Содержание к диссертации
Введение 4
Глава 1. Теоретические основания микроморфологического анализа
поверхности кварцевых зерен 10
1.1. Современные представления об истории становления, сущности
и возможностях микроморфологического анализа поверхности
кварцевых зерен 10
1.2. Современные представления о месте микроморфологического
анализа в палеогеографических и палеогеоморфологических
реконструкциях 33
1.3. 1.3. Микроморфологические особенности поверхности кварцевых
зерен рыхлых отложений различного генезиса 40
1.3.1. Характеристика элементов рельефа на поверхности кварцевых
зерен 40
1.3.2. Характеристика микроморфологии поверхности кварцевых
зерен в различных обстановках осадконакопления 57
Выводы 74
Глава 2. Характеристика природных условий среднего и позднего
плейстоцена в центральной части Русской
равнины 79
2.1. Географическое положение и современные природные условия
территории бассейнар.Протвы в среднем ее течении. 79
Геолого-геоморфологическое положение бассейна р.Протвы..... 79
Физико-географическая характеристика современных природных условий. 83
2.2. Современные представления о природных условиях среднего
плейстоцена в центральной части Русской равнины 87
2.3. Послеледниковая история и эпигенетические изменения рельефа и
рыхлых отложений в центральной части Русской равнины 112
Выводы 116
Глава 3. Методика микроморфологического изучения поверхности
кварцевых зерен 119
Глава 4. Микроморфология поверхности кварцевых зерен ледниковых отложений центральной части Русской равнины (на примере бассейна
среднего течения р.Протвы) 129
4.1. Описание изученных образцов 129
4.2. Микроморфологические особенности поверхности кварцевых зерен
различных генетических типов четвертичных отложений
бассейна р.Протвы в среднем ее течении 141
4.2.1. Значение элементов первого уровня для определения условий
осадконакопления 141
Типизация зерен 146
Микроморфология поверхности кварцевых зерен четвертичных отложений на территории Сатинского полигона 162
Выводы 172
Заключение 178
Список литературы 180
Приложения 192
\
Введение к работе
Актуальность исследования. Генетический анализ форм рельефа любой территории является одной из главных задач современных фундаментальных исследований в геоморфологии. Для определения происхождения рельефа необходимо восстановить рельефообразующие факторы и условия формирования рельефа как отображения той природной обстановки, в которой происходило его образование. В современной геоморфологии пока нет точного определения понятия «условия формирования рельефа». Оказалось, что их выделение может быть проведено различным образом в зависимости от целей исследования.
Принято считать, что в центральной части Русской равнины преобладают формы холмисто-западинного ледникового-рельефа, созданные в ходе таяния льда покровных материковых оледенений. Первичный ледниковый рельеф сохраняет свои формы неизмененными весьма короткое время и затем происходят эпигенетические преобразования внешнего облика. Все этапы . формирования ледникового рельефа (экзарация - транспорт - вытаивание - эпиморфогенез) протекают в определенных и, вероятно, разных природных (геологических, геоморфологических, климатических и др.) обстановках (условиях). Так как условия формирования ледникового рельефа даже одного возраста не остаются постоянными, а меняются в пространстве и во времени, то обычно в каждом конкретном исследовании выбирается определенный аспект исследования. Получение дополнительного материала в проблеме выявления особенностей формирования морены, возможно, позволит определить черты, важные для понимания условий формирования ледникового рельефа.
В настоящее время для решения подобных задач используется комплекс методов изучения вещественного состава отложений, каждый из которых решает строго определенные задачи. Наиболее эффективны из них - петрографический и комплексный
5 минералогический анализы, с помощью которых удается выделить, главным образом,
питающие провинции ледниковых отложений.
Новый взгляд на существующие в этой области вопросы хможет возникнуть в случае
появления нового метода исследования, способного дать независимые результаты.
Микроморфологический анализ поверхности песчаных зерен прочно вошел в практику
литолого-геоморфологических исследований как один из методов восстановления
условий рельефообразования. Эффективность этого анализа нарастала по мере
о, совершенствования технических возможностей аппаратуры. Заметный ее скачек
совпадает с изобретением электронных микроскопов различных типов, высокое
разрешение которых позволило выделить стадии образования и трансформации «рельефа
поверхности зерен» в разных обстановках современного осадконакопления. По своим
особенностям микроморфологический анализ поверхности минеральных зерен дает
независимые характеристики условий осадконакопления и, следовательно,
рельефообразования. Они частично контролируют, но в большей степени детализируют
данные, полученные при изучении вещественного состава осадков иными методами.
Кварц может быть хорошим индикатором условий формирования осадка, что
определяется его свойствами как минерала.
Одна из особенностей методики заключается в том, что заключение о
происхождении толщи основывается на анализе отдельных зерен, представляющих собой
определенный ансамбль частиц, каждая из которых имеет свое «собственное»
происхождение: частицы, попадающие в тело ледника, могли быть образованы в ходе
процессов выветривания, или быть доставлены на ледник ветром или водными потоками.
В таком случае, морена состоит из частиц различного происхождения. С этой точки
зрения понимание условий формирования рельефа оказывается более полным и
предоставляет другеє возможности использования полученных знаний при решении
фундаментальных и прикладных задач геоморфологии.
Территория Сатинского полигона в бассейне р.Протвы в ее среднем течении, расположенная в центральной части Русской равнины, является базой проведения учебных практик и постановки научных исследований сотрудников географического факультета МГУ, в которых часто апробируются новые методы исследования. Условия рельефообразования района детально изучены и имеется определенная концепция истории развития рельефа. Это создает возможность сравнить результаты, полученные традиционными методами, с теми выводами, которые будут получены при внедрении в исследования предложенного метода микроморфологии поверхности песчаных зерен.
Цель и основные задачи работы. Целью проведенного исследования является получение представлений об эффективности метода микроморфологического анализа поверхности кварцевых зерен для восстановления условий формирования ледникового рельефа центра Русской равнины (на примере бассейна р.Протвы в пределах среднего ее течения). Для ее достижения поставлена и решена следующая серия задач:
Изучить становление метода исследования микроморфологии поверхности кварцевых зерен для определения условий формирования рельефа в различных, обстановках.
Выделить опорные разрезы, наиболее полно в настоящее время характеризующие условия осадконакопления и рельефообразования изучаемого района в среднем и позднем плейстоцене, используя литературные и архивные материалы по истории развития рельефа, накопленные на Сатинском полигоне.
Провести микроморфологический анализ поверхности кварцевых зерен отобранных образцов и, опираясь на палеогеографические международные стандарты, сделать независимое заключение об условиях накопления основных генетических типов плейстоценовых отложений в выбранном районе.
Провести сопоставление особенностей условий осадконакопления в пределах Сатинского полигона для одновозрастньк и разновозрастных осадков одного и того же
7 генезиса (ледниковых, флювиогляциальных, озерных и аллювиальных отложений, а также
покровных суглинков).
Выявить пространственно-временной тренд изменения условий осадконакопления и развития рельефа анализируемой территории в плейстоцене.
Научная новизна. С помощью выбранной методики впервые исследована микроморфология поверхности кварцевых зерен с помощью растрового электронного микроскопа (РЭМ) для ледниковых отложений центра Русской равнины в целях уточнения современных представлений об условиях морфолитогенеза в среднем и, частично, позднем плейстоцене.
Основные защищаемые положения. В работе на защиту выносятся: метод получения характеристик условий формирования ледникового рельефа и три основных результата проведенных исследований на Сатинском полигоне:
При анализе условий формирования ледникового и водно-ледникового рельефа центра Русской равнины следует иметь в виду четыре их категории: 1) условия мобилизация вещества будущей морены; 2) условия трансформации обломочного материала в период транспорта вещества ледником; 3) условия его вытаивания и образования собственно морены; 4) эпигенетические изменения вещества после формирования морены.
Изучение микроморфологии кварцевых зерен позволяет разделить эти условия на составляющие, оценить соотношение различных потоков вещества, участвующих в формировании ледниковых и водно-ледниковых отложений.
Каждый генетический тип осадков имеет свой собственный набор (сочетание) признаков, характеризующих условия ледникового морфолитогенеза. В них изменяется соотношение элювиальной (морозно-ледниковой), водной и эоловой составляющих.
Практическая значимость. Полученные данные подтверждают возможность применения микроморфологического анализа поверхности кварцевых зерен для
8 выяснения генезиса отложений и условий осадкообразования в районе древнего
покровного оледенения. Работа расширяет представления о механизме ледникового морфолитогенеза. Хотя данная работа имеет преимущественно методический характер, полученные результаты могут оказаться полезными при решении ряда фундаментальных и практических задач геоморфологии (поиски полезных ископаемых, эколого-геоморфологические оценки территорий и др.). Кроме того, они могут быть использованы ' для совершенствования методики проведения учебной геоморфологической практики в районе исследования. Они уже используются в учебном курсе «Палеогеографические : методы исследования» на кафедре геоморфологии и палеогеографии Географического факультета МГУ.
Фактический материал. В основу проведенного исследования положены архивные и опубликованные материалы: 1) собранные на Сатинском полигоне сотрудниками кафедры геоморфологии и палеогеографии, 2) материалы по методике и применению микроморфологического анализа поверхности кварцевых зерен, предоставленные в распоряжение соискателя на Географическом факультете Университета Ланкастера, Великобритания, 3) собственные описания опорных разрезов плейстоценовых отложений в оврагах Волчий, Волченковский, Лисьи Норы и обнажения «Беницы» на территории полигона. На разрезах автором лично отобраны образцы для анализа микроморфологии поверхности кварцевых зерен. Также автор использовал серию образцов покровных, ледниковых и водно-ледниковых отложений из разрезов левого борта долины р.Протвы, детально изученных Е.Д.Шеремецкой. Исследование микроморфологии поверхности кварцевых зерен проведено на растровых электронных микроскопах Cam bridge 90 и Hitachi S-800. Всего детально просмотрено более 800 зерен из 40 образцов.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на VIII . Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ло-моносов-2001" (Москва, 2001), V Международной конференции по Геоморфологии (То-
кио, Япония, 2001), Международной объединенной геофизической ассамблее (Ницца,
Франция, 2003), материалы которых опубликованы. По теме диссертации также опубликованы 3 статьи (2 из них находятся в печати).
Объем и структура работы. Диссертация объемом 142 страницы текста включает введение, 4 главы, заключение, список литературы из 168 наименований (из них 89 на иностранных языках), 32 рисунка, 9 таблиц, 18 приложений.
Диссертация выполнена на кафедре геоморфологии и палеогеографии Географического факультета МГУ при финансовой поддержке гранта INTAS для молодых ученых (YSF 01/1-140). Автор бесконечно признателен научному руководителю и учителю - академику РАЕН, д.г.н., профессору Ю.Г.Симонову за постоянное внимание и консультации; профессору В.Махер и доктору М.Хаунслоу, Университет Ланкастера. Великобритания, за возможность использования растрового электронного микроскопа и помощь при обсуждении результатов (Prof. B.Maher, Dr. M.Hounslow, Lancaster University, UK); доктору Д.Кэмпбеллу, Университет Ланкастера, Великобритания, за неоценимую помощь при подготовке образцов и проведении исследований (Dr. D.Campbell, Lancaster University, UK); д.г-м.н., профессору B.H. Соколову за помощь при исследовании микроморфологии поверхности кварцевых зерен части образцов; д.г.н., профессору Г.С. Ананьеву за консультации; д.г.н. Болысову СИ., к.г.н. А.В. Панину и вед.инж. Е.Д. Шеремецкой за помощь при выборе объектов исследования на Сатинском полигоне; к.г.н. Т.Ю.Симоновой, Э.Г.Ананьевой и Е.Н. Бадюковой за консультации при обсуждении результатов; а также к.б.н. Т.В. Алексеевой и А.О. Алексееву за постоянное внимание и помощь при завершении работы.
