Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА 1. МАЛЫЕ ЭРОЗИОННЫЕ ФОРМЫ И СУЩЕСТВУЮЩИЕ 10
ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ОБ ИХ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ
1.1. Малые эрозионные формы рельефа и их место в классификации 10
эрозионного рельефа равнин
Понятие «малая эрозионная форма» 10
Классификации форм линейной эрозии 11
1.2. Факторы развития МЭФ и их изменения в прошлом 18
Факторы развития МЭФ 18
Изменение природных условий в позднем плейстоцене и голоцене 30
Последний межледниково-ледниковый климатический цикл 30
Изменение условий развития МЭФ на протяжении 33 последнего межледниково-ледникового климатического цикла
1.3. История развития МЭФ Русской равнины 43
ГЛАВА 2. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 51
Общая характеристика проведенных исследований 51
Полевое обследование МЭФ 53 2.2.1. Описание морфологии МЭФ 53 2.2.1. Описание геологического строения МЭФ 54
Визуальный анализ текстур отложений 55
Гранулометрический анализ 59
Палеопедологический анализ 61
2.6. Радиоуглеродный анализ 64
ГЛАВА 3. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МЭФ КРАЕВОЙ ЗОНЫ МОСКОВСКОГО 66
ОЛЕДЕНЕНИЯ (БАССЕЙН Р.ПРОТВЫ)
Геолого-геоморфологическая характеристика района исследований 66
Общая характеристика ключевых объектов. 69
Строение и голоценовая история развития Чолоховской балки и 71 низовий долины р.Межиловки
Морфология и геологическое строение 71
Доголоценовая история развития Чолоховской балки и долины 91 р.Межиловки
Голоценовая история развития Чолоховской балки 94
Голоценовая история развития низовий долины р.Межиловки 97
3.3.5. Основные этапы развития малых долин бассейна р.Протвы в 102
голоцене
ГЛАВА 4. ПОЗДНЕПЛЕЙСТОЦЕНОВАЯ ИСТОРИЯ МЭФ ЦЕНТРА 104
СРЕДНЕРУССКОЙ ВОЗВЫШЕННОСТИ
4.1. Погребенные позднеплейстоценовые эрозионные формы в 104
Александровском карьере
Геоморфологическое положение Александровского карьера 104
Морфологическое и геологическое строение комплекса погребенных 105 МЭФ
История развития комплекса погребенных МЭФ в конце среднего- 146 позднем плейстоцене
4.2. Погребенные позднеплейстоценовые эрозионные формы в 156
Монастырском карьере
Геоморфологическое положение Монастырского карьера 156
Морфологическое и геологическое строение комплекса погребенных 158 МЭФ
История развития комплекса погребенных МЭФ в конце среднего- 170 позднем плейстоцене
ГЛАВА 5. ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАЗВИТИЯ МЭФ В МЕЖЛЕДНИКОВО- 177
ЛЕДНИКОВОМ КЛИМАТИЧЕСКОМ ЦИКЛЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 189
ЛИТЕРАТУРА 192
Введение к работе
Актуальность темы. Временные русловые потоки, играющие ведущую роль в образовании малых эрозионных форм (МЭФ), представляют собой промежуточное звено между склоновыми нерусловыми потоками и реками в рамках единого эрози-онно-аккумулятивного процесса. Важная роль, которую играют эти формы в балансе наносов на большей части суши, а также активное антропогенное освоение их бассейнов, заставляют исследователей уделять повышенное внимание их функционированию и прогнозированию их развития в будущем. Одной из главных составляющих подобных исследований является изучение современной динамики форм. Однако существующие временные ряды наблюдений недостаточно продолжительны, не охватывают всего многообразия сценариев развития природных обстановок и не всегда удовлетворяют целям долгосрочного прогнозирования развития эрозионного рельефа. При решении прогнозных задач результативным может оказаться удлинение ряда наблюдений за счет реконструкций истории развития МЭФ в прошлом. Подобные исследования позволяют уточнить существующие представления о функционировании МЭФ, выявить реакцию эрозионных форм на изменения природной среды, как на локальном, так и на региональном уровне.
Широкое распространение эрозионных процессов в МЭФ приводит к уничтожению следов развития эрозионных форм в прошлом. Неполнота имеющихся знаний о развитии МЭФ препятствует пониманию реакции эрозионно-аккумулятивных процессов на климатические изменения и, тем самым, ограничивает возможности прогнозирования. Это обуславливает необходимость более подробного изучения истории развития МЭФ и проведения реконструкций для крупных временных интервалов. Цель исследования - на основании изучения ключевых объектов, расположенных в разных районах центра Русской равнины, выявить реакцию эрозионно-аккумулятивных процессов в МЭФ на изменения ландшафтно-климатических условий в рамках полного межледниково-ледникового климатического цикла.
Морфология и геологическое строение современных МЭФ отражает главным образом их развитие в позднеледниковье и голоцене - в период углубления балок и господства эрозионных процессов. Информация о других этапах развития МЭФ и,
5 прежде всего, об их функционировании на этапе заполнения, в значительной степени уничтожена. Решить эту проблему позволяет использование погребенных МЭФ, практически полностью сохранивших в своем строении следы этапа заполнения. Предшествующий этап углубления в таких формах, напротив, реконструируется лишь отрывочно. Изучение полного межледниково-ледникового цикла возможно только путем комбинирования реконструкций современных и погребенных МЭФ. В связи с этим, для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
Проанализировать имеющиеся в литературе представления о развитии малых эрозионных форм равнинных территорий и об изменении природных условий центра Русской равнины в рамках последнего полного межледниково-ледникового цикла.
На примере ключевых объектов изучить геолого-геоморфологическое строение и реконструировать историю развития современных балок в конце позднего плейстоцена и голоцене.
На примере ключевых объектов исследовать геолого-геоморфологическое строение и реконструировать историю развития погребенных балок в конце среднего и позднем плейстоцене.
На основании полученных реконструкций создать принципиальную схему развития балочных форм в межледниково-ледниковом климатическом цикле, оценить соотношение региональных и локальных факторов на разных этапах развития МЭФ.
Объекты и состав исследований. В соответствие с задачами исследований были выбраны ключевые объекты в двух районах центра Русской равнины. Первую группу объектов составляют Чолоховская балка и долина ручья Межиловка (Калужская область, Сатинский учебно-научный полигон МГУ), расположенные на юге лесной зоны, в пределах вторичной моренной равнины краевой зоны московского оледенения. В их строении хорошо сохранились следы развития МЭФ на протяжении меж-ледниковья (голоцена) и, отчасти, на протяжении предшествующей переходной эпохи - позднеледниковья. Вторая группа ключевых объектов - погребенные верховья балочных форм центра Среднерусской возвышенности, развивавшиеся в условиях предшествующих межледниковий также в условиях юга лесной зоны.. Они изучались в Александровском и Монастырском карьерах (Курская область, бассейн р.Сейм). Реконструкция их истории развития служит источником информации о развитии МЭФ
на завершающей стадии межледниковья, в период времени, переходный между меж-ледниковьем и холодной эпохой, и на протяжении большей части холодной эпохи.
На каждом из ключевых объектов проводилось детальное исследование геолого-геоморфологического (для погребенных форм - геологического) строения. При исследовании современных форм проводилось подробное маршрутное обследование, и заложение геологических профилей посредством шурфования. По всем геологическим профилям выполнялась тахеометрическая съемка с высокоточной GPS-привязкой к абсолютной системе высот (комплект Trimble 4000 SSE/SST). Дополнительно использовался радиоуглеродный анализ отложений и привлекались полученные ранее другими исследователями данные спорово-пыльцевого анализа. Абсолютные датировки отложений радиоуглеродным методом проводились в Институте геохимии окружающей среды НАН Украины (г.Киев). Изучение геологического строения погребенных МЭФ проводилось на крупных обнажениях в пределах карьерных выработок. В качестве дополнительных методов использовались детальный анализ текстур рыхлых отложений, палеопедологический метод, гранулометрический анализ. Привлекались данные валового химического анализа.
Исследования современных балок и малых долин юга лесной зоны проводились в период с 2000 по 2006 годы в рамках исследований по проектам РФФИ 00-05-64514 «Голоценовая история балок Русской равнины» (руководитель к.г.н. А.В.Панин) и 03-05-64021 «Развитие речных долин России и Европы за последние 15000 лет» (руководитель к.г.н. А.В.Панин). Исследования погребенных балок центра Среднерусской возвышенности проводились с 2003 г. в рамках работ по проекту РФФИ 03-05-64802 «Детализация природных событий внеледниковой зоны Русской равнины в позднем плейстоцене по результатам изучения погребенных эрозионных палеоформ» (руководитель к.г.н. С.А.Сычева). Результаты исследований нашли отражение в публикациях и отчетах по названным проектам. Научная новизна:
Впервые обобщены детальные реконструкции истории развития современных и погребенных балочных форм разных районов центра Русской равнины для периода времени с конца среднего плейстоцена до голоцена включительно.
Детально исследовано развитие верховий балочных форм на протяжении эпох перестройки климата от перигляциальных условий к межледниковым и от
7 межледниковых к перигляциальным. Выявлена сложная многостадийная история развития балочных верховий на протяжении этих этапов. Показана ведущая роль переходных эпох в развитии балочных систем.
Впервые составлена схема развития балочных форм в межледниково-ледниковом климатическом цикле, учитывающая разномасштабные изменения ландшафтно-климатических условий длительностью от первых сотен лет до тысяч и десятков тысяч лет.
Выявлены соотношения и связи региональных и локальных факторов развития крупных балочных форм на разных стадиях межледииково-ледникового климатического цикла.
Защищаемые положения:
1. В течение межледниково-ледникового климатического цикла выделяется четыре
крупных этапа развития МЭФ:
Этап активизации эрозионно-аккумулятивных процессов и направленного углубления МЭФ в конце холодной фазы климатического цикла;
Этап снижения активности эрозионно-аккумулятивных процессов и стабилизации МЭФ на протяжении теплой фазы климатического цикла;
Этап активизации эрозионно-аккумулятивных процессов и интенсивного заполнения МЭФ при смене теплой фазы цикла холодной;
Этап снижения активности эрозионно-аккумулятивных процессов и медленного заполнения МЭФ на протяжении холодной фазы климатического цикла.
Основные преобразования МЭФ происходят в эпохи перестройки ландшафтно-климатических условий. В конце холодной фазы климатического цикла происходит направленное углубление и рост МЭФ, причиной которого является увеличение величины и неравномерности стока воды и развитие сомкнутого растительного покрова. При переходе от теплой фазы климатического цикла к холодной происходит интенсивное заполнение МЭФ, главной причиной которого является увеличение потока наносов с водосбора, обусловленное похолоданием климата и изменением характера растительности.
На протяжении большей части теплой и холодной фаз климатического цикла МЭФ являются ареной малоинтенсивных процессов. Стабилизация МЭФ на протяжении теплой фазы климатического цикла обусловлена развитием сомкнутого
8 растительного покрова и низкой паводочной активностью водотоков. Малая интенсивность заполнения МЭФ на протяжении большей части холодной фазы климатического цикла связана с низкой активностью склоновых процессов на водосборах МЭФ, обусловленной сухостью климата и малой величиной и неравномерностью стока воды. 4. В развитии балок большое значение имеют локальные события - пожары и проявления процессов саморазвития эрозионных форм. На протяжении большей части климатического цикла они имеют случайный характер, а морфологический эффект их невелик. В переходные фазы климатического цикла роль этих событий резко повышается. Пожары являются естественными механизмами, активизирующими реакцию балок на крупномасштабные климатические изменения. Практическая значимость работы. Полученные результаты могут использоваться при долгосрочном прогнозировании реакции верхних звеньев эрозионной сети на разномасштабные изменения природных условий. Выявленные региональные особенности развития эрозионных форм должны учитываться при планировании хозяйственной деятельности на их водосборах, оценке перераспределения наносов и загрязняющих веществ и воздействия их на более низкие звенья эрозионной сети. Выявленные закономерности развития верховий балочных форм могут использоваться при решении задач связанных с локализацией, оценкой запасов и разработкой месторождений некоторых строительных полезных ископаемых (огнеупоры). Выявленные закономерности геологического строения балок могут использоваться при трассировании различных путепроводов через балки. Полученные данные по истории развития МЭФ бассейна р.Протвы используются при проведении учебных практик студентов 1-го курса географического факультета МГУ им. М.В.Ломоносова. Апробация. Основные результаты исследований докладывались на региональных, всероссийских и международных симпозиумах и конференциях, в том числе: на международном симпозиуме «Перенос наносов в эрозионно-русловых системах (Москва, 2004); международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам - Ломоносов-2001 (Москва, 2001); на Всероссийской конференции «Новые и традиционные идеи в геоморфологии. V Щукинские чтения» (Москва, 2005); на пленарном совещании Межвузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Курск, 2003); на научных семинарах
9 молодых ученых под эгидой Межвузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Пермь, 2002; Брянск, 2004; Волгоград, 2006), а также в соавторстве - на 6-й Международной Геоморфологической конференции «Геоморфология в регионах природных контрастов» (Сарагоса, Испания, 2005), на пленарном совещании Межвузовского научно-координационного совета по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов (Ульяновск, 2005).
По теме диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 7 статей (3 -в рецензируемых журналах, 4 - в рецензируемых сборниках) и 7 тезисов докладов. Объем и структура. Работа состоит из 5 глав, введения, заключения (191 страница текста) и списка литературы (336 названий). Содержит 60 рисунков и 4 таблицы.
Диссертационная работа выполнена на кафедре геоморфологии и палеогеографии географического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.
Автор искренне благодарен научному руководителю, к.г.н., доценту А.В.Панину за поддержку и постоянное внимание в ходе работы, с.н.с. отдела почвоведения ИГ РАН к.г.н. С.А.Сычевой за предоставленную возможность проведения совместных научных исследований, доступ к полученному ранее фактическому материалу и ценные научные консультации, д.г.н. В.Н.Голосову за конструктивную критику на подготовительной стадии работы, сотруднику НИЛ Эрозии почв и русловых процессов к.г.н. В.Р.Беляеву и ведущему инженеру кафедры геоморфологии Е.Д.Шеремецкой за постоянное сотрудничество в ходе полевых и камеральных работ, а также сотрудникам, аспирантам, студентам и выпускникам географического факультета МГУ, принимавшим в разные годы участие в полевых работах.
