Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Изученность, история развития и общая характеристика региона исследования 13
1.1. История развития природной среды Северо-Запада Восточно- Европейской равнины в голоцене
1.2. Восток и Юго-Восток Ленинградской области (Вепсская возвышенность и Тихвинская гряда).
1.2.1. История исследований 16
1.2.2. Физико-географическая характеристика 17
1.2.3. Геологическое строение и история развития окружающей среды в голоцене 24
1.2.4. Озеро Святозеро (Вепсская возвышенность) 29
1.2.5. Озеро Вялгозеро (Вепсская возвышенность) 32
1.2.6. Озеро Вожанское (Тихвинская гряда) 32
1.3. Восточная часть Финского залива 34
1.3.1. История исследований Балтийского моря 34
1.3.2. Физико-географическая характеристика 38
1.3.3. Геологическое строение и развитие окружающей среды в голоцене 40
1.3.4. Лахтинский разлив 48
1.4. Северная часть Карельского перешейка 58
1.4.1. Физико-географическая характеристика и история исследования 58
1.4.2. Озеро Ставок 60
1.5. Валаамский архипелаг 63
1.5.1. История исследований Валаамского архипелага 63
1.5.2. Физико-географическая характеристика 65
1.5.3. Геологическое строение и развитие окружающей среды в голоцене
1.5.4. Урочище Тихойнинсилти, Кукинский залив острова Валаам 71
1.6. Выводы 72
Глава 2. Методология, методы и практические результаты исследований 77
2.1. Обоснование выбора опорных участков 78
2.2. Полевые исследования 79
2.3. Лабораторные аналитические исследования 82
2.3.1. Метод литостратиграфического анализа 82
2.3.2. Метод геохимического анализа 83
2.3.3. Метод палинологического анализа 86
2.3.4. Радиоуглеродное датирование 95
2.4. Обработка результатов и их интерпретация 101
2.4.1. Статистическая обработка геохимической информации 101
2.4.2. Использование геохимических индикаторов для
восстановления палеогеоэкологических условий 105
2.5. Выводы 124
Глава 3. Интерпретация полученных данных 125
3.1. Результаты статистической обработки геохимической информацией
3.1.1. Литогеохимические особенности разрезов озерно-болотных отложений аквальных систем Вепсовской возвышенности 125
3.1.2. Литогеохимические особенности разрезов донных отложений озера Вожанское 136
3.1.3. Литогеохимическая характеристика донных отложений Лахтинского разлива 147
3.1.4. Литогеохимическая характеристика донных отложений озера Ставок 169
3.1.5. Результаты радиоуглеродного датирования и реконструкция голоценовой истории восточной части Финского залива 174
3.1.6. Литогеохимическая характеристика донных отложений урочища Тихойнинсилти 177
3.1.7. Реконструкция средне- и позднеголоценовой истории о. Валаам 186
3.2. Выводы 188
Глава 4. Палеогеоэкологические реконструкции природных условий региона исследования 191
4.1. Реконструкция палеогеоэкологических условий на территории опорных участков региона исследования 191
4.1.1. Озеро Святозеро 191
4.1.2. Озеро Вялгозеро 192
4.1.3. Озеро Вожанское 194
4.1.4. Лахтинский разлив 197
4.1.5. Озеро Ставок 204
4.1.6. Урочище Тихойнинсилти, остров Валаам 207
4.2. Выводы 215
Заключение 220
Список литературы 223
- Восток и Юго-Восток Ленинградской области (Вепсская возвышенность и Тихвинская гряда).
- Геологическое строение и развитие окружающей среды в голоцене
- Лабораторные аналитические исследования
- Литогеохимические особенности разрезов озерно-болотных отложений аквальных систем Вепсовской возвышенности
Введение к работе
Актуальность темы диссертации обусловлена необходимостью уточнения известных и установления новых закономерностей геохимической эволюции озерных и озерно-болотных систем в голоцене, влиянию на них антропогенной деятельности для решения вопросов геоэкологии и палеогеографии, детализации природных изменений в прошлом и настоящем в связи с недостаточной степенью изученности этих проблем для территории Северо-Запада Европейской части России. В то же время значительные климатические перестройки, происходящие в настоящее время, диктуют необходимость исследования палеоклиматических изменений в голоцене с целью выявления механизмов и последовательности общего хода естественной и антропогенной истории.
Существует ряд климатических и палеогеоэкологических реконструкций голоценовой эволюции окружающей среды Северо-Запада России (Нейштадт, 1957; Хотинский, 1977; Величко, 1989 и др.), осуществленных в основном с помощью спорово-пыльцевого анализа. Значительное количество работ посвящено реконструкциям палеоусловий по донным отложениям озер Северо-Запада России (Давыдова, 1976; Хомутова, 1989; Субетто, 2009). Тем не менее, для данного региона таких исследований явно недостаточно для обоснования детальных реконструкций развития окружающей среды, особенно выполненных на основе изучения геохимии озерных и озерно-болотных отложений.
Объектом исследования являются донные отложения озерных и озерно-болотных систем различных физико-географических районов на границе Восточно-Европейской равнины и Фенноскандии.
Предметом исследования являются особенности эволюции
рассматриваемых водоемов в голоцене, устанавливаемые геохимическими методами исследования донных осадков с применением радиоуглеродного датирования и спорово-пыльцевого анализа.
Цель исследования заключается в уточнении существующих
представлений о временной динамике, геоэкологических особенностях и этапах голоценовой эволюции озерных систем на Северо-Западе Русской равнины с преимущественным использованием методов геохимической индикации донных отложений озерных систем.
Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:
– произвести литературный обзор данных по голоценовой истории региона исследования;
– изучить геохимический состав донных отложений озерных систем для различных физико-географических условий;
– обосновать характер и установить тенденции геохимической эволюции донных осадков, сопряженные с эволюцией биоценозов;
– провести реконструкцию палеообстановок озерного седиментогенеза в голоценовое время и датировать время основных событий; – выявить антропогенные изменения состава озерно-болотных отложений.
На защиту выносятся следующие основные положения:
разрез донных отложений Лахтинского разлива, отражающий почти 10000 лет естественной истории Балтийского моря и его трансгрессивно-регрессивные циклы может рассматриваться как стратотипический для голоцена восточной части Финского залива;
показано, что 300±100 14С лет назад имело место локальное понижение уровня Балтийского моря, что могло отразиться на ряде решений Петра I по строительству Санкт-Петербурга ниже террасы Литоринового моря;
в конце суббореального климатического периода голоцена развитие внутренних водоемов центральной части острова Валаам происходит в условиях их изоляции от Ладожского озера, что выражается в характерном изменении литогеохимического состава послеледниковых отложений;
органогенная седиментация в пределах Вепсской возвышенности и её склонов происходила разновременно, указывая на асинхронность процессов смены характера осадконакопления в озерных системах зоны Карбонового плато;
- геохимическая эволюция донных осадков и сопряженная с ними эволюция
биоценозов в озерных системах различных орографических зон имеет
сходства и различия, связанные как с динамикой послеледниковых
процессов, так и с разновременностью процессов осадконакопления.
Теоретической и методологической основой диссертации являются
конструктивные идеи и результаты исследований отечественных и зарубежных специалистов в области географии, геоэкологии и геохимии: Н.Н. Верзилина, В.В. Гавриленко, А.Г. Исаченко, Д.Д. Квасова, Г.И. Клейменовой, М.А Кульковой, В.К Лукашева, В.Е. Маркова, К.К. Маркова, А.В. Маслова, Е.М. Нестерова, Е.Г. Пановой, Ю.Ю. Скибина, ЕВ. Склярова, Д.А Субетто, Е.В. Шмитт, К.Е Barber, J.F. Boyle, J.S. Kahl, S.H. Lomas-Clarke, S.A Norton и многих других Научная новизна работы состоит в том, что:
- впервые с использованием комплексирования методов геохимической
индикации, радиоуглеродного датирования и спорово-пыльцевого анализа
проведено исследование разрезов озерно-болотных отложений и установлены
особенности развития окружающей среды в голоцене на территории Вепсской
возвышенности и юго-востоке Ленинградской области;
- в ходе исследования были уточнены время и продолжительность
трансгрессивно-регрессивных циклов Балтийского древнего моря и особенности
их проявления в восточной части Финского залива в голоценовое время;
- впервые выполнена детальная геохимическая характеристика,
позволившая провести сравнение и корреляцию разрезов донных отложений
голоцена различных ландшафтных зон на границе Фенноскандии и Восточно-
Европейской равнины с использованием новых авторских данных,
послуживших основой для палеогеоэкологических реконструкций эволюции
окружающей среды;
- установлены геохимические индикаторы условий озерного осадконакопления
на Северо-Западе Русской равнины, позволившие установить чередование
процессов потепления и похолодания, аридизации и гумидизации климата;
– получены новые радиоуглеродные датировки, позволяющие уточнить существующие и отметить ранее не зафиксированные этапы эволюции природной среды изучаемой территории;
– составлены электронные таблицы, являющиеся основой для создания базы
геохимической информации, включающей в себя местоположение пунктов
опробования природных сред и результаты химико-аналитических
исследований;
– для многих объектов выявлена значительная смена геохимических условий седиментогенеза (повышенные концентрации элементов, особенно свинца, в верхней части разрезов), которая рассматривается нами как аэрогенное техногенное загрязнение регионального масштаба.
Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в дальнейшей разработке теории развития окружающей среды под влиянием природных и антропогенных факторов на основе междисциплинарного геоэкологического подхода к изучению донных отложений.
Амплитуды и периодичность колебаний палеогеоэкологических параметров, выделенных с помощью комплексирования методов геохимической индикации донных отложений, спорово-пыльцевого анализа и радиоуглеродного датирования, могут иметь фундаментальное значение для региональных и глобальных реконструкций событий голоценовой истории и изучения тенденций изменения природных условий.
Практическая значимость. Результаты исследования могут быть
использованы для расчленения и корреляции разрезов донных отложений
голоцена, а также при создании региональных моделей изменения
палеогеоэкологических обстановок. Выявление геохимических индикаторов
палеоклимата и техногенеза позволит осуществлять палеореконструкции
голоцена изученных территорий на основе геохимических данных в том случае,
когда применение других методов невозможно или дорого. На основе
накопления баз данных возможно перейти к построению временных
геохимических шкал голоцена как локального, так и регионального уровня.
Показана возможность корреляции спорово-пыльцевых спектров и
литогеохимических данных, которая может с большой достоверностью использоваться при подобных палеогеоэкологических реконструкциях.
Полученные результаты используются в учебном и научном процессе РГПУ им. А.И. Герцена.
Обоснованность и достоверность результатов исследования базируется на большом объеме количественных и качественных исходных материалов, применении сертифицированных методов исследования вещества на современном оборудовании с использованием новейших компьютерных технологий обработки аналитических материалов, 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 автора на опорных участках – Лахтинский разлив, озеро Ставок (Карельский перешеек), урочище
Тихойнинсилти (болото в центральной части о. Валаам), оз. Святозеро и оз. Вялгозеро (Вепсская возвышенность, восточная часть Ленинградской области), оз. Вожанское (восточный склон Тихвинской гряды, юго-восток Ленинградской области) - полученные при участии автора в течение полевых сезонов 2008-2013 гг. Основой фактического материала исследования явились керны донных отложений рассматриваемых водоемов. Было проанализировано более 1700 образцов (42500 элементоопределений) в Лаборатории Геохимии окружающей среды имени А.Е. Ферсмана следующими методами исследования:
выполнение измерений массовой доли металлов и оксидов металлов в порошковых пробах почв методом рентгенофлуоресцентного анализа на спектрометре «СПЕКТРОСКАН МАКС-GV» (выполнено 42500 элементоопределений);
определение возраста методом радиоуглеродного анализа на низкофоновом сцинтилляционном счетчике альфа- и бета-излучения Quantulus (получена 21 радиоуглеродная дата);
спорово-пыльцевой анализ в отделе стратиграфии ВНИГРИ (под руководством к.гн. Дзюбы О.Ф., Кочубей О.В., Федосеевой СВ.) и СПБГУ (под руководством к.гн., доц. Савельевой Л.В.) с помощью светового микроскопа марки «Leica DMLS» и системы анализа изображений «Видеотест»;
статистическая обработка данных с помощью пакета прикладных программ Statistics 6.0. и Advanced Grapher;
Координатная привязка точек отбора проб осуществлялась с помощью GPS -навигатора eTreex Legend;
Отбор и подготовка проб к анализу проводились в соответствии с ГОСТом (ГОСТ 17.1.5.01-80; ГОСТ 17.4.4.02-84; ГН 2.1.7.2041-06: ГН 2.1.7.2042-06).
Апробация исследований. Результаты исследований были представлены на LXIII, LXV и LXVI Межвузовской конференции «Герценовские чтения» (РГПУ им. АИ.Герцена, Санкт-Петербург, 2010, 2012 и 2013 гг.); VIII-XII Международных семинарах «Геология, геоэкология, эволюционная география» (РГПУ им. АИ.Герцена, Санкт-Петербург, 2008-2014 гг.); VI-VIII Международной конференции «Геология в школе и вузе: Геология и цивилизация» (РГПУ им. АИ. Герцена, Санкт-Петербург, 2009, 2011 и 2013 гг.); Межрегиональной научной конференции «Тихвинская водная система: 300 лет идее создания, 200 лет от начала эксплуатации» (Санкт-Петербург, Тихвин, 2011 г); XVII Международной экологической студенческой конференции «Экология России и сопредельных территорий» (Новосибирский гос. ун-т, Новосибирск, 2012); Международной молодежной конференции «Науки о земле и цивилизация» (РГПУ им. АИ. Герцена, Санкт-Петербург, 2012); III Всероссийской научной конференции (с международным участием) «Динамика современных экосистем в голоцене» (Казань, 2013 г.)
Восток и Юго-Восток Ленинградской области (Вепсская возвышенность и Тихвинская гряда).
Озера восточной части Ленинградской области долгое время оставались за гранью научных интересов. Отчасти это связано с тем, что восточные районы наиболее удаленные, зачастую подъездов к озерам нет, а подходы затруднены (Нестерова и др., 2008). С точки зрения степени изученности, рассматриваемая территория представляет собой особый интерес, так как здесь не проводилось комплексных геоэкологических и геохимических изысканий, а научные исследования затрагивали в основном соседние по отношению к Вепсской возвышенности районы. Геологическое изучение территории Ленинградской области началось еще во второе половине XVIII в. До середины XIX в. геологические исследования на описываемой территории носили случайный характер. В 60-х годах XIX века началось изучение и освоение Тихвинского бокситового бассейна. В 1864 году А. Дитмар дал первое подробное описание пород песчано-глинистой толщи нижнего карбона и в их числе «кровяно-красных и снежно-белых глин» (бокситовые породы). Эти породы А. Дитмар отнес к верхнему девону, считая каменноугольными только перекрывающие их известняки. После Великой Октябрьской социалистической революции к изучению геологического строения Ленинградской области привлекается большой коллектив геологов, начинаются планомерные геологические съемки и поисково-разведочные работы (Б. П. Асаткнн, М. Э. Янишевский, Н. Н. Соколов, В. Г. Хименков, И. В. Даниловский, А. И. Москвитин, Д. И. Мордвинов, Е. М. Люткевич, Н. В. Потулова, К. Л. Глинка, А. В. Фаас, А.Ф. Лесникова, Л. Н. Тихеева, И. В. Даниловскнй и др.). Геологические карты, составленные в 1921—1932 гг., с возможной в то время полнотой осветили состав, генезис, стратиграфическое положение и распространение всех встречающихся здесь отложений с самых древних до четвертичных включительно.
В 1929 годах в Известиях Геологического комитета была опубликована статья З.А. Богдановой «О разрезе нижнего карбона западного крыла Подмосковного бассейна», в которой заложены основы стратиграфического расчленения нижнекаменноугольных отложений на Северо-Западе. В конце 40-х годов развернулись геологические съемки в полосе распространения нижнекаменноугольных отложений в северной части Тихвинского бокситового района (Беляков, Боголепов, 1948 г.; В.С. Кофман, 1950 г.; О.Н. Элькин, 1950 г.). В 1948 году в бассейне верхнего течения реки Оять начались поисковые работы на бокситы. Интересные данные о разрезе палеозоя на севере Ленинградской области были получены в результате бурения в 1949-1951 гг. Шимозерской и Подпорожской скважин (Н.А. Пахтусова, 1955, 1960 гг.). Современные представления о палеогеографии описываемой территории нашли отражение в I части Атласа литолого-фациальных карт Русской платформы (под редакцией А.П. Виноградова, 1961) (Геология.., 1971). Работы по физико-географическому районированию данной территории и описанием ландшафтов проводились в 60-х гг. кафедрой физической географии Ленинградского университета под руководством А.Г. Исаченко. Детальные палинологические, ландшафтные и лимнологические исследования на востоке Ленинградской области проводятся сотрудниками РГПУ им. А.И. Герцена начиная с 2000-х годов (Нестерова Л.А., 2004; Малоземова О.В., 2012). Валдайская возвышенность представляет собой главный конечно-моренный комплекс с наиболее мощной полосой холмистого рельефа, включающего краевые образования вепсовской, крестецкой и лужской стадий валдайского ледниковья, сближенные между собой (рис. 1.8). Таким образом, она является важным геоморфологическим и палеогеографическим рубежом, а также основным водоразделом Русской равнины, рельеф которой сформировался в результате экзарационно-аккумулятивного воздействия ледника последнеенго оледенения на древний уступ карбонового плато. В состав Валдайской возвышенности входит западная часть Мегорской гряды, Вепсовская возвышенность, Тихвинская гряда и др. (рис. 1.1) (Попова и др., 2005; Малаховский, 1961). Тихвинская гряда — холмистая возвышенность на юго-востоке Ленинградской области, часть Валдайской возвышенности. Высота до 280 м. С отложениями каменноугольного возраста, лежащими в основании Тихвинской гряды, связаны месторождения бокситов, огнеупорных глин и стекольных песков. Современный рельеф Тихвинской гряды образован аккумуляцией нескольких стадий последнего оледенения. На востоке Тихвинская гряда постепенно понижается и переходит в ландшафт Судско-Чагодской зандровой равнины (Исаченко, 1965). Вепсская (Вепсовская) возвышенность – северная, наиболее высокая часть (до 291 м над уровнем моря) Валдайской возвышенности в пределах южной тайги на востоке Ленинградской области и западе Вологодской области. Вепсовская возвышенность относится к главной озерной полосе Русской равнины и представляет собой краевую зону, соответствующую максимуму последней стадии оледенения, преимущественно вепсовской. Озера данной территории, как правило, занимают понижения моренного и камового рельефа, нередко имея значительные глубины (Субетто Д.А., 2009).
Согласно схеме физико-географического районирования Севера и Северо-Запада европейской части СССР (Исаченко, 1962) рассматриваемая территория относится к Северо-Западной области Русской равнины, и находится на границе зон средней и южной тайги. Вепсовский ландшафт находится в пределах крайнего севера-востока Ленинградской области, значительной частью уходя за её пределы. В типологическом отношении данный ландшафт относится к виду возвышенного холмисто-моренного среднетаежного ландшафта. Орографически он представляет северо-западную, самую высокую часть Вепсовской возвышенности с высотами 175-300 м (преобладают высоты в 200-250 м). На севере и западе местами очень отчетливо выражен Валдайско-Онежский уступ, сближенный с древним карбоновым уступом. Он и служит границей ландшафта. Южная и юго-восточная границы более расплывчаты. Это единственный ландшафт в рамках нашего исследования, который относится к подзоне средней тайги.
Ландшафт лежит на склоне Московской синеклизы, где глубина кристаллического фундамента быстро возрастает с северо-северо-запада на юг-юго-восток. Он соответствует приподнятому участку древнего карбонового плато, сложенного нижне- и среднекарбоновыми известняками, в той или иной мере доломитизированными, с тонкими прослоями песчано-глинистых пород. На западе и севере в основании карбонового уступа узкой полосой выходят песчано-глинистые, нередко бокситоносные отложения нижнего карбона.
Приподнятый Вепсовский участок карбонового плато в эпохи оледенений служил существенным препятствием на пути ледника, вследствие чего здесь сближены его стадиальные краевые ледниковые и водно-ледниковые образования. В современном рельефе главную роль играют краевые аккумулятивные формы различных стадий валдайскаго оледенения, в пределах развития которых отмечается максимальная мощность четвертичных отложений (Исаченко и др., 1965). Крупные структурные черты рельефа, такие как Карбоновое плато и Карбоновый уступ, выраженные в общих гипсометрических уровнях, являются унаследованными, дочетвертичными.
Геологическое строение и развитие окружающей среды в голоцене
Финский залив, ось которого заложена по депрессии в кристаллическом фундаменте на стыке южного склона Фенноскандийского щита с Русской плитой, начинает свою историю с четвертичного периода, однако его ложе и берега образовались намного раньше. Депрессия в кристаллическом фундаменте заполнена нижнепалеозойскими отложениями (мощностью до 200 м) и четвертичными породами. Рельеф кристаллического фундамента и кровля нижнепалеозойских отложений сильно расчленены эрозионными процессами и экзарационной деятельностью материкового льда. Глубина вреза в дочетвертичные отложения достигает 100 м (Геология.., 1975). К началу плейстоцена котловина современной Балтики представляла собой сушу – структурно-денудационную равнину, расположенную ниже окаймляющей ее территории. Развитие первого ледникового покрова Фенноскандии ввело в действие новый агент движений земной коры – гляциоизостазию – особенностями которого являются опускания и поднятия участков суши и/или шельфа вследствие нарушения изостатического равновесия земной коры при появлении–снятии ледниковой нагрузки. Смена ледниковых эпох межледниковьями придала гляциоизостатическим движениям колебательно-ритмичный характер (Скибин, 2002). Русская равнина пережила четыре эпохи оледенения: окскую, днепровскую, московскую и валдайскую, с распространением которых связано формирование рельефа и озерности территории Балтийского региона (Марков и др., 1965; Субетто, 2009). Валдайское оледенение было последним и наименьшим из числа всех четвертичных оледенений. Мощность льдов тоже, вероятно, была наименьшей. Для позднего этапа валдайского оледенения было характерно быстрое и резкое увеличение ледников, начавшееся около 25000 лет назад и имевшее стадиальный характер отступления (Субетто, 2009).
История развития Балтийского моря в голоцене насчитывает несколько стадий, датировка которых является дискуссионным вопросом. В таблице 1.3. представлена обобщенная информация по развитию Балтики согласно модифицированной схеме истории развития Балтийского моря в голоцене Шмитт Е.В. (Шмитт, 2009).
Первая стадия истории Балтики – стадия Балтийских систем приледниковых озер, за выделение которой выступал ряд ученых. Так, В.К.Гуделис еще в 1955 г. считал необходимым включить в геологическую историю Балтийского моря так называемое время «местных приледниковых озер в котловине Балтийского моря». Приледниковые водоемы возникали, когда ледник преграждал потоки талых вод, текущих по направлению к леднику. Сток из этих водоемов происходил вдоль края ледника или по долинам другого направления (Геология.., 1975). Д.Д. Квасов также выделял «стадию Балтийских систем приледниковых озер». Эта стадия, в свою очередь, подразделяется на две фазы: местных приледниковых озер и Южно-Балтийского приледникового озера, которое существовало примерно от 12,7 до 11,8 тыс.л.н. Южно-Балтийский приледниковый водоем существовал около 1000 лет на протяжении беллинга и среднего дриаса. Начальная стадия Балтийского моря была, скорее всего, пресноводной. Как предполагает Э.Нильсон, на очень короткое время (12,4-12,3 тыс.л.н.) в Южно-Балтийскую котловину проникали морские воды, однако морское влияние могло ощущаться только в районе озера, примыкавшего к Датским проливам и южной Швеции (Квасов, 1975).
Между стадией Балтийских приледниковых озер и стадией Балтийского ледникового озера (БЛО) естественной четкой границы нет. Южно-Балтийский приледниковый водоем, постепенно расширяясь, превратился в более обширное плотинное озеро. Нижнюю хронологическую границу различные ученые проводят по-разному. Д.Д. Квасов началом зарождения БЛО считает момент соединения Южно-Балтийского приледникового озера с остатками озера Рамсея примерно 11800 л.н. Подобного мнения придерживается А.И. Блажчишин (Блажчишин, 1984). В.К. Гуделис относит дату рождения БЛО к среднедриасовому времени – примерно 12200 л.н. (Гуделис, 1973).
Отступление края ледника к северу от горы Биллинген в средней Швеции вызвало глубокий спуск позднедриасового БЛО, его уровень сравнялся с уровнем океана, в районе Нерке образовался широкий пролив, через который происходил водообмен с океаном. Это событие известно под названием Биллингенской катастрофы и надежно датируется по ленточным глинам – 8213 г. до н.э. (Блажчишин, 1984). Данное событие считается началом иольдиевой стадии развития Балтийского моря. Морские воды распространялись медленно, 9965 л.н. они вторглись в район Стокгольма, 9870 л.н. достигли берегов южной Финляндии. Образовавшийся водоем получил название Иольдиевого моря. На большей части акватории соленость была незначительной и подвергалась колебаниям, вызванным изменениями объемов морской и пресной воды, а также интенсивностью их перемешивания. В некоторых заливах юго-восточной части акватории вода оставалась почти пресной, поэтому Иольдиевое море нельзя считать настоящим морским водоемом.
Во второй половине пребореала поднятие земной коры на территории Среднешведского морского пролива привело к сокращению притока соленых вод, который полностью прекратился с течением времени. Некоторые исследователи (Гуделис, Блажчишин, Саурамо и др.) выделяют в конце иольдиевой стадии так называемое море Эхенеис или море Рабдонема. Однако за это время не наблюдается каких-либо существенных перемен. Иольдиевое море, возникшее в самом конце позднедриасового времени, продолжало существовать до середины пребореального времени. Продолжительность стадии достигает около 900 лет, однако среди исследователей имеются довольно значительные расхождения в приводимых цифрах (Геология.., 1975).
В результате поступательного подъема земной коры обмелел бывший пролив Иольдиевого моря в Нерке, и на его месте образовалась река Свеа, по которой шел сток вод Балтийского водоема, превратившегося в пресноводное сточное озеро. Это явилось началом нового этапа – стадии Анцилового озера. (Геология.., 1975). Большинство исследователей сходится на том, что произошло это примерно 9500 л.н. Ориентировочно 8500-8700 л.н. имела место регрессия Анцилового озера, связанная с сокращением объема ледниковых талых вод, увеличением испаряемости и уменьшением речного стока в условиях относительного сухого климата позднебореального времени (Кузьменко, 1980). 8400 л.н. анциловая трансгрессия достигла максимума. Спад уровня Анцилового озера произошел довольно быстро и окончился примерно 8300 л.н. Регрессия фиксируется многочисленными погребенными торфяниками. В районе Петербурга произошла только одна анциловая трансгрессия, которая продолжалась от 8400 до 8200 л.н. По имеющимся стратиграфическим и геохронологическим данным анциловой трансгрессией, во всяком случае, была затоплена прибрежная часть Предглинтовой низины, Лахтинская котловина и приустьевая часть Приневской низины (Геология.., 1975).
Анциловое озеро продолжало существовать и после регрессии до тех пор, пока в Балтику не вторглись морские воды через Датские проливы. Начальная фаза атлантической трансгрессии (8000-8100 л.н.) в Балтике рядом исследователей выделяется как стадия Мастоглойя. Признаки мастоглойевой трансгрессии устанавливаются как в южных районах Балтики, так и в Эстонии, Швеции, Финляндии. Эта фаза знаменует собой переход от озерных условий к морским, и достаточно хорошо выделяется по палеогидрохимическим данным; ее продолжительность, по радиоуглеродным данным, составляет около 800 лет (Геологическая история..., 1984).
Лабораторные аналитические исследования
Литологическая и минеральная составляющая послеледниковых осадков позволяет судить о физико-географических условиях их формирования. Основой литостратиграфического метода является выделение и прослеживание по площади естественных седиментационных пачек, которые характеризуются набором специфических литологических признаков, отражающих конкретные условия седиментации и позволяющих четко выделять указанные пачки в разрезах (Страхов Н.М., 1963; Субетто Д.А., 2009). Как правило, изменения условий седиментации связано с последовательной сменой основных этапов палеогеографического развития, что позволяет увязать эти события с хроностратиграфической шкалой и произвести возрастное расчленение разреза (Субетто Д.А. и др., 2002). Основными литологическими критериями являются вещественный состав, текстурные особенности, цвет осадков, наличие или отсутствие в разрезе органических остатков, аутигенные образования. Иногда литологические данные прямо указывают на глубину водоема. Например, хорошо сортированные пески, представляют собой пляжные или прибрежные образования. Осадки, имеющие тонкий гранулометрический состав, характеризуют глубоководные условия. Изменения в уровне водоемов могут быть зафиксированы в перемещении положения границы седиментации, переотложением осадков, перерывами в осадконакоплении и в изменении химии осадка. При реконструкции условий среды Балтийского региона и Валаамского архипелага на основе изучения послеледниковых отложений учитывалось, что их формирование происходило в условиях чередования трансгрессивно регрессивных стадий палеобассейнов. Изменение уровня Балтийского моря и Ладожского озера, и, как следствие, гидродинамики водной среды нашло своё отражение в литологическом составе осадков, что позволило нам выделить несколько основных этапов осадконакопления.
Согласно современным нормативным документам, донные отложения – это донные наносы и твердые частицы, образовавшиеся и осевшие на дно водного объекта в результате внутриводоемных физико-химических и биохимических процессов, происходящих с веществами как естественного, так и техногенного происхождения (Аналитический обзор.., 2004). Донные отложения являются важным источником информации о прошлых климатических, геохимических, экологических условиях, существующих на водосборе и в самом водоеме. Анализ донных отложений всегда означает объединение определенного периода времени, продолжительность которого зависит от толщины анализируемого слоя и от скорости осадконакопления. Таким образом, анализ донных отложений дает информацию за более продолжительный период времени, чем анализ воды, характеризующий только качество воды в момент отбора проб. Когда геохимические анализы используются вместе с методикой радиоуглеродного датирования (14C), то могут быть оценены исторические изменения во времени. Одновременно с этим геохимические нагрузки могут служить отличным показателем неблагоприятных изменений окружающей среды, вызываемых постоянно усиливающейся антропогенной деятельностью. Геохимический анализ способен выявить различия в вещественном составе донных отложений и вмещающих коренных пород; дать информацию о геохимических процессах, участвующих в формировании определенного химического состава осадков. Важным моментом здесь является определение наиболее информативных элементов, так называемых «элементов-индикаторов», и отношений элементов (петрохимических модулей), которые могут отразить своим поведением и распределением своих концентраций определенные стороны этих процессов или условий (Лукашев, 1972). Таким образом, донные отложения хранят в себе информацию не только об эволюционно-географических особенностях водоема и окружающей его территории, но и в значительной степени определяют экологическое состояние данных объектов. Отобранные образцы донных отложений анализировались в лаборатории Геохимии окружающей среды имени А.Е. Ферсмана рентгенофлуоресцентным методом на приборе «СПЕКТРОСКАН МАКС-GV», который представляет собой рентгеновский сканирующий кристалл-дифракционный портативный вакуумный спектрометр. Прибор предназначен для качественного и количественного рентгенофлуоресцентного анализа в соответствии с методиками выполнения измерений, аттестованными в установленном порядке, в диапазоне от Na до U. Метод рентгенофлуоресцентного анализа основан на измерении интенсивности рентгенофлуоресцентного излучения определяемых элементов при экспонировании порошковых проб почв. Это означает, что в его работе используется источник первичного рентгеновского излучения (рентгеновская трубка) для облучения анализируемого объекта, в результате чего сам объект начинает излучать (флюоресцировать) в рентгеновском диапазоне. Спектральный состав этого вторичного излучения адекватно отражает элементный состав анализируемого образца. Атомы того или иного химического элемента имеют свои, характерные только для данного элемента спектральные линии. Таким образом, наличие или отсутствие в спектре тех или иных линий говорит о присутствии соответствующих химических элементов (качественный анализ), а измерение «яркости» этих линий позволяет количественно оценить концентрацию данного элемента (количественный анализ). В качестве методической основы была взята методика выполнения измерений массовой доли металлов и оксидов металлов в порошковых пробах почв методом рентгенофлуоресцентного анализа. Эта методика позволяет измерять такие элементы, как Cr, Co, Ni, Cu, Zn, As , Sr, Pb, Rb, Y, Ba, La, V, Nb, Zr, Fe (Fe2O3), а также оксиды: TiO2, MnO, CaO, MgO, Na2O, K2O, Al2O3, P2O5, SiO2.
В ходе работы использовались следующие средства измерений и вспомогательные устройства: спектрометр; IBM PC с процессором не ниже 486; шкаф сушильный; сито (с диаметром отверстий 0,25 мм);ступка и пестик.
Отобранные пробы донных осадков высушивались в сушильном шкафу до воздушно-сухого состояния при температуре 1050С. Сухая проба измельчалась до порошкового состояния и просеивалась через сито размером 0,25 мм. Просеянный образец дополнительно измельчался до размерности пудры на оборудовании, не загрязняющем пробы, т.е. мелющие элементы оборудования не содержали определяемых элементов. Из подготовленной пробы на лабораторном прессе изготовлялись так называемые таблетки, которые анализировалась на спектрометре «СПЕКТРОСКАН МАКС-GV». Из отобранных ненарушенных кернов послеледниковых отложений в условиях лаборатории были отобраны образцы для последующего геохимического анализа. Мощность образцов составляла 1 см и в случае необходимости образцы отбирались через каждый сантиметр. Образцы нарушенной структуры отбирались в полевых условиях. Сводная ведомость отобранных образцов и произведённых элементоопределений представлена в таблице 2.1. Всего в рамках диссертационного исследования проанализировано 1700 образцов.
Литогеохимические особенности разрезов озерно-болотных отложений аквальных систем Вепсовской возвышенности
Основой фактического материала исследования явились отобранные и изученные авторами статьи керны озерно-болотных отложений данных объектов. Полевые исследования проводились в летний полевой сезон 2010 года (оз. Святозеро) и летний полевой сезон 2013 года (оз. Вялгозеро). В ходе полевых исследований на южном берегу оз. Святозеро в 10 м от уреза воды была заложена скважина глубиной 291 см и отобраны керны донных отложений, общей мощностью 191 см. На глубине 290-281 см вскрываются темно-бурые плотные глинистые отложения. Вверх по разрезу они сменяются прослоем торфа с примесью песчано-глинистых отложений мощностью 9 см. Верхняя часть разреза (270-100 см) представлена отложениями торфа. Опорный разрез представлен на рисунке 3.1. Мощность разреза озерно-болотных отложений озера Вялгозеро, отобранных в 2 метрах от уреза воды на западном берегу озера, составила 194 см. Отложения на глубине 244-237 см представлены слоем среднезернистых песков, которые перекрываются серыми глинистыми илами на глубинах 237-170 см. Глинистые отложения на глубине 220-221 см прерываются маломощным прослоем грубозернистого песка. Отложения на глубине 170-115 см представляют собой темно-коричневый полностью сформировавшийся торф, который перекрыт светло-коричневым торфом с большим количеством неразложившейся органики (глубины 115-50 см). Колонка отложений показана на рисунке 3.2.
Литологические особенности отложений разрезов обоих объектов показывают высокую степень схожести, что делает возможность корреляции однородных в литологическом отношении слоев. Особенности литостратиграфии разрезов свидетельствуют о том, что на территории современного южного склона Вепсовской возвышенности существовало несколько различных обстановок осадконакопления, что нашло своё отражение в литологическом составе и позволило выделить 2 этапа седиментогенеза: 1-й этап (нижняя часть обоих разрезов) – накопление глинистой и песчано-глинистой толщи, сформировавшейся, по всей видимости, в условиях минерагенного осадкообразования в мелководных условиях с незначительной ролью органического материала в процессе осадконакопления; 2-й этап (верхняя часть разрезов) – органогенная седиментация с накоплением толщи торфов с большим количеством неразложившейся органики в условиях зарастания водоемов. На глубинах 291-270 см фиксируется уменьшение значений концентраций для большинства анализируемых компонентов вверх по разрезу. На глубине 291 см SiO2, Al2O3, K2O, MgO, Na2O, MnO, TiO2, Fe, V, Ni, Cr, Ba, Zr, Y и Rb имеют максимумы своих содержаний. Исключение составляют Zn, Co, Sr и Pb, на данных глубинах имеющие свои минимальные значения концентраций. Отложения на глубине 270-100 см характеризуются относительно равномерным распределением для большинства элементов и оксидов, что говорит о стабильных, неменяющихся условиях во время формирования данного отрезка отложений. И только свинец проявляет однозначное свидетельство аэрогенных загрязнений, плавно повышая значения своих концентраций в слое торфяных отложений начиная с глубины 180 см (15 ppm) до максимума величины содержания в поверхностном слое (25 ppm, рост более чем на 1,5 %). Анализ графиков распределения оксидов и элементов по разрезу оз. Вялгозеро показал практически идентичную картину распределения по сравнению с разрезом озера Святозеро (рис. 3.6-3.8). Выделяются 2 зоны с различной геохимией. На глубинах 244-170 см фиксируется максимальные значения концентраций и относительно равномерное распределение для SiO2, Al2O3, K2O, MgO, MnO, TiO2, Fe, V, Ni, Cr, Cu, Ba, Co, Zr, Y, Rb, Nb, As. Исключение составляют CaO, Na2O, P2O5, Zn, Sr и Pb, на данных глубинах имеющие свои минимальные значения концентраций. Отложения на глубине 170-50 см характеризуются относительно равномерным распределением для большинства элементов и оксидов, что говорит о стабильных, неменяющихся условиях во время формирования отложений торфа. Однако также как и в случае с разрезом озера Святозеро концентрация свинца плавно повышается, начиная с глубины 180 см (15 ppm) до максимума величины содержания в поверхностном слое (40 ppm, рост на 2,5 %). Хорошо коррелирует с распределением свинца поведение по вертикали разреза оксидов фосфора и кальция, а также стронция и цинка. Однако их распределение носит более равномерный характер, в отличие от ступенчатого повышения содержаний свинца.
Таким образом, наличие большого фактического материала позволило проследить изменчивость химического состава по разрезам и выделить различные геохимические разности, формирование которых происходило на разных стадиях седиментогенеза, при этом выделенные зоны хорошо соотносятся с литологическими разностями. Отмечается повышение значение концентраций свинца вверх по разрезу, что не наблюдается в особенностях распределения остальных анализируемых компонентов. Такая закономерность, по всей видимости, указывает на атмосферное происхождение свинцовой аномалии и фиксирует начало аэрогенного загрязнения исследуемой территории. Результаты геохимического изучения толщи донных отложений озера Святозеро показывают, что содержание основных породообразующих оксидов обнаруживает в целом недостаточность к среднему химическому составу глинистых отложений Русской платформы. Различия, по всей видимости, обусловлены спецификой области осадконакопления (заболачивание территории) и вымыванием химических элементов на разных этапах формирования осадка. Исключение составляет лишь содержание оксида фосфора, для которого характерно некоторое превышение, что можно объяснить значительным содержанием в осадке растительного компонента. Данные по содержаниям основных породообразующих оксидов приведены в таблице 3.1. Для донных отложений оз. Святозеро среднее содержание элементов вычислялось по 19 пробам (табл. 3.2). Из таблицы видно, что выборки в основном характеризуются неоднородностью и весьма значительным разбросом концентраций элементов ( =1,49-3,22). Значительный разброс содержаний элементов подтверждается относительно большим расхождением в вычисленных значениях среднего гармонического и среднего геометрического (табл. 3.17). Исключения составляют свинец ( = 1,23), стронций (е=1,21), барий ( = 1,36), цирконий (=1,15) и железо (=1,24), для которых отмечается незначительный разброс.
