n i c a c t iv i t y ( s e e A p p e n d i x 1 ) p r o d u c e d v e r y s m a l l w a t e r le v e l c h a n g e s . B u t

t h e r e h a v e b e e n , a n d t h e r e s t i l l a r e , o t h e r p r o c e s s e s , w h i c h h a v e a m u c h s t r o n g e r e f f e c t o n t h e

g l o b a l s e a l e v e l . T h e m o s t im p o r t a n t o f t h e s e is c e r t a i n l y t e m p e r a t u r e c h a n g e . I f t h e g l o b a l

t e m p e r a t u r e r i s e s , t h i s l e a d s t o t h e m e l t i n g o f i c e c a p s a n d e x p a n s i o n o f t h e t o t a l w a t e r m a s s .

T h i s h a s h a p p e n e d o f t e n d u r i n g e a r t h ' s h i s t o r y , a n d i t i s s t i l l h a p p e n i n g . M e l t i n g o f t h e i c e c a p s

a l s o r e d u c e s t h e l o a d o n t h e c r u s t a s a r e s u l t o f w h i c h a r e a s p r e v i o u s l y c o v e r e d b y i c e a r e r i s i n g ,

w h e r e a s o t h e r a d j a c e n t a r e a s t h a t w e r e n e v e r c o v e r e d w i t h i c e t e n d t o s i n k d u e t o t h e e f f e c t o f

i s o s t a c y ( e q u i l i b r i u m f l o t a t i o n ) o n t h e e a r t h c r u s t . I n t h i s w a y , s e a l e v e l c h a n g e s a r e r e l a t i v e

m o v e m e n t s ; t h e y c a n b e c a u s e d b y a b s o l u t e c h a n g e s o f t h e s e a l e v e l a n d / o r b y a b s o l u t e

m o v e m e n t s o f t h e c o n t i n e n t a l c r u s t .

S e a l e v e l c h a n g e s c a n a f f e c t t h e c o a s t a l z o n e v e r y s t r o n g l y . S e a l e v e l c h a n g e s a r e r e l a t i v e

m o v e m e n t s a n d b e c a u s e o f t h e i r n a t u r e , t h e y v a r y f r o m p l a c e t o p l a c e . A s t h e s h o r e l i n e m o v e s ,

i t e i t h e r e x p o s e s o r i n u n d a t e s c o a s t a l a r e a s a n d , i n s o d o i n g , c a u s e s t h e c h a r a c t e r o f t h e c o a s t

t o c h a n g e . A d d i t i o n a l l y , t h e p o s i t i o n o f t h e s h o r e l i n e i n f l u e n c e s c o a s t a l p r o c e s s e s t h a t s h a p e t h e

c o a s t a l e n v i r o n m e n t s . I n u n d a t i o n i s a l s o c a l l e d t r a n s g r e s s i o n , w h e r e a s d r y i n g o f t h e l a n d i s

r e f e r r e d t o a s r e g r e s s i o n .

1 8


20/278

T h e fo l l o w i n g p r o c e s s e s ( D a v i s , 1 9 9 4 ) c a u s e s e a le v e l c h a n g e s i n t h e p r e s e n t d a y c o n d i t i o n s :

1 t e c t o n i c a c t i v i t y

2 c l i m a t i c f l u c t u a t i o n s ( n a t u r a l o r m a n m a d e )

3 r e g i o n a l s u b s i d e n c e d u e t o c o m p a c t i o n a n d f l u id w i t h d r a w a l

4 s u b s i d e n c e a n d r e b o u n d o f t h e l i t h o s p h e r e

5 c h a n g e s i n t h e v o l u m e o f t h e w o r l d o c e a n

6 a d v a n c e a n d r e t r e a t o f i c e s h e e t s

7 c o n t i n e n t a l r e b o u n d

In o r d e r to u n d e r s t a n d t h e s e p r o c e s s e s , t h e g e o l o g i c a l , c l i m a t i c , o c e a n o g r a p h i c a n d

m o r p h o l o g i c a l i n f l u e n c e s o n c o a s t l i n e s m u s t b e d e s c r i b e d . T h e g e o l o g i c a l p r o c e s s e s w i ll b e

e x p l a i n e d i n t h e f o l l o w i n g s e c t i o n s o f t h is c h a p t e r . T h e o t h e r f a c t o r s w i l l b e t r e a t e d i n s u b s e q u e n t

c h a p t e r s .

R i s i n g s e a l e v e l s a r e a d a n g e r t o t h e p e o p l e i n m a n y c o u n t r i e s a n d s i n c e c o a s t a l d e f e n c e i s a n

e x p e n s i v e b u s i n e s s , t h e p o o r c o u n t r i e s a r e t h e m o s t v u l n e r a b l e t o t h i s d a n g e r .

2 .4

T e c t o n i c

c l a s s i f i c a t i o no f c o a s t s

C o a s t s a r e s t r o n g l y i n f l u e n c e d b y p l a t e t e c t o n i c s . I f a c o a s t i s s i t u a t e d c l o s e t o a p l a t e b o u n d a r y ,

i t d e v e l o p s d i f f e r e n t l y f r o m a c o a s t t h a t i s n o t . I n m a n a n d N o r d s t r o m ( 1 9 7 1 ) m a d e a c l a s s i f i c a t i o n

o f c o a s t s , w h i c h d i v i d e s a l l t h e c o n t i n e n t a l c o a s t s i n t o t h r e e m a j o r t y p e s :

l e a d i n g e d g e o r c o l l i s i o n c o a s t s ( t h o s e a s s o c i a t e d w i t h t h e l e a d i n g e d g e o f a c r u s t a l p l a t e )

t r a i l i n g e d g e c o a s t s ( t h o s e a s s o c i a t e d w i t h t h e t r a i l in g e d g e o f a p l a t e )

m a r g i n a l s e a c o a s t s ( th o s e b o r d e r i n g a s e a e n c l o s e d b e t w e e n t h e l a n d m a s s a n d a v o l c a n i c

i s l a n d a r c a t t h e p l a t e b o u n d a r y )

I s l a n d a r c c o a s t s a r e n o t c o n s i d e r e d i n t h i s c l a s s i f i c a t i o n .

T h e f o r m a t i o n o f t h e f i r s t t w o t y p e s , t h e l e a d i n g e d g e a n d t h e t r a i l i n g e d g e c o a s t , i s d r a w n i n

F i g u r e 2 - 6 .

O C E A N B A S I N C O N T I N E N T O C E A N B A S I N

COLLISION

TRAILING-EDGE

COAST COAST

YWK

F i g u r e 2 - 6 F o r m a t i o n o f l e a d i n g a n d t r a i li n g e d g e c o a s t s

L e a d i n g e d g e c o a s t s ( o r c o l l i s i o n c o a s t s ) d e v e l o p a l o n g t h e b o r d e r o f a l a n d m a s s w h e r e t h e

o c e a n i c e d g e o f o n e p l a t e c o n v e r g e s w i t h t h e c o n t i n e n t a l e d g e o f a n o t h e r . T h e y a r e

d i s t i n g u i s h e d b y r u g g e d , c l i f fe d s h o r e l i n e s . T h e c o n v e r g e n c e b e t w e e n t h e t w o p l a t e s m a y

p r o d u c e s u b d u c t i o n z o n e s a s t h e d e n s e r o c e a n i c p l a t e d e s c e n d s b e n e a t h t h e c o n t i n e n t a l

1 9


21/278

e d g e o f t h e o t h e r p l a t e . T h e t r e m e n d o u s f ri c t i o n c r e a t e d b y t h e c o n v e r g i n g p l a t e e d g e s

c a u s e s t h e l i g h t e r c o n t i n e n t a l c r u s t t o f o l d a n d b u c k l e , c r e a t i n g t h e m o u n t a i n r a n g e s t h a t c a n

o f t e n b e f o u n d n e a r l e a d i n g e d g e c o a s t s . M o r e o v e r , t h e s t r e s s e s t h a t d e v e l o p d u r i n g t h e

s u b d u c t i o n p r o c e s s c a u s e e a r t h q u a k e s . T h e W e s t C o a s t o f t h e A m e r i c a n c o n t i n e n t i s a g o o d

e x a m p l e o f a l e a d i n g e d g e c o a s t . T h e A n d e s M o u n t a i n s a r e t h e r e s u l t o f t h e b u c k l i n g

p r o c e s s . T h i s i s i l l u s t r a t e d b y F i g u r e 2 - 7 , t h e c o a s t n e a r A n t o f a g a s t a , C h i l e . T h e r i s i n g

m a g m a m a y a l s o c r e a t e v o l c a n i c a c t iv i ty , w h i c h i s t h e c a s e i n t h e A n d e s a n d t h e m o u n t a i n

r a n g e s a l o n g t h e W . c o a s t o f N . A m e r i c a .

O t h e r e x a m p l e s o f l e a d i n g e d g e c o a s t s a r e f o u n d a l o n g th e c o a s t o f M a l a y s i a a n d S u m a t r a ,

i n T u r k e y a n d G r e e c e a n d i n J a p a n a n d N e w G u i n e a . T h i s c a n b e n o t e d f r o m F i g u r e 2 - 3

F i g u r e

2 -7 L e a d i n g e d g e

c o a s t

n e a r A n t o f a g a s t a ( C h i l e ) After

D a v i s (1994)

T h e s t e e p m o u n t a i n s l o p e s o f l e a d i n g e d g e c o a s t s h o l d r a p id l y f l o w i n g s t r e a m s a n d s m a l l

r i v e r s t h a t q u i c k l y e r o d e t h e i r b e d s . B e c a u s e t h e w a t e r s h e d i s a t a h i g h e l e v a t i o n n e a r t h e

c o a s t , t h e r i v e r s a r e s h o r t , s t e e p , a n d s t r a i g h t . T h e y t r a n s p o r t l a r g e q u a n t i t i e s o f s e d i m e n t s

d i r e c t l y t o t h e c o a s t a l a r e a s , g i v i n g n o o p p o r t u n i t y f o r s e d i m e n t s t o b e c o m e e n t r a p p e d i n a

m e a n d e r , o n a n a t u r a l le v e e , o r o n a f l o o d p l a i n . T h e r i v e r s d e p o s i t t h e i r s e d i m e n t l o a d s i n t o

c o a s t a l b a y s o r d i r e c t l y o n t o o p e n b e a c h e s .

E v e n t h o u g h m o u n t a i n s t r e a m s d e p o s i t l a r g e a m o u n t s o f s e d i m e n t o n t h e c o a s t , t h e y d o n o t

p r o d u c e d e l t a s ( D a v i s [ 1 9 9 4 ] ) . I n f a c t , n o n e o f t h e w o r l d ' s 2 5 l a r g e s t d e l t a s o c c u r s o n l e a d i n g

e d g e c o a s t s , b e c a u s e t h i s t e c t o n i c s e t t i n g d o e s n o t h a v e a s h a l l o w , n e a r s h o r e a r e a o n w h i c h

t h e s e d i m e n t c a n a c c u m u l a t e , a n d b e c a u s e w a v e s a r e u s u a l l y l a r g e a l o n g l e a d i n g e d g e

c o a s t s . If s e d i m e n t e v e n t u a l l y d o e s a c c u m u l a t e , it is s o o n d i s p e r s e d b y t h e l a r g e w a v e s

c o m i n g f r o m t h e d e e p o c e a n .

T r a i l i n g e d g e c o a s t s d e v e l o p i n a s s o c i a t i o n w i t h a p a r t o f t h e c o n t i n e n t a l l i t h o s p h e r e t h a t i s

n o t a t t h e l e a d i n g e d g e o f a p l a t e ( F i g u r e 2 - 6 ) a n d t h a t t y p i c a l l y h a s b e e n t e c t o n i c a l l y s t a b l e

f o r a t l e a s t t e n s o f m i l l i o n s o f y e a r s . A l l t h e s e y e a r s , e r o s i o n p r o c e s s e s h a v e t a k e n p l a c e a n d

c o n v e r t e d h i l l s a n d c l i f f s i n t o c o a s t a l a n d s u b m a r i n e p l a i n s . A l o n g t h e s e c o a s t s , o n e c a n f i n d

h u g e d e p o s i t s o f s e d i m e n t . T h e y a r e s h a p e d a n d r e s h a p e d b y c u r r e n t s , w i n d a n d w a v e s .

T h e s e a r e t h e c o a s t s w h e r e o n e f in d s b a r r i e r i s l a n d s , d e l t a s a n d o t h e r s e d i m e n t a r y s h a p e s .

I n m a n a n d N o r d s t r o m h a v e c a t e g o r i s e d t r a i l i n g e d g e c o a s t s o n t h e b a s i s o f t h e i r p l a t e

t e c t o n i c s e t t i n g s a s N e o - t r a i l i n g e d g e c o a s t s , A f r o - t r a i l i n g e d g e c o a s t s , a n d Amero- t ra i l ing

e d g e c o a s t s . T h e t h r e e s u b t y p e s r e f e r t o d e t a i l s o f t h e e r o s i o n p r o c e s s a f t e r t h e b r e a k i n g u p

o f a l a n d m a s s .

2 0


22/278


23/278

a n d t e c t o n i c a l l y s t a b l e c o n t i n e n t a l m a r g i n f r o m t h e v o l c a n i c i s l a n d a r c a t t h e p l a t e e d g e n e a r

a s u b d u c t i o n z o n e . A l t h o u g h f a i r l y c l o s e t o t h e c o n v e r g e n c e z o n e , t h e m a r g i n a l s e a c o a s t i s

f a r e n o u g h a w a y t o b e u n a f f e c t e d b y c o n v e r g e n c e t e c t o n i c s - i t b e h a v e s l i k e a t r a i l i n g e d g e

c o a s t . W e l l - d e v e l o p e d r i v e r s c a r r y l a r g e q u a n t i t i e s o f s e d i m e n t t o t h e c o a s t , w h e r e a b r o a d

and gen t l y s lop ing con t i nen ta l she l f p rov ides an i dea l res t i ng -p lace fo r l a rge quan t i t i es o f

l a n d -

d e r i v e d s e d i m e n t .

T h e r e s t r i c t e d s i z e o f t h e m a r g i n a l s e a l i m i t s t h e s i z e o f w a v e s t h a t d e v e l o p . I n a d d i t i o n , t h e

g e n t l e s l o p e a n d s h a l l o w w a t e r s o f t h e c o n t i n e n t a l s h e l v e s i n t h e s e a r e a s a t t e n u a t e w a v e

e n e r g y . H e n c e , t h e c o m b i n a t i o n o f r e l a t i v e l y l o w - e n e r g y c o a s t a l c o n d i t i o n s a n d s i z e a b l e

s e d i m e n t l o a d s a l l o w s t h e f o r m a t i o n o f l a r g e d e l t a s a n d o t h e r c o a s t a l s e d i m e n t a r y d e p o s i t s

s u c h a s t id a l f l a t s , m a r s h e s , b e a c h e s a n d d u n e s . T h e g r e a t r i v e r s o f s o u t h e a s t e r n A s i a a n d

t h e G u l f r e g i o n o f t h e U S , b o t h a r e a s o f m i l d c l i m a t e a n d a b u n d a n t r a i n f a l l , h a v e d e p o s i t e d

t h e i r s e d i m e n t l o a d s o n m a r g i n a l s e a c o a s t s t o c r e a t e s o m e o f t h e l a r g e s t d e l t a s o f t h e w o r l d .

F i g u r e

2 -9

C o a s t

n e a r t h e mouth o f t h e A m a z o n

R i v e r

in

B r a z i l

2 . 5 T h e Dutch

coast

2.5.1 G eologica l history of the Dutchcoast

T h e a c t u a l h i s t o r y o f t h e p r e s e n t D u t c h c o a s t s t a r t s f r o m t h e e n d o f t h e P l e i s t o c e n e . A t t h e e n d

o f t h e P l e i s t o c e n e , s o m e 10,000 y e a r s a g o , t h e a r e a p r e s e n t l y k n o w n a s t h e s o u t h e r n N o r t h S e a

w a s c o m p l e t e l y d r y , f o r m i n g a p l a i n t h a t c o n n e c t e d E n g l a n d w i t h t h e r e s t o f W e s t e r n E u r o p e . T h i s

p l a i n w a s i n t e r s e c t e d b y t h e m a i n r i v e r s l i k e T h a m e s , R h i n e , S c h e l d t a n d M e u s e . T h e e n d o f t h e

P l e i s t o c e n e a n d t h e s t a r t o f t h e H o l o c e n e w e r e m a r k e d b y a r i s e i n t e m p e r a t u r e . T h e r i s i n g

t e m p e r a t u r e c a u s e d a c o n s i d e r a b l e r i s e o f t h e s e a le v e l a s i n d i c a t e d r o u g h l y i n T a b l e 2 - 3 , a n d

m o r e i n d e t a i l i n F i g u r e 2 - 1 0 .

T a b l e 2 - 3 s h o w s t h e t i m e s c h e d u l e f o r t h e m o s t r e c e n t ( H o l o c e n e ) p a r t o f t h e g e o l o g i c a l h i s t o r y

o f t h e D u t c h c o a s t e x p r e s s e d i n s u n ( c a l e n d a r ) y e a r s ( y e a r s A D ) a n d i n

C-14

y e a r s ( y e a r s B P ) .

D e p o s i t s f r o m t h e P l e i s t o c e n e a r e s t i l l v i s i b l e o n t h e p r e s e n t s u r f a c e i n t h e e a s t e r n p a r t o f t h e

N e t h e r l a n d s ; t h e W e s t e r n p a r t i s a l m o s t c o m p l e t e l y c o v e r e d w i t h t h e m o r e r e c e n t d e p o s i t s f r o m

2 2


24/278

the Holo ce ne . In the Pleist oce ne deposi t s we can st il l d ist ingui sh nunnero us ice- pu she d r idges

(of ten conta in ing mora ine mater ia l or g lac ia l till).

G E O L O G I C A L

TIME SCALE

A G E

C14 calendar

sea level

position

(m)

O B S E R V A T I O N S C O A S T A L D E V E L O P M E N T

Late Weichsellen

iHolocene

Prae-Boreal

Boreal

At lant icum

Sub-Boreal

10 000

9 000

8

000

7 000

6

000

5

000

Sub-At lant icum

H

4

OOO

V 3 000

h 2000

i 000

5500

BC

25

15

- 7

3850

BC

1100

BC

ADH

- 3.0

1.7

1.0

.1999

_ L

NAP.

8700 BP Sea protrudes into Strai t of Dover /Calais

8 3 0 0 BP Connect ion betwe en Nor thernand

Southern par t

o fNortti

S ea

is

fo rmed

7800 BP Average coast l ine pos i t ion25 kmW e s tof

the present pos i t ion

Per iod ofcoastal ret reat

Dutch coast develops into open Wadden Coast

5000

BP

Star t

o f

c losure dutch coast , coastal propagat ion

and format ion

of

th e

old

dunes;

Coast l ine

on

average

8

l


25/278

P r e -

B o r e A t l a n t i c

S u b b o r e a l S u b a t l a n t i c

b o r .

a l

10000 8000

6000

4000 2000 0

14

F i g u r e 2-10 R e l a t i v e H o l o c e n e s e a l e v e l r i s e a l o n g t h e D u t c h c o a s t

I n t h e e a r l y y e a r s o f t h e H o l o c e n e , t h e s e a l e v e l r i s e a m o u n t e d t o Im /cen tu ry o r m o r e . A b o u t

9 0 0 0 y e a r s a g o , t h e p l a i n b e t w e e n E n g l a n d a n d E u r o p e s t a r t e d t o f l o o d . A t f i r s t, t h e w a t e r c a m e

i n f r o m t h e s o u t h , t h r o u g h t h e E n g l i s h C h a n n e l . I n t h e m e a n t i m e , t h e n o r t h e r n N o r t h S e a w a s

f o r m e d d u e s o u t h o f t h e r e t r e a ti n g p o l a r i c e . T h e s e p a r a t i o n b e t w e e n t h e s o u t h e r n a n d n o r t h e r n

p a r t s o f t h e N o r t h S e a e x t e n d e d f r o m t h e p r e s e n t D u t c h W a d d e n S e a t o t h e w e s t . T h e p l a i n w a s

c o m p l e t e l y f l o o d e d b e t w e e n 8 5 0 0 B P a n d 8 0 0 0 B P . A s t h e i c e c a p s c o n t i n u e d t o m e l t , a n d t h e

l a n d s u b s i d e d i n o t h e r p l a c e s , t h e s e a t r a n s g r e s s e d f u r t h e r . A b o u t 7 5 0 0 B P , t h e D u t c h c o a s t l i n e

w a s s i t u a t e d s o m e 2 5 k i l o m e t r e s w e s t o f i t s p r e s e n t p o s i t i o n a n d i t m i g r a t e d c o n t i n u o u s l y i n

l a n d w a r d d i r e c t i o n ( s e e F i g u r e 2-11 a n d F i g u r e 2 - 1 3 ) .

2 4


26/278

I

F i g u r e 2-11

F o u r

s t a g e s in the

formation

o f t h e North S e a

(after

Z a g w i j n ,

1986)

T h e P l e i s t o c e n e l a n d s c a p e i n w h a t is n o w t h e N e t h e r l a n d s h a d a d i s t i n c t r e li e f. G e n e r a l l y

s p e a k i n g , t h e h e i g h t i n c r e a s e d t o t h e e a s t . T w o l a r g e , e a s t - w e s t t r e n d i n g v a l l e y s d i s s e c t e d t h i s

l a n d s c a p e : o n e r u n n i n g f r o m N o r t h - H o l l a n d , b e t w e e n A l k m a a r a n d G a s t r i c u m , t o t h e

N o o r d o o s t p o l d e r , a n d o n e f u r t h e r s o u t h , a p p r o x i m a t e l y a t t h e p r e s e n t p o s i t i o n o f t h e ri v e r s R h i n e

a n d M e u s e ( s e e F i g u r e 2 - 1 2 ) . In t h e n o r t h e r n p a r t o f T h e N e t h e r l a n d s , t h e r e w e r e t w o s m a l l e r ,

S S W - N N E r u n n i n g v a l l e y s . T h e n o r t h - w e s t e r n p a r t o f t h e N e t h e r l a n d s h a d a r e l a t i v e ly h i g h

e l e v a t i o n d u e t o ic e - p u s h e d r i d g e s i n t h e s u b s u r f a c e . T h i s f e a t u r e c a l l e d " T e x e l H i g h " d o m i n a t e d

t h e c o a s t a l e v o l u t i o n i n t h e a r e a f o r a l o n g t i m e .

2 5


27/278

F i g u r e 2 - 1 2 T h e N e t h e r l a n d s d u r i n g P r e - B o r e a l : 7500-8500 B C ( Z a g w i j n , 1 9 9 1 )

The fas t r i s i ng sea l eve l resu l ted i n an ove ra l l r e t rea t o f t he coas t l i ne , s ince the ava i l ab le amoun ts

o f s e d i m e n t w e r e t o o s m a l l t o s t a b i l i s e t h e c o a s t . T h e t r a n s g r e s s i o n o f t h e s e a t o o k p l a c e v i a t h e

v a l l e y s in t h e l a t e - g l a c i a l l a n d s c a p e . T h e s e v a l l e y s c h a n g e d i n t o l a g o o n s a n d e s t u a r i e s t h a t

b e c a m e m a j o r s i n k s f o r s e d i m e n t s o f p r e d o m i n a n t l y m a r i n e o r i g i n ( c o m p a r e F i g u r e 2-13 a n d

F i g u r e 2 - 1 4 ) . I n pe r iods o f r i s i ng sea l eve l , a coas ta l p la in has the tendency to ma in ta in a more -o r -

l e s s c o n s t a n t l e v e l o f t h e s h o a l s w i t h r e f e r e n c e t o t h e m e a n s e a l e v e l b y a c c u m u l a t i n g s e d i m e n t .

R e p e a t e d f l o o d i n g o f t h e i n t e r - t i d a l a r e a s d e p o s i t e d s e d i m e n t s o n t h e s h o a l s . M o r e o v e r , f i n e

g r a i n e d s e d i m e n t s t e n d t o a c c u m u l a t e i n l a g o o n s . T h e s e d i m e n t o r i g i n a t e s f r o m t h e s u r r o u n d i n g

c o a s t s t h a t s h o w a t e n d e n c y t o e r o d e i n t h e v i c i n i t y o f t h e t i d a l i n l e t s . A t p r e s e n t w e t e r m t h i s

p h e n o m e n o n t h e "s a n d h u n g e r o f t h e W a d d e n S e a " . T h e s e d i m e n t s w e r e t r a n s p o r t e d t o w a r d s

t h e ti d a l b a s i n s b y w a v e - d r i v e n l o n g s h o r e a n d c r o s s - s h o r e t r a n s p o r t a n d b y t i d a l a c t i o n . T h e r i v e r s

R h i n e a n d M e u s e d e p o s i t e d s a n d a n d c l a y i n t h e i r v a l l e y , t h u s k e e p i n g t h e i n v a d i n g s e a o u t .

2 6


28/278

F i g u r e

2 - 1 3 T l i e N e t h e r l a n d s d u r i n g

E a r l y

A t l a n t i c u m :

5500

B C ( Z a g w i j n , 1 9 9 1 )

F i g u r e

2 -1 4 T h e N e t h e r l a n d s d u r i n g L a t e A t l a n t i c u m : 4 1 0 0 B C (Zagwijn,1991)

2 7


29/278

A t t h e e n d o f t h e A t l a n t i c p e r i o d , a b o u t 6 0 0 0 t o 5 5 0 0 B P , t h e r a t e o f s e a - l e v e l r i s e h a d d e c l i n e d

s i g n i f i c a n t l y ( F i g u r e 2 - 1 0 ) . T h i s c a u s e d a c h a n g e i n t h e c o a s t a l e v o l u t i o n . T h e t i d a l b a s i n s i n

Z e e l a n d a n d S o u t h - a n d N o r t h - H o l l a n d ( u p to A l k m a a r ) s t a r t e d t o s il t u p . T h e s e d i m e n t s u p p l y

g r a d u a l l y b e c a m e s u f f i c i e n t t o f i l l i n t h e s e b a s i n s , w h i c h r e s u l t e d i n c l o s u r e o f t h e t i d a l i n l e t s .

S u b s e q u e n t l y , t h e c o a s t a l b a r r i e r s t a r t e d t o p r o g r a d e t o t h e w e s t . E v e n t u a l l y th i s r e s u l t e d in a

c l o s e d c o a s t l i n e t h a t w a s o n l y d i s s e c t e d b y t h e m o u t h s o f t h e r iv e r s S c h e l d t , R h i n e / M e u s e , t h e

O l d R h i n e n e a r L e i d e n a n d t h e O e r - I J n e a r G a s t r i c u m ( F i g u r e 2 - 1 5 ) .

B e h i n d t h i s c o a s t a l b a r r i e r t h e m a r i n e i n f l u e n c e h a d c o m p l e t e l y d i s a p p e a r e d a n d l a r g e - s c a l e p e a t

f o r m a t i o n s t a r t e d . T h e c o a s t b e t w e e n A l k m a a r a n d t h e p r e s e n t i s l a n d o f V l i e l a n d w a s s t i ll

d o m i n a t e d b y t h e T e x e l H i g h . T h i s ' h i g h ' c a u s e d t o c o a s t l i n e t o r e t r e a t m u c h m o r e s l o w l y t h a n i t

d i d t o t h e s o u t h o f i t . C o n s e q u e n t l y , t h i s p a r t o f t h e c o a s t w a s a p r o m o n t o r y . T h e s e d i m e n t t h a t

w a s e r o d e d f r o m t h e T e x e l H i g h w a s t r a n s p o r t e d t o t h e n o r t h e a s t a n d s o u t h , i n t o t h e t i d a l b a s i n s .

T h e t i d a l b a s i n s e a s t o f V l i e l a n d n e v e r s i l t e d u p c o m p l e t e l y . T h i s m e a n s t h a t t h e r e h a s a l w a y s

b e e n a p r e d e c e s s o r o f t h e p r e s e n t - d a y W a d d e n S e a ( c o m p a r e F i g u r e 2 - 1 5 t o F i g u r e 2 - 1 7 ) .

F i g u r e 2 - 1 5 T h e N e t h e r l a n d s d u r i n g E a r l y S u b - B o r e a l : 3000 B C ( Z a g w i j n , 1 9 9 1 )

2 8


30/278

F i g u r e

2-16 Th e Netherla nds during Mid Sub -B or eal : 2100 B C (Zagwijn, 1991)

F i g u r e

2-17 Th e Nether lands during Late S u b - B o r e a l : 1250 B C (Zag wijn , 1991)

29


31/278

F r o m 3 0 0 0 y e a r s a g o o n w a r d s d e v e l o p m e n t s i n o u r re g i o n w e r e n o l o n g e r d e t e r m i n e d b y t h e

f o r c e s o f n a t u r e a l o n e . T h e c o n d i t i o n s f o r h u m a n s e t t l e m e n t i m p r o v e d a n d g r a d u a l l y t h e l a n d

b e c a m e i n h a b i t e d b y p e o p l e w h o i n c r e a s i n g l y i n t e r f e r e d w i t h t h e f l o w o f w a t e r a n d t h e f l o w o f

s e d i m e n t . T h u s , d e v e l o p m e n t s f r o m a b o u t 1000 B C o n w a r d s i n c l u d e d a m i x t u r e o f n a t u r a l a n d

h u m a n i n f l u e n c e s , t h e h u m a n f a c t o r b e c o m i n g m o r e i m p o r t a n t a s t e c h n i c a l s k i l l s g r a d u a l l y

i n c r e a s e d . D e v e l o p m e n t s a f t e r 3 0 0 0 B C w e r e n o lo n g e r r e v e a l e d o n l y b y g e o l o g y b u t b y

a r c h a e o l o g y a s

w e l l ,

l a t e r s u p p o r t e d b y e a r l y w r i t t e n h i s t o r y .

T h e S u b a t l a n t i c u m , f r o m 2 9 0 0 y e a r s a g o u p t o t h e p r e s e n t , i s c h a r a c t e r i s e d b y a n e v e n s l o w e r

r a t e o f s e a l e v e l r i s e . A l t h o u g h o n e w o u l d e x p e c t t h a t t h i s w o u l d l e a d t o f u r t h e r c o n s o l i d a t i o n o f

t h e c o a s t l i n e , t h a t d i d n o t o c c u r . S u b s i d e n c e o f t h e a r e a s b e h i n d t h e c o a s t a l b a r r i e r l e d t o n e w

i n c u r s i o n s o f t h e s e a , r e s u l t i n g i n t h e d e v e l o p m e n t o f n e w t i d a l b a s i n s . I n Z e e l a n d , t h i s e v e n t u a l l y

r e s u l t e d i n t h e f o r m a t i o n o f l a r g e e s t u a r i e s . T h e c o a s t o f H o l l a n d b e t w e e n S c h o u w e n a n d A l k m a a r

s t o p p e d p r o g r a d i n g . T h e d e l t a o f t h e O l d R h i n e w a s e r o d e d a f t e r t h e a b a n d o n m e n t o f t h i s r i v e r

c o u r s e . T h i s s t r e t c h o f c o a s t s t a r t e d e r o d i n g s l o w l y , w h i l e t h e r e m a i n d e r o f t h e T e x e l H i g h ,

b e t w e e n A l k m a a r a n d V l i e l a n d w a s f i n a ll y f l o o d e d , c r e a t i n g t h e w e s t e r n W a d d e n S e a . S e v e r a l

b r e a c h e s d e v e l o p e d . O n e o f t h e m e x p a n d e d a t t h e c o s t o f t h e o t h e r s , a n d f i n a l l y b e c a m e t h e

M a r s d i e p , t h e la r g e s t t i d a l i n le t o f t h e p r e s e n t - d a y W a d d e n S e a . T h e M a r s d i e p c o n n e c t e d t h e

A l m e r e , a l a r g e i n l a n d l a k e , w i t h t h e N o r t h S e a . T h e Vlie f o r m e d a n o t h e r c o n n e c t i o n , t o t h e n o r t h .

T h e e a s t e r n p a r t o f t h e W a d d e n S e a e x p a n d e d a g a i n ( s e e F i g u r e

2-18

t o F i g u r e 2 - 2 0 ) .

i

F i g u r e 2-18

T h e N e t h e r l a n d s d u ri n g

E a r l y

S u b - A t l a n t i c u m :

100-400

B C (Zagwijn,1991)

3 0


32/278

F i g u r e 2-19 Th e Net her lan ds durin g Ro ma n Em pi re : 100 AD (Zag wij n, 1991)

ure 2-20 Th e Nethe rlan ds during E a r l y Middle A g e s : 500-700 AD (Zagwi jn, 1991)

31


33/278

A s a r e s u l t o f t h e n e w i n l e t s , e x t e n s i v e p e a t a r e a s w e r e b e i n g d r a i n e d , p a r t l y b y a n a t u r a l s y s t e m

o f c r e e k s a n d g u l l i e s , p a r t l y b y h u m a n i n t e r f e r e n c e t h a t b e c o m e s n o t i c e a b l e f r o m t h e R o m a n a g e

( s a y 2 0 0 0 y e a r s a g o ) . T h e b e t t e r d r a i n a g e o f t h e p e a t a r e a s a l s o c a u s e d s o m e s e t t l e m e n t .

S l i g h t l y l a t e r d u r i n g t h i s p e r i o d , t h e c o a s t a l e r o s i o n w a s i n t e r r u p t e d i n s o m e w a y , s i n c e w e k n o w

t h a t d u r i n g t h e R o m a n a g e r i v e r m o u t h s a n d t i d a l i n l e t s ( R h i n e n e a r K a t w i j k a n d " O e r I J " ) w e r e

c h o k e d . ( E v e n a t p r e s e n t w e c a n d i s t i n g u i s h t h e c o u r s e o f t h e " O e r I J " i n t h e v i c i n i t y o f

A m s t e r d a m b y t h e d e e p l o c a t i o n o f f i r m f o u n d a t i o n l a y e r s ) . A r e m a r k a b l e e v e n t in t h i s p e r i o d a l s o

w a s t h e c r e a t i o n o f t h e W e s t e r n p a r t o f t h e W a d d e n S e a b y i n u n d a t i o n o f t h e m a s s i f a r o u n d

T e x e l .

T h e s e a l e v e l i n t h i s p e r i o d m u s t h a v e b e e n a r o u n d N A P - 0 . 5 m ( s e e F i g u r e 2 - 1 9 ) .

2.5.2 Human intervention

T h e s i t u a t i o n d e s c r i b e d a t t h e e n d o f s e c t i o n 2 . 5 . 1 i s a p p r o x i m a t e l y t h e s i t u a t i o n o f t h e c o u n t r y

w h e n t h e R o m a n s e n t e r e d a n d b u i l t t h e i r f o r t r e s s e s a t s t r a t e g i c p o i n t s a l o n g t h e s e a s h o r e a n d

t h e r i v e r b a n k s . In t h e s a m e p e r i o d , i n h a b i t a n t s o f o t h e r o r i g i n s t a r t e d t o m a n i p u l a t e t h e w a t e r

m a n a g e m e n t i n t h e la g o o n a r e a b e h i n d t h e d u n e s b y d a m m i n g s m a l l c r e e k s a n d b y c o n s t r u c t i n g

s m a l l - s c a l e d i s c h a r g e s l u i c e s . E x c a v a t i o n s n e a r V l a a r d i n g e n s h o w p r i m i t i v e h y d r a u l i c e n g i n e e r i n g

w o r k s c o n s i s t i n g o f p i l e d r e v e t m e n t s a n d h o l l o w t r e e s t o d r a i n w a t e r d a t i n g f r o m a s e a r l y a s

100

A D .

C e n t u r i e s l a t e r , m e d i e v a l r u l e r s c o n s t r u c t e d d a m s i n l a r g e r c r e e k s a n d r i v e r s t h u s i n f l u e n c i n g t h e

d i s t r i b u t i o n o f w a t e r o v e r t h e v a r i o u s o u t l e t s o f t h e m a i n r i v e r s . T h e p u r p o s e o f t h e d a m s v a r i e d ,

s o m e w e r e m e a n t t o e n h a n c e l a n d t r a f f i c , o t h e r s w e r e m e a n t

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Introduction to Coastal Engineering - d'Angremond

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