УДК: 577.346
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПРИМЕНЕНИЮ РАДИОЦЕЗИЕВОГО МЕТОДА ПРИ ИЗУЧЕНИИ СМЫВА И АККУМУЛЯЦИИ НА ПАХОТНЫХ СКЛОНАХ, ОСЛОЖНЕННЫХ ЛОЖБИННЫМ МЕЗО-И МИКРОРЕЛЬЕФОМ
Л. Н. Трофимец, к. г. н., доцент,
Орловский государственный университет,
trofimetc_l_n@mail.ru,
Е. А. Паниди, старший преподаватель,
Санкт-Петербургский государственный
университет,
panidi@yandex.ru
На основании анализа материалов экспериментальных исследований обсуждаются методические приемы, позволяющие при разработке моделей формирования смыва учитывать экспозицию, продольную и поперечную дифференцированность поверхности, обусловленную проявлениями ложбинного микро- и мезорельефа палеокриогенного происхождения. Для тальвега ложбины длиной 1000 м приводятся зависимости активности цезия-137 чернобыльского происхождения от площади сбора и профильной кривизны рельефа.
Площадь сбора, рассчитанная по методу DEMON, позволяет выявлять древовидные ложбины, а также идентифицировать их элементы (водоразделы, тальвеги, склоны). Зависимости логарифмического типа показывают снижение активности цезия-137 по мере роста площади сбора в областях выпуклой (снижение достигает 50 %) и вогнутой (снижение незначительно) частей тальвега. Приводятся зависимости (полиномиального типа) активности цезия-137 от профильной кривизны для вогнутой и выпуклой части тальвега.
Смыв почвы за послечернобыльский период предлагается рассчитывать в зависимости от активности цезия-137 (в пахотном слое), фоновой активности и плотности почвы. Зависимости справедливы для пахотных склонов крутизной до 6 градусов в области распространения серых лесных почв в бассейне Верхней Оки.
The methods that were based on previous experimental works are discussed in the paper. While making the washout models, these methods provide the opportunity to take into account the relief aspect and relief differences (along and transverse) that are the result of the paleocriogen-ic origin of hollow-type micro- and meso-relief effect. The calculation formula is presented for Chernobyl origin Cesium-137 activity calculation as the function of the catchment area and profile curvature for the thalweg of 1000 meters.
The catchment area (calculated using the DEMON method) gives the opportunity to detect the tree-type hollows and to identify their elements (such as watersheds, thalwegs and slopes). The logarithmic formulas show the Cesium-137 activity downgrade with the increase of catchment area on the convex (up to 50 % decreasing) and the concave (insignificant decreasing) parts of thalweg. Also the polynomial formulas are shown for calculation of Cesium-137 activity as function of profile curvature of the concave and convex parts of thalweg.
It is proposed to calculate soil washout for the post-Chernobyl period depending on the activity of Cesium-137 (in arable horizon), the background activity and density of soil. These formulas are quite applicable for the arable slopes of the slope degree up to 6° that are presented in the area of gray forest soils in the Upper Oka river basin.
Ключевые слова: пахотный склон, ложбины, палеокриогенное происхождение, цезий-137, площадь сбора, профильная кривизна, смыв, запас цезия-137, статистическая связь.
Keywords: arable slope; ravine; paleocryogenic origin; cesium-137; collecting area; profile curvature; washout; reserve of cesium-137; statistical relationship.
Введение. Повсеместное развитие ложбинного мезо- и микрорельефа на Восточно-Европейской равнине южнее границ валдайского оледенения и широкое сельскохозяйственное использование территорий, осложненных ложбинным рельефом, делают своевременными и актуальными исследования на этих территориях эрозионных процессов и связанных с ними особенностей трансформации загрязняющих веществ (в частности, пестицидов, радионуклидов искусственного происхождения и проч.). В условиях изменяющегося увлажнения результаты этих исследований могут стать составной частью схем долгосрочного прогнозирования реакции верхних звеньев флюви-альной сети (по которым распространяются загрязняющие вещества) на изменение условий рельефообразования.
В статьях авторов настоящего исследования не раз обсуждалась проблема учета в расчетных схемах смыва особенностей латерального перераспределения цезия-137 чернобыльского происхождения (как маркера эрозионных процессов) на склоновых поверхностях. Поперечная «...дифференцированность процессов смыва, размыва, аккумуляции» (Тимофеев, 1988) [1], связана на изучаемой территории с проявлениями форм мезо- и микрорельефа палео-криогенного происхождения [2, 3]. Экспериментальными исследованиями ряда авторов было выявлено наличие полигонально-блочных структур и их влияние на почвы на территории от «Пущино» (в Серпуховском районе Московской области (серые лесные почвы)) до заказника «Каменная степь» в Воронежской области (черноземы) [2]. Орловская область в аспекте влияния палеокриогенных процессов на геоморофолические процессы и почвенный покров на склоновых поверхностях изучена
Рис. 1. Справа — фрагмент, карты площади сбора, на которой видны древовидные ложбины, не распознаваемые на топографической карте и космическом снимке (слева): 1—3 — водосборы ложбин площадью до 50 000 кв. м; 4 — ложбина площадью 227 000 кв. м; 5 — тальвег; 6 — субпараллельные ложбины; 7 — тальвег ложбины-истока балки (8); 9 — балка; 10 — река Сухая Орлица; F — площадь водосборов ложбин; J — крутизна склонов; точки — места пробоотбора. Космический снимок доступен в Google EarthTM
недостаточно. По Еременко [3] формы рельефа в пределах обсуждаемого экспериментального участка, изображенные на рис. 1, могут быть отнесены к ложбинному рельефу разного ранга. Ложбины длиной в первые десятки метров и глубиной не более 1 м автор относит к микроформам. К мезоформам могут быть отнесены ложбины длиной в первые сотни метров и глубиной не более 10 м. Алифанов с соавторами [2] рельеф, подобный изображенному далее на рис. 1, объясняет криогенным растрескиванием поверхности в поздневалдайский период. Подтверждением тому является наличие в почвенном профиле палеокриогенных клиновидных грунтовых структур поздневал-дайского времени. В работе Беляева [4] приводится снимок реликтовой ледогрунтовой жилы в стенке карьера в бассейне реки Зуши в Мценском районе Орловской области. «Ложбины наследуют положение ледяных клиньев и зачастую сохраняют полигональность в плане. Подобные формы ...подробно описаны в бассейне Верхней Волги, где они являются элементом реликтовой криогенной морфоскуль-птуры» [3].
Сформированные полигональные структуры у разных авторов характеризуются примерно одинаковыми размерами. Алифанов с соавторами [2] описывает основные элементы строения поверхности как чередование блоков (размерами 15—40 м, возвышающихся над межблочными понижениями на 50—60 см), и межблочных понижений. Наши исследования позволяют констатировать, что на водораздельных участках (на пахотных склонах в бассейне Верхней Оки) блоки имеют размеры от 15 до
30 м. Ширина межблочных понижений — от 2 до 20 м. Превышения блоков над межблочными понижениями составляют от 50 до 100 см. Длины как древовидных (№ 1—5), так субпараллельных ложбин (№ 6 на рис. 1, 2) оцениваются в первые сотни метров. Глубина — от 60—100 см (ложбина № 1) до 2,5 м (ложбина № 2) и до 10 м (ложбина № 4 перед впадением в балку 9). На космическом снимке (см. рис. 1) видно, что на водораздельных, выровненных поверхностях полигональные структуры имеют гексагональную форму. С понижением местности, на склонах, увеличиваются их размеры, они становятся прямоугольными (тетрагоны). По их межблочным понижениям сформировалась эрозионная микросеть. В пределах экспериментального участка микросеть (совпадающая с положением тальвегов древних ложбинных понижений) сегодня по-преимуществу «работает» на коротких склонах там, где падение склона составляет 10—20 м (по отношению к местному базису эрозии, за который нами принята отметка основания склона в месте впадения тальвега ложбины в другую ложбину или в балку). Например, тальвеги современных ручьев в пределах водосборов 1—3 на рис. 1 и 2, длиной 200—400 м, совпадают с тальвегами ложбин (или понижений, по Али-фанову [2]). Для этих водосборов глубина местного базиса эрозии составляет 10—20 м. Остальные ложбины ориентированы по направлению к реке, глубина базиса эрозии которой — 35 м. Ручей (вдоль которого отбирались пробы почвы), изображенный на рис. 1 — 2 в виде цепочки точек, ориентированной почти перпендикулярно тальвегу основной ложбины № 4,
сформировал русло, «секущее» тальвеги древних ложбин. Замечено, что на экспериментальном участке ложбины № 4 ручьи, русла которых не совпадают с руслами древних ложбин, распространены на склонах, падение которых составляет 5 м (т. е. существенно меньше, чем базис эрозии, определяемый по отметке устья «принимающей» балки).
Геоморфологи объясняют возникновение ручьев этого типа результатом распашки, создающей неровности на поверхности, которые способствуют возникновению ручейковой сети. Именно сложная сеть ручьев (как современных, так ориентированных согласно простиранию древних ложбин), обусловливает вариабельность радиоактивности почвы. Эрозионные процессы в тальвегах и на склонах ложбин через смыв и аккумуляцию перераспределяют почву, загрязненную радионуклидами. Это обусловливает необходимость назначения репрезентативных точек экспериментальных исследований как поперек склона (для изучения влияния блочных повышений и межблочных понижений на вторичное перераспределение радиоцезия), так и вдоль (для изучения влияния особенностей латерального вторичного перераспределения радиоцезия вдоль тальвегов ложбин и вдоль водоразделов блочных повышений). При крупномасштабных исследованиях возможно исследование поведения радиоцезия в областях подошв склонов ложбин (притальвеговых зон аккумуляции).
На склонах разной крутизны полигонально-блочная дифференциация поверхности выражена по-разному. Если на более пологих склонах блочные повышения еще видны (водосборы № 1, 2, 4 с крутизной склонов, соответственно, 2,31°, 2,53° и 2,74°), то на бол
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.