Введение к работе
Актуальность темы исследования. Покровные суглинки - одни из наиболее характерных поверхностных отложений палеоледниковой и перигляциальной территорий Вятско-Камского Предуралья, используемых в строительстве, сельском и лесном хозяйстве. Несмотря на широкое распространение, они относятся к числу наименее изученных в пределах данного региона. Недостаточное внимание к указанным седиментам объясняется их приповерхностным залеганием, сравнительно небольшой мощностью, значительным пространственным варьированием плаща и по преимуществу прикладной тематикой геологоразведочных работ, ориентированных в основном на поиски карбонатного сырья и пресных вод для питьевого водоснабжения. На существующих геологических картах среднего масштаба эти отложения до настоящего времени именуются проблематичными. Поэтому учёные различных регионов, в том числе Центральной России и Среднего Поволжья, проявляют неослабевающий интерес к решению эволюционно-генетических проблем, касающихся покровных суглинков.
Отличительная черта географии покровных отложений Вятского Прикамья заключается в их нахождении в пределах древних пред- и внутриледниковых пространств. Такое палеогеографическое положение региона с пограничным сочетанием условий литогенеза обеспечило формирование одной из самых северных в Европе литолого-фациальной провинции лёссовидных отложений.
Поэтому успешное решение генетических вопросов нуждается в комплексном подходе и привлечении, наряду с палеогеографической, литолого-стратиграфической информации. Последняя касается субстантивных свойств покровных суглинисто-глинистых отложений, занимающих различные зонально-биоклиматические и геолого-геоморфологические ландшафтно-геохимические позиции. Покровные суглинки, будучи поверхностными отложениями, характеризуются различным соотношением с подстилающими и смежными седиментами в пределах каждого из ареалов палеоледниковой и внеледниковой зон бассейна Вятки и Камы. Субстантивные свойства покровных суглинков могут быть отражением как прошлых физико-географических условий, связанных с процессом их формирования, так и последующих диагенетических преобразований на современном этапе развития природной среды.
Исходя из вышеизложенного, для решения проблемы покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья необходимы специальные, по возможности, комплексные научные исследования вещественного состава покровной фации в вертикальном и латеральном аспектах с ландшафтно-геохимических позиций.
Объект исследования - покровные суглинки, являющиеся литогенной основой автоморфных и полугидроморфных ландшафтов. Наряду с ними, изучались подстилающие коренные и/или моренные отложения ввиду
литолого-генетической смежности и связи данных седиментов с покровными суглинками.
Предмет исследования - география, морфология и вещественный состав педо-литоседиментов покровных суглинков палеоледниковой и внеледниковой зон Вятско-Камского Предуралья.
Цель исследования - выявление субстантивных свойств, закономерностей пространственного размещения и особенностей формирования покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья.
В работе были поставлены следующие задачи:
полевое изучение закономерностей ландшафтно-географического распределения и морфологии педо-литоседиментов покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья;
анализ фондовых и литературных геологических, геоморфологических, почвенных (поисковых, оценочных и съёмочных) и физико-географических материалов;
исследование минеральной фазы покровных суглинков, сформированных на них почв, а также подстилающих пород: объемная масса, гранулометрический, валовой макро- и микроэлементный химический состав, закономерности вертикальной дифференциации почвогрунтов;
исследование физико-химических свойств: реакция твердой фазы, ёмкость поглощения, сумма поглощённых оснований, степень насыщенности основаниями;
статистическая обработка аналитических материалов;
диагностика и идентификация современных процессов диагенеза;
установление генетических взаимосвязей между покровными суглинками и условиями и факторами осадконакопления - орографией, подстилающими породами, климатом.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
обнаружены мощные толщи покровных суглинков (10,0-15,0 м и более) в автономных местоположениях Вятско-Камского Предуралья, прежде считавшиеся характерными для более южных регионов;
установлено, что покровные отложения внеледниковой зоны Вятско-Камского Предуралья по гранулометрическому и валовому химическому составу представлены двумя генетическими близкими вариантами -лессовидными и элювиальными, сравнимыми по мощности и субстантивным признакам;
проанализированы с химических позиций две разности покровных суглинков - карбонатные и бескарбонатные - сменяющие друг друга как по простиранию, так и в разрезе; выявлены значительные различия между ними;
получены доказательства покровообразования в палеоледниковой зоне при участии четвертичного гляциального материала, а во внеледниковой зоне -коренных пермских пород;
установлена близость субстантивного состава покровных суглинков гляциальной и перигляциальной зон; представлены региональные кларки
петрогенных и микроэлементов покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья;
обнаружены признаки литогенной неоднородности по разрезу мощных толщ водораздельных покровных отложений Вятско-Камского Предуралья по гранулометрическим и химическим характеристикам, косвенно свидетельствующие о сложной истории формирования покровного плаща на протяжении плейстоцена и о вероятности наличия в подобных толщах важной палеогеографической информации;
на относительно пологих элювиальных и трансэлювиальных элементах рельефа, а также в нижних звеньях геохимических сопряжений при промывном водном режиме в почвогрунтах усиливается радиальная миграция веществ, о чём свидетельствует элювиально-иллювиальная глинисто-химическая дифференциация поверхностных толщ исследуемых отложений;
выявлено существенное увеличение концентраций анализируемых микро-и макроэлементов за счёт латеральной миграции в направлении от элювиальных ландшафтов к аккумулятивным в гумидных условиях.
Полученные результаты исследования имеют важное значение для сравнения и возможной увязки в единую систему данных о субстантивных свойствах, географии и геохимии ландшафтов на покровных суглинках центра и востока Русской равнины, смежных с Вятско-Камской провинцией.
Практическое значение исследования. Результаты диссертационного исследования востребованы в практике рационального природопользования (сельское хозяйство, лесопользование, промышленность строительных материалов и строительство), ландшафтного планирования, охраны природы, в том числе формирования и совершенствования экологического каркаса и сети особо охраняемых природных территорий, разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия, научной, образовательной и научно-познавательной деятельности и для реализации программ устойчивого развития ряда субъектов Приволжского ФО в целом и территории Кировской области, в частности.
Большая часть материалов опубликована и передана геологическим, землеустроительным и природоохранным учреждениям Кировской области для планирования и ведения своей практической деятельности.
Материалы диссертации могут быть использованы для разработки учебных курсов по литологии, почвоведению и геоэкологии в системе вузовского географического и геологического образования.
Теоретической и методологической основой исследования послужили работы отечественных географов и палелогеографов, геологов, геохимиков-ландшафтоведов, почвоведов и палеопочвоведов в области изучения покровных суглинков, лёссов, лессовидных пород и ландшафтов на них (Н.С. Касимов, А.И. Перельман, М.А. Глазовская, А.А. Величко, А.П. Виноградов, В.В. Тюлин, A.M. Прокашев, О.Е. Чумаков, Н.А. Гантов и др.).
Исследование покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья было
проведено с применением общенаучных и специальных методов:
экспедиционного, сравнительно-географического, геохимических,
лабораторных физико- и химико-аналитических, картографического с использованием ГИС, статистического, математического и др.
Публикации и апробация результатов работы. Соискателем опубликовано 10 научных работ по теме диссертации. В их число входят 2 статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ. Приведенный в конце автореферата список основных публикаций в полной мере отражает результаты диссертационной работы.
Основные результаты проведенных исследований докладывались на ежегодных научных, научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Вятского государственного гуманитарного университета (2008-2011 гг.), а также на конференциях: Современное состояние, антропогенная трансформация и эволюция ландшафтов востока Русской равнины и Урала в позднем кайнозое (Киров, 2008), Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития: VI Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием (Киров, 2008), Третья международная конференция «Особо охраняемые природные территории» (Санкт-Петербург, 2008), География: проблемы науки и образования. LXII Герценовские чтения: Ежегодная Всероссийская научно-методическая конференция (Санкт-Петербург, 2009), География и современные проблемы естественнонаучного познания: Всероссийская научно-практическая конференция памяти д.г.н., проф., почет, чл. РГО, Василия Ивановича Прокаева (Екатеринбург, 2009), Пространственная организация, функционирование, динамика и эволюция природных, природно-антропогенных и общественных географических систем: Всероссийская научная конференция с международным участием (Киров, 2010).
Основные положения и выводы диссертации, составляющие предмет защиты
1. На высоких водоразделах внеледниковой части Вятско-
Камского Предуралья могли образовываться и существуют в настоящее время сверхмощные (по местным меркам) покровные суглинки (10-15 м и более) на фоне преобладающих мощностей 1,0-3,0 м.
По геоморфологическому положению выделяются «первичные» (автономные, элювиальные или субаэрально-элювиальные) и «вторичные» (подчиненные, элювиально-делювиальные, переотложенные) покровные суглинки. Прежде считалось, что первичные суглинки Вятско-Камского Предуралья обладают меньшей мощностью - около 1,0-3,0 м по сравнению со вторичными (до 6,0-10,0 м и более) и даже в сравнении с автономными покровными суглинками Приволжской возвышенности (10,0-15,0 м). В ходе полевого исследования покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья были описаны значительно более мощные покровные суглинки (типичные по свойствам, как лессовидные, так и не имеющие признаков субаэрального
происхождения), залегающие в автономных позициях на водораздельных возвышенностях Чепецко-Кильмезского и Кукарского плато.
2. Покровные суглинки Вятско-Камского Предуралья являются
полигенетическим литолого-фациальным четвертичным комплексом.
По результатам полного гранулометрического анализа 216 проб выявлено, что в иловато-крупнопылеватых покровных суглинках Вятско-Камского Предуралья доминирующей группой фракций является крупная пыль (0,05-0,01 мм). Её доля составляет 42%, не превышает 62% и редко снижается до 20-30% в педогенно-переработанной части покровных суглинков или вблизи контакта с подстилающими породами. Второй по величине фракцией является ил, количество которого составляет величины от 6 (единично) до 53% при среднем 28%.
99% валового состава покровных суглинков приходится на петрогенные оксиды Si, Ті, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, P, Mn, S. Пропорции 11 важнейших оксидов несколько изменчивы по генетическим горизонтам, но постоянным преобладанием отличаются оксид кремния и полуторные оксиды.
3. Покровные суглинки Вятско-Камской лёссовой провинции
имеют некоторые внутрирегиональные особенности. Данные отложения
отличаются явной генетической связью с подстилающими породами:
коренными, в том числе карбонатными, в перигляциальной зоне или
мореной - в палеоледниковой зоне.
Покровные отложения внеледниковой зоны Вятско-Камского Предуралья по гранулометрическому и валовому химическому составу представлены двумя генетическими типами - лессовидными и элювиальными, сравнимыми по мощности и субстантивным признакам. Подстилание здесь представлено почти исключительно породами средне и позднепермского возраста.
В палеоледниковой зоне покровообразование происходило при участии четвертичного гляциального материала. Субстантивный состав ледниковых покровных суглинков мало отличается от своих южных аналогов.
Две химико-минералогические разности покровных суглинков -карбонатные и бескарбонатные - сменяют друг друга, как по простиранию, так и в разрезе. Субстантивные различия между ними значительные, сравнимы с таковыми между лессовидными и элювиальными.
4. В гумидных условиях Вятско-Камского Предуралья за счёт
латеральной и радиальной миграции происходит увеличение
концентраций многих выявленных микро- и макроэлементов от
элювиальных ландшафтов к аккумулятивным.
На относительно пологих элементах рельефа, внизу геохимического сопряжения, в почвенном и подпочвенном слоях усиливается радиальная миграция веществ, о чем свидетельствует более выраженная элювиально-иллювиальная дифференциация профиля по содержанию большинства элементов.
Внутрипрофильное распределение элементов в педогенно переработанных толщах покровных суглинков имеет, в большинстве случаев, элювиально-
иллювиальный характер. Степень вертикальной химической дифференциации ослабевает в южном направлении и элювиирование может быть частично компенсировано биогеохимической аккумуляцией в органо-минеральных горизонтах почв.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложений, библиографического списка. Текст работы изложен на 246 страницах, включает 21 таблицу, 45 рисунков, 5 приложений. Библиографический список включает 147 наименований.
Благодарности. Выражаю благодарность за поддержку исследований научному руководителю, заведующему кафедрой географии, проф. A.M. Прокашеву, сотрудникам кафедры географии ВятГГУ, руководству университета и лично ректору проф. В.Т. Юнгблюду, сотрудникам Филиала по Кировской области ФГУ «ТФИ по Приволжскому федеральному округу», Территориального агентства по недропользованию Кировской области (Кировнедра), а также руководителям и сотрудникам производственных организаций, любезно предоставившим для исследований материалы геологосъемочных и разведочных работ.
