Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Голоценовая история развития окружающей среды 9
1.1. Изученность проблемы 9
1.1.1. История исследований Балтийского моря 9
1.1.2. Эколого-геохимические исследования Балтийского моря 16
1.2. Развитие окружающей среды Балтийского региона в дочетвер-тичное время 22
1.3. Развитие окружающей среды Балтийского региона в четвертичное время 24
1.3.1 Естественная история окружающей среды в плейстоцене 24
1.3.2. Развитие окружающей среды в голоцене 30
1.3.3. Геологическое строение голоценовых отложений Балтийского моря 40
1.4. Опорные участки региона исследования 46
1.4.1. Озеро Лахтинский разлив 49
1.4.2. Озеро Ставок 51
1.4.3. Береговая зона северо-восточной части Финского залива 53
1.4.4. Нижнее течение реки Охты 55
1.5. Выводы 57
Глава 2. Материалы, методы и практические результаты исследования. 61
2.1. Полевые исследования 61
2.2. Лабораторные аналитические исследования 62
2.2.1. Методы геохимического анализа 62
2.2.2. Методы радиоуглеродного анализа 66
2.3. Обобщение результатов и интерпретация полученных данных 72
2.3.1. Статистическая обработка геоэкологической информации 73
2.3.2. Использование геохимических показателей для восстановления палеоэкологических условий 78
2.4. Выводы 94
Глава 3. Восстановление палеогеографических условий по данным анализа донных отложений 96
3.1. Лахтинская геосистема 96
3.1.1. Геохимическая характеристика донных отложений Лахтинского разлива 96
3.1.2. Восстановление палеоэкологических обстановок 101
3.2. Озеро Ставок 111
3.2.1. Геохимическая характеристика донных отложений оз. Ставок 111
3.2.2. Восстановление палеоэкологических обстановок 114
3.3. Результаты радиоуглеродного датирования и реконструкция событий голоценовой истории 119
3.4. Выводы 123
Глава 4. Закономерности поведения экологически опасных элементов в береговой зоне северо-восточной части Финского залива 127
4.1. Тяжелые металлы как экотоксиканты 127
4.2. Тяжелые металлы в береговой зоне северо-восточной части Финского залива 137
4.2.1. Антропогенное влияние на донные отложения современной береговой зоны северо-восточной части Финского залива 137
4.2.2. Антропогенное влияние на донные отложения озера Лахтинский разлив 149
4.3. Геохимическая база данных 157
4.4. Выводы 159
Заключение 162
Список литературы 167
Приложение. Графики распределения химических элементов по разрезам донных отложений 187
- Эколого-геохимические исследования Балтийского моря
- Использование геохимических показателей для восстановления палеоэкологических условий
- Результаты радиоуглеродного датирования и реконструкция событий голоценовой истории
- Антропогенное влияние на донные отложения озера Лахтинский разлив
Введение к работе
Актуальность исследования. Диссертационное исследование посвящено
актуальной проблеме - изучению природно-антропогенной трансформации аквальных
и субаквальных геосистем береговой зоны. Изменение природных обстановок находит
свое отражение в составе донных отложений, которые содержат в себе наиболее
полную и объективную информацию о палеоэкологических обстановках,
существовавших не только в самих водоемах, но и в береговой зоне в целом. Изучение
макро- и микроэлементного состава осадочного разреза значительной мощности
выявляет изменение ряда геоэкологических параметров во времени. При значительной
в масштабе исторического времени продолжительности формирования этих осадков
можно получить сведения о соотношении природных и антропогенных факторов,
обусловивших возникновение выявленных геохимических особенностей окружающей
среды. Для достоверной реконструкции параметров палеоэкологических обстановок
необходима увязка историко-археологических, эколого-географических,
литологических, геохимических данных. Актуальность исследования заключается и в необходимости датирования четвертичных отложений с привязкой палеогеографических событий Балтики к хронологическим реперам. На сегодняшний день таких данных недостаточно (за исключением работ по Лужской низменности и некоторым природным объектам Карельского перешейка).
Объектом исследования является береговая зона северо-восточной части Финского залива.
Предмет исследования - особенности эволюции природных процессов голоцена, протекающих в различных звеньях береговой зоны в естественных и антропогенных условиях, устанавливаемые геохимическими и радиоуглеродными методами исследования.
Целью настоящей работы является установление временной динамики, факторов, закономерностей и этапов голоценовой эволюции береговой зоны методами комплексной геохимической стратификации донных отложений, с радиоуглеродным датированием событий естественной и антропогенной истории.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи: D дать общую характеристику и рассмотреть закономерности эволюции природной и антропогенной среды региона исследований;
произвести анализ, разработку и апробацию методов изучения
депонирующих сред береговой зоны;
D обосновать характер и установить тенденции геохимической эволюции донных осадков;
D провести реконструкцию развития природной среды восточной части Финского залива в голоценовое время и датировать время основных событий;
определить основные результаты техногенного воздействия на исследуемую
территорию во временном контексте естественной истории.
Защищаемые положения:
-
Изменение природных обстановок на изученной территории за последние 12 тысяч лет находит свое отражение в геохимии отложений, полученные данные послужат основой формирования геохимической шкалы индикации возраста самих отложений.
-
Осадки аквальных геосистем, сформировавшиеся на последних этапах (послеледниковом, озерном, морском) развития береговой зоны северо-восточной части Финского залива в голоцене, обладают характерными особенностями, позволяющими произвести детальное расчленение комплексов отложений по данным
геохимического анализа и специфической последовательности литолого-геохимических типов.
-
Данные детальных геохимических исследований по разным географическим объектам береговой зоны северо-восточной части Финского залива имеют высокую степень корреляции, что позволяет использовать геохимические данные в случаях, когда применение других методов невозможно, или их результаты не презентабельны.
-
Результаты радиоуглеродного анализа, сопряженные с установленной геохимической зональностью изученных разрезов, позволяют определить этапы естественной и антропогенной истории.
Теоретической и методологической основой диссертации являются конструктивные идеи и результаты исследования отечественных и зарубежных специалистов в области географии, геологии и геохимии: К.К. Маркова, Н.М. Страхова, Н.Н. Верзилина, Д.П. Финарова, К.В. Чистякова, Е.М. Нестерова, Д.А. Субетто, Г.И. Клейменовой, А.В.Маслова, А.А.Блажчишина, Р.Н. Джиноридзе, Д.Д.Квасова, А.Ю.Опекунова, А.И.Перельмана, Е.П.Янина, В.А. Шахвердова, Е.М.Емельянова, K.Duphorn, H.Vallius, S.Bjork, B.Berglund, H.Hyvarinen, M.Saarnisto, A.Miettinen, A.Raukas.
Научная новизна работы. В ходе исследования были уточнены тенденции географической эволюции и динамика природных процессов береговой зоны Финского залива в голоценовое время. На основе авторского характера комплексирования методов геохимических, радиоуглеродных и других эколого-географических подходов получены результаты, которые отразили новые факторы и закономерности в естественной и антропогенной эволюции береговой зоны. В результате работы были:
D впервые в рамках совершенствования теории формирования береговых зон столь детально изучена геохимия аквальных и субаквальных отложений, разработаны аналитические материалы, отражающие распределение микроэлементов в разрезах геосистем береговой зоны Котка-Санкт-Петербург, Лахтинского разлива, озер Карельского перешейка;
получены новые радиоуглеродные датировки, позволяющие уточнить
существующие и отметить ранее не зафиксированные этапы эволюции природной
среды изучаемой территории;
D составлены электронные таблицы, являющиеся основой для создания базы геохимической информации, включающей в себя местоположение пунктов опробования природных сред и результаты химико-аналитических исследований;
рассчитана серия петрохимических модулей, позволяющих восстановить
палеоэкологические обстановки географической среды;
О построены картосхемы для выявления пространственных закономерностей распределения поллютантов в донных отложениях и почвах береговой зоны северовосточной части Финского залива и определения их возможных источников.
Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в дальнейшей разработке теории развития береговой зоны под влиянием природных и антропогенных факторов на основе междисциплинарного подхода к изучению донных отложений.
Практическая значимость работы состоит в определении эволюционно-географических закономерностей развития окружающей среды береговой зоны северо-восточной части Финского залива, в выявлении характера техногенного воздействия на природу, а материалы, изложенные в работе, могут быть использованы
и используются в целях палеогеографических реконструкций и восстановления динамики аквальных геосистем береговой зоны Финского залива, при эколого-географическом районировании, планировании природопользования и природоохранной деятельности на территории береговых зон. В 2008 г. по теме исследования автором получен грант Правительства Санкт-Петербурга (регистрационный номер: 2.7/30-04/09). Полученные результаты внедрены в практику при выполнении хоздоговорных работ с Институтом Материальной культуры РАН, используются в учебном и научном процессе РГПУ им А.И. Герцена, ВСЕГЕИ, ВНИГРИ и в ряде школ города.
Обоснованность и достоверность результатов исследования базируется на большом количестве качественных исходных материалов, применении сертифицированных методов исследования вещества на современном оборудовании с использованием новейших компьютерных технологий обработки аналитических материалов, ГИС технологий, анализа и представления результатов, а также анализе отечественных и зарубежных литературных источников и публикаций по исследуемой проблеме.
Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации легли результаты тематических исследований соискателя на опорных участках -Лахтинский разлив, Карельский перешеек, береговая зона Финского залива от г.Котка до г. Санкт-Петербург, данные по детальным разрезам нижнего течения реки Охты, полученные автором в течение полевых сезонов 2006-2009 гг. Основой фактического материала исследования явились керны и поверхностных пробы донных осадков, почв, отобранных и изученных автором, а также пробы донных отложений и почв, отобранные в ходе работ отдела морской геологии и геоэкологии ВСЕГЕИ им. А.П. Карпинского и любезно предоставленные В.А. Шахвердовым. Соискателем использовано более тысячи образцов для различных видов геохимических (12000 элементоопределений) и радиоуглеродного анализов.
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации изложены в 9 печатных работах, из них 2 - в рецензируемых изданиях. Результаты исследований доложены на VI и VIII Международных семинарах «Геология и эволюционная география» (РГПУ им. А.И. Герцена, 2006, 2008 гг.); VIII Межвузовской молодежной научной конференции «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (СПбГУ, 2007 г.), I Международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика А.П. Карпинского (ВСЕГЕИ им. А.П.Карпинского, 2009); VI Международной конференции «Геология в школе и вузе» (РГПУ им. А.И. Герцена, 2009 г.).
Эколого-геохимические исследования Балтийского моря
Первые крупные исследования в области изучения вещественного состава четвертичных отложений принадлежат П.А. Кропоткину, разрабатывавшему вопросы о цвете и структуре морен, о локальных моренах, о связи состава морен с подстилающими породами. Необходимо упомянуть труды К.Гревингка и Г.Гельмерсена. Последний обратил внимание на форму валунов и связь ее со свойствами породы, образующей валун, на степень их окатанности, штриховку, размеры, а также рассмотрел характер мелкозема морен. С.А. Яковлев ввел систематическое изучение качественного и количественного состава валунов морен Русской равнины. Вопросам состава мелкозема морены посвящены работы М.М. Шукевича, Е.В. Рухиной, С.В.Яковлевой, отметивших тесную зависимость его от состава пород, по которым двигался ледник. Б.Ф. Перфильев поднял вопрос об использовании иловых отложений современных бассейнов для установления абсолютной геохронологии этих толщ (Геология.., 1967).
С 1980-х годов при анализе осадочных пород и осадков широкое распространение получили геохимические методы. Наиболее ранние работы, посвященные анализам геохимических признаков и применению геохимических методов для определения условий образования различных осадков, были проведены Н.М. Страховым. Исследования поведения химических элементов в различных ландшафтных условиях освещены в работе А.И. Перельмана. Важные разработки в изучении геохимических индикаторов для реконструкции палеогеографических условий проводились К.И. Лукашевым и В.К. Лукашевым. Некоторые общие методы геохимического анализа древних и современных осадков освещены в работах А.Б. Ронова, Я.Э. Юдовича, К.Б. Краускопфа, В.А. Гроссгейма и др. Изучением химического состава мореных отложений четвертичного периода занимались В.К. Лукашев, К.И. Лукашев, С.Д. Астапова. Изучением химического состава отложение и восстановлением по ним палеогеографических условий — А.Б.Ронов, А.А. Мигдисов, А.В. Маслов, Э.З.Гареев, А.И. Блажчишин.
Анализируя причины геохимического своеобразия ландшафтов, необходимо учитывать несколько факторов. Большую роль играют особенности областей сноса, с размывом которых связана аккумуляция осадков на данной территории. Например, четвертичные отложения на северо-западе европейской части России в значительной степени являются производной кислых пород Балтийского щита. В связи с этим морены, флювиогляциальные отложения, покровные суглинки и другие генетические типы отложений имеют ряд общих геохимических особенностей: бедность Са и Mg, низкое содержание Мп и т.д. (Перельман, Касимов, 1999).
Степень выветривания отложений характеризуется минеральным изменением, а минеральный состав отложений, в свою очередь, контролирует распределение химических элементов в осадках. В устойчивых к выветриванию компонентах накапливаются элементы-резистанты, мало участвующие в геохимических процессах: Ті, Zr, Cr, V, Hf, Sc связаны с такими минералами, как магнетит, титаномагнетит, анатаз, брукит, циркон, биотит, вольфрамит, пироксены, амфиболы. Na, К, Al, Mg - элементы, которые входят, в основном, в состав алюмосиликатов и накапливаются в осадочных отложениях в виде терригенных примесей (Лукашев, 1972).
Характеризуя в общих чертах состав пород (табл.1), по которым проходили ледники, отложившие морены, надо сказать, что основными минералами легкой фракции изверженных и метаморфических пород восточной части Балтийского кристаллического щита, а также песчано глинистых толщ палеозоя прилегающей части Русской платформы являются кварц, полевые шпаты (калиевые и кальциево-натриевые) и слюды. Во всех моренах богата числом и видовым составом минералов алевритовая фракция, которая состоит из устойчивого к выветриванию кварца (60-70%). На втором месте стоят менее устойчивые полевые шпаты (в среднем 18-25%). В небольшом числе (5-10%, редко 15-20%), но постоянно встречаются слюды — биотит и мусковит. Глинистая фракция в морене химически изменена мало и состоит в основном из гидрослюд (Березкина и др., 1966).
Миграция вещества при формировании четвертичных обломочных отложений областей материкового оледенения изучена слабо. Породы ледникового ложа гораздо больше влияют на химический состав морен, чем флювиогляциальные отложения. По сравнению со средним химическим составом кристаллического сиального комплекса Финляндии видно, что ледниковым и водноледниковым отложениями свойственно увеличение содержания кремнезема на 6-7% и уменьшение на 2-2,5% содержания глинозема. Это объясняется избирательной концентрацией кварца в песчаных фракциях, что вызывает относительное уменьшение других породообразующих окислов. В теле ледника фракции крупного и среднего песка обогащаются кварцем, более стойким к истиранию; с зернами этих размеров возникают средние по величине положительные корреляционные связи кремнезема. При переработке моренного материала талыми водами происходит смещение основного количества кремнезема в более мелкие фракции из-за довольно легкого и быстрого измельчения полевых шпатов, подвергшихся стрессу в леднике и выносу мелкозема за пределы зоны флювиогляциального осадконакопления. В песках краевых флювиогляциальных гряд, обогащенных тонкими частицами, как и в моренах, содержание кремнезема обусловлено, в основном, количеством среднезернистой фракции песка (Юозапавичус, 1984).
Использование геохимических данных получило большое распространение в связи с развитием экспрессных методов химических анализов. Набор этих данных позволяет проследить основные аспекты геохимической эволюции опорных разрезов. В геохимическом отношении состав четвертичных отложений различного генезиса имеет ряд характерных особенностей. Содержание таких элементов, как Ті, Mn, Cr, Ga, Nb, Ni, V, Zn, Zr, Co, Си в днепровской морене существенно меньше, чем в московской и лишь РЬ и Sn больше; Ті, Mn, Pb, Zr - больше, Ga и Sn - меньше, чем в лужской. Геохимические особенности озерно-ледниковых осадков лужских и балтийских слоев характеризуются повышенными содержаниями V, Cr, Zn, Ni, Си, Со. Для этих комплексов характерны наиболее тонкозернистые осадки, а основными сорбентами перечисленных элементов являются глинистые минералы. Так, содержание V составляет 149 г/т, Сг - 89 г/т, Zn до 91 г/т. Угнетенными элементами этих комплексов являются Ті, Mn, Zn. Их, содержание значительно ниже фоновых (Гильдин, 2007).
Соленость морских и поровых вод в основном определяется концентрацией в них соединений хлора, составляющих приблизительно 88,7% от общего состава содержащихся в них солей. В то же время, достаточно надежным индикатором степени солености поровых вод может служить элемент группы галогенов - бром, т.к. установлено, что соотношение Сі/Br в пробах верхних горизонтов донных осадков на сухую массу составляет постоянную для Балтийского моря величину - 230 (Авилов и др., 2007).
А.И. Блажчишиным были изучены донные отложения Борнхольмской, Готландской и Гданьской впадин. На основе полученных данных были выведены следующие закономерности. В приледниковых озерах, покрытых льдом, при скоростях седиментации более 1 см/год и высоком содержании пелитовых фракций в составе обломочного материала сорбционное извлечение элементов из бедных ими растворов было несущественным.
Тонкая муть, как продукт перемыва морен, отличалась лишь невысокими содержаниями большинства изученных микроэлементов, исключение составляют некоторые элементы-гидролизаты Hf, Се, Ga и в меньшей степени Ni, Ва, Sc. Для отложений Балтийского ледникового озера (БЛО) характерен общий высокий фон Ва, Li, Сг, Со, в аллередских отложениях несколько повышены содержания Mn, Со, Ni, понижены — Си. В целом формы миграции элементов в условиях БЛО, очевидно, мало зависели от температурного режима. В отложениях Балтийского ледникового озера и выше по разрезу, включая начальную стадию Анцилового озера, вплоть до завершения верхнего пребореала распределение концентрации брома имеет однородный характер, расчетная соленость остаётся незначительной 2%о. Отложениям иольдиевой стадии свойствен повышенный фон таких элементов, как Fe, Си, Ni, Ag, связанных в сульфидах, а также Сг. В отложениях Анцилового озера и моря Мастоглойя происходит уменьшение содержания большинства изученных элементов. Характерно резкое падение Ва, зато накопление щелочных элементов Na, К, Li, Rb, а также Sr, иногда V, Zn, Au, Hf, Сг, т.е. элементов, мало связанных с пелитовой фракцией, либо связанных с органическим веществом. Алевриты и пески комплекса незначительно обогащены Y, Yb, Mn, Zn, Pb (Блажчишин, 1998).
Использование геохимических показателей для восстановления палеоэкологических условий
Расшифровка и сопоставление палеогеографических и палеогеохимических условий отдельных геологических периодов позволяет устанавливать распределение фациальных комплексов осадочных пород, их специфические особенности, восстанавливать глубины морских бассейнов, распределение суши и моря, изменение климатических условий в течение геологического времени и выражать важнейшие особености геохимической среды седиментогенеза. Литогеохимический комплекс факторов включает в себя данные, характеризующие типоморфные, петрологические, минералогические и геохимические особенности осадочных пород.
Важной характеристикой является валовый состав основных химических компонентов в отложениях, он дает исходные данные о характере процессов выветривания и выносе отдельных химических соединений. Глины континентальных водоемов холодного и умеренно холодного климата несут в своем химическом составе лишь незначительные признаки выветривания исходных пород. Для них типичны достаточно высокие содержания Si02, Na20 и К20 и пониженные концентрации А12Оз и ТЮ2. Континентальные глины тропического пояса, напротив, обнаруживают высокие содержания А1203 и ТЮ2, при пониженных содержаниях большинства других породообразующих компонентов. Итак, низкие значения А12Оз в глинах холодного и аридного климата указывают на сравнительно слабое выветривание исходных пород; высокие концентрации оксида алюминия предполагают, что глины являются продуктами длительного и далеко зашедшего выветривания (Лукашев, 1972).
Для уточнения генезиса отложений часто привлекаются данные о закономерностях распределения в осадочных породах малых элементов.
Малые элементы Ті, Со, Cr, Ni, V, Pb, Zn, Си накапливаются в профиле выветривания, обогащая глинистое вещество, в то время как К, Na, Са выносятся из него в первую очередь. Следует отметить, что малые элементы весьма прочно закрепляются в структурах глинистых минералов. Следовательно, эти элементы, адсорбированные глинистой составляющей и входящие в структурную решетку глинистых минералов или в состав устойчивых при выветривании минералов, могут служить показателями интенсивности химического выветривания, протекавшего в период образования осадочных толщ. С целью устранения влияния постседиментационных изменений в древних отложениях, которые в какой-то мере могут изменить количественное содержание того или иного элемента авторами принимается величина соотношения некоторых химически родственных и генетически связанных элементов: Ti/V, Mn/Ti; Zr/(Mn+Ba+V+Cr+Cu+Ni+Co) (Стинкуле, 1974).
По данным Ю.К. Буркова, в осадочных породах, формирующихся в условиях преобладания механического выветривания над химическим, наблюдаются, как правило, следующие две группы элементов, отражающих ведущие геохимические ассоциации: а) Ті, Сг, V, Ni, Си, Мп и другие элементы, преимущественно обогащающие основные породы, и б) Be, Pb, Zr, Ва, Sr и другие элементы, обогащающие, преимущественно, кислые породы. При преобладании химического выветривания связи между элементами и, следовательно, их ассоциации существенно меняются (например, образуются связи между Ті, с одной стороны, и Си, Mn, Ni - с другой), а некоторые элементы, обогащающие преимущественно кислые породы, объединяются с «основными» элементами (Бурков и др., 1978).
Характер распределения концентраций элементов позволяет сделать определенные выводы, однако подобная информация обладает существенными недостатками, которые значительно затрудняют ее интерпретацию. Большинство выделяемых на графиках аномалий характеризуется нечеткими границами, повышения/понижения концентраций элементов по разрезу часто смещены одно относительно другого, что вызывает необходимость объяснения предпочтительности использования одного элемента перед другим. Основные закономерности изменения характера связей между изученными элементами и типы образуемых ими ассоциаций дают более полную информацию. В основе данной методики лежит анализ сведений об изменении знака корреляционных связей между химическими элементами. Таким образом, это исследование позволяет производить расчленение разреза и выявление геохимических маркирующих горизонтов. Изучение типов ассоциаций геохимических элементов имеет следующие преимущества: все выделяемые ассоциации имеют четкие границы; можно расчленять разрезы с любой заданной степенью детальности, устанавливая участки, разделенные зонами, в пределах которых изменяет свои связи большинство химических элементов, а также получать сведения о поведении элементов в компактной форме. Некоторым ограничением метода является определенная зависимость положения устанавливаемых границ от размеров выборки, для которой определяются характеристики связей на каждом шаге. Поэтому конечные результаты должны быть по возможности откорректированы с учетом литологических особенностей.
В.К.Лукашевым изучались малые элементы в торфах, выяснялась связь между содержанием малых элементов и степенью разложения торфа, распределение химических элементов в торфах и их корреляционные зависимости. Изучение торфов показало, что при увеличении степени их разложения от 5 до 10% происходит уменьшение содержания Си, Fe, Ni, в меньшей степени — Mn, Zn. Это, вероятно, связано с тем, что на первой стадии разложения растений происходит вымывание элементов из разрушающихся растительных клеток. При дальнейшем разложении исходного материала постепенно увеличивается концентрация Си, Fe, Ni, Mn. Считается, что с увеличением степени разложения в торфе образуется все больше органических веществ, которые осуществляют захват ионов металлов. Для Zn прямой связи со степенью разложения не установлено (Лукашев, 1972).
Отношение Cr/Cu уменьшается по мере удаления осадочных пород от питающей провинции. В мелководных отложениях по сравнению с глубоководными в 4-8 раз больше Са и Sr, в 2-3 раза меньше Ва. В континентальных отложениях по сравнению с морскими отмечаются повышенные содержания Ті и Zr. В то же время подвижные элементы в значительной степени концентрируются морскими отложениями. Б.А.Лебедев изучал также средние содержания ряда элементов (В, Sr, Ва, Мп, V, Cr, Ni, Cu,Ti, Zr, Na) в водоемах с различной соленостью. Наряду с различием в содержании бора отмечаются различия в содержании Sr и Na. Отношение Ba/Sr всегда выше в пресноводных глинах. Отмечается наличие корреляционной связи между Си, Ва и Sr и их совместный вынос в удаленные от берега участки морского бассейна, что видимо объясняется их сорбцией монтмориллонитом. Корреляционная связь Ba-Sr в осадках рассмотрена Ю.К.Бурковым. Он отмечает, что в прибрежно-морских отложениях быстро распадается характерная для континентальных условий ассоциация Sr-Ba и связь между этими элементами становится отрицательной за счет резкого снижения подвижности бария, который иногда образует положительные связи со слабоподвижным Сг и V (что объясняется, вероятно, переходом бария в труднорастворимую форму сульфата). В удаленных от берега зонах морских бассейнов связть между Ва и Sr практически исчезает и одновременно с этим часто возникают положительные корреляционные связи между Sr и Мп, отсутствующие в континентальных условиях (Лукашев, 1972).
Cr, Ni, V, Си находятся, главным образом, в темноцветных минералах (пироксене, амфиболах, эпидоте, слюдах и др.). В процессе выветривания и транспортировки эти минералы разрушаются и значительная часть микроэлементов захватывается в кристаллические решетки глинистых минералов. Чем интенсивнее идут процессы выветривания, тем больше пески обедняются, а глины обогащаются этими элементами. Этот процесс становится более интенсивным в результате хорошей сортировки песков и ослабевает при плохой. Мп, Си, Ni, V принимают активное участие в процессах выветривания; Ті, Zr, Сг менее активны в них и перераспределяются в осадочных породах, главным образом, в результате механической сортировки отложений.
Однако абсолютные содержания породообразующих окислов не всегда несут достоверную информацию, но используя эти данные, можно вычислить ряд геохимических коэффициентов/модулей, характеризующих палеоэкологические условия бассейна седиментации. Основные тенденции химического выветривания на водосборах, зрелость поступавшего в область седиментации тонкого терригенного материала, климатические условия могут быть реконструированы по ряду показателей (табл.5) (Лукашев, 1975; Мигдисов, 1965; Ефремова, 1985).
Результаты радиоуглеродного датирования и реконструкция событий голоценовой истории
Определению возраста методом радиоуглеродного датирования подвергались 5 образцов торфа и гиттии Лахтинского разлива, 1 образец гиттии озера Ставок, 6 образцов из раскопа 16, Охта-центр. Результаты анализа представлены в таблице 11.
Согласно результатам радиоуглеродного датирования вскрытый разрез донных отложений Лахтинского разлива начинается отложениями Иольдиевого моря. По гиттии на глубине 640-620 см (СПб-21) получена радиоуглеродная дата 9400±200 ВР (11200-10225 calBP), которая, по всей видимости, фиксирует регрессию Иольдиевого моря. Толща отложений на глубине 620-288 см, вероятней всего, формировалась в период существования Анцилового озера, регрессия которого фиксируется слоем гиттии на глубине 288-260 см (СПб-20). Возраст этого слоя определяется как 9160±150 ВР (10746-9891 саШР). Начало Литориновой трансгрессии зафиксировано нами при исследовании разреза в устье реки Охты.
На мысу, образованном реками Нева и Б. Охта, Северо-Западной археологической экспедицией под руководством П.Е. Сорокина ведутся археологические исследования крепости Ниеншанц. В ходе участия в исследованиях нами проведено изучение литологии разреза, вскрытого в раскопе 16 (рис.16).
В нижней части разреза (0-6 см) зафиксированы глинистые темно-серые образования с рыжими полосами и включениями слюды. Вверх по разрезу они сменяются прослоем темного рыже-бурого грубозернистого песчаника с включениями слабоокатанной гальки. На глубине 10-26 см залегают светло-серые песчано-глинистые отложения, менее слюдистые, с рыжеватыми пятнами и разводами, в этом слое зафиксированы прослои органики - палеопочв (рис. 17).
Эти отложения сменяются светло-бурыми песчаными отложениями, окатанными, сортированными, которые наблюдаются до глубины 30 см. На глубине 30-33 см вскрыты серые глинистые отложения с рыже-бурыми вкраплениями, подтеками, слюды мало, в основании отмечаются гранитные гальки размером до 10 см. Вверх по разрезу до глубины 45 см следует песчаный прослой рыжевато-бурого цвета, с косой слоистостью, в нем отмечаются прослойки темно-серых глинистых отложений, залегающие наклонно. Границы этого слоя четкие, темно-бурые, с ожелезнением. Выше залегают голубовато-серые алеврито-песчаные отложения с рыжими подтеками. Очевидно, природные условия достаточно быстро сменились на трансгрессивные, что находит отражение в смене литологии изученного разреза — в это время отлагались песчаные отложения с глинистыми прослоями и косой слоистостью.
Для установления этого события в Лаборатории Геохимии окружающей среды им. А.Е.Ферсмана было проведено радиоуглеродное датирование. Анализу подвергались 3 образца палеопочв и 3 - древесины и коры, в результате чего получены возрастные привязки (СПб-68, 69, 75, 76, 83, 84) фиксирующие, что данное событие произошло ориентировочно 7000 л.н. Таким образом, мы, к сожалению, не получили новых данных, касающихся истории образования Невы, но имеющиеся материалы позволяют зафиксировать начало Литориновой трансгрессии.
Отложения Литоринового моря венчаются слоем погребенного торфа (СПб-19), сформировавшегося, согласно радиоуглеродному датированию 2890±100 л.н. (3323-2790 саЮР). 2900 л.н. - ориентировочное время трансгрессии, прорыва Невы, а по нашим данным получается, что в это время шло образование слоя торфа, что свидетельствует о регрессивных условиях. Мы надеялись найти следы прорыва ладожских вод в Балтику, который произошел, по данным разных исследований, 3500-2500 л.н. Однако наши данные не фиксируют эти события. Погребенный торф смыкается со слоем современного торфа (СПб-18).
Для отложений оз.Ставок (СПб-82) получена радиоуглеродная дата 9050±100 ВР (10504-9890 саЮР), практически совпадающая с датировкой пробы СПб-20 Лахтинского разлива.
Также на определение возраста анализировалась проба торфа из скважины IV, заложенной в северной части Лахтинского разлива бурением со льда (СПб-2), возраст торфа определяется как 314±100 лет, то есть примерно равный возрасту Санкт-Петербурга.
Антропогенное влияние на донные отложения озера Лахтинский разлив
На этом этапе исследования осуществлялся анализ донных отложений Лахтинского разлива, вскрытых скважинами I-IV. На первом этапе обработки геохимических данных осуществлялся расчет основных параметров распределения (табл.20).
Из таблицы видно, что выборка характеризуются однородностью и относительно небольшим разбросом концентраций элементов ( =1,05-1,30). Такие элементы, как Sr и Мп (7 =0,47-0,83) обнаруживают недостаточность к кларку, большая часть элементов — Zn, Си, Ni, Fe, Cr, V, Ті — присутствуют в отложениях в количествах, близких к кларку (7 =0,91-1,44). Исключения составляют Со (/Ск=1,88) и As (/С=2,94). При этом отмечаются значения, близкие с геохимическим фоном, по всем исследуемым элементам (Кс=0,83 1,30).
Анализ корреляционной матрицы (табл.21) показал, что значения парных коэффициентов корреляции между большинством элементов имеют невысокий уровень достоверности - меньше 0,46. Наиболее сильная связь установлена между Fe и Cr (r=0,89), Fe и Ni (r=0,87), Ni и Сг (г=0,84).
Установлена обратная связь между Sr и остальными элементами, а также между As и Zn, Мп.
На основании кластерного анализа элементы были разделены на две основные группы: 1) Mn-Zn; 2) Cr-Fe-Ni-Coi-V-Cu (рис.30). В результате выполненного анализа установлено, что во второй группе наиболее тесной связью характеризуются хром и железо. Медь характеризуется наименее выраженной связью с указанными элементами.
Выполненный анализ главных компонент показал, что веса трех выделенных факторов значимые и составляют 81%. Первая компонента описывает 55% изменчивости исходных признаков. Наиболее тесную положительную связь с ней имеют Zn0,93 и Мпо,8з3 к ним тяготеют Nio,5i» Fecso и Сг0;48- Для фактора 2 (14% полной дисперсии) отмечается высокая нагрузка Cuo,86 As0,63, Ni0,45, Fe0,42 и элемента-антагониста Sr.o,82- Фактор 3 описывает 12% изменчивости признаков и характеризуется положительной связью с Ti0,92, V0,86, Со0,85, Fe0,68, Ni0,65, Сг0,6з- Соотношение факторных нагрузок факторов распределения элементов в донных отложениях Лахтинского разлива позволяет выделить следующие ассоциации(рис.ЗІ): Cr-Ni-Fe, Mn-Zn, Ti-V-Co, As-Cu, Sr (Маслова, 2009).
Антропогенное воздействие на исследуемую акваторию привело к трансформации природных механизмов дифференциации и к изменениям в геохимической структуре донных отложений водоема. В структуре ведущих факторов первые две компоненты отражают неоднородность геохимического поля.
Геохимические ассоциации Ni-Fe-Cr и Zn-Mn, Cu-As представляют соответственно природную и техногенно обусловленную закономерности формирования донных отложений. Интерпретация первых двух факторов базируется на том, что природная составляющая обусловлена химическим составом глин, слагающих донные отложения Лахтинского разлива, типом водного питания, а техногенная составляющая определяется поступлением загрязняющих веществ с его водосбора и через атмосферу. Так, высокое содержание железа, марганца определяется зависимостью Лахтинского разлива от особенностей водосборной площади водоема — значительной долей болотного питания водотоков в их водном режиме. Третий фактор оценивает техногенный поток загрязняющих веществ, основными источниками поступления загрязняющих веществ являются полигон твердых бытовых отходов, иловые поля Северной станции аэрации сточных вод Санкт-Петербурга, многочисленные несанкционированные свалки в бассейне р.Черной, центральная усадьба совхоза «Пригородный», что характеризует комплексный характер антропогенного воздействия на геосистему Лахтинского разлива.
В процессе бурения на Лахтинском разливе на глубине 6,65-6,95 м от уреза воды нами вскрыт (в двух скважинах) горизонт слабо разложившегося торфяника. Ниже торфяников залегает слой плотных голубовато-серых плотных глинистых отложений, перемытых с торфом. Результаты радиоуглеродного датирования торфа дали возрастную привязку 314±100 лет (рис.32). Это подтверждается палинологическими исследованиями, выполненными Петровой А.Н. Исследовались отложения скважины IV с глубины 6,90-7,70 м. При анализе выявить палинозоны, которые отражают коренные изменения в развитии растительного покрова, не удалось. Палинологические данные рассмотренной части разреза отражают современную обстановку в растительном покрове региона. Сосновые и березовые леса занимают лидирующие позиции в растительном покрове территорий прилегающих к Лахтинскому разливу. На территориях, прилегающих к Лахтинскому разливу, также растут ольховые и ольхово березовые леса. Еловых лесов на территориях вблизи Лахтинского разлива нет. В лесах встречаются лишь единичные экземпляры ели. Существование на территории широколиственного леса не характерно, следовательно, эти виды скорее произрастают на территории в единичных экземплярах. В
Хорошо развит подлесок из крушины, рябины, калины, ивы. В спорово пыльцевых спектрах это не отражено. Встречены лишь единичные пыльцевые зерна ивы. Возможно, такой результат получен в связи с плохим переносом пыльцы на расстояние, или ранее в лесах подлесок был развит не значительно. Моховой покров представлен различными видами сфагновых мхов, с примесью плауновидных, что и отражено в спорово-пыльцевых спектрах. При анализе спорово-пыльцевых спектров явных изменений кривых замечено не было, это говорит о том, что за время данного осадконакопления существенных изменений, которые могли повлиять на растительность, не происходило. Характеристика спорово-пыльцевых спектров, несмотря на бедность видами, указывает на схожесть видового состава с современным, поэтому просмотренные образцы можно отнести к современным отложениям, возраст которых предположительно не более 500 лет.
Таким образом, примерно 300 л.н., на момент основания Петром I Санкт-Петербурга, уровень воды в Лахтинском разливе и, соответственно, на прилегающей акватории был ниже нынешнего ординара. Следствием этого стало основание нашего города, основной проблемой которого на многие столетия стала проблема наводнений. Можно предположить, что намыв тяжелых минеральных частиц на поверхность торфа происходил в течение последних столетий благодаря нагонам воды из Финского залива, продолжающемуся опусканию территории и колебанию уровня Балтийского моря, опережающему накопление торфа.
