Введение к работе
Актуальность работы. Озера являются водоемами замедленного стока, обладающими способностью аккумулировать в виде донных отложений аллохтонное и автохтонное вещество, соответственно, поступающее извне и образующееся в пределах водной толщи. Основные источники осадкообразующего материала озер: наносы рек, лимноабразия, выпадение навеянных частиц, образование хемогенного и биогенного вещества, техногенная деятельность и т.д. Седиментогенез в озерных системах, выступающих в качестве конечных водоемов стока, является ключевым этапом континентального литогенеза.
Классические исследования современного озерного седиментогенеза, как модели древнего осадкообразования выполнил Н.М.Страхов {Страхов и др., 1954). Большой вклад в развитие геологических основ изучения ископаемых озерных комплексов внесли Д.В.Наливкин, Л.В.Пустовалов, Л.Б.Рухин, Ф.Дж.Петтиджон, Н.Н.Верзилин. В рамках отечественной школы палеолимнологии на базе анализа донных отложений была восстановлена история многих озер Восточно-Европейской равнины, крупных озер Средней и Центральной Азии, Сибири, Дальнего Востока, ряда малых озер севера Азии {История озер..., 1992; Субетто, 2009).
Способность озерных осадков непрерывно накапливать и сохранять с высоким пространственно-временным разрешением информацию о прошлых природно-климатических, тектонических, ландшафтно-геохимических, техногенных условиях и процессах, определяет научные перспективы исследований лимногенных комплексов. Например, озерные осадки с выраженной сезонной слоистостью, предоставляют исследователям большой объем данных для составления длительных временных рядов параметров окружающей среды, используемых для реконструкции и прогнозирования климатической изменчивости. Изучение озерных комплексов как индикаторов палеогеографических условий с помощью геолого-геоморфологических, литолого-геохимических, геофизических и палеонтологических методов является основной задачей активно развивающейся научной дисциплины - лимногеоло-гии, возникшей в середине 90-х годов XX века.
Настоящая работа посвящена выявлению основных пространственно-временных закономерностей озерного седиментогенеза в Мещерской низменности, отражающих эволюцию озер и развитие рельефа этого района в меняющихся природно-климатических условиях четвертичного времени.
Одним из важных направлений работы является геохимия озерных осадков. Актуальность такого направления подчеркивается необходимостью расширения способов индикации природной среды в связи с усилением техногенного воздействия на природные ландшафты, особенно близи урбанизированных территорий. Исследования озерных отложений позволяют получать интегрированные по водосборной площади геохимические данных, причем более высокие концентрации примесных компонентов в озерных осадках, в ряде случаев упрощают аналитические методы и определяют большую надежность результатов по сравнению с пробами почв, воды и биологическими образцами {Усенков, 2007). Осадочные последовательности озер позволяет также анализировать динамику природно-техногенных изменений местного и регионального уровня.
В пределах Шатурского района расположено около 50 озер общей площадью 58 км2, сосредоточенных в нескольких группах: Шатурской (12 озер), Туголесской (11), Клепиков-ской (15), Бардуковской (7), Радовицкой (9). В настоящее время район испытывает сильную техногенную геохимическую нагрузку в форме промышленных выбросов (ГРЭС-5 в г. Шатура, химкомбинат в г.Рошаль и др.), сброса сточных вод, складирования промышленных и бытовых отходов, вредных атмосферных выбросов при лесоторфяных пожарах, загрязнения поверхностных вод и т.п.
В современных геохимических исследованиях отмечается, что, чем меньше площадь равнинного озера, его удельный водосбор и глубина, тем более отчетливо проявляются связи между составом донных осадков и литолого-геохимическими особенностями территории (Даувальтер, 2000; Страховенко, 2011). Хорошая выраженность таких индикационных свя-
зей для малых слабопроточных озер в Шатурском районе, обосновывают выбор их донных осадков в качестве перспективного объекта исследования.
Цель работы. Выявление основных закономерностей строения лимногенных четвертичных комплексов Шатурской Мещеры (ШМ) и формирования их литолого-геохимических особенностей в процессе седиментогенеза.
Задачи исследования: l.Ha базе анализа стратиграфии, литолого-фациальной структуры и геоморфологических позиций четвертичных комплексов района проследить основные тенденции в эволюции озерного осадконакопления как отражении геологических и климатических процессов в плейстоцене и голоцене. 2.Изучить условия залегания донных отложений озер и установить основные закономерности формирования их литологического состава и геохимических особенностей на современном этапе седиментогенеза. 3.Исследовать корреляционные зависимости между концентрациями микро- и макроэлементов, гранулометрическими и другими физическими характеристиками современных озерных отложений для решения вопроса о механизмах поступления и накопления осадочных компонентов. 4.Диагностировать загрязнение литологических разностей озерных осадков тяжелыми металлами и другими микроэлементными компонентами. 5.Разработать методологическую основу изучения озерных отложений в качестве индикаторов геохимического состояния окружающих ландшафтов Шатурского района. Научная новизна: 1.Установлены общие этапы эволюции озерных систем и развития осадконакопления при формировании комплексов ложбинных понижениях ШМ в московско-микулинском и вал-дайско-голоценовом климатических циклах. 2.Обоснованы палеогеографические причины различной выраженности позднеплейстоцен-голоценового цикла озерного осадконакопления в долинно-зандровых равнинах Мещерской низменности и показаны их современные следствия. З.На базе аналитических данных выявлены геохимические особенности литологических разностей современных озерных осадков ШМ. 4.В результате литолого-геохимических исследований донных осадков озер ШМ впервые выделены основные геохимические ассоциации элементов, как унаследованные от поздне-плейстоценовой морфолитогенной основы, так и сформированные на современном этапе осадконакопления под действием природно-техногенных факторов (биоаккумуляция микроэлементов, выпадение техногенной пыли, лесоторфяные пожары). 5.Предложен подход к оценке геоэкологической ситуации ландшафтов зандровых равнин. Методы исследования. Проводилась систематизация научных, фондовых и картографических материалов по четвертичной геологии, стратиграфии и геоморфологии Мещерской низменности, а также палеогеографически сопоставимых с ней регионов. В процессе исследования использовались следующие методы: литолого-геохимический, геоморфологический, статистический, геоинформационный, системно-аналитический, сравнительно-географический и др. Анализировались данные исследований геохимического фона в почвах и четвертичных отложениях района. Компьютерная обработка данных проводилась на кафедре геоэкологии РУДН с использованием специализированного программного обеспечения - Statistica, MS Excel, Corel DRAW.
Для сбора фактической информации в ходе полевых исследований автором с глубин первых метров проведен отбор проб донных осадков озер Шатурской и Туголесской группы. Лабораторная подготовка, литологические и геохимические исследования образцов выполнены на Геологическом факультете МГУ. Методом рентгенофлуоресцентной спектроскопии определено валовое содержание 28 элементов (532 анализа), включая макроэлементы: Si, А1, С, Fe, К (>1 96); Са, Mg, Ті, Р (0,1-1 %) и элементы-примеси: S, Ва, Мп (< 0,1%); Sr, Zn, Cr, Pb, V, Rb, Си, Ni, As, Co (< 1-m2 96); Sc, Sn, Cs (<1-1(T4 96); Mo, Hg, Cd (менее 11(Г5 96).
Практическая значимость работы. Полученные результаты вносят дополнения в вопросы динамики лимногенеза и эволюции озер перигляциальных территорий зандрового типа в плейстоцене. Выполненные исследования также расширяют базу аналитической информации по геохимии компонентов природной среды ШМ. С учетом особенностей техногенной геохимической эмиссии установлены приоритетные микроэлементные загрязняющие компоненты и их соотношения. Выявлены устойчивые корреляционные связи концентраций ряда тяжелых металлов (Си, Ni, Zn, Cd, Со, Мп), позволяющие проводить комплексные оценки уровней загрязнения донных отложений по содержанию 1-2 элементов геохимической группы. Результаты исследования перспективны при геохимическом мониторинге ландшафтов Мещеры.
Защищаемые положения: 1 .Активность позднеплейстоцен-голоценового цикла озерного седиментогенеза в Шатурском районе по сравнению с другими районами подмосковной Мещеры во многом обусловлена лимногенезом при повторном обводнении Шатурской и Туголесско-Ялминской ложбины стока из-за разлива долин Оки и Клязьмы в валдайскую ледниковую эпоху. Широкое распространение здесь остаточных озер в современном межледниковье стало следствием снижения дренажа и заболачивания ранневалдайского уровня зандровой равнины в условиях слабого развития ее речной сети. 2.В донных отложениях Шатурских озер (супеси, суглинки, илы и сапропели) установлена преобладающая геохимическая ассоциация преимущественно халько- и сидерофильных транзитных элементов (Fe,Mg,Mn,Zn,Ni,Cu,Co,Cd) с признаки аномальной концентрации микроэлементов, связанных с тонкодисперсной и органической компонентой осадка, и менее интенсивная генетическая группа малоподвижных литофильных элементов (Al,Ti,K,Ba,Cr,V,Rb,Sc), приуроченных к терригенной компоненте осадков, унаследованной от средне-верхнеплейстоценовых отложений. 3. Исследования уровней накопления халько- и сидерофильных микроэлементов (Cu,Zn,Pb,Cd,As,Ni,Mo) в верхних горизонтах органоминеральных илов Шатурских, Барду -ковских и Клепиковских озер относительно фоновых донных осадков Туголесских и Радо-вицких озер служат основой современного и ретроспективного мониторинга ореолов рассеяния атмосферных аэрозолей от промышленных центров Шатурского района и сопредельных территорий Московской области
Апробация работы: Результаты работы докладывались на научно-практических конференциях в РУДН (2012-2013 гг.), МГУ (2012 г.), МГОУ (2013 г.), Владимирском государственном университете (2011-2013 гг.), на 15-х Сергиевских чтениях (2013 г.). Кроме того, основные защищаемые положения работы представлены автором на заседаниях кафедры геоэкологии и кафедры месторождений полезных ископаемых и их разведки им. В.М. Крей-тера РУДН.
Личный вклад автора. Личный вклад диссертанта заключается в сборе, подготовке и систематизации фактической информации, в построении и сопоставлении геологических разрезов, составлении тематических карт (7 шт). В течение нескольких полевых сезонов проводилось детальное описание геологических обнажений, колонок донных осадков и береговых отложений с отбором их проб. Автором выполнена пробоподготовка, лабораторные исследования, статистическая обработка, анализ и интерпретация полученных результатов, на основе чего предложены методологические подходы к изучению процессов современного озерного седиментогенеза, в том числе в целях проведения регионального геохимического мониторинга.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ: 4 статьи в рецензируемых журналах, 1 - в тематическом сборнике, тезисы 8 докладов на научных конференциях. Так же подготовлено и издано учебное пособие, содержащее результаты научной работы автора.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и список литературы из 127 наименований. Объем работы 93 печатные страницы, включая 27 рисунков и 14 таблиц.
