№ 4
ГЕОМОРФОЛОГИЯ
октябрь-декабрь
2009
Методика научных исследований
УДК 551.435.122:551.4.012
© 2009 г. В.Н. ГОЛОСОВ
ИССЛЕДОВАНИЯ АККУМУЛЯЦИИ НАНОСОВ НА РЕЧНЫХ ПОЙМАХ: МЕТОДИЧЕСКИЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Исследования последних десятилетий в части количественной оценки баланса наносов в пределах речных бассейнов позволили на основе результатов детальных полевых исследований сделать ряд весьма важных заключений о соотношении наносов, сносимых со склонов междуречий, и доли их поступления в днища речных долин, включая оценку аккумуляции на пойме. Выяснилось, что на равнинах умеренного пояса до начала их интенсивного антропогенного освоения темпы эрозионных процессов на склонах междуречий были на два порядка ниже современных, отмечаемых в бассейнах рек с относительно высокой антропогенной освоенностью [1]. При этом скорости накопления пойменного аллювия в тех же бассейнах возросли только на порядок [2, 3]. Причины подобной диспропорции кроются в переотложении значительного объема наносов собственно на склонах и в днищах сухих долин, происходящего в период интенсивного освоения территорий в позднем голоцене [4]. Позднего-лоценовая динамика отложения пойменного аллювия является интегральным показателем интенсивности эрозионно-аккумулятивных процессов в речном бассейне в условиях изменяющегося антропогенного пресса и на фоне климатических флуктуаций. Поэтому изучение изменений темпов аккумуляции наносов на речных поймах в период резкой интенсификации промышленного и сельскохозяйственного производства возможно только при использовании набора методов, позволяющих датировать различные горизонты пойменного аллювия или напрямую фиксировать темпы отложения материала, применяя специально оборудованные, маркирующие поверхность поймы приспособления. Одновременно индивидуальные морфологические особенности конкретных участков поймы, в первую очередь их положение относительно русла и превышение поверхности над меженными урезами воды в реке, определяют дискретность и интенсивность накопления материала в пределах каждого из этих участков. Количественные данные о темпах накопления аллювия в пределах различных участков пойм дают представление о динамике ее развития. Кроме того, речные поймы являются зонами избыточного накопления загрязняющих веществ, поступающих в различные части речного водосбора и в конечном счете переносимых речным потоком. В предлагаемой статье проводится анализ методов исследования пространственно-временных изменений темпов аккумуляции на речных поймах и некоторые результаты оценок темпов пойменной аккумуляции.
Известно, что в условиях равнин рост антропогенного воздействия на речной бассейн неизбежно ведет к резкому усилению эрозионных процессов и, как следствие, ускорению аккумуляции наносов на поймах. Подобные изменения фиксируются погребенными ал-лювиально-луговыми почвами, захоронение которых происходило синхронно с массовой распашкой речных водосборов или другими масштабными изменениями на водосборах,
способствующими усилению эрозионно-аккумулятивных процессов. Достаточно часто в разрезе выделяются несколько горизонтов погребенных почв, датировка которых с помощью радиоуглеродного [5] или оптико-люминисцентного метода (ОЛМ) [6] позволяет выявить время их образования. В свою очередь тип погребенной почвы указывает на интенсивность накопления аллювия в период ее формирования. Установлено, что зональные типы почв могут формироваться на речных поймах при темпах аккумуляции менее 1 мм/год [5]. В интервале темпов аккумуляции 1-3 мм/год развиваются типичные аллювиальные почвы, тогда как при темпах аккумуляции свыше 3 мм/год хорошо развитые почвы не успевают формироваться. Тем самым, исследование почвенного покрова поймы дает отчетливое представление об интенсивности процессов отложения аллювия.
Метод погребенных почв желательно использовать совместно с применением радиоуглеродного или ОЛМ датировки отложений. Хотя при относительно недавнем времени массового земледельческого освоения территории, как, например, в южной половине Русской равнины, вполне достаточно исторических описаний, указывающих на изменение площадей пахотных земель в пределах конкретного водосбора [7]. Это связано с тем, что точность радиоуглеродных датировок приемлема для интервалов времени, превышающих 300-летний период. В то же время для территорий длительного освоения именно радиоуглеродный метод позволяет довольно точно выявить временной интервал образования исследуемого горизонта аллювиальных отложений. Так детальные исследования на речном водосборе в лёссовом поясе Центральной Бельгии позволили установить темпы пойменной аккумуляции, составившие 2.5 мм/год за последние 1000 лет, которые соответствуют периоду распашки территории [8]. При этом в ненарушенных условиях, предшествующих этому периоду времени, среднегодовые темпы аккумуляции составляли 0.2-0.3 мм. Следует отметить, что авторы исследования использовали большое число радиоуглеродных датировок, но и при этом погрешность определения возраста оценивается в ±400 лет. Поэтому для датировок привлекались также архивные сведения. Аналогичные соотношения были получены и при исследовании других водосборов лёссового пояса Западной и Центральной Европы [9, 10].
Оптико-люминесцентный метод датировок основан на использовании свойств частиц кварца накапливать радиацию при солнечном излучении. При их захоронении переотложившимися наносами этот процесс прекращается. Зная период полураспада долгоживущих радиоактивных элементов, накопившихся в зернах кварца в период, когда они находились на поверхности, можно достаточно точно оценивать темпы накопления материала за период с момента их захоронения. Следует отметить, что при отборе образцов для проведения ОЛМ необходимо изолировать пробу от попадания света. Для этих целей используются специальные металлические трубки [11]. Применение ОЛМ наиболее целесообразно для объектов, на которых недостаточно материала для проведения радиоуглеродного датирования. Точность определения возраста отложений при использовании данного метода выше, чем при использовании 14С. Поэтому в последние годы предприняты попытки использования ОЛМ для датировок отложений, накопившихся, в том числе, в последние 100-300 лет на территории Австралии, массовое земледельческое освоение которой приходится на данный интервал времени [12]. Точность определения возраста различных горизонтов для данного временного интервала составила в среднем ±20-30 лет. Причем сопоставление полученных датировок с радиоцезиевым методом, позволяющим датировать отложения на данный момент 40-50-летнего (для глобального цезия) возраста, подтвердили достоверность определений с указанной точностью, хотя в ряде случаев ошибки определения были существенно выше.
Для более точных определений динамики накопления материала на поймах традиционно используют методы ловушек. В качестве ловушек наиболее широко применяют маты из искусственной травы, закрепляемые на поверхности. Маты площадью от 20 см2 до 1 м2 можно размещать на разных уровнях поймы, что позволяет отслеживать характер накопления аллювия после каждого случая ее затопления [13]. С определенной периодичностью маты снимают, и отложившийся на них грунт аккуратно смывают в специальные боксы. После отстаивания чистую воду сливают, отделяют растительные остатки, а грунт
высушивают и взвешивают. Тем самым возможно оценивать даже сравнительно низкие (первые мм) темпы аккумуляции.
В качестве альтернативы матам используют круги из прозрачного пластика, с отверстием в центральной части, через которое закрепляют погруженный в грунт репер, необходимый для жесткой фиксации диска в грунте [14]. Желательно повысить шероховатость поверхности пластика путем напыления на него слоя песка, который будет препятствовать смыву частиц, отложившихся в период затопления участка поймы. Данный метод более удобен с точки зрения оперативности отбора отложившихся наносов по сравнению с методом матов из искусственной травы.
Другой метод заключается в формировании маркирующего горизонта - слоя из белой глины [15]. Отложившиеся выше маркированного горизонта наносы можно неоднократно измерять в течение достаточно длительного времени. Данный метод наиболее прост и сравнительно дешев, так как расходуются только средства, необходимые для приобретения глины. Тем не менее, несмотря на простоту и дешевизну метод ловушек и маркированных горизонтов требует достаточно продолжительного времени наблюдений для получения достоверных сред-немноголетних значений темпов аккумуляции. В то же время они весьма практичны для исследования межгодовой и внутригодовой вариабельности пойменной аккумуляции. Часто горизонты-маркеры возникают естественным путем при размыве хвостохранилищ шахт по добыче полезных ископаемых или прорыве прудов-накопителей отходов переработки различных руд [16]. Поскольку даты подобных событий известны, то отложения на поймах, сформировавшиеся в зафиксированный период времени и сравнительно легко идентифицируемые, могут использоваться в качестве маркера для определения темпов аккумуляции.
В последние десятилетия в качестве маркеров применяются изотопы 137Сб глобального и Чернобыльского происхождения [17] и атмосферная составляющая изотопа 210РЬ [18]. Имеющий искусственное происхождение изотоп 137Сб появился в атмосфере с началом проведения ядерных взрывов, начиная с бомбардировок Хиросимы и Нагасаки в 1945 г. и в массовом порядке в северном полушарии - при испытаниях ядерных бомб в период 19541963 гг. Максимум выпадения изотопа пришелся в северном полушарии на 1963-1964 гг., а относительно меньший по размеру пик выпадения - на 1958 г. Кроме того, на значительной части Европы хорошо идентифицируется пик выпадений 137Сб, связанный с попаданием в атмосферу радионуклидов после аварии на четвертом энергоблоке Чернобыльской АЭС весной 1986 г. Поэтому детальный анализ вертикального распределения 137Сб в разрезе отложений, в том числе и пойменных, позволяет достаточно точно определить темпы аккумуляции как минимум за два (с 1964 г. и с 1986 г.), а в идеальном случае и за три времен
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.