Содержание к диссертации
Введение
1 Системное представление земной поверхности как объекта картографического моделирования
1.1 Системный подход в картографии –
1.2 Системное представление рельефа. Морфосистемы 18
1.3 Картографическое моделирование морфосистем 29
2 Методология картографирования морфосистем 44
2.1 Принципы выявления морфосистем и их элементов
2.2 Методология идентификации морфосистем 46
2.3 Таксономический ряд морфосистем - основа картографического моделирования рельефа
3 Методика картографического моделирования морфосистем
3.1 Методические принципы картографирования морфосистем –
3.2 Морфоаналитическое картографирование рельефа 93
3.3 Методика выявления морфосистем 98
3.4 Картографирование морфосистем на разных уровнях иерархии 104
3.5 Морфодинамический анализ морфосистемных карт 118
4 Картографическое моделирование морфосистем Байкальской горной страны
4.1 Картографирование морфосистем морфоструктурного звена –
4.2 Картографирование бассейновых морфосистем 128
4.3 Картографирование склоновых морфосистем 141
4.4 Картографирование региональных особенностей морфосистем 146
5 Применение картографических моделей морфосистем для морфодинамического анализа природных территорий
5.1 Карты элементов ЭАС и их интерпретация –
5.2 Применение карт морфосистем при организации и интерпретации ста- 179 ционарных наблюдений за ЭГП
5.3 Картографирование ЭГП на основе карт морфосистем 185
6 Картографическое моделерование и анализ техногенных морфосистем
6.1 Картографирование и анализ динамики береговых морфосистем водохранилищ
6.2 Принципы картографирования и морфодинамического анализа горно-промышленных морфосистем
6.3 Оценочное экологическое картографирование морфосистем 212
Заключение 218
Список литературы 221
- Системное представление рельефа. Морфосистемы
- Методология идентификации морфосистем
- Методика выявления морфосистем
- Картографирование бассейновых морфосистем
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Освоение и развитие обширных и труднодоступных регионов предъявляет все более высокие требования к возможностям картографических моделей рельефа в сфере решения управленческих, хозяйственных, экологических и других задач. В то же время, современные топографические и тематические карты рельефа слабо отражают пространственную иерархию и морфодинамическую структуру земной поверхности. Налицо противоречие, обусловленное тем, что существующая система картографирования рельефа или ориентирована на его представление как одного из компонентов ситуации, или отражает частные характеристики земной поверхности, не рассматривая ее в качестве особого объекта тематического картографирования. Данное противоречие порождает проблему, затрудняющую оперативное изучение экзогенных геологических процессов (ЭГП) и оценку геоморфологических рисков при изменении динамических обстановок.
Степень разработанности проблемы. Качественно новое решение указанной проблемы видится в концепции картографировании рельефа на основе его понимания как иерархии геоморфологических систем (морфосистем). Парадигма системной организации рельефа появилась еще в 60-80 годах прошлого века (Симонов Ю. Г, 1972; Поздняков А. В., 1975; Борсук О. А., 1977). Были разработаны методы дискретизации земной поверхности (Ласточкин А. Н., 1987) и математического моделирования выделенных элементов (Кошкарев А. В., 1982; Флоринский И. В., 2010). Были предложены прототипы морфосистемных карт (Симонов Ю. Г., 1972; Поздняков А. В., 1992). Однако, единая концепция картографического моделирования морфосистем все еще не разработана. Это касается как методологии, так и методики картографирования морфосистем, понятийного аппарата и принципов классификации, содержания и масштабов карт, картографической генерализации, методов изучения экзогенных процессов и анализа динамики рельефа по картографическим моделям морфосистем.
Цель и задачи исследования. Цель исследования: теоретически обосновать, разработать и практически применить систему методов картографического моделирования морфосистем. Задачи исследования включают:
– разработать концепцию картографического моделирования морфоси-стем на основе их классификации, отражающей иерархию и динамику рельефа;
– обосновать содержание морфосистемных карт и разработать систему методов картографирования морфосистем;
– разработать принципы и методы морфодинамического анализа рельефа по картографическим моделям морфосистем;
– практически реализовать разработанные принципы и методы при картографировании морфосистем региона исследований;
– апробировать разработанные методы морфодинамического анализа рельефа на картографических моделях динамичных морфосистем региона.
Объект исследования. Системное картографическое моделирование рельефа, как особый вид тематического картографирования.
Предмет исследования. Теория картографирования морфосистем, методы составления морфосистемных карт, прикладное использование картографических моделей морфосистем для динамического анализа рельефа.
Методологическая, теоретическая и эмпирическая база исследования. Теоретико-методологическую основу работы составили труды Агафонова Б. П., Берлянта А. М., Верещаки Т. В., Выркина В. Б., Герасимова И. П., Демека Я., Заруцкой И. П., Карпика А. П., Книжникова Ю. Ф., Корытного Л. М., Кравцовой В. И., Лапердина В. К., Ласточкина А. Н., Лисицкого Д. В., Овчинникова Г. И., Пластинина Л. А., Позднякова А. В., Салищева К. А., Симонова Ю. Г., Смирнова Л. Е., Сочавы В. Б., Степанова И. Н., Тржцинского Ю. П., Уфимцева Г. Ф., Философова В. П., Флоренсова Н.А., Флоринского И. В., Червякова В. А.
Эмпирической основой исследований стали результаты анализа топографических и тематических карт, а также данных дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) из космоса, материалы полевых исследований 1976–2013 гг., ар-
5 хивные сведения территориальных геологических управлений и гидрометеорологических служб региона, справочная и научная литература.
Научная новизна результатов исследования. Разработаны научно-методические основы картографического моделирования земной поверхности, как всеобъемлющей иерархии морфосистем, обусловленной нахождением земной поверхности в поле силы тяжести Земли. Представлен новый вид карт -карты морфосистем, которые, по сравнению с существующими ныне способами отображения рельефа, раскрывают системную организацию и динамическую структуру земной поверхности. Это позволяет обоснованно организовать изучение экзогенных геологических процессов, оперативно оценить геоморфологические риски, осуществить анализ и прогноз литодинамических обстановок природных и техногенных территорий.
Теоретическая и практическая значимость работы. Разработанные методы существенно расширяют и дополняют возможности картографирования рельефа. Они могут быть использованы в научных и образовательных целях в области картографии и других наук о Земле, изысканиях и проектировании, охране природных ресурсов, экологических экспертизах и мониторинге, природопользовании, картографической экстраполяции на другие регионы.
Методология и методы исследований. Для решения поставленных задач использовалась методология системного подхода, методы тематической картографии, теория геосистем, методы геоморфологических исследований.
Положения, выносимые на защиту. Теория, методы создания и результаты апробации нового вида картографического моделирования рельефа:
– принцип картографирования рельефа на основе концепции естественной организации земной поверхности в морфосистемы вследствие ее инвариантного положения в поле силы тяжести Земли;
– система методов картографического моделирования морфосистем на основе их выявления и классификации по эмерджентным свойствам, обусловленным фрактальностью и дискретностью рельефа;
– метод морфодинамического анализа морфосистемных карт;
– результаты картографического моделирования морфосистем и применения морфосистемных карт для изучения и прогноза динамики рельефа.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертация соответствует области исследования: 5 – новые методы составления и проектирования, новые виды и типы тематических и кадастровых карт и атласов; 6 – картографическая генерализация; 10 – тематическое дешифрирование и методы дистанционного (аэрокосмического) зондирования и 12 – использование карт в науке и практике, картометрия, математико-картографическое моделирование, точность и надежность исследований по картам паспорта научной специальности 25.00.33 – «Картография» («Науки о Земле»), разработанного экспертным советом ВАК Минобрнауки РФ.
Степень достоверности и апробацию результатов исследования. Результаты научной работы были реализованы в проведении:
– НИР ИГС и ДВ СО АН СССР «Изучение экзогенных геологических процессов рельефообразования в горном обрамлении Чарской котловины на основе аэрокосмических методов», выполненных по хоздоговору с Удоканской комплексной экспедицией ПГО «Читагеология» Министерства геологии РСФСР в 1976–1980 гг.;
– НИР ФГБОУ ВПО «ИрГТУ» «Оперативный дистанционный мониторинг зоны воздействия на природную среду каскада Ангарских водохранилищ», проводимые по гранту Конкурсной комиссии Роснауки в 2009–2010 гг.;
– НИР Вост-Сиб. филиала ФГУП «Госземкадастрсъемка»-ВИСХАГИ «Разработка рекомендаций по предупреждению негативного воздействия вод на береговую зону Братского водохранилища» в рамках Госконтракта с Енисейским БВУ Федерального агентства водных ресурсов в 2011 г.;
– курсов «Фотограмметрия и ДЗЗ», «Инженерная геология», «Геоморфология с основами геологии», читаемых в ИрГТУ и БГУЭП в 2000–2013 гг.
Результаты исследования обсуждались на научных конференциях ИрГТУ «Игошинские чтения» (Иркутск, 2000–2012), VII научном совещании по при-
7 кладной географии (Иркутск, 2001), XI научном совещании географов Сибири и Дальнего Востока (Иркутск, 2001), научной конференции «Дистанционные исследования и картографирования структуры и динамики геосистем» (Иркутск, 2002), VII Региональной конференции по тематической картографии с общероссийским и международным участием (Иркутск, 2002), Всероссийских научно-практических конференциях «Современные проблемы геодезии и оптики» (Новосибирск, 2001, 2003, 2004), Региональной научно-практической конференции с международным участием «Геодезия, картография и кадастр земель Прибайкалья» (Иркутск, 2004), Региональной научной конференции «Моделирование географических систем» (Иркутск, 2004), Научных международных конгрессах «ГЕО-Сибирь» (Новосибирск, 2005–2013), Региональных научно-практических конференциях «Геодезия, картография, кадастровое и маркшейдерское дело в освоении природных ресурсов Байкальского региона» (Иркутск, 2006, 2008, 2010), VIII научной конференции по тематической картографии «Геоинформационное картографирование для сбалансированного территориального развития» (Иркутск, 2006), Международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Геоинформационное обеспечение аэрокосмического мониторинга опасных природных процессов» (Иркутск, 2010), Международной научно-практической конференции «Маркшейдерия и инженерная геодезия в XXI веке» (Иркутск, 2011), VII школе-семинаре молодых ученых России «Проблемы устойчивого развития региона» (Улан-Удэ, 2013).
Количество публикаций автора. По теме диссертации опубликовано 60 работ, в том числе монография и 12 работ, входящих в перечень российских рецензируемых научных журналов и изданий для опубликования основных научных результатов диссертации.
Структура диссертации. Работа представлена 262 страницами текста и состоит из введения, шести разделов и заключения. Работа включает 53 рисунка, 5 таблиц и список литературы из 455 наименований. Диссертация и автореферат оформлены в соответствии с СТО СГГА 002–2013.
Системное представление рельефа. Морфосистемы
Давно признано, что рельеф земной поверхности вместе с наполняющим его геологическим субстратом и рельефообразующими процессами (морфогенезом) являются неотъемлемой базовой составляющей и главной предпосылкой разнообразия геосистем. Более того, сама иерархия геосистем является отражением иерархии рельефа и геологической структуры [139, 177, 274, 278, 307, 316] Рельеф и рельефообразующие процессы в значительной степени обусловливают распределения тепла и влаги, климат и погоду, геохимический круговорот вещества, почвообразовательные процессы, гидрогеологический режим, характер растительности, характер сукцессий и т.п. Указанная зависимость хорошо отражается в соподчинении пространственного распределения многих элементов содержания топографических карт относительно рельефа [267, 346].
Вполне логично, что к изучению и картографированию рельефа возможно с успехом применить системный подход, что и показывает история становления геоморфологической науки. Отдельные идеи системного подхода просматриваются уже в первых классических работах, построенных в плане синтеза знаний о рельефе. К ним можно отнести труды В. М. Дэвиса [110, 437], В. Пенка [241], И. П. Герасимова [81, 82], К. К. Маркова [205], А. Шоллея [429], И. С. Щукина [431], Ю. А. Мещерякова [209, 210], Н. И. Николаева [227], Л. Кинга [150], Р. Чорли [434]. Эти же идеи просматриваются и в терминологии геоморфологов-практиков (элементы рельефа, формы рельефа, типы рельефа, категории и модификации рельефа). Геоморфологи давно поняли, что рельеф имеет сложную природную организацию и определенный порядок, которые следует рассматривать на различных уровнях иерархии. Тем не менее, становление системного подхода в геоморфологии произошло не сразу.
В основу многих теоретических и прикладных построений классической геоморфологии положено понятие о геотектуре, морфоструктуре и морфо-скульптуре рельефа и их элементах, введенное И. П. Герасимовым [81] в целях последовательного геоморфологического анализа. Основные понятия этого фундаментального учения в концентрированном виде отражают соотношение основных факторов морфогенеза, понимание которого представляется весьма важным с точки зрения решения основных задач геоморфологии – изучения морфологии, генезиса, возраста и динамики рельефа.
Геотектуры – самые крупные формы рельефа, образованные внутризем-ными и космическими силами. К ним относят материковые выступы, впадины океанов, зона перехода между ними, крупные орогены, равнины платформ.
Морфоструктуры являются результатом противоречивого взаимодействия эндогенных и экзогенных сил при ведущей, активной роли эндогенного фактора. К морфоструктурам платформ относятся низменности, низкие плато, островные горы, кряжи; к морфоструктурам орогенов – горные хребты, нагорья, высокие плато, межгорные и предгорные котловины и т.п.
Морфоскульптуры зарождаются на поверхности морфоструктур и развиваются под их контролем, формируясь, однако, под непосредственным влиянием экзогенных физико-географических факторов.
Понятие о геотектуре оказалось благоприятным для становления планетарной геоморфологии, теория морфоструктур дала существенный толчок для быстрого развития структурной геоморфологии и неотектоники, а морфо-скульптурный анализ стал основой климатической геоморфологии. Таким образом, произошла дифференциация геоморфологии на специальные отрасли. Побочным эффектом этого, безусловно, положительного и неизбежного явления явилось то, что представители разных направлений зачастую стали меньше понимать друг друга, а место общей геоморфологии в ряду природоведческих на 20
ук стало более неопределенным. Для данного этапа развития геоморфологии характерен также терминологический разнобой. Это обычное явление для аналитического этапа познания сложных объектов в процессе наработки основополагающих, аксиоматичных понятий, лежащих на грани неполного знания и интуиции и употребляемых разными специалистами с различными целями.
Даже само понимание процесса рельефообразования, (геоморфогенеза, морфогенеза) получило множество толкований, причем ни одно из них не стало всесторонним и исчерпывающим [373]. Нет единства и в вопросе о том, какой фактор морфогенеза является ведущим. Представители морфоструктурного направления отдают предпочтение эндогенному фактору, приверженцы климатической геоморфологии – экзогенному, третьи исследователи говорят о паритете этих факторов и невозможности морфогенеза без любого из них. Такое смещение акцентов характерно для аналитического этапа изучения природы, когда для удобства исследования объект расчленяется на компоненты, которые в природе в чистом виде практически не встречаются.
Последнее время перед человечеством встали серьезные экологические проблемы, которые охватили все уровни географической оболочки и заставили взглянуть на задачи землеведения с точки зрения системного подхода.
Настало время «собирать камни» и в геоморфологии. В нашей стране наиболее благодатный период развития системного подхода связан с «золотым» периодом науки, пришедшимся на 60-80 годы прошлого века [5, 6, 13, 15, 24, 42, 146–148, 228, 256, 258, 273, 290, 295, 296, 389, 405].
Вышеназванные авторы исходят из того, что процессы экзогенного релье-фообразования протекают не на пустом месте и не должны рассматриваться в отрыве от структуры и рельефа, в пределах которых они развиты. Изучение самого рельефа должно строиться на постановке задач осмысления процесса системного и комплексного взаимодействия различных геоморфологических процессов между собой и с формами рельефа [374].
По мнению приверженцев системного подхода в геоморфологии, экзогенные процессы следует изучать неотрывно от рельефа, на котором они протекают, совместно с другими факторами морфогенеза в пределах особого типа географических динамических систем рельефа – геоморфологических формаций [394], морфосистем [295, 298], геоморфосистем [256], экзоморфосистем [43], геоморфологических систем, катен [289], морфологических комплексов [174] и т. д. Эти неустоявшиеся термины означают во многом близкие феномены и отражают один и тот же подход к морфогенезу. Поэтому мы в дальнейшем будем пользоваться термином «морфосистема»
Под морфосистемами понимаются комплексы форм рельефа или формы рельефа (в широком смысле термина) разной размерности, характеризуемые единством денудационного потенциала и направленностью развития. Морфо-системы формируются определенным набором экзогенных процессов в условиях определенной литологии, тектонической структуры и ландшафтно-климатической обстановки. Основной функцией морфосистем любого ранга является преобразование поверхности литосферы в результате перемещения вещества и энергии в процессе денудации. В каждой морфосистеме последовательность разрушения пород (выветривание), сноса, переноса и аккумуляции составляет комплекс взаимосвязанных процессов.
Таким образом, морфосистема является морфодинамической природной системой, объемлет геотектуру, морфоструктуру и морфоскульптуру и уравновешивает роль планетарной, структурной и климатической геоморфологии в изучении морфогенеза.
Методология идентификации морфосистем
Хотя морфосистемы являются объективными реальностями, решение об их идентификации обычно принимается экспертно. Классической проблемой индукционного метода исследований (от фактов к гипотезе и теории) при изучении новых феноменов является то, что для четкого разграничения этих явлений необходимо знать их причины, а для познания причин нужно четко разграничить явления. Но при построении классификаций мы имеем дело с приближенно определенными явлениями, и продвижение к истине идет последовательными приближениями. Способ разграничения территорий зависит от выбранного направления исследования. Возможны три таких направления – типологическое, генетическое и функциональное [283], которые, впрочем, часто выступают и как стадии исследования.
Типологический подход достаточно прост, поэтому он часто характерен для начального периода исследования, когда накапливается исходный материал для классификаций. Но даже при таком несложном подходе морфосистема совсем не обязательно предстает как статичная данность, поскольку морфологи ческие и морфометрические характеристики рельефа во многом предопределяют его потенциальную денудацию и набор моделирующих систему процессов, т.е. его саморазвитие. Генетический подход представляет более сложное направление (или является следующим этапом) изучения рельефа. Знание истории развития земной поверхности позволяет, помимо прикладных задач (поиски россыпных месторождений, нефти, газа и т. п.) [35], выйти и на прогноз его дальнейшего развития. Недаром изучение четвертичных отложений и геоморфологическое картирование основаны именно на генетическом подходе и являются неотъемлемыми звеньями государственных геологических съемок [206–208].
В наше время исследователи все больше склоняются к мысли, что морфо-системы эффективней изучать посредством функционального подхода, основанного на способности систем обмениваться с окружающей средой веществом и энергией [5, 43, 413 и др.]. Целью этого подхода является познание механизмов ныне протекающего (актуального) взаимодействия компонентов морфологических систем рельефа [283]. С этих позиций морфосистема предстает действующей в настоящий момент, «здесь и сейчас», а ее компоненты находятся в динамике, развиваются. Саморегулирующейся системой наивысшего ранга выступает сама Земля – ее морфология и высоты отражают вертикальные и горизонтальные движения тектоносферы и являются суммой денудационно-аккумулятивных процессов, разнопорядковых и разнонаправленных движений различной скорости. Низшей ступенью является морфосистема динамически однородной поверхности [85, 227, 390, 391]. Функциональный подход рассматривает типологические и генетические черты морфосистемы не только как результат, но и как предпосылку дальнейшего развития и основу современной динамики морфосистем и особенностей баланса вещества и энергии. При выявлении и картографировании морфоси-стем исследователь (по крайней мере, на начальном этапе) абстрагируется от генетико-возрастного членения рельефа. В самом деле, именно морфологические особенности не только несут в себе в закодированном виде информацию о происхождении и предыдущей истории развития рельефа, но и являются предпосылкой его дальнейшей эволюции, а генетические черты часто являются просто реликтовыми. Так, рельеф высоких гор может иметь ледниковое происхождение и нести черты альпинотипности – кары, троги, морены, в то время как практически все высокогорье уже вышло из-под влияния гляциальных процессов. То же касается речных террас, на поверхности которых уже давно не действуют флювиальные процессы. К реликтовым, практически малоподвижным формам относятся и курумы в горнотаежной зоне [64]. Вообще, из всех составляющих ландшафта (почвенных, растительных, климатических и т.п.) рельеф является одним из наиболее инерционных, консервативных и долгоживущих компонентов [84]. Поэтому в пределах морфосистем выделяют сингенетичные и асингене-тичные экзогенные процессы [193]. Благодаря первым система образуется и формирует современный облик; вторые приходят на смену первым и приводят к потере устойчивости морфосистемы, ее деградации и качественному преобразованию. Асингенетичные процессы широко развиты, и недооценка этого факта приводит к непониманию современного состояния и динамики рельефа. Так, вряд ли правомерно оценивать современную интенсивность экзогенных процессов степенью пораженности территории формами, созданными этими процессами в прошлом, как это делалось рядом исследователей [206, 207, 214, 237]. Интенсивность процессов логичнее определять количеством сносимого (отлагаемого) в единицу времени материала в настоящем [369], а морфосистемы анализировать с точки зрения современной динамики потоков вещества и энергии в пределах этих систем и между ними. Такой подход носит название литодинамического [5], а ранжирование морфосистем имеет много общего с ранжированием форм рельефа по размерностям. Большинство таких классификаций основано на интуитивно выделяемых ассоциациях рельефа, периодически повторяющихся на земной поверхности. На первый взгляд представляется, что формы рельефа нетрудно и удобно уложить в рамки предлагаемых градаций и, соответственно, нанести на карту. Действительно, облик рельефа – это то, что буквально лежит на виду; с изучения и оценки морфологических черт земной поверхности начинаются любые геоморфологические исследования. Создается впечатление, что чистая морфология и представляет собой искомый инвариант морфосистем.
Однако фактическая сложность рельефа такова, что его научная классификация весьма трудна [280]. До сих пор нет общепринятых морфологических классификаций, отражающих рельеф во всем его разнообразии [44, 369]. Это говорит о том, что, чисто морфологический подход недостаточен при выделении морфосистем хотя бы потому, что не избавляет исследователей от решения последующих задач: тематической интерпретации формализованной земной поверхности, генерализации этой поверхности при различных видах картографирования и т.п.
В то же время приверженцы как морфологических и генетических классификаций [45, 117, 142, 322, 371, 439 и др.] высказывают много интересных с точки зрения функционального подхода идей. Так, при классификации рельефа Земли наиболее широко представлены модели, где малые формы являются частью больших, а низкие – частью более высоких. Большинство ученых при морфологическом анализе принимают во внимание четыре основных переменных характеристики рельефа – амплитуду высот, уклоны, строение дренажной сети и типичные профили. Уже к середине прошлого века было замечено, что на участках земной поверхности различных размеров заметно изменяется состав и характер действия сил, принимающих участие в формировании рельефа. В этом отношении показательна классификация А. Кайе и Ж. Трикара [142], которые выделили 12 порядков категорий рельефа, причем в формировании рельефа каждой из категорий принимают участие строго определенные факторы.
Методика выявления морфосистем
Выявление морфосистем (этап морфосистемного картографирования) – дефиниция, оконтуривание внешних границ, идентификация и ранжирование морфосистем в соответствии с концепцией суперпозиции высотного и гравитационного полей на основе рассмотренной выше классификации морфосистем. Рассматриваемые процедуры все еще во многом формализованы, однако выявление морфосистем требует понимания логики развития анализируемого рельефа, т.е. определенной подготовки в области динамической геоморфологии.
В качестве основы для выявления морфосистем служат полученные на предыдущем этапе морфоаналитические карты, отображающие совокупности элементарных точек, линий и поверхностей рельефа и, при необходимости, линии тока. По этим картам проводятся границы морфосистем и анализируются структура систем линий нисходящих литодинамических потоков в их пределах, входящих и выходящих створов и транзитных каналов энергомассопереноса.
В процессе выявления морфосистем необходимо проанализировать все совокупности векторов тока, репеллерных и аттракторных линий, местных базисов денудации, экзогенно-активного слоя (ЭАС) в их взаимосвязях, т.е. понять структуру морфосистемы. При этом, необходимой процедурой выявления исследуемых морфосистем является установление их эмерджентных черт, освобожденных от влияния морфосистем фоновых и декорирующих. Абстрагирование от фоновых (материнских) морфосистем достигается картографированием компонентов исследуемой системы относительно ее местного базиса денудации (аккумуляции). Абстрагирование от осложняющих (дочерних) морфоси-стем достигается показом только осложняющих систем высшего порядка, а еще лучше, полным их обобщением.
Совместный анализ пространственных систем линий тока и структурных линий морфосистем выявляет их иерархическую организацию: на фоне крупных пространственных систем имеют место осложняющие системы низшего порядка, обладающие относительной самостоятельностью и обособленностью и, в свою очередь, состоящие из подчиненных систем. Каждая такая система имеет свою систему линий тока, репеллеров и аттракторов, в каждой может быть выделен главный аттрактор (репеллер). Такой аттрактор мы называем местным базисом денудации (аккумуляции), подчеркивая тем самым его положение одновременно как в данной системе (базис), так и нахождение в системе высшего порядка (местный).
Местные базисы денудации (аккумуляции) длительное время контролируют структуру литодинамических потоков «своих» морфосистем, т.е. определяют продолжительность их существования. В качестве местных базисов денудации или аккумуляции на разных уровнях иерархии выступают различные объекты. Так, базисами денудации для склоновых систем служат выпуклые или вогнутые перегибы склона или его подножие, для бассейновых систем – стволовая река бассейна, для морфоструктурных систем – цоколь (базисная поверхность) горного хребта или предгорная равнина у подножия горной страны. Для суши в целом базисом денудации служит уровень моря. Наконец, на глобальном уровне базисная поверхность денудации будет проходить по дну Мирового океана и днищам его глубоководных желобов.
Отметим, что базис денудации денудационных морфосистем одновременно служит базисам аккумуляции аккумулятивных. Ярким примером такой двойной роли базиса служит урез Мирового океана: он является базисом денудации для субаэральных морфосистем суши и одновременно базисом аккумуляции для субаквальных морфосистем.
Килевые линии, будучи аттракторами, одновременно служат и местными базисами денудации для сходящихся к ним противоположных склонов. Вообще же аттракторы, определяющие положение базиса денудации, могут быть представлены точками (донная точка замкнутой котловины), разомкнутыми (тальвег главной реки бассейна или подошва склона) или замкнутыми (подошва холма, хребта и т.п.) линиями. Для морфосистем на основе положительных форм и комплексов рельефа линия их главного, самого пониженного аттрактора (местного базиса денудации) представляет собой одновременно внешнюю границу данной морфосисте-мы. Рисунок линий тока таких систем носит центробежный характер. Морфосистемы на основе отрицательных форм и комплексов ограничены главным репеллером системы, а структура их линий тока характеризуется центростремительным или сходящимся к линейному аттрактору рисунком. Таким образом, понятие базисной поверхности приобретает особое значение, а форма рельефа, опирающаяся на свою базисную поверхность или ограниченная ей сверху, проявляет все признаки открытой системы, реализующейся в сфере морфогенеза – целостность, устойчивость относительно окружающей среды, внутреннюю структуру, обмен веществом и энергией и т.д. Для выявления морфосистем используют аттракторные и репеллерные линии, которые в пределах элементарных (на данном уровне обобщения) морфо-систем образуют пространственные системы, обладающие специфичной структурой и узнаваемостью. Дивергентные, конвергентные и параллельные, а также центробежные и центростремительные системы линий тока связывают области денудации, транзита и аккумуляции. Аттракторные линии служат базисами денудации для расположенных выше систем и ограничивают снизу их деструктивные парагенезы. Репеллерные линии, напротив, ограничивают сверху конструктивные парагенезы.
Существует определенная двойственность в дефиниции базисных плоскостей и линий морфосистем. Так, аттракторные линии служат местными геометрическими базисами денудации для расположенных выше склонов и ограничивают снизу их деструктивные парагенезы. Репеллерные линии, напротив, ограничивают сверху конструктивные парагенезы склонов (рисунок 3.2). Смежные конструктивные и деструктивные системы перекрываются между собой и создают логическое неудобство для классификации и картографирования морфосистем. Поэтому границы морфосистем целесообразно определять по линиям вогнутых перегибов их обобщенного поперечного профиля, которые разделяют существующие на данный момент области сноса и накопления, т.е. являются текущими потенциальными базисами денудации или аккумуляции, соответственно. Форма рельефа, ограниченная такими текущими базисами, является открытой системой – целостной, относительно устойчивой, имеющей внутреннюю структуру, входы и выходы. У денудационных морфосистем на основе положительных форм рельефа текущая базисная линия нулевой горизонтальной кривизны ограничивает систему снизу и является ее потенциальным базисом денудации. Морфосистемы на основе отрицательных форм, ограничены линиями нулевой горизонтальной кривизны сверху, т.е. последние являются текущими базисами аккумуляции (рисунок 3.3).
Картографирование бассейновых морфосистем
Морфосистемы рассматриваемого уровня представлены бассейновым рядом и сформированы в процессе развития речной сети Байкальской горной страны как результата взаимодействия тектоники, климата и геологического строения. Начиная с докембрия регион представлял собой один из основных орогидрографических узлов Южной Сибири, значительно возвышаясь над соседними равнинами Сибирской платформы и холмистыми низкогорьями Забайкалья и контролируя основные направления стока [140]. Все это время здесь находились крупные области размыва и сноса рыхлого материала [159]. В результате длительного выравнивания был сформирован в целом пологий рельеф с абсолютными высотами чуть более 1000 м и относительными превышениями 200-300 м [404]. Пониженные участки занимали широкие древние долины. В это же время вызрели коры выветривания, которые в настоящее время большей частью или размыты, или погребены во впадинах под слоем более поздних отложений [79].
В неоген-четвертичное время в результате активизации неотектонических движений произошла коренная перестройка существующей гидросети [202]. Быстрые дифференцированные поднятия привели к формированию антецедентных долин, заложенных по крупным зонам разломов-блокоразделов вкрест простирания S-образной структуре БРЗ. Это относится к долинам наиболее крупных рек, таких как Витим, Олекма, Селенга, Ангара, Иркут, Чара. Например, Витим пересекает около десятка поднятий, в том числе таких мощных как Южно-Муйский и Северо-Муйский хребты. Здесь река прорезает узкие и глубокие (1300-1600 м) ущелья, образуя множество порогов.
Последующие перестройки происходили вследствие возрастания энергии рельефа за счет роста хребтов и опускания межгорных впадин и затронули, в основном, долины рек более низких порядков. Развитие крупных долин происходило в направлении их углубления и фиксирования в плане. Активизация эрозионной деятельности явилась причиной образования эпигенетических долин прорыва и речных перехватов, приуроченных к ослабленным зонам – разломам, структурным линиям. Там, где скорости тектонических поднятий были особенно высоки, происходили разрывы гидросети и переформирование стока брошенных верховий в противоположном направлении. Примером такой перестройки гидросети является сквозная долина между текущими в разных направлениях реками Сыгыкта и Апсат в хребте Кодар.
В миоцене–раннем плиоцене разрастание БРЗ сопровождалось излияниями базальтов, также приводившими к перестройкам гидросети. В эоплейстоцене тектоническая активность несколько снизилась, что привело к формированию педиментов вдоль бортов речных долин. В плейстоцене вновь активизировался неравномерный рост поднятий, выработка террасовых комплексов и увеличение доли грубообломочного аллювия. Возобновилась вулканическая деятельность, причем спокойные излияния базальтов сменялись взрывными извержениями с образованием шлаковых конусов [151].
Самым значимым событием новейшей перестройки гидрографического плана территории стало прекращение стока из Байкала в бассейн Лены через Голоустненско-Манзурскую древнюю долину, прорыв вод озера в Ангарскую щель и формирование Ангарской системы стока [223]. В формировании облика речных долин региона важную роль сыграли плейстоценовые оледенения [293]. В это время были созданы характерные моренные ландшафты, троговые долины, кары и другие более мелкие формы. Для этого этапа развития гидросети горного обрамления впадин характерно формирование обусловленной экзарацией ступенчатости поперечных профилей в эпохи оледенений и активными врезами в межледниковья. В котловинах в это время происходит накопление зандровых и озерных флювиогляциальных отложений, которое привело к формированию эоловых песчаных массивов в Тункин-ской, Баргузинской, Муйской, Чарской и других котловинах. Таким образом, морфологические черты гидросети Байкальской горной страны характеризуются как отпечатками древности, так и чертами молодости. Древние элементы отражены в положении главных водоразделов и наличии упомянутых выше антецедентных долин прорыва главных дренирующих рек, прорезающих основные орографические структуры. Молодость гидросети проявляется в тесной связи рисунка гидросети с новейшими тектоническими структурами Байкальского рифта, динамика которых формирует геометрию большинства долин и долинных систем региона [301]. Современная речная сеть Байкальской горной страны принадлежат трем водосборным бассейнам – Байкала, Лены и Ангары [170]. Речная сеть Байкала состоит из более чем семь тысяч водотоков I-го порядка, наиболее мощный потенциал которых сосредоточен в пяти системах VI порядка, причем три из них относятся к бассейну р. Селенги, две (Баргузина и Верхней Ангары) – непосредственно к бассейну оз. Байкал [162–164].
Селенга в целом имеет VII порядок, однако большая часть ее бассейна лежит за пределами исследуемой территории и по отношению к исследуемой морфосистемной области «Байкальская горная страна» река является транзитным потоком. Только юго-восточные склоны Хамар-Дабана дренируются водными системами ее левого притока р. Темника (IV порядок) и частично р. Джи-ды (V порядок). Эти реки являются местными базисами денудации для соответствующих денудационных округов Хамар-Дабана. В пределах региона Селенга прорезает горное обрамление южного Байкала на стыке хребтов Хамар-Дабан и Улан-Бургасы и имеет заложенную по разломам коленообразную антецедентную долину. При впадении в Байкал Селенга образует обширную дельту.
Баргузин (VI порядок) берет начало на склонах Икатского хребта, протекает по Баргузинской котловине и впадает в Баргузинский залив. Ниже с. Баргузин река прорывается через отрог Баргузинского хребта. Баргузин является местным базисом денудации для аккумулятивной морфосистемы Баргузинской котловины, на которую, в свою очередь, опираются соответствующие макросклоны денудационных морфосистем Баргузинского и Икатского хребтов.
