Актуальность исследований



бет3/5
Дата14.03.2019
өлшемі1 Mb.
түріАвтореферат
1   2   3   4   5
Глава 6. Современные экзогенные геологические процессы на Мурманском побережье

6.1. Денудационные процессы

Сочетание геолого-геоморфологического строения и климатических особенностей Мурманского побережья предопределяют скорость и особенности гипергенных процессов, происходящих в настоящее время:



  1. медленная денудация водораздельных пространств (преобладание физического выветривания горных пород и подавленность химического выветривания);

  2. медленная абразия морских берегов;

  3. слабая донная и боковая эрозия русел водотоков;

  4. отсутствие дефляции даже при сильных ветрах.

На Мурманском побережье современную морфолитодинамику определяют три денудационных процесса: физико-механическое выветривание, линейная эрозия и абразия морских берегов.

6.1.1. Физико-механическая денудация побережья

Из всего разнообразия физико-механических процессов разрушения суши на Мурманском побережье резко преобладают два: морозное выветривание и гравитационное обрушение склонов.

Процесс морозного выветривания широко проявлен в гольцовых тундровых ландшафтах Мурманского побережья, где остроугольные обломки десквамации формируют элювиально-делювиальный покров водораздельных пространств. На крутых склонах наблюдается сочетание процессов морозного выветривания и гравитационного обрушения осадочного материала. Тонкие продукты десквамации под действием поверхностных вод и гравитации перемещаются в депрессии рельефа, где смешиваются с другими рыхлыми отложениями. Это первый этап в поставке осадочного вещества в бассейн седиментации на Мурманском побережье.

6.1.2. Эрозионная деятельность водотоков

6.1.2.1. Гидрологический режим водотоков

В результате изучения гидрологического режима водотоков Мурманского побережья (в период 1997-2014 гг.) были выявлены следующие закономерности:



  1. Суммарный пресный сток с Мурманского побережья оценивается в 50-80 км3/год.

  2. Максимальные скорости течения фиксируются в весенний паводок и достигают 3.5 м/с. Летом скорости течения воды не превышают 1.6 м/с, зимой ‒ 1 м/с.

  3. Во всех водотоках суммарный сток в паводковые периоды достигает 70% годового водного стока.

  4. Меженные периоды нарушаются мини-паводками, вызванные метеоусловиями.

  5. Сток всех водотоков зависит от количества атмосферных осадков.

Таким образом, большие скорости течения воды создают условия, для поддержания высоких концентраций взвешенного вещества в воде. Геолого-геоморфологические особенности строения побережья с одной стороны благоприятствуют эрозионной деятельности водотоков (повышенная тектоническая раздробленность пород, большие уклоны русел), а с другой затрудняют разрушение ложа русла (устойчивые к эрозии породы, грубообломочный состав рыхлых отложений).

Важный вклад в литодинамику побережья вносят ручьи и временные водотоки, возникающие в период схода снежного покрова (от 3 до 8 на один погонный километр береговой зоны).



6.1.2.2. Концентрация взвешенного вещества в водотоках

Как отмечал академик А.П. Лисицын (Лисицын 1959, 1974), взвешенное вещество (ВВ) является важным геохимическим и экологическим показателем не только морей и океанов, но и рек, так как здесь взвешенное состояние материала является основной формой переноса вещества.

В целом для водотоков Мурманского побережья характерны очень низкие содержания ВВ, они редко превышают 2 мг/л. Концентрация ВВ в водотоках в период 1997-2014 гг. изменялась от 0.17 до 6.43 мг/л. Повышенные концентрации ВВ могут наблюдаться в любое время года, но только в весенний паводок они стабильно высокие. В летний меженный период в целом фиксируются минимальные концентрации ВВ, а средние концентрации ВВ не зависят от масштаба водотока. В среднем концентрация ВВ в водотоках Мурманского побережья на порядок ниже, чем в водотоках Карелии и на один-два порядка ниже, чем в крупных сибирских реках.

В трех малых водотоках Мурманского побережья на протяжении 15 лет проводились мониторинговые наблюдения концентрации ВВ. С 1997 г. по 2007 г. среднегодовые концентрации ВВ менялись незначительно. Вначале отмечалась тенденция к снижению среднегодовых концентраций, затем (до 2007 г.) происходило постепенное повышение концентраций ВВ. В 2008 г. зафиксировано резкое увеличение концентраций ВВ во всех водотоках.

В целом выявляется цикличность изменения среднегодовых концентраций взвеси с периодом в 7-9 лет, которая, возможно, связана с изменениями климатических показателей. В 2002-2008 гг. фиксировалось повышение среднегодовых температур воздуха, в это же время происходит увеличение среднегодовых концентраций ВВ. В дальнейшем среднегодовые температуры воздуха снижаются и снижаются среднегодовые концентрации ВВ. В настоящее время продолжается снижение среднегодовых концентраций ВВ.

Рис. 9. Среднемноголетние изменения концентраций ВВ, ручей Ярнышный

(линиями показан доверительный интервал)

Концентрации ВВ в водотоках подвержены сезонным изменениям (статистически достоверным). В период зимней межени устанавливаются минимально низкие концентрации ВВ, которые к концу зимнего сезона начинают повышаться. В весенний паводок концентрации ВВ повышаются скачкообразно, а переход к летнему сезону характеризуется постепенным снижением концентрации ВВ. В конце осеннего сезона происходит резкое снижение концентрации ВВ (рис. 9).

Для каждого водотока определен верхний уровень меженных концентраций ВВ (ручей Ярнышный – 0.60 мг/л, ручей Собачий – 0.75 мг/л, ручей Зеленецкий – 0.50 мг/л, р. Зарубиха – 0.80 мг/л, в крупных реках Мурманского побережья – 0.80-0.95 мг/л). Превышение данных концентраций ВВ происходит только под действием погодных аномалий.

Короткопериодические изменения концентрации ВВ в водотоках Мурманского побережья происходят не только под действием атмосферных осадков, но и зависят от приливоотливной стадии моря. В приливную стадию происходит подпор пресных вод, уровень воды в замыкающих створах водотоков повышается на 1-1.5 м, резко замедляется стоковая скорость течения воды. Казалось бы, в таких условиях должно происходить снижение концентраций ВВ в водотоке, так как несущая способность водотока резко понижается, но такое явление фиксировалось всего один раз (n=96). Во всех других случаях в стадию прилива фиксировалось повышение концентрации ВВ. Вероятно, это связано с тем, что количество поступающей ВВ к замыкающему створу водотока не меняется, а вынос вещества замедляется, что ведет к повышению концентрации ВВ.

Весной и осенью повышение концентрации ВВ фиксируются в первую половину дня и связано с массовой гибелью планктонных организмов и увеличением количества пустых створок диатомовых водорослей во взвеси (Митяев и др., 2005).

Таким образом, водотоки Мурманского побережья по мутности относятся к ультрачистым, так как концентрации ВВ в них на три порядка ниже, чем среднее по рекам мира (460-490 мг/л), и на один-два порядка ниже, чем в великих Сибирских реках.

На Карельском побережье Белого моря концентрация ВВ 4.08±0.42 мг/л (n=217, за 8 лет в 9 водотоках), что ниже, чем средняя концентрация ВВ в водотоках Белого моря (10-30 мг/л), но выше, чем средние концентрации ВВ в водотоках Мурманского побережья. При этом в водотоках Карельского, побережья по концентрации ВВ, резко отличаются водотоки болотного и озерного питания. По мутности водотоки Мурманского побережья и Карельского побережья озерного питания сопоставимы.

6.1.2.3. Состав взвешенного вещества

В зимне-весенний период более 85% всей массы ВВ приходится на литогенный материал пелитовой размерности. В летне-осенний период доля литогенного материала в среднем менее ⅔ от массы ВВ. Содержание ВОВ изменяется от 5-7 до 50% от концентрации ВВ. В составе ВОВ доминируют диатомовые водоросли трех таксонов – Tabellaria fenestrata, Tabellaria flocculosa и неорпределенные до рода пеннатные формы. От биомассы микропланктона их содержание в среднем составляет 64% (Митяев и др., 2005).

Концентрация ВВ имеет слабую корреляционную связь с биомассой ВОВ, биомассой диатомовых водорослей и микрозоопланктона (r = 0.56; 0.51 и 0.56, соответственно, ρ=0.99, k=30). Необходимо отметить, что биоразнообразие микропланктона не зависит от концентрации ВВ.

6.1.2.4. Вынос взвешенного вещества

Твердый сток с Мурманского побережья подвержен цикличности с периодом 4-5 лет. В 2001 г. резко снижается количество выносимого вещества, в 2003-2005 гг. наблюдался минимальный пресный и твердый сток. В 2006 г. вынос ВВ увеличился и до 2011 г. фиксировался большой пресный и твердый сток, далее поставка ВВ снижается.

В малых реках и ручьях более 45% твердого стока происходит в весенний паводок. Летом, осенью и зимой выносится примерно одинаковое количество ВВ (рис 10). Таким образом, сезонная динамика выноса ВВ водотоками Мурманского побережья типична для северных рек России. В средних и крупных реках за счет длительности зимней межени доля выносимого материала в этот период года больше, чем летом и осенью, а осенний сток не превышает летний вынос ВВ.

Рис. 10. Динамика сезонного выноса ВВ водотоками Мурманского побережья

В течение года в выносе ВВ отмечается ряд закономерностей:

1 – всегда максимальный среднесуточный твердый сток ВВ происходит в мае и во всех водотоках всегда весной выносится более 45% от годового твердого стока;

2 – всегда минимальный среднесуточный твердый сток происходит с января по март;

3 – всегда в твердом стоке выражен осенний паводок.

Полученные данные позволяют оценить суммарный вынос ВВ с Мурманского побережья за год: в воды Баренцева моря поступает от 40 до 70 тыс. тонн ВВ в год. Доля ручьев в среднем составляет 10% от суммарного твердого стока всех водотоков Мурманского побережья. В среднем более 20% от всей массы выносимого водотоками материала приходится на ВОВ, где главную роль играет Siамр, в среднем около 60%.

Объем выносимого водотоками ВВ, является объективным показателем модуля твердого стока водосборных пространств. Средний модуль твердого стока с водосборов Мурманского побережья – 0.94-1.13 т·км-2·год-1. В денудации водосборов побережья главная роль принадлежит ручьям (более 1.25 т·км-2·год-1). Высокий модуль твердого стока небольших ручьев – явление естественное в сильно расчлененном «молодом» рельефе. Средний модуль твердого стока с побережья соответствует модулю твердого стока средних рек (рис. 11).

Модуль твердого стока крупных рек в Северный Ледовитый океан в среднем составляет 10.1 т·км-2·год-1 (Гордеев, 2012), что на порядок выше, чем водотоков Мурманского побережья. Средний модуль твердого стока водотоков Карельского побережья в два раза выше (1.99±0.38 т·км-2·год-1, n=217), чем водотоков Мурманского побережья, но твердый сток малых рек и средних ручьев болотного питания сопоставимы.

По модулю твердого стока оценивается скорость смыва с водосборов. На Мурманском побережье средняя скорость эрозии водоразделов составляет 0.65±0.07 мкм/год (Митяев, 2014). Средняя скорость смыва с континентов оценивается в 70-330 мкм/год, с водоразделов России – 34 мкм/год, с водосбора Белого моря – 5-6 мкм/год, с Карельского побережья – 1.1±0.2 мкм/год (Гордеев, 2012; Митяев, 2014). Несомненно, что очень низкая скорость эрозии Мурманского побережья предопределена геолого-геоморфологическим строением территории и климатическими особенностями региона.



Рис. 11. Модуль твердого стока водотоков побережья (Митяев, 2014).

В современной литературе большое значение в изменении практически любых природных систем придается климату. Анализ скорости эрозии водосборных пространств и изменения среднегодовых температур воздуха и суммы атмосферных осадков в центральной части Мурманского побережья показывает, что данные параметры изменяются независимо друг от друга.

Подводя итог, в эрозионной деятельности водотоков на побережье выделим главное:



  1. суммарный твердый сток ВВ с Мурманского побережья оценивается в 40-70 тыс. тонн в год. Суммарный вынос осадочного вещества водотоками Мурманского побережья можно оценить в 1.0-1.3 млн. т год-1

  2. твердый сток с Мурманского побережья подвержен цикличности с периодом 4-5 лет, в настоящее время наметилась тенденция к снижению твердого стока;

  3. скорость эрозии водосборов Мурманского побережья не превышает 2 мкм/год, низкая скорость эрозии предопределена устойчивыми к эрозии породами, небольшим количеством тонкого осадочного материала в рыхлых отложениях, пенепленизированностью водораздельных пространств разделенных широкими долинами, и географическим положением региона, но не зависит от изменения среднегодовых климатических показателей.

6.2. Абразия морских берегов Мурманского гранит-мигматитового пояса

В настоящее время скорость абразии Мурманского побережья всеми исследователями признается медленной. Впервые скорость абразии Мурманского побережья Баренцева моря на основе исследования абразионных форм рельефа оценил В.П. Зенкович (1937).

Таблица 1. Скорость истирания крупнообломочного материала, мкм/год





n

Среднее

Первый год

Первые 3 года

Последующие годы




Валуны

Средняя литораль

14

11±6

0

0

26±10




Глыбы

Верхняя литораль

26

67±15

188±56

87±26

39±9

Средняя литораль

24

56±7

149±24

77±12

34±4

27

52±8

141±17

71±17

34±5

Нижняя литораль

15

49±8

53±2

67±10

23±4

В период экспериментальных работ в 2006-2016 гг. выявлено (рис. 12):

1. максимальная скорость разрушения на верхнем и среднем литоральном горизонте происходит в первый год нахождения глыб в береговой зоне (табл. 1) и достигает 150 мкм/год. На второй год скорость истирания уменьшается в 2-7 раз. Несмотря на это, в первые три года происходит стабилизации скорости абразионного разрушения глыбового материала.

2. в последующие годы скорость разрушения глыбового материала на этих горизонтах изменяется в зависимости от гидрометеорологических условий.

Скорость разрушения образцов на верхнем и среднем литоральном горизонте изменяется при:

1 – изменение температур воздуха, как среднегодовых, так и среднесуточного градиента температур (физико-механическая подготовка материала к разрушению);

2 – изменение ветрового режима, как среднегодовой скорости ветра и доли ветров средней силы, так и изменения преобладающего направления (повторяемость нагонных ветров);

3 – увеличением отношения количества штормов к количеству штилей (штормовой коэффициент, Wq).

Иначе происходит разрушение крупнообломочного материала на нижнем литоральном горизонте (табл. 1). Максимальная скорость разрушения глыб фиксируются на третий год эксперимента, а затем происходит стабилизация скорости разрушения. Тем не менее, так же как и на других литоральных горизонтах, в первые 3 года фиксируются максимальные скорости абразионного разрушения. Так как образцы практически постоянно находятся под уровнем моря, именно скорости разрушения на нижнем литоральном горизонте, по-видимому, соответствуют собственно абразионному истиранию. Отсюда следует один немаловажный вывод: чем дольше горные породы находятся выше уровня отлива, тем быстрее они разрушается.





Рис. 12. Скорость разрушения глыб и валунов на литорали губы Дальнезеленецкая.

А, Б – борта губы (А – южный, Б – северо-западный). В, Г – остров Жилой (В – глыбы, Г – валуны).

Абразионное истирание хорошо окатанных валунов происходит значительно медленнее, чем глыб (табл. 1, рис. 12). По результатам исследования средняя скорость разрушения валунов составляет 10-11 мкм/год, но первые изменения веса валунов были зафиксированы в период активизации абразионного разрушения на побережье.

Зависимость скорости абразионного истирания от формы глыб в первые три года незначительная, различия не превышают 10-12%. Более быстро разрушаются образцы, высоко выступающие над дневной поверхностью, медленнее – образцы плитчатой формы. Несмотря на достаточно стабильную повторяемость данного явления, в отдельные годы соотношение скорости абразионного разрушения глыб может меняться.

В целом по результатам исследований установлено, что потеря веса глыб в первый год нахождения в литоральной зоне в среднем составляет 0.4%, за первые три года – 0.2%, в последующие годы 0.1% от первоначального веса образцов. Потеря веса у хорошо окатанных валунов в среднем менее 0.05%.

На верхнем литоральном горизонте в первый год глыбы теряют в весе в среднем 0.64% от первоначальной массы, за первые три года – 0.31%, в последующие годы – 0.12%, на среднем – 0.46%, 0.24%, 0.10%, соответственно, на нижнем – 0.05%, 0.13%, 0.08%, соответственно.

Таким образом, после трех лет нахождения глыб в литоральной зоне потеря веса образцов из разных литоральных горизонтов выравнивается, хотя небольшие различия сохраняются (табл. 1). Средняя скорость истирания угловатого крупнообломочного материала гранитоидного состава по всей литоральной зоне составляет около 70 мкм·в год.

Активизация абразионного разрушения на литорали Мурманского побережья произошла в период 2011-2012 гг. Полностью были разрушены две экспериментальных площадки на нижней и верхней литоральной зоне. В средней литоральной зоне на одну экспериментальную площадку был навален валун диаметром более 1 м, что, возможно, предохранило образцы от потери, на другой площадке был потерян образец кубической формы. По данным подводных наблюдений и верхняя сублиторальная зона была сильно видоизменена.

Вероятно, такая крупная перестройка литоральной и верхней сублиторальной зоны стала результатом не однолетнего изменения погодных условий, а двух-трех летнего. Так уже в 2010-2011 гг., произошло резкое уменьшение количества штилевых дней, сокращение доли очень слабых ветров, увеличение среднегодовой температуры воздуха при сохранении высокого среднесуточного градиента температур, усилилась среднегодовая скорость ветра и увеличение доли ветров северных румбов. В 2011-2012 гг. продолжается повышение среднегодовой температуры воздуха и среднегодовой скорости ветра. Резко сокращается доля очень слабых ветров, увеличивается доля ветров средней силы и повторяемость ветров восточных румбов.

После разрушения экспериментальных площадок в бухте Оскара исследования были продолжены на южном берегу острова Жилой. Здесь для среднего и верхнего литоральных горизонтов впервые установлено усиление абразионного истирания на второй год нахождения глыб в литоральных зонах (рис. 12). На нижнем литоральном горизонте изменение скорости разрушение глыб происходили аналогично закономерностям, установленным на других площадках. Впервые на протяжении 3 периодов наблюдения разрушение валунов не прекращалось, а в 2014-15 гг. происходит усиление разрушения валунов на нижнем и среднем литоральных горизонтах.

В целом за три года средняя скорость разрушения глыб составила 65±10 мкм/год, что сопоставимо со средними скоростями на других экспериментальных площадках (табл. 1). Скорость разрушения образцов на третий год исследования сопоставима со скоростями после стабилизации абразионного разрушения на других экспериментальных площадках. Вероятно, в верхней и средней литоральных зон, стабилизация скорости разрушения образцов произошла не за три, а за два года. За три года средняя скорость разрушения валунов составила 27±5 мкм/год. Это в 2.5 раза быстрее, чем на других экспериментальных площадках (табл. 1), но сопоставимо со скоростями разрушения валунов в периоды активизации абразионного разрушения.

Подводя итог изучения скорости разрушения крупнообломочного материала в литоральных зонах Мурманского побережья, необходимо оценить объем осадочного материала, поступающего в море. Так за 2930 суток эксперимента в море поступило 1.345 кг минерального вещества, что составляет около 100 грамм вещества в год с 1 м2 площади граней глыб. За тот же период времени в результате разрушения валунов в море поступило 0.080 кг минерального вещества, что составляет в среднем 30 грамм·вещества в год с 1 м2 площади поверхности валунов. В первый год нахождения глыб в литоральной зоне скорость поступления осадочного вещества в среднем составляет – 0.35 кг·г-1·м-2, за первые три года – 0.17 кг·г-1·м-2, в последующие годы – 0.09 кг·г-1·м-2.

Таким образом, после стабилизации абразионного разрушения глыб, с одного погонного километра литоральной зоны в море может поступать не более тонны осадочного вещества в год или менее 0.035 кг·м-2·г-1. Тогда со всего Мурманского побережья в результате абразионного разрушения глыбового материала в море поступает 650-850 тонн минерального вещества в год.

В результате абразионного разрушения валунного материала в год с одного погонного километра литоральной зоны в море может поступать 9-20 тонн минерального вещества. Масса хорошо окатанного валунно-галечного материала в литоральной зоне Мурманского побережья оценивается в 20-30 млрд. тонн (Павлидис и др., 1998, Гуревич, 2002). Согласно полученным данным, с тонны валунного материала в среднем в год поступает около 25-26 грамм минерального вещества, а всего в море поступает более 0.5 млн. тонн в год.

Аналогичные экспериментальные данные по разрушению крупнообломочного материала на среднем литоральном горизонте имеются по Карельскому берегу Белого моря. Здесь разрушение глыб гранитов, гнейсов и гнейсо-гранитов происходит со средней скоростью 36±10 мкм/год, что в полтора раза ниже средней скорости разрушения глыб в аналогичных условиях на Мурманском побережье. Но и сам процесс разрушения происходит иначе. В первые три года образцы разрушались медленно, при очень незначительном уменьшении скорости с 23 до 18 мкм/год. В 2009-2010 гг. на Карельском побережье происходит активизация абразионного разрушения всех образцов (рис. 13). Скорость разрушения в этот период времени превышает скорость истирания в первый год в 2.5 раза, подобного явления никогда не фиксировалось на Мурманском побережье. Скорость разрушения крупнообломочного материала на Карельском побережье зависит не столько от времени нахождения материала в литоральной зоне (в отличие от Мурманского побережья), сколько от внешних факторов активизирующих абразионный процесс (наблюдался дважды в 2009-2010 гг. и 2012-2013 гг.).



Рис. 13. Скорость абразии материала на литорали Карельского берега.

Таким образом, скорость разрушения глыбового материала во многом зависит от внешних (погодных) факторов, но в целом на Мурманском побережье процесс идет направлено от глыб к валунам (уменьшение скорости разрушения при длительном процессе окатывания). На Карельском побережье скорость разрушения глыбового материала происходит импульсно от одного периода активизации до другого и уменьшения скорости истирания со временем не наблюдается.

Так же несколько различаются скорости разрушения валунного материала на Мурманском и Карельском побережьях. На обоих побережьях валунный материал разрушается импульсно, но на Карельском побережье скорость разрушения валунов в полтора раза выше, чем на Мурманском побережье в тех же условиях. В любом случае разрушение валунов происходит медленнее, чем глыб даже очень компетентных к абразионному разрушению пород.

6.3. Аккумулятивные процессы в заливах Мурманского побережья



Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет