УДК 551.435
© 2012 г. И.В. КОВДА МОРФОЛОГИЯ И ГЕНЕЗИС ГИЛЬГАЕВ
Введение
Микрорельеф (т.е. формы рельефа размером до нескольких метров), сформированный экзогенными процессами, может иметь различный генезис. И.С. Щукин называл следующие его типы: аллювиально- и эолово-аккумулятивный, водно- и эолово-абляционный, элювиально-суффозионный, мерзлотный, биогенный и микроформы, создаваемые гравитационными процессами [1]. Однако в этом перечне отсутствует еще один тип микрорельефа, изученный почвоведами и геоморфологами преимущественно в тропических и субтропических регионах [2], но встречающийся и в умеренных широтах, - гильгай.
Понятие"гильгай"
Среди разных генетических типов микрорельефа гильгай занимает особое место. Термин "gilgai" был введен в научную литературу в 30-х гг. прошлого века Дж. Пре-скоттом, который позаимствовал его у аборигенов Нового Южного Уэльса Австралии, использовавших термин для обозначения распространенного там микрорельефа [3]. Одной из причин достаточно широкого развития подобных форм в Австралии считается исторически сложившийся уклад жизни аборигенов, которые не занимались сельским хозяйством, что позволило сохранить обширные участки гильгаев до наших дней [4]. Именно в Австралии этот микрорельеф наиболее глубоко изучен и описаны его разнообразные формы [4-5]. Первоначально морфологически различные формы имели собственные названия, однако затем они были объединены общим термином "гильгай" [6]. Интернациональным этот термин стал в 50-х гг. прошлого века, после его включения в американское руководство по описанию почв [7]. В России гильгаи определены как чередование повышений и понижений, характерных для ландшафтов с глинистыми почвами (вертисолями или слитоземами), обладающими повышенной способностью к набуханию и распространенными в климатических условиях с контрастным режимом осадков [8].
Морфология
В строении гильгаев выделяют два или три элемента: повышение (бугор), склон (уступ) и понижение (западина). По их площадному соотношению выделено 4 основных типа гильгаев [7] (рис. 1). Под буграми, а иногда под склонами или седловинами наблюдаются выпучивания (внедрения, интрузии) нижележащего материала. Они могут быть различной ширины и формы и иногда достигают поверхности почвы (рис. 2). Существует ряд терминов для их обозначения (сЫшпеу, involution, protrusion, diaper, mukkara). Выпучивания сопровождаются формированием плоскостей скольжения, называемых зеркалами скольжения или сликенсайдами (рис. 2).
По амплитуде, т.е. вертикальному перепаду высот между вершиной повышения и днищем западины, различают малые (до 15 см), средние (до 65 см) и большие гильгаи; наиболее часто в литературе описываются формы с амплитудой 30-35 см. В Австралии известны так называемые "гигантские гильгаи" с амплитудой до 1 м и более [9]. Латеральные размеры гильгаев варьируют от 2-3 до 7 м, а иногда и более 100 м.
По морфологии гильгаи бывают нормальные (или округлые), линейные или волнистые, сетчатые, прямоугольные, удлиненные прямолинейные и др. [4]. Отмечена приуроченность нормальных гильгаев к равнинным территориям, а линейных -к склоновым; сетчатые гильгаи интерпретируются как переходный тип [7]. Выска-
Рис. 1. Основные типы гильгаев по соотношению площадей элементов [7]
Рис. 2. Внутреннее строение гильгаев (фото автора) Левая часть фото - западина, правая часть - бугор с выпучиванием нижележащего материала. Видны вскрытые плоскости скольжения - сликенсайды, указывающие направление выпучивания материала. Горизонтально натянутая бечевка отмечает глубину 100 см от поверхности бугра
зывались предположения о возможности эволюционирования одного типа гильгаев в другой, в частности, западинных гильгаев в нормальные (или округлые) через стадию волнистых [10]. Предположительно, аналогично микрорельефу полярных регионов в тропических гильгаях формирование округлых, волнистых или сетчатых форм также обусловлено рельефом территории, в частности, склоновыми процессами [11].
Распространение и механизм формирования
Гильгаи приурочены к ареалам вертисолей, т.к. именно эти почвы обладают способностью к сильному набуханию за счет своего глинистого состава и обогащеннос-ти разбухающими глинистыми минералами (рис. 3). В целом можно говорить, что
Рис. 3. Карта мира с указанием ареалов распространения вертисолей как доминирующих (1) и сопутствующих (2) почв [по 15], гильгаев (3) [по 9, с дополнениями автора] и границ государств (4)
гильгаи встречаются преимущественно в тропическом и субтропическом климате, однако их распространение не ограничивается этими зонами: они описаны и в гумидных, и в аридных условиях. Х. Оакс и Дж. Торп, впервые характеризуя вертисоли и гильгаи в США, отметили, что гильгаи встречаются в гумидных и субгумидных условиях [12]. По другим наблюдениям, этот микрорельеф лучше выражен в субгумидных или семиаридных условиях [13], также отмечена прямая зависимость между частотой и интенсивностью сезонного переувлажнения и выраженностью гиль-гаев [14]. Оценка распространения микрорельефа в целом осложняется тем, что частично он был уничтожен или значительно трансформирован при сельскохозяйственном освоении территорий.
Гильгаи встречаются на различных макроформах рельефа и в широком диапазоне абсолютных высот. Имеется много данных об их распространении на аллювиальных равнинах и в нижних частях склонов [5]; они часто фиксируются на поймах и дельтах рек, на прибрежных или приозерных низменных территориях [15-17]. В Предкавказье гильгаи обнаружены на перегибах склонов увалов [18]. Однако известны они и на высотах около 1600 м, например, в Руанде (персональное сообщение К. Матье) (рис. 4).
Ранее гильгаи включались в число диагностических признаков выделения вертисолей как особого типа почв. Но по мере накопления материалов обнаружилось, что многие из вертисолей не сопровождаются специфическим микрорельефом поверхности. В таком случае следует полагать, что необходимы дополнительные факторы, приводящие к формированию микрорельефа. Основная гипотеза его происхождения сводится к роли растрескивания набухающих грунтов. Гильгаи считаются результатом активного проявления процессов усадки (растрескивания), набухания (увлажнения) и латеральных сдвигов в результате засыпания рыхлого поверхностного материала в открытые трещины и последующего избыточного давления снизу (после увлажнения и набухания).
Рис. 4. Гильгаи в различных регионах и геоморфологических позициях
А - терраса р. Бразос, Техас, США (фото автора), Б - пологий склон (перегиб склона) увала в Центральном Предкавказье, Россия (фото автора), В - высокогорья Руанды (фото К. Матье, Франция)
Этот процесс вертикального перемешивания был назван глинистыми педотурбациями (рис. 5). Однако интерпретации этого процесса варьируют. Так, В. Неттлтон с соавторами считает, что при увлажнении вдоль трещин вверх выталкивается плотный сухой блок [19]. По другой гипотезе гильгаи связаны с необратимым растрескиванием ила (вызреванием) по мере обсыхания обводненной территории [20]. Эта гипотеза распространялась на гильгаи аккумулятивных - озерных, морских или болотных - ландшафтов [15]. Ряд гипотез описан в [21]:
- различия в набухающей способности слоев (эта гипотеза учитывает основную версию, а также факт, как правило, более высокой способности к набуханию нижних горизонтов почв);
- дифференцированная нагрузка (эта же теория использовалась ранее в геологии для объяснения формирования диапировых складок - куполообразных антиклинальных складок со смятым ядром, образующихся при выдавливании снизу высокопластичных пород);
- комбинированная теория образования микрорельефа гиль-гай и интрузий при дифференцированных нагрузках и различий в пластичности слоев. Эта модель подразумевает, что гильгаи могут формироваться при наличии двуч-ленности отложений, когда слои отличаются по набуханию и пластичности.
Таким образом, несмотря на то, что нет сомнений в связи гильгаев
с процессами усадки и набухании, не все разбухающие почвы - вертисоли - сопровождаются этим микрорельефом, и процесс формирования гильгаев до конца не выяснен [22].
По материалам изучения гильгаев в Австралии установлено пять основных факторов, влияющих на размер и геометрию этого микрорельефа [4]:
- увеличение набухания с глубиной, что важно для возможности образования широких трещин в нижних горизонтах. Этому же может способствовать растительность с глубокой корневой системой;
- размер агрегатов в каждом почвенном горизонте. Особое значение придается формированию тумбовидных отдельностей в подповерхностном горизонте;
I
Рис. 5. Механизм образования гильгаев при педотурбациях [по 6]
Почва: 1 - сухая, 2 - влажная; 3 - трещины, заполненные поверхностным мелкоземом; 4 - направление давления при набухании
- цикличность увлажнения: в условиях переувлажнения и недостаточного просы-хания гильгаи не формируются. Оптимальные условия для их формирования - суб-гумидный климат; каменистые гильгаи формируются в аридном климате благодаря спорадическому переувлажнению сильными ливнями;
- вертикальное изменение гидролитической проводимости;
- вертикальное изменение пластичности: выдавливание пластичного материала нижних горизонтов между блоками плотного верхнего.
По нашим наблюдениям, при справедливости всего вышесказанного особое значение имеет грунтовая подпитка почв влагой. При отсутствии периодической грунтовой подпитки гильгаи не формируются. Именно этим, на наш взгляд, можно объяснить то, что гильгаи встречаются не во всех вертисолях, однако часто описываются в аккумулятивных ландшафтах или приурочены к перегибам склонов. Гильгаи формируются в условиях контрастного климата, но при наличии грунтовой подпитки, способствующей набуханию нижележащего материала и его медленному постепенному латеральному выдавливанию вверх. Выясняется также определенная приуроченность гильгаев к поверхностям выравнивания и педиментам. В пределах участков этих денудационных равнин на поверхность нередко выходят древние глинистые отложения. Они являются водоупорами, и к ним приурочены верховодка и выходы грунтовых вод. Таким образом
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.