Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Существующие представления о развитии процессов денудации в горных странах 10
1.1.Общие подходы к оценке современной денудации горных стран
1.2. Соотношени стока взвешенных и влекомых наносов . 14
1.3.Оценка денудации по стоку взвешенных наносов 15
1.4.Оценка влияния различных факторов на денудацию 18
1.5. Количественная оценка темпов различных процессов 23
Глава 2. Принципы и методические подходы, использованные в исследовании 27
2.1. Общие принципы изучения процессов денудации горных стран 27
2.2. Оценка интенсивности денудации по стоку взвешенных наносов
2.2.1. Выделение речных бассейнов 36
2.2.2. Факторный анализ 39
2.3. Интенсивность экзогенных процессов 48
Глава 3. Краткая геологическая и орогидрографическая характеристика горных стран . 55
3.1. Кавказ 55
3.1.1. Общее положение 55
3.1.2. Рельеф и геологическое строение 55
3.1.3. Климат, почвы и растительность 64
3.1.4. Поверхностные воды 70
3.2. Памиро-Алай 74
3.2.1. Общее положение 74
3.2.2. Геологическое строение и рельеф 75
3.2.3. Климат, почвы и растительность 79
3.2.4. Поверхностные воды 83
3.3. Тянь-Шань 85
3.3.1. Общее положение 85
3.3.2. Геологическое строение и рельеф 85
3.3.3. Климат, почва и растительность 90
3.3.4. Поверхностные воды 96
Глава 4. Пространственная оценка величины современного денудационного среза гор Кавказа и Средней Азии 98
4.1. Кавказский регион (Большой Кавказ, Малый Кавказ, Предкавказье и предгорные равнины и низменности) 99
4.2. Горы Средней Азии (Тянь-Шань, Памиро-Алай, предгорные равнины). 104
4.2.1. Пространственная оценка величины современного денудационного среза Памиро-Алая. 104
4.3. Пространственная оценка величины современного денудационного среза Тянь-Шаня 109
4.4. Пространственная оценка распределения экзогенных процессов
4.4.1. Низкогорье 117
4.4.2. Среднегорье 120
4.4.3. Высокогорья 123
4.5. Общая картина денудации в горах Кавказа и Средней Азии 126
Глава 5. Особенности пространственной неравномерности современной денудации в горах Кавказа и Средней Азии, и факторы, её определяющие
5.1. Введение 127
5.2. Роль различных факторов в распределении величины современного денудационного среза гор Кавказа. 132
5.2.2. Роль основных факторов на различных высотах. 137
5.3. Горы Средней Азии (Тянь-Шань, Памиро-Алай, предгорные равнины).
5.3.1. Общие закономерности влияния факторов на Памиро-Алае. 141
5.3.4. Влияние различных факторов на темпы денудации в различных
высотных поясах Тянь-Шаня. 150
5.4. Общие и региональные особенности влияния различных факторов на
темпы денудации в горах Кавказа и Средней Азии 154
Заключение 161
Список литературы 164
- Соотношени стока взвешенных и влекомых наносов
- Оценка интенсивности денудации по стоку взвешенных наносов
- Поверхностные воды
- Пространственная оценка величины современного денудационного среза Тянь-Шаня
Соотношени стока взвешенных и влекомых наносов
Денудация, оценённая по стоку наносов, называется транзитной и показывает количество вещества, перемещенного по балансовому участку благодаря проявлению всех экзогенных процессов, поставляющих материал непосредственно в русло реки. Общая или тотальная денудация (Лопатин, 1952), учитывающая, помимо транзитной денудации (Дедков, Мозжерин, 1987), количество разрушенного материала, не перемещенного экзогенными процессами или не достигшими русла реки, является сложной задачей и определяется для отдельных репрезентативных бассейнов горных стран. Лопатин (1952) указывал, в частности, что для некоторых водосборов доля транзитной денудации составляет 8—20% от общего объёма рыхлого материала, перемещённого внутри бассейна. Шумм (Schumm, 1985, 1977) предполагал, что скорость денудации горного рельефа значительно больше рассчитанной по стоку рек и может достигать 0,5-0,9 мм/год. Думитрашко (1974) и Растворова (1973) также отмечают, что учет денудации лишь по стоку наносов рек не точен. Это справедливо в отношении оценки общего снижения горных массивов за счёт перемещения материала в гипсометрически более низкие позиции процессами денудации. Однако, если стоит задача оценки баланса вещества, вынесенного за пределы горной страны или за пределы конкретного речного бассейна, дренирующего определённый высотный пояс, то именно суммарный сток наносов рек или отдельной реки отражает фактический объём вещества, вынесенного за пределы горной страны или речного бассейна (выше по течению от измерительного створа). Именно объём вынесенного материала по сути характеризует итоговую денудацию территории, уже с учётом доли переотложившегося внутри неё материала (Клюкин, 2005).
Исследования масштабов денудации для горных стран начались в середине 20-го века (табл. 1.2). Так, Волин (1973), используя данные по стоку наносов и выносы селевыми потоками, определил приблизительную величину скорости денудации для Большого Кавказа в 0,45 мм/год. Леонтьев (1947) рассчитал величину сноса для бассейна реки Терек. Габриелян (1971, 1979) определяет скорость денудации в области Приказбекского района (0,25 — 1 мм/год), в пределах осевой зоны поднятия (0,5—1 мм/год) и в области северных предгорий (0,25—0,5 мм/год). По мнению Хиндерера (Hinderer et al., 2013), денудация в Альпах сравнима по величине с другими европейскими горными хребтами, западной частью Северной Америки и Андами, в то же время Гималаи разрушаются 2-3 раза интенсивнее. Покрытые ледниками горные хребты в северной Европе и Америки, как правило, имеют более высокие значения слоя годичного смыва. Высокое значение денудации Южных Альпах, в горах Атлас, Новой Зеландии, Новой Гвинее и Тайване Таблица 1.2.
На интенсивность денудации (рис. 1.5), возникновения и развития современных экзогенных процессов оказывают влияние рельеф, тектонические движения, структурно-литологические условия, климат, почвенно-растительный покров и деятельность человека (Дедков, Мозжерин, 1987, Andermann, 2012, Zabaleta, 2007, Nadal-Romeroa, 2008, Барышников, 1998). Однако имеются ряд работ по влиянию отдельных факторов (Aalto et al., 2006; Liermann, 2012; Chetelat, 2013; Liquete, 2009; Naika, Jay, 2011; Iidaa, 2012; Duverta, 2012). Структурно-литологические условия оказывают существенное
Моноклинальное залегание пластов известняка способствует развитию оползней-блоков (Хрисанов, 1974). Некоторые современные экзогенные процессы в горах тесно связаны с определенными литологическими условиями. Лессовидные суглинки на Терско-Кумской низменности и в долине р. Янцзы способствуют широкому развитию просадочных явлений (Хрисанов, 1974; Zhang, 2008). Легкорастворимые породы-известняки способствуют развитию карста. Оползни в горах приурочены, главным образом, к районам, где рыхлые отложения подстилаются глинистыми сланцами (Беляев, 1962; Марданов, 2013).
Интенсивность процессов денудации в горах (рис. 1.6) сильно возрастает при переходе от низменностей к горным странам (Дедков, Мозжерин, 1987), однако чёткая взаимосвязь между денудацией и высотой рельефа может отсутствовать (Chetelat, 2013). В Андах на склонах южной экспозиции темпы денудации в 3-4 раза ниже, чем на склонах северной экспозиции (Aalto et al., 2006). Климат также оказывает воздействие на развитие денудационных период интенсивных ливней резко увеличивается деятельность экзогенных процессов (речная эрозия, оврагообразование, плоскостной смыв, селевые и карстовые процессы), что отражается на увеличении стока наносов рек (Hinderer et al., 2013). При длительных умеренных осадках активизируются оползневые, обвальные процессы (Korup, 2010). Оттепели в зимний период вызывают сход лавин (Steinkoglera et al., 2014). Влияние почвенно-растительного покрова, как и климата, определяется, прежде всего, рельефом, высотой гор, степенью расчленения и экспозицией склонов. В горах денудационные процессы наиболее интенсивно протекают в районах со слабо развитым почвенно-растительным покровом. Так, лесная подстилка и мощный почвенный покров в зоне Лесистого и Сунженского хребтов сокращают степень развития эрозионных процессов (Хрисанов, 1998).
Оценка интенсивности денудации по стоку взвешенных наносов
Дагестана. Глубина расчленения рельефа высокогорий колеблется от 1500 до 2000 м. Наибольшие высоты, превышающие 5000-5500 м, приурочены к Центральному Кавказу. На Западном Кавказе максимальные высоты достигают 2800-4040 м, а на Северо-Западном они постепенно снижаются от 3000 до 1800 м. Восточный Кавказ поднимается до высоты более 4000 м (почти до 4500 м), а Юго-Восточный Кавказ характеризуется средними высотами гребневой зоны до 2200-3500 м (Гвоздецкий, 1963).
Закавказское нагорье состоит из хребтов Малого Кавказа, расположенных на севере и северо-востоке, вулканических нагорий и окаймляющих их на юге и юго-западе хребтов и котловин. Особенностью нагорья являются мощные проявления мезозойского и кайнозойского магматизма в интрузивной и эффузивной формах, в том числе широкое развитие неогеновых и четвертичных наземных вулканогенных толщ, которые маскируют древние структуры. Хребты Малого Кавказа имеют на западе субширотное, а на востоке северо-западное-юго-восточное простирание. Для них характерны значительно меньшая протяженность и меньшие абсолютные высоты (2700-3700 м), чем для хребтов Большого Кавказа, а также отсутствие единого водораздельного гребня. К юго-западу от Малого Кавказа находятся лавовые массивы и плато обширного Армянского вулканического нагорья, сложенный вулканогенно-карбонатными толщами мела и флишево-вулканогенными породами палеоцена и эоцена (мощностью 3-5 км). Для вулканического рельефа нагорий характерны лавовые плато, котловины и массивы, которые образуют частные нагорья. На юге вулканические нагорья ограничены среднегорными хребтами субширотного простирания с абсолютными высотами до 1500-2800 м и субмеридиональным, высочайшим в Закавказском нагорье Зангезурским хребтом, превышающим 3500-3900 м сложенный метаморфическими породами нижнего и среднего палеозоя в нижнем этаже и маломощными (менее 1 км) верхнемеловыми отложениями, мощными (2,5-4 км) флишоидными и вулканогенно-осадочными толщами палеогена в верхнем этаже. На юго-западе среднегорные хребты южной Армении окаймлены системой среднеараксинских котловин общекавказского простирания — Араратской, Нахичеванской и Джульфа-Ордубадской (800 1000 м), представляющих собой наклонные, частично террасовые равнины с верхнеэоценовыми и олигоценовыми гранитоидными интрузиями (Гвоздецкий, 1963).
Литолого-геоморфологические условия Большого Кавказа и Закавказья способствуют проявлению здесь различных экзогенных процессов. Осыпи особенно характерны для склонов, сложенных сланцами. Поэтому они довольно часты в восточных, сланцевых частях Водораздельного и Бокового хребтов. Оползни связаны с областями распространения сланцев, мергелей, глин и других водоупорных пород. Здесь формируются также селевые очаги и зарождаются селевые потоки (Щукин, 1970, Гвоздецкий, 1963).
Между Большим Кавказом и Закавказским нагорьем расположены равнинные участки: Колхидская (Рионская) аллювиальная низменность (высотой от 0 до 100-150 м) и Куринской впадиной с диапазоном высот от 1100 м (на западе) до —28 м (на востоке), сложенные породами неогена и палеогена. Их разделяет узкий Сурамский (Лихский) среднегорный хребет (1500-1900 м). В западной части Куринской впадины находится ряд котловин, образующих Верхне-Карталинскую и Нижне-Карталинскую равнины и Алазано-Агричайскую (Кахетинскую) впадину. Они отделены друг от друга среднегорными Карталинским и Кахетинским хребтами и системой низкогорных хребтов и плато междуречья Алазани, Иори и Куры с высотами до 400-1100 м, образующих широкую полосу Шекино-Аджиноурских низкогорий. Восточная часть Куринской впадины занята Кура-Араксинской аллювиальной низменностью, на северо-востоке которой расположено несколько невысоких антиклинальных возвышенностей с грязевыми вулканами. Такие возвышенности расположены также на Апшеронском полуострове, характеризующемся сложным рельефом морских террас и невысоких структурных гряд (Щукин, 1970, Гвоздецкий, 1963). На крайнем востоке исследуемой территории, примыкая к Каспийскому морю, расстилается обширная полупустынная южная часть Прикаспийской низменности. Низменность имеет ровную поверхность. Во внутренней приморской части лежит ниже уровня океана (от 0 до 28 м), к окраинам поднимается до 100 м. Юго-западная часть Прикаспийской низменности занята Терско-Кумской низменностью, приуроченной к одноименной депрессии, в пределах которой фундамент лежит на глубине 6 км и более (Мусеибов, 1975, Гвоздецкий, 1978).
Поверхностные воды
По этому признаку Н. И. Маккавеев делит их на агенты ближнего и дальнего переноса, также можно добавить агенты промежуточного переноса (рис. 4.4). К первым относятся оползни, обвалы, оплывины, крип, делювиальный смыв и другие склоновые процессы, ко вторым речная эрозия и к третьим, промежуточным, можно отнести рис. 4.9. Перенос вещества внутри бассейна. временные водотоки, поставляющие сток непосредственно в постоянные водотоки, имеющие своё устье и выходящее непосредственно в русла постоянных водотоков. Если первые перемещают материал на десятки и сотни метров, то реки — на десятки, сотни и тысячи километров. Третьи можно назвать агентами транзитного переноса, так как помимо собственно продуктов размыва берегов и дна временных водотоков, они способны перемещать и материал, поступивший в их днища с их же бортов за счёт обвально-осыпных, оползневых процессов, крипа. К зонам транзита также можно отнести подмываемые коренные берега рек, так как происходящие на них процессы денудации, во-первых, стимулируются самой рекой за счёт подмыва, а во-вторых, весь материал смещающийся за счёт проявления различных экзогенных процессов на этих склонах поставляется к их подножиям и тем самым вовлекается так или иначе в дальний перенос. Очевидно, что рельефообразующая роль этих агентов будет различной и более полное представление о ней может дать такой показатель, как уменьшение потенциальной энергии рельефа каждым из них. Собственно, к этому и сводится деятельность всех экзогенных, в частности денудационных процессов.
Широкое и повсеместное распространение экзогенных процессов требует тщательной разработки методов их исследования. В изучении экзогенных процессов в последние десятилетия важное значение приобретают аэрокосмические методы исследования. Внедрение этих методов значительно расширяет круг вопросов динамического анализа рельефа. Временные ряды снимков с различными интервалами между съёмками создают принципиально новую основу для динамического анализа (Верещака, 1990). Наконец, интерпретация снимков позволяет создавать различные карты экзогенных процессов.
В рамках данной работы приводится картирование экзогенных процессов по аэрокосмическим снимкам. Для этого необходимо выполнить тематическое дешифрирование, который включает распознавание и интерпретацию информации, отобразившейся на снимке.
Для распознавания ареалов ведущих экзогенных процессов наиболее удобны увеличенные (высокого разрешения), повышенной контрастности и хорошего качества отпечатки космических снимков и аэрофотоснимки.
Прямыми дешифровочными признаками служат форма, размер, тон, рисунок (текстура), местоположение. Признаки дешифрирования различны для денудационных и аккумулятивных форм рельефа (табл. 3.9). Гравитационные процессы характеризуются резкими и лучше распознаваемыми формами обоих типов. При медленных процессах – солифлюкция, делювиальный снос – распознаются только аккумулятивные формы. Локализация участков почвенной эрозии, имеющих осветленный тон, обычно возрастает с активизацией процессов смыва – от общего площадного осветления при слабом смыве к линейно-площадным ареалам среднего и линейным участкам сильного смыва (Верещака, 1990). Поскольку этот метод дешифрирования зависит от человеческой интуиции, анализ снимка должен проводиться очень тщательно. Дешифрирование снимка по косвенным признакам выполняется на основе информации о наличии или отсутствии связанных с объектом косвенных признаков. Так, границы эродированных почв напрямую связаны с такими факторами почвообразования, как рельеф и растительность. Однако применение этого метода требует глубоких знаний взаимосвязей между используемыми косвенными признаками и самим объектом. Помимо визуальных методов дешифрирования космических снимков, для анализа данных дистанционного зондирования применяют также автоматические методы, реализованные в специальном программном обеспечении. Хотя эти методы и не могут полностью заменить собой традиционные способы дешифрирования, у них есть определённые преимущества, к которым можно отнести повторяемость результатов, определение большого числа оттенков серого цвета, возможность проведения количественного анализа и т.д.
Одновременное получение серии снимков в нескольких зонах видимого спектра позволяет синтезировать цветное изображение, оперативно выбирая наиболее эффективные комбинации зон и цветовую гамму. На многозональных космических съёмках достаточно высоко оценивается возможность дифференциации сельскохозяйственных культур, выявление разреженного или густого растительного покрова, являющиеся причиной увеличения спектральной яркости (смытые участки) или обусловленные более низкой отражательной способностью в видимых участках спектра, приуроченных к несмытым или намытым почвам.
На основании визуального дешифрирования космических снимков и использования современных компьютерных технологий в базовом масштабе 1:10000 и 1: 50000 было выполнено картографирование ведущих экзогенных рельефообразующих процессов на примере бассейнов рек Киблаи, Куручай и Кунахайсу, расположенных на разных высотных поясах Памиро-Алая и Кавказа. Выбор данных бассейнов обусловлен тем, что имеются материалы по стоку наносов и космические снимки высокого разрешения для этих участков.
Пространственная оценка величины современного денудационного среза Тянь-Шаня
Однако на качественном уровне путём сопоставления карт темпов денудации и факторных карт можно сделать ряд обобщений в целом для горных стран. Наибольшие темпы денудации в горных странах приходятся на участки, сложенные глинистыми сланцами, минимальные - на участки, сложенные песчано-глинистыми породами, расположенные на равнинных территориях. С увеличением высоты рельефа и крутизны склонов, количества атмосферных осадков, дней со снежным покровом и дней с внутрисуточными переходами температуры через ноль градусов наблюдается рост интенсивности развития денудационных процессов. Во всех горных странах более высокие значения слоя годичного смыва присуще бассейнам, где преобладают склоны южных и юго-западных экспозиций, кроме Памиро-Алая, где несколько речных бассейнов с преобладанием северо-западных склонов Северного Памира подвержены большей эрозии, что в общей картине горной страны способствуют увеличению денудации на этих склонах. При увеличении плотности населения рост значения слоя годичного смыва не наблюдается. Тем не менее, внутри отдельных высотных поясов обнаруживается достаточно чёткая зависимость темпов денудации и плотности населения. Это касается, прежде всего, предгорий и в ряде случаев низкогорий, где важный вклад в суммарную денудацию вносит ирригационная эрозия. Такая картина наблюдается во всех горных странах, но особенно на Восточном Кавказе и Тянь-Шане, где наибольшие значения денудации приходятся на густозаселенные предгорные участки Дагестана и Азербайджана и Ферганской долины соответственно. При этом на Кавказе и Памиро-Алае наибольшие значения слоя годичного смыва свойственны среднегорным участкам с плотностью населения от 25 до 50 чел/км2. Как правило, это обусловлено распашкой более крутых склонов, а также сильной выбитостью пастбищ, расположенных на небольшом удалении от аулов и кишлаков, что стимулирует развитие эрозионных процессов вплоть до формирования участков бедлендов.
На территории Кавказа на всех высотный поясах, кроме равнинных территорий, выявлено значительное влияние литологии, тогда как влияние других факторов сильно варьирует на разных высотах. Так на предгорных равнинах значительна роль степени расчленённости (относительные высоты рельефа) и залесенности, а также в меньшей мере количества осадков и внутрисуточных колебаний температур. В низкогорьях – помимо литологии, важную роль играет плотность населения, а в среднегорьях – крутизна склонов и внутрисуточные колебания температуры. Наконец, в высокогорьях – количество осадков, крутизна склонов, мощность снежного покрова, внутрисуточные колебания температуры и плотность населения. Влияние типа почвы на темпы денудации на всей территории горных стран не выявлена, что, впрочем, не означает, что данный фактор не столь важен. Вполне вероятно, что просто необходимо иметь более детальные данные о физико-химических свойствах почв.
На территории Кавказа следует отметить высокую хозяйственную освоенность низкогорьев и интенсивный выпас скота на альпийских лугах высокогорья. В предгорьях Кавказа господствуют процессы речной, овражной эрозии и плоскостного смыва. На участках, которые сложены лёссовидными суглинками (Предкавказье), характерны просадочные явления. На участках, где в составе коренных пород присутствуют глины, встречаются оползни. В юго-западной части Каспийской низменности широко развиты эоловые процессы. Существенные различия в климатических и геологических условиях запада и востока Кавказского региона обуславливают развитие в низкогорьях и среднегорьях самых разных экзогенных процессов. Если в низкогорьях Северо-Западного Кавказа и Малого Кавказа значительной интенсивности достигают карстовые процессы, которому способствует большое количество атмосферных осадков и наличие известняков, то в низкогорьях Восточного Кавказа широко развиты псевдокарстовые явления в рыхлых песчано-глинистых отложениях. Воздействие вышеупомянутых факторов, в условиях достаточного и избыточного увлажнения, в среднегорных областях приводит к интенсивному развитию в центральной и западной части Большого Кавказа, западных хребтах Малого Кавказа и Талышских горах карстовых и селевых процессов. А на Юго-Восточном Кавказе, в восточной части Малого Кавказа, на Армянском вулканическом нагорье и в гребневой зоне Талышских гор денудация происходит в условиях недостаточного увлажнения в связи с засушливым климатом и имеет аридные черты, что способствует термическому выветриванию, связанному с инсоляцией. Наряду с вышеупомянутыми процессами в среднегорье господствуют гравитационные процессы (осыпи, обвалы, оползни, оплывины). Климатические условия высоко в горах, где днём происходит повышение температуры воздуха, с понижением её ночью, и с снеговым покровом до лета, способствует морозному выветриванию. В высокогорьях также широко развиты гравитационные (лавины, обвалы и осыпи) и эрозионные процессы (тропинчатая эрозия) в альпийских лугах. К высокогорному поясу приурочено также большее число селевых очагов.
Результаты множественного линейного регрессионного и корреляционного анализов свидетельствуют, что на территории Памиро-Алая на всех высотных зонах наблюдается значительное влияние слоя атмосферных осадков и высоты рельефа. На равнинах и низкогорьях наблюдается существенное воздействия высоты рельефа, в среднегорьях – количества осадков и снежного покрова, кроме них оказывают влияние крутизна склонов, колебание температуры и влияние человека, в высокогорьях – количество осадков. Равнинные и низкогорные территории Памиро-Алая являются зоной накопления наносов, перемещаемых реками.
