Содержание к диссертации
Введение
1. Геологический очерк 9
1.1. Географическое положение 9
1.2. Стратиграфия района Куршской косы 10
1.3. Существующие представления о геологическом строении российской части Куршской косы 24
1.4. Климат в юго-восточной части Балтийского моря в неоплейстоцене-голоцене 26
1.5. Эндогенная динамика 28
2. Фактический материал и методы исследования 35
2.1. Методика работ 35
2.2. Материалы, использованные в работе 43
2.3. Методика создания геологической модели 44
3. Геологическое строение района куршской косы 47
3.1. Отложения неоплейстоцена 47
3.2. Отложения раннего голоцена 58
3.3. Отложения среднего голоцена 62
3.4. Реликтовых лагунные отложений среднего голоцена 66
3.5. Отложения позднего голоцена 85
3.6. Динамика экзогенных геологических процессов 95
4. Палеогеография района куршской косы и прогноз ее развития ... 107
4.1. Обзор основных гипотез образования и развития Куршской косы 107
4.2. Палеогеографические реконструкции развития Куршской косы 114
4.3. Прогноз развития Куршской косы 117
Заключение 125
Список литературы 129
- Существующие представления о геологическом строении российской части Куршской косы
- Методика создания геологической модели
- Реликтовых лагунные отложений среднего голоцена
- Палеогеографические реконструкции развития Куршской косы
Введение к работе
Актуальность работы. Вследствие специфических особенностей геологического строения и морфологии Куршская коса, в 2000 году включенная в список Всемирного наследия ЮНЕСКО, является чрезвычайно уязвимым природным объектом, чувствительным к любым изменениям лито динамической обстановки. По данным мониторинга АОИОРАН на участке протяженностью 34 км между г. Зеленоградском и пос. Рыбачий скорость отступания берега составляет 1-1.8 м/год.
Куршская коса как уникальный природный объект на протяжении многих десятилетий привлекает внимание исследователей. Первые работы по геологии и истории развития Куршской косы и Куршского залива были опубликованы в конце XIX - начале XX вв. немецкими учеными И.Шуманом, Г.Берендтом, Дж.Абромайтом, А.Торнквистом и др. Новый уровень береговых исследований юго-восточной Балтики был достигнут сотрудниками Института океанологии им. П.П. Ширшова АН СССР под руководством проф. В.П.Зенковича (Айбулатов и др., 1966, 1983; Болдырев и др., 1972, 1976, 1981, 1992; Бойнагрян, 1966; Филимонов, 1965, 1966). Изучением геологического строения занимались как литовские В.К. Гуделис (1958), М. Кабайлене (1997), О. Пустельников (1997), Л.Ж.Гелумбаускайте (2005), А. Битинас (2005, 2007, 2010), А. Дамушите (2011), так и российские геологи и геоморфологи: Л.А.Жиндарев (1979, 2012), А.И.Блажчишин (1982, 1998), Е.Н.Бадюкова (2006, 2007, 2011), Харин (1987, 2006, 2008). Последние годы изучением экзогенных геологических процессов берегов и исследованием донных ландшафтов подводного склона Куршской косы занимаются сотрудники АОИОРАН (Бабаков, 2009; Сивков и др., 2011, 2014; Бобыкина и др., 2014), а также сотрудники ФГУП ВСЕГЕИ (Жамойда и др., 2009, 2012).
Повышенное внимание к изучению береговой зоны
Калининградской области связано с проблемами сохранения
рекреационного потенциала побережья. Прогнозирование
литодинамического развития берегов часто не учитывает особенности геологического строения береговой зоны, обусловленные историей развития района, и не позволяет осуществлять высокоточное планирование берегозащитных мероприятий.
Цель работы: Реконструкция особенностей геологического развития района Куршской косы в позднем неоплейстоцене - голоцене и прогноз развития ее береговой зоны.
Задачи работы: 1. Комплексный анализ и интерпретация геолого-
геофизических данных, как опубликованных, так и полученных в ходе
исследования. 2. Построение пост-ледниковой цифровой модели
геологического строения района Куршской косы. 3. Определение
генезиса, механизма и динамики диапиризма реликтовых лагунных
отложений на основе анализа структурных форм этих отложений с
использованием геоинформационной среды. 4. Определение
геологических факторов, контролирующих закономерности
распределения осадочного вещества в береговой зоне Куршской косы в
позднем голоцене. 5. Построение компьютерной палеогеографической
трехмерной реконструкции развития района Куршской косы с позднего
неоплейстоцена до настоящего времени, учитывающей
пространственные взаимоотношения геологических тел и современные представления об изменениях уровня Балтийского моря в этот период. 6. Прогноз развития Куршской косы на основе данных об изменении климата, современных скоростей экзогенных геологических процессов и физических свойств отложений, слагающих береговую зону.
Фактический материал, методы исследования и достоверность результатов. В основу диссертации положены как комплексные геолого-геофизические фактические данные, полученные при непосредственном участии автора во время работы в отделе Региональной геоэкологии и морской геологии ФГУП "ВСЕГЕИ" в полевые сезоны с 2007 по 2014 гг., так и материалы производственных отчетов и сведения, опубликованные в научных изданиях.
Аналитическая обработка геологических проб выполнена на лицензионной аппаратуре с использованием стандартных методик. Лабораторные исследования, выполненные при личном участии автора, включали в себя гранулометрический анализ песчаных отложений ситовым 19 фракционным методом и методом лазерной дифракции для глинистых отложений в лаборатории ВСЕГЕИ. Исследования органогенных отложений реликтовых лагунных илов и торфа, проводились с использованием приближенно-количественного спектрального анализа в лаборатории ВСЕГЕИ и радиоуглеродного датирования в Изотопном центре РГПУ им.А.И.Герцена. Геофизическое
профилирование, выполнявшееся с использованием оборудования
производства России, Великобритании и США, сопровождалось точным
географическим позиционированием. Построение цифровой
геологической модели, реконструкций и прогнозов развития
выполнялось лично автором с использованием пакета программ
геоинформационной системы ArcGIS на основе обобщенных данных
полевых наблюдений, буровых скважин, а также сейсмоакустического
(НСП), гидролокационного (ГЛБО) и георадиолокационного
профилирования. Статистическая обработка данных
гранулометрического ситового анализа современных пляжевых песков для оценки литодинамических условий выполнялась с использованием современных компьютерных средств факторного анализа и опубликованной методике.
Научная новизна работы. Впервые для района Куршской косы создана цифровая трехмерная пространственно-временная геологическая модель, позволяющая максимально точно отразить изменения палеорельефа исследуемого района на всех этапах развития палеоводоема Балтийского моря. Модель основана на обобщении геолого-геофизических материалов по сухопутной части Куршской косы и дну прилегающих акваторий. Определены генезис, механизм и динамика уникального для Балтийского моря диапиризма реликтовых лагунных отложений, являющихся индикатором изменения уровня и условий развития береговой зоны в среднем голоцене.
Практическое значение. Полученные результаты могут представлять интерес при решении таких важных практических задач, как прогноз развития береговой зоны, планирование берегозащитных мероприятий, выявления возможных зон подтопления и штормовых прорывов тела Куршской косы, определения устойчивости отложений пляжа к нефтяным загрязнениям и др. Установленная геологическая уникальность природных донных ландшафтов (диапиры лагунных илов) может послужить обоснованием для расширения Национального парка на субаквальные площади. Палеогеографические схемы и модели могут использоваться при подготовке вузовских курсов по истории геологического развития региона, а также применяться для поиска полезных ископаемых (строительные пески, янтарь) на морском дне.
Личный вклад диссертанта. Изложенные в работе результаты и выводы были получены диссертантом самостоятельно. Материал был собран и проанализирован автором в ходе работ ФГУП "ВСЕГЕИ" по различным проектам, а также грантам РФФИ мобст 10-05-90738, мол_рф_нр 12-05-90830, 13-05-90711, мол_нр 14-35-50114, мол_а 12-05-31196, где автор выступал руководителем. Автор участвовал как при сборе геофизического материала, так и при его интерпретации. Отбор донного геологического материала и береговые обследования автор выполнял лично. Часть лабораторно-аналитических исследований, а также все палеогеографические модели и прогнозные построения выполнены автором.
Апробация работы. Результаты исследования докладывались на 8 международных конференциях: XXIII Международная береговая конференция «Учение о развитии морских берегов» (РГГМУ, Санкт-Петербург, 2010); XIX Международная научной конференции (Школа) по морской геологии «Геология морей и океанов» (ИОРАН, Москва, 2011); Международная конференция «Habitat Characterization and Mapping in Coastal and Inland Seas» (SeaDoc Society, Сиэтл, США, 2012); Международная конференция «11th Colloquium on Baltic Sea Marine Geology» (GTK, Хельсинки, Финляндия, 2012); XXIV Международная береговая конференция «Морские берега - эволюция, экология, экономика» (РГГМУ, Туапсе, 2012); XX Международная научная конференция (Школа) по морской геологии «Геология морей и океанов» (ИОРАН, Москва, 2013); Международная конференция «12th Colloquium on Baltic Sea Marine Geology» (IOW, Росток, Германия, 2014); XXV Международная береговая конференция «Береговая зона - взгляд в будущее» (НИЦ «Морские берега», Сочи, 2014); 4-я Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов памяти академика А.П. Карпинского (ФГУП «ВСЕГЕИ», Санкт-Петербург, 2015).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 15 работ в российских и иностранных изданиях. В изданиях из перечня рекомендованных ВАК, опубликовано 2 работах.
Благодарности. Автор глубоко признателен и выражает благодарность своему научному руководителю кандидату геолого-минералогических наук Жамойде В.А. за совместную научную работу, а
также за ценные и конструктивные советы, повышенное внимание к работе и за помощь в поиске материала. Автор благодарит к. г.-м. н. Рябчук Д.В. за ее неоценимый вклад в исследовательскую деятельность автора и поддержку его научных идей. Автор благодарен руководству отдела Региональной геоэкологии и морской геологии ФГУП «ВСЕГЕИ» за предоставленную возможность участвовать в работах отдела; всем коллегам, с которыми автор собирал и обрабатывал материал, в частности Спиридонову М.А., Мануйлову С.Ф., Нестеровой Е.Н., Григорьеву А.Г., Кропачеву Ю.П., Неевину И.А., Ковалевой О.А., Буданову Л.М., Дроню О.В. Автор признателен к. г.-м. н. Сивкову В.В. и д. г. н. Жиндареву Л.А., за ценные консультации и проявленный интерес к работе. Отдельно автор приносит благодарность к. г.-м. н., руководителю отдела Аспирантуры ВСЕГЕИ, Лукьяновой Л.И., за содействия и консультации в ходе написания диссертации.
Защищаемые положения.
Сформированный на завершающей стадии последнего оледенения рельеф создал геоморфологический фон для этапного развития Куршской косы.
В раннем голоцене, в иольдиевую и анциловую стадии формирования Балтийского моря, рассматриваемый район развивался в субаэральных условиях, с перманентной дельтовой аккумуляцией в локальной впадине Куршского залива.
Диапиризм реликтовых лагунных отложений среднего голоцена, размываемых на подводном морском береговом склоне Куршской косы, обусловлен смещением на восток дюнного массива палеокосы.
Современный облик Куршской косы сформировался в постлиториновое время, как результат слияния локальных песчаных аккумулятивных тел в единую литодинамическую систему с превалирующей вдольбереговой транспортировкой обломочного материала, выравнивающей берег.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения, содержит 135 страницы, включая 88 рисунка, 12 таблиц и список литературы из 79 наименований. Во введении обосновывается актуальность работы, определяются цели и задачи исследования, оценивается практическая значимость и научная новизна диссертационной работы. В первой главе приводится физико-
Существующие представления о геологическом строении российской части Куршской косы
В структурном плане территория Самбийского полуострова и Калининградского шельфа целиком расположена в пределах юго-восточной части Балтийской синеклизы, которая в свою очередь является частью Восточно-Европейской платформы (Загородных и др., 2005). Прогиб Балтийской синеклизы заполнен толщей осадочных пород, мощность которых увеличивается с северо-востока области к юго-западу. В геологическом разрезе выделяются два структурных этажа: нижний - сложенный гнейсами, кристаллическими сланцами и амфиболитами архей-протерозойского возраста (фундамент платформы), и верхний - фанерозойский платформенный чехол, представленный слабо дислоцированными и слабо метаморфизованными отложениями. В разрезе платформенного чехла присутствуют отложения всех геологических систем, за исключением каменноугольной.
Отложения фанерозоя, мощностью от 1300 до 2900 м, характеризуются относительно спокойным залеганием и полнотой стратиграфических разрезов (рис. 3) (Загородных и др., 2001). Расчленение геологического разреза фанерозоя для территории суши проведено до уровня местных стратиграфических подразделений на основе Легенды Калининградской серии листов Госгеолкарты-200, для шельфа Балтийского моря - с использованием общей стратиграфической шкалы (Загородных и др., 2001, Объяснительная записка, 1983). Морские терригенные, терригенно-карбонатные и карбонатные отложения кембрия, ордовика и силура распространены в пределах всей площади Калининградского региона и вскрыты в разрезах рядом скважин. В районе Куршской косы - это скважина, расположенная на косе в пос. Рыбачий, и скважина, расположенная на Калининградском шельфе в районе Кравцовского месторождения. Кровля силурийских отложений здесь расположена на глубине около -1200 м (Загородных и др., 2001, Геология и геоморфология ...,1991).
Карта дочетвертичных образований. Лист N-34-IX (Загородных и др., 2002ф). Условные обозначения в табл. 1,2. Описание возрастных подразделений смотри в тексте Девонские отложения представлены морскими, лагунными и континентальными фациями и с несогласием залегают на силурийских образованиях. Отложения девона, представленные тремя отделами, развиты только в северной части Калининградского региона. Породы верхнего девона, выходящие на дочетвертичную поверхность в северной части Российского сектора, представлены алевролитами с прослоями кварцевых песчаников и известковистых глин. Выше по разрезу они сменяются доломитистыми глинами, мергелями и доломитами с прослоями песков и песчанистых глин (Атлас..., 2010). Суммарная мощность девонских отложений может достигать 800 м. В районе Куршской косы глубина поверхности кровли девонских отложений уменьшается с юга на север и составляет около -1000 м у Зеленоградска и поднимается до -600 м у границы с Литвой (Загородных и др., 2001). Пермские отложения представлены в основном верхним отделом (цехштейном) и распространены на всей территории области. В северной части акватории отложения верхнего отдела выходят на дочетвертичную поверхность узкой полосой юго-западного направления и выклиниваются в северо-западном направлении в районе склона Гданьскои впадины. В основании пермские отложения представлены гравелитами и разнозернистыми песчаниками с карбонатным цементом, сменяющимися вверх по разрезу карбонатными породами. Выше залегает толща эвапоритов прегольской свиты (ангидриты, каменная соль с прослоями калийно-магниевых солей), перемежающихся с известняками и доломитами (Атлас..., 2010). Суммарная мощность пермских отложений достигает 340 м. В районе Куршской косы кровля отложений имеет слабый наклон в южном направлении с перепадом высот вдоль российской части косы с -600 до -700 м (Загородных и др., 2001). Триасовые отложения распространены на всей площади региона, с размывом залегая на верхнепермской толще. В подошве залегает маломощный слой песчаников. Выше по разрезу располагается толща пестро- и красноцветных глин монтмориллонитового и монтмориллонит-гидрослюдистого состава с примесью мелкого кристаллического доломита и с прослоями мергелей и оолитовых известняков мощностью до 3-4 м (Атлас..., 2010). В северной части Российского сектора Калининградского шельфа Балтийского моря триасовые отложения выходят на дочетвертичную поверхность. Мощность нижнетриасовых отложений колеблется в пределах 250-500 м. Под Куршской косой триасовые отложения сохраняют наклон в южном направлении с перепадом глубины поверхности кровли от -300 м около пос. Рыбачий до -400 м в районе Зеленоградска (Загородных и др., 2001). Юрская толща, представленная тремя отделами, залегает несогласно и с размывом на разных горизонтах триаса и перекрывается несогласно и с размывом меловыми отложениями. Преобладают терригенные континентальные и прибрежно-континентальные осадки, представленные слабо сцементированными песчаниками с прослоями каолинит-гидрослюдистых глин и известковистых алевритов, с редкими включениями обугленных растительных остатков, углистыми глинами. В северной части акватории отложения верхнего и среднего отдела выклиниваются, выходя на дочетвертичную поверхность (Атлас..., 2010). Мощность толщи 135-200 м. В районе Куршской косы юрские отложения, как и нижележащие комплексы, сохраняют слабое падение в южном направлении с перепадом высот около 100 м. Глубина залегания кровли отложений составляет -100..-200 м (Загородных и др., 2001).
Меловые отложения представлены нижнемеловой терригенной и верхнемеловой терригенно-кремнистокарбонатной толщами (таблица 1). Они залегают на верхнеюрских отложениях и перекрываются отложениями кайнозоя и четвертичными образованиями. Отложения нижнего отдела в области развиты почти повсеместно за исключением некоторых районов и глубоких эрозионных четвертичных врезов в приустьевой части р. Неман (Загородных и др., 2001). Нижнемеловые отложения представлены есясской свитой и выходят на дочетвертичную поверхность в центральной части Российского сектора Калининградского шельфа. Они сложены зеленовато-серыми глауконит-кварцевыми песками, алевритами и слабо сцементированными алевролитами. Отложения нижнего мела вскрыты скважинами на Куршской косе на глубине 194 м в пос. Лесное и на глубине 157 м в районе пос. Рыбачий (Загородных и др., 2002ф). Верхнемеловые отложения представлены несколькими толщами. Отложения сеномана, несогласно перекрывающие нижнемеловую толщу, представлены двумя объединенными свитами - чкаловской и побединской, сложенными глауконито-кварцевыми песками, алевритами и слабо сцементированными алевролитами, содержащими незначительную примесь гравийного материала. На отложениях сеномана несогласно залегают породы славской серии (туронский, конъякский, сантонский ярусы), которые представлены зеленовато-серыми глауконито-кварцевыми алевролитами, мелоподобными мергелями светло-серого или белого цвета, прослоями белого кремнеземистого мела и мелкими фосфоритовыми включениями (Атлас..., 2010). В районе Куршской косы на дочетвертичную поверхность выходят, расположенные выше по разрезу отложения лозняковской свиты (кампанский ярус), представленной карбонатно-кремнистыми породами и мергелями серого и светло-серого цвета с прослоями алевритов и темно-серых глин. Отложения калиновской свиты (кампанский ярус), согласно залегающие на отложениях лозняковской свиты, представлены серыми сильно алевритистыми мергелями и глауконито-кварцевыми алевролитами. Встречаются гнезда сильно окремненных пород и конкреции пирита (Атлас..., 2010). В скважинах, расположенных на Куршской косе, мощность отложений кампанского яруса составляет 80 м (Объяснительная записка, 1983). Кровля меловых отложений в районе Куршской косы имеет преимущественно ровную поверхность, прослеживающуюся на глубинах около -50 м.
Методика создания геологической модели
Приближенно-количественный спектральный анализ (ПКСА) выполнялся в Центральной лаборатории ФГУП «ВСЕГЕИ» для получения общего представления об элементном химическом составе реликтовых отложений. Для поставленной задачи применяется стандартная методика приближенно-количественного эмиссионного спектрального анализа (45 элементов, звездочкой ( ) помечены элементы с нижним пределом обнаружения содержания в % масс, двумя звездочками ( ) - нижний предел обнаружения содержания в ppm
Радиоуглеродный анализ (14С) для датирования образцов торфа, полученного в результате бурения, был произведен в Изотопном центре кафедры геологии и геоэкологии РГПУ им.А.И.Герцена с помощью жидкостно-сцинтилляционного альфа-бета-спектрометра Quantulus 1220.
При математической обработки гранулометрических данных использовалась программа статистической обработки STATISTIC А. 10. Производитель фирма Stat Soft. В процессе обработки использовался программный модуль "многомерные методы анализа" включающий подраздел - факторный анализ методом главных компонент в R-модификации.
Построение карт-схем, геопространственный анализ и работа с массивом геологических данных осуществлялся в ГИС-пакете ArcGIS с использованием приложения АгсМар 10, ArcGlobe, ArcCatalog. В система ArcGIS работа осуществлялась с пространственно привязанными данными, многоуровневыми базами данных, а также с растровыми изображениями, включающими космоснимки, цифровые модели рельефа и топографические карты.
Материалы, использованные в работе, были сведены в фактографическом виде в ГИС (рис. 29). Были собраны материалы о геологическом строении дна юго-восточной части Балтийского моря, полученные в результате сейсмоакустического профилирования и бурения, выполненного в ходе инженерно-геологического картирования ВНИИМОРГЕО (Гольдфарб, 1990ф), обобщение и переинтерпретация которых легли в основу составления листов госгеолкарт масштаба 1:200 000 (Загородных и др., 2002ф). Наиболее современные данные, содержащие сведения о приповерхностном геологическом строении подводного берегового склона Куршской косы, были собраны сотрудниками ФГУП «ВСЕГЕИ» в ходе мониторинга геологической среды прибрежно-шельфовой зоны Балтийского моря (Информационный бюллетень..., 2014). В работе использовались материалы по многолучевому эхолотированию и ГЛБО, собранные АО ИО РАН (Sivkov et al, 2014).
Для определения геологического строения субаэральной части района исследования были использованы геологические данные разных лет, опубликованные и архивные (Geologische karte..., 1910; Казанов и др., 1967ф; Инженерно-геологические изыскания..., 1974ф; Харин и др., 2006; Бадюкова и др., 2006; Kabailiene, 1997; Pustelnikovas, 1997; Гуделис, 19586). j/L noc.Морское 6
Для создания актуальной геологической модели, вобравшей в себя сведения о геологическом строении Куршскои косы, подводного склона прилегающей морской акватории и дна Куршского залива было проведено обобщение опубликованных, архивных и собранных в ходе полевых работ ФГУП «ВСЕГЕИ» материалов, и интегрирование их в геоинформационную систему ArcGIS. Задачей геологической модели выступает непротиворечивая геологическому строению основа для создания палеогеографических реконструкций, отражающих историю развития Куршской косы.
На первом этапе моделирования происходила работа с архивными и опубликованными данными о геологическом бурении на изучаемой территории, на основе которых был создан каталог, содержащий сведения о глубине залегания кровли разновозрастных отложений, а также составе геологических образований. В ходе интерпретации геофизических профилей в ГИС заносились данные о кровле отложений. Все входящие данные, соответствующие кровле неоплейстоценовых и кровле голоценовых отложений, вносимые в ГИС имеют Балтийскую систему высот и координаты UTM зона 34N.
Точечные данные, несущие абсолютные значения глубины залегания кровли каждого возрастного подразделения вручную дополнялись изолиниями, с учетом морфологии современного рельефа и представлений о геологическом строении района, а также контурами современного рельефа в тех местах, где погребенные отложения выходят на дневную поверхность. После проводилась интерполяция данных для каждой поверхности с использованием инструмента ArcGIS «топо в растр» (Торо to Raster) модуля геопространственного анализа Spatial Analyst. С помощью этого инструмента производится построение интерполяционной гидрологически корректной растровой поверхность по точечным, линейным и полигональным данным. Шаг сетки (grid) был выбран в соответствии с расположением скважин на Куршской косе равный 150 м.
С учетом входящих данных наибольшей корректностью и достоверностью в модели отличаются площади дна морской акватории и Куршская коса. Наименьшая достоверность, обусловленная редкими скважинами, характерна для Куршского залива и его побережий.
В модель вошли интерполированные слои рельефа кровли следующих отложений: 1 - отложения неоплейстоцена, 2 - отложения раннего голоцена (анциловая стадия), 3 -отложений среднего голоцена (литориновая стадия), 4 - современная цифровая модель рельефа. Схематический образ геологической модели проиллюстрирован на рис. 30. Кровля отложений среднего голоцена
В районе Куршской косы отложения верхнего звена неоплейстоцена распространены повсеместно, покрывая дочетвертичную поверхность сплошным чехлом и являясь "фундаментом" для развития голоценовых осадков. Неоплейстоценовые образования представлены в основном слаболитифицированными ледниковыми (морена), чаще всего образующими смешанные разновидности осадков (валунные моренные супеси и суглинки, иногда с линзами песков и глин), и ледниково-озерными отложениями (глины, пески, супеси). Разрез отложений неоплейстоцена характеризуется неоднородным строением, а их мощность варьирует в значительных пределах (от первых метров до 40-50 м). Рельеф поверхности осцилляционных ледниковых образований последних стадиалов, контролирующий развитие современного рельефа, лишь в малой степени наследует черты дочетвертичной поверхности. Неоплейстоценовые отложения заполняют впадины и нивелируют неровности поверхности дочетвертичного рельефа.
Рельеф гляциальных образований во многом определяет внешний облик современной поверхности дна и суши региона, отчасти контролирует форму залегания и состав перекрывающих голоценовых отложений, а также в значительной мере определяет характер современных экзогенных геологических процессов. В ходе голоценовои истории развития региона отложения неоплейстоцена были значительно переработаны под действием волновых и потоковых экзогенных факторов. Изменение относительного уровня палеоводоема Балтийского моря привело к размыву возвышенностей рельефа ледниковых отложений и заполнению его впадин материалом сноса. Значительное содержание в составе неоплейстоценовых отложений валунного материала, устойчивого к транспортировке под действием водных факторов, привело к формированию в местах выходов морены на дневную поверхность валунно-галечных бенчей, покрывающих обширные площади современной поверхности дна (Атлас..., 2010). Во впадинах ледникового рельефа, где преобладают области развития ледниковых глин, в голоцене происходило накопление осадков.
Реликтовых лагунные отложений среднего голоцена
В позднем голоцене практически полностью прекращается влияние гляциоизостазии в районе исследования и лишь сохраняется эвстатическое поднятие Мирового Океана, влияющее на медленное повышение уровня Пост-Литоринового (Балтийского моря). Его соленость понижается и остается практически неизменяемой на протяжении всего позднего голоцена.
Постлиториновые отложения имеют практически повсеместное распространение в районе Куршскои косы. К ним относятся современные донные терригенные и органогенные осадки Куршского залива и морского подводного берегового склона, эоловые отложения в пределах косы, а также аллювиальные и дельтовые отложения крупных рек восточного побережья Куршского залива, (см. Главу 1, параграф 1.2)
Береговая зона юго-восточной Балтики в позднем голоцене развивалась в условиях перманентного повышения уровня моря. В настоящее время средняя скорость относительного повышения уровня моря в районе Куршской косы составляет около 1 мм/год. На протяжении последних 4500 лет относительный уровень южной части Балтийского моря повысился не более чем на 3-5 м (Harff et al, 2011). Для побережий, развивающихся в подобных условиях, характерно преобладание абразионных процессов. Образуется относительно стабильная среда развития береговой системы, с формированием устойчивой зоны размыва отложений и аквальной седиментации, сохраняющаяся до настоящего времени.
На современном этапе район Куршской косы может быть разделен на две локальных литодинамических системы, характеризующихся своими источниками поступления материала и его седиментацией. Границей или барьером, разделяющей две системы, здесь выступает Куршская коса. К первой системе относятся береговая зона Куршской косы открытого Балтийского моря, с дефицитом наносов, преобладающими процессами размыва берегов и подводного берегового склона, ко второй - практически полностью замкнутый Куршский залив, где протекают процессы лагунной седиментации, контролируемые действием речного выноса (Pustelnilovas, 1997) и размывом лагунных берегов (Бадюкова и др., 2009).
Преобладание абразионных процессов на подводном береговом склоне Куршской косы во многом определило литологический состав современных донных отложений. Значительное распространение на дне валунно-галечного грубообломочного материала обусловлено процессами размыва побережья в ходе трансгрессии как на литориновом, так и на постлиториновом этапе существования моря. Генеральный тренд относительного погружения территории на протяжении всего голоцена привел к колоссальной трансформации побережья, изначально сформированного неоплейстоценовыми отложениями. На постлиториновом этапе развития Балтийского моря основное накопление осадочного материала в районе Куршской косы происходит в лагунной части акватории, где в российской части залива накапливаются преимущественно глинистые алевриты. В целом по заливу мощность этих отложений не превышает первых метров (Kabailiene, 1997). Граница между постлиториновыми и литориновыми отложениями в заливе довольно условна. Малая мощность современных лагунных отложений в российской части залива обусловлена осаждением осадочного вещества в северной части залива, и значительным выносом в открытое море через Клайпедский пролив.
На основе данных геофизического профилирования и имеющегося картографического материала, была составлена схема литологического состава современных отложений района Куршской косы (рис. 1), с привлечением материалов
Широкое развитие валунно-галечных и гравийно-галечных отложений на подводном слоне вызвано процессами активного размыва поверхности дна. Грубообломочные отложения в общем случае маркируют выходы на поверхность дна неоплейстоценовых образований, и формируются в результате размыва слагающих их валунных суглинков и супесей. Так же выходы этих отложений часто сопряжены с крупнозернистыми песками, заполняющими пространство между россыпями валунов. Обширная область размыва берегового склона расположена напротив Зеленоградска (рис. 63), занимая весь подводный склон, практически вплотную подходя к побережью. Также распространение грубообломочного материала зафиксировано в районе пос. Рыбачий. Рис. 63. Фрагмент подводного видеонаблюдения: валунно-галечные отложения с песчаным наполнителем, развитые на подводном береговом склоне напротив г. Зеленоградска
Преимущественно на юге в нижней части подводного склона Куршской косы распространены отложения со знаками ряби на поверхности. Валики сложены преимущественно среднезернистыми песками, межваловые ложбины представлены грубообломочным материалом (рис. 64). В верхней части подводного склона отложения слагающий локальные, протяженные ложбины, пересекающие склон, и по-видимому, сформированы в результате оттока придонной воды. На глубине 10-14 м поля песчаных осадков со знаками ряби приобретают менее выдержанную форму с преобладанием в составе отложений гравийно-галечного материала.
Рис. 64. Фрагмент подводного видеонаблюдения: пески со знаками ряби, развитые на подводном береговом склоне напротив пос. Лесное на глубине более 15 м
На дне морской акватории от мыса Гвардейский и до плато Рыбачий прослеживается вытянутая вдоль изобат область развития алевро-песков в интервале глубин 25-30 м. Сменяющаяся на больших глубинах мелкозернистыми и мелко-тонкозернистые песками. Образование этих отложений происходит вне зоны волновой аккумуляции в результате выноса из береговой зоны мелко- и тонкозернистого песка в штормовые периоды.
К органогенному типу постлиториновых отложений, развитых в пределах Куршской косы, относятся торфа. Широкое распространение залежей торфа (слои, линзы) в геологическом строении Куршской косы стало известно благодаря данным бурения, проводившегося в рамках инженерно-геологических изысканий (Харин и др., 2006; Бадюкова и др., 2007). Основная залежь имеет максимальную мощность около 10 м и выклинивается с юга на север вдоль оси косы. По новым данным буровых скважин и геофизическому профилированию, выполненному ФГУП «ВСЕГЕИ», можно говорить о существовании залежи, протягивающейся от лагунного берега косы до морского побережья, где плотный торф сокрыт слоем песка, мощностью около 1 м в приурезовой части (рис. 65). Выделяются торфяной и торфо-песчаный типы разрезов: первый характерен для участка на 0-4 км косы, второй - на участках 4-16 км и 25-31 км (Харин и др., 2006). Торф в корне косы залегает практически на кровле морены, иногда отделяясь от нее маломощным прослоем ледниковых глин. При этом, судя по рельефу морены, торф заполнял неглубокую систему проливов, накапливаясь непрерывным слоем предположительно начиная с раннего голоцена и по сегодняшний день (Бадюкова и др., 2010). При этом данные о рельефе морены позволяют предположить существование не одного пролива, заполненного торфом, а сложной сети палеопроток, выработанных в неоплейстоценовых отложениях. Предполагалось, что протоки раньше соединяли палеозалив с открытой акваторией, однако гидрологическое моделирование, проведенное по неоплейстоценовой поверхности, показывает, что сквозная протока в начале голоцена, вероятно, не существовала, а русла вырабатывались за счет стока воды с коренного берега, как в сторону залива, так и в открытую акваторию (см. 3 главу, параграф 3.2).
В российской части Куршской косы после штормов на пляже можно встретить фрагменты (куски) торфа, что свидетельствует о выходах торфяных залежей на подводном береговом склоне (Болдырев, 2005). В обнажениях авандюн, подверженных абразии, отмечаются прослои погребенных почв (Bitinas et al, 2007; Buynevich et al, 2011).
Проявления торфа и палеопочв на берегу были обнаружены в корневой части косы у г. Зеленоградска, далее на север у пос. Лесной и в середине российской части косы у пос. Рыбачий. Характерной особенностью для торфа вблизи пос. Рыбачий и г. Зеленоградска является наличие реликтовых пней, верхушки которых выступают на дневную поверхность (рис. 66).
Палеогеографические реконструкции развития Куршской косы
Различные авторы по мере поступления новых данных о геологическом строении Куршской косы выдвигали различные гипотезы ее образования. Ниже рассмотрены основные концепции формирования и развития Куршской косы.
Одна из наиболее ранних палеогеографических реконструкций развития Куршской косы и Куршского залива была разработана прусским геологом Г. Берендом во второй половине XIX века (Berendt, 1869). В его концепции основой для развития косы служит поверхность ледниковых отложений, затопленная в результате морской трансгрессии. Последующее снижение уровня воды привело к формированию дельты р. Неман, и росту косы, отделяющей лагуну от открытого Балтийского моря (рис. 80).
Концепция В.П. Зенковича. Концепция образования лагунных берегов в результате Фландрской трансгрессии, предложенная В.П. Зенковичем, отличается своей простотой и непротиворечивостью. При этом она учитывает изменение положения побережья, как в ходе трансгрессивной деятельности моря, так и в результате тектонической активности.
Суть его концепции заключается в формировании лагун юго-восточной Балтики как крупных ингрессионных форм, которые занимают приустьевые депрессии крупных рек (Зенкович, 1958). Так формирование Куршского залива происходило в результате погружения побережья, где морскими водами были затоплены приустьевые долины рек пра-Немана и пра-Деймы. Основой для зарождения Куршской косы стал береговой бар (Зенкович, 1962), как надводная аккумулятивная форма (полоса наносов), образованная при их поперечном перемещении с последующей аккумуляцией. Вытянутый параллельно берегу бар, получает питание за счет поперечного переноса осадочного материала, и поступлению его со дна акватории. Что не противоречило условиям юго-восточной Балтики, где преобладающими являются ветра западных и северо-западных румбов, обуславливающих фронтальный подход волн к юго-восточному берегу, где располагалась зачаточное тело косы. В.П. Зенкович (1957) доказывает, что бары могут образовываться при изменении уровня моря в любом направлении, но что гораздо чаще они встречаются на берегах погружающихся. O.K. Леонтьев и Л.Г. Никифоров (1965) подтверждают моделированием в лабораторных условиях, что бары не могут образовываться при постоянном уровне моря. Их формирование должно происходить в максимальные стадии трансгрессии, а в результате понижения уровня бары становятся надводными образованиями.
Сводя вышеизложенные данные можно примерно описать общую схему образования Куршской косы по Зенковичу. По морфологическим особенностям Куршскую косу можно назвать береговым баром, образованным в стадию максимальной трансгрессии на погружающейся аккумулятивной равнине. Формирование тела Куршской косы на ранних этапах должно было происходить преимущественно за счет питания осадочным материалом, поступающим со дна. И только на последних этапах формирования косы осадки поступали из вдольберегового переноса продуктов переработки берегов Самбийского п-ова. Перемещение Куршской косы в сторону суши, как это свойственно для берегового бара, происходило за счет эолового переноса обломочного материала с морского берега бара на его лагунный берег.
Концепция В.К. Гуделиса. Вначале второй половины 20 века появляется расширенная концепция образования Куршской косы, предложенная В.К. Гуделисом (1958а). Гипотеза основывалась на данных геологических исследований, материалах бурения и пробоотбора. В.К. Гуделис (1958а) в структурно-генетическом отношении разделяет тело косы на три части. Южная часть косы от г. Зеленоградска до пос. Лесное является естественным продолжением коренного берега Самбийского п-ова. Часть косы от пос. Лесное до пос. Нида (Литва) образовалась за счет аккумуляции морских наносов в виде пересыпи между двумя островами, сложенными валунным суглинком. Остальная (северная) часть косы образовалась в виде свободной аккумулятивной формы, постепенно отгородившей бухту Литоринового моря в северной части современного залива, при этом внешний контур косы находился в двух километрах западнее современного.
В результате отступания последнего ледника, осталась сильно расчлененная поверхность моренной равнины. Предположительно в южной части Куршского залива было озеро, окаймленное моренными грядами. В то время берег моря лежал на 20 км мористее. С началом иольдиевой стадии развития моря береговая линия постепенно перемещалась в сторону суши и в анциловое время (7400 лет до н.э.) была в нескольких километрах от нынешнего побережья. В литориновое время (от 4000 лет до н.э.) море подходит вплотную к современной береговой линии и начинается активное разрушение Самбийского блока. Продукты абразии вовлекаются во вдольбереговой поток. Из береговых баров между Зеленоградском и Нидой возникает пересыпь. На севере нынешнего Куршского залива находилась бухта Литоринового моря, заливавшая побережье восточнее современного берега лагуны. В то время от мыса Вянте (восточное побережье Куршского залива) к пос. Нида протягивалась мореная гряда, которая в ходе трансгрессии была прорвана водами р. Неман. В условиях взаимодействия реки и отступающего моря начинает активно формироваться северная оконечность Куршской косы. Дальнейшая деятельность волн и эоловый перенос песка смещает пересыпь на восток. Время окончательного становления косы не установлено, но известно, что в 12 веке она уже существовала в близком к современному виду.
Концепция А.И. Блажчишина одна из наиболее известных, опирается на данные геологического бурения дна верхней части калининградского шельфа. Возраст отложений определялся с помощью спорово-пыльцевых и диатомовых анализов, а также методами абсолютного датирования (Блажчишин, 1998).
А.И. Блажчишин в своей концепции развития региона в целом отталкивается от древних береговых уровней, следы которых сохранились на дне моря и побережий. В позднеледниковый период берег юго-восточной Балтики был выдвинут мористее современного, поэтому все древнебереговые образования Балтийского Ледникового озера были уничтожены в ходе последующих морских трансгрессий. Понижения современного рельефа дна к северу и югу от Куршского поднятия А.И. Блажчишин описывает как унаследованные прогибы рек пра-Деймы и пра-Немана (Блажчишин 1974, 1982). По породам, вскрытым в колонках у подножья древнего клифа (глубины 55-62 м), было зафиксировано положение Иольдиевого моря. Анциловое озеро формировало террасы с поверхностями на глубинах 40 - 46 м (в первую фазу трансгрессии) и 30 - 35 м (во вторую) с клифом на глубинах 18 - 29 м. В течение обширной регрессии Анцилового озера уровень бассейна стабилизируется на отметке около -30 м, что подтверждают отложения торфов в кернах из Гданьской бухты, а так же реликтами больших массивов древних дюн в районе дельты пра-Немана. Береговая линия первой фазы литориновой трансгрессии прослеживается на глубинах 27 - 32 м, на которых море обрабатывало указанный выше анциловый клиф. У мыса Таран, на глубине около 20 м прослеживается древний клиф, выработанный морем в период второй литориновой трансгрессии (16 - 20 м). В это время формируется обширная терраса к юго-западу от плато Рыбачий (рис. 81), которое ранее было частью полуострова. Третья фаза литориновой трансгрессии является максимальной. Береговая линия того периода располагалась на отметках от 0 до +2..+3 м.