Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Эволюция береговой зоны восточной части Финского залива в голоцене

ВАК РФ 25.00.25, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Эволюция береговой зоны восточной части Финского залива в голоцене"

□03064240

На правах рукописи УДК. 551 43

ГИЛЬ ДИН СЕРГЕЙ МИХАЙЛОВИЧ

ЭВОЛЮЦИЯ БЕРЕГОВОЙ ЗОНЫ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ ФИНСКОГО ЗАЛИВА В ГОЛОЦЕНЕ

Специальность: 25.00 25 - геоморфология и эволюционная география

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 2 ИЮЛ 2007

Санкт - Петербург 2007

003064240

Работа выполнена на кафедре физической географии и природопользования ГОУ ВПО «Российский государственный педагогический университет имени А.И. Герцена»

Научный руководитель-

Официальные оппоненты

Доктор педагогических наук, кандидат геолого-минералогических наук, профессор Евгений Михайлович Нестеров

Доктор геолого-минералогических наук, профессор

Никита Николаевич Верзилин

Кандидат географических наук Юрий Юрьевич Скибин

Ведущая организация.

Институт географии РАН

Защита состоится

/f

/У Ч!

__ 2007 года в /У часов на

заседании Диссертационного совета Д 212 199.26 по присуждению ученой степени доктора наук при Российском государственном педагогическом университете им А И Герцена по адресу 191186, Санкт-Петербург, наб р. Мойки, 48, корп 12, ауд. №5.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке Российского государственного педагогического университета им. А И Герцена

Автореферат разослан «

2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.п.н, доцент

И П. Махова

I. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Переход между морем и сушей всегда играл важную роль в жизни человечества и являлся объектом различных исследований, в том числе эволюционно-географического характера Несмотря на широкий разброс мнений о границах простирания, этот переход, как правило, отождествляется с понятием «береговая зона» Важным направлением в исследованиях береговых зон являются работы по изучению характера и направленности эволюции прибрежных экосистем и ашропогенных факторов воздействия на среду Одним из наиболее информативных компонентов эволюции природной среды береговой зоны являются донные осадки аквалышх геосистем Донные отложения прибрежных озер и рек содержат в себе наиболее полную и объективную информацию о физико-географических условиях, существовавших не только в самих водоемах, но и в береговой зоне (суши) в целом

В последние годы установлено, что аквальные геосистемы, расположенные на территории городов, являются наилучшими индикаторами степени загрязненности окружающей среды урбанизированных территорий, поскольку представляют собой аккумулирующие составляющие гидрографической сети (Водные объекты , 2002, Кондратьев и др, 1998) Если продолжительность формирования этих осадков в масштабе исторического времени была значительной, то можно получить сведения о соотношении природных и антропогенных факторов, обусловивших возникновение выявленных изменений геохимических особенностей осадков

Таким образом, диссертационное исследование посвящено актуальной проблеме - изучению природно-антропогенной эволюции аквальных геосистем береговой зоны Объектом исследования являются прибрежные аквальные геосистемы восточной части Финского залива с оценкой антропогенного влияния и степенью проявления его р донных отложениях в водоемах и водотоков, преимущественно с естественно-сельскохозяйственной (р Сенокосная), рекреационной (оз Сестрорецкий разлив), промышленной (малые водотоки Санкт-Петербурга) и с радиационно-техногенной (Ковашская котловина (Сосновый Бор)) нагрузкой

Предмет исследования - особенности эволюции природных процессов, протекающих на водосборных площадях и в различных звеньях гидро1рафической сети в естественных и ашропогенных условиях, устанавливаемых палинологическими и геохимическими методами исследования

Целью настоящей работы является установление временной динамики, факторов, закономерностей и этапов голоценовой эволюции береговой зоны методами комплексной палинолошческой и геохимической стратификации донных отложений прибрежных водоемов и водотоков восточной части Финского залива

Для достижения поставленной цели ставились и решались следующие основные задачи.

- анализ литературных и фондовых источников и общая характеристика эволюции природной среды территории;

- проведение анализа, разработки и апробации методов изучения депонирующих сред (болотных образований, донных осадков, почв, снежного покрова) береговой зоны в процессе природного и антропогенного взаимодействия,

- обоснование характера и установление тенденций палинологической и геохимической эволюции водоемов и водотоков береговой зоны,

- изучение закономерностей лито- и биостратификации донных (озерно-болотных) отложений аквальных геосистем голоцена для реконструкции времени и характера процессов и факторов осадконакопления,

- осуществление реконструкций развития природной среды восточной части Финского залива в голоценовое время,

- определение основных факторов техногенного воздействия на исследуемую территорию во временном контексте естественной истории

Теоретической и методологической основой диссертации являюгся конструктивные идеи и результаты исследования отечественных и зарубежных специалистов в области географии, геологии и биологии К К Маркова, ЛП Карпинского, НН Верзшшна, ЕМ Нестерова, ОФ Дзюбы, ДАСубетго, Г И Клейменовой, Н В Ловелиуса, В Т С Фокс-Странгвейс и др

В основу исследования положены принципы системности и целостности Под системностью понимается общее единство взаимодействия всех компонентов природной среды и тесная взаимосвязь всех природно-антропогенных процессов и факторов формирования и развития аквальных геосистем береговой зоны Под целостностью понимается имеющее определенную упорядоченность в пространстве и времени разнообразие типов взаимодействия природно-антропогенных факторов, которое выражается не только в региональных, но и в локальных различиях природно-антропогенных условий

Фактический материал и методы исследования. В основу диссертации легли результаты тематических исследований на участках береговой зоны Выборгского и Ломоносовского районов Ленинградской области, а также Санкт-Петербурга и его окрестностей, полученных автором в течение полевых сезонов 2003-2006 гг Основой фактического материала исследования явилось представительное количество отобранных и изученных автором кернов и поверхностных проб донных осадков, почв, коренных пород и талой воды Автором было выполнено, общей сложностью, более тысячи различных геохимических, радиоизотопных, спорово-пыльцевых, литологических анализов в лабораториях Геохимии окружающей среды Р111У им А И Герцена, радиационной гигиены СЭС Санкт-Петербурга, а также в отделе стратиграфии и седиментации ВНИГРИ

Научпая новизна работы. В ходе исследования

- уточнены тенденции географической эволюции и динамика природных процессов береговой зоны Финского залива в голоценовое время На основе авторского комплексирования палинологических, геохимических методов и других географические подходов, получены новые результаты, которые отразили ряд факторов и закономерностей в естественной и антропогенной эволюции береговой зоны,

- получены авторские палинологические данные, позволяющие детализировать этапы эволюции природной среды изучаемой территории,

- построены детальные геохимические карты, составлены электронные таблицы, являющиеся основой для создания информационной базы исследований, систематизирующие результаты статистической обработки аналитических материалов по донным осадкам, почвам, снежному покрову и поверхностным водам,

- установлена высокая степень корреляции палинологических и геохимических данных, что позволяет использовать последние в ходе эволюционно-географических исследований

Теоретическая значимость диссертационного исследования заключается в разработке качественно нового подхода к изучению эволюции природной среды береговых зон на базе изучения эколого-геохимического состояния донных осадков и иных депонирующих сред как в естественных условиях развития ландшафтов, так и в обстановках перехода от естественного состояния речных и озерных геосистем к измененному в результате многокомпонентного антропогенного воздействия на окружающую среду

Практическая значимость работы состоит в определении эволюционно-географических закономерностей развития окружающей среды, в выявлении характера техногенного воздействия на природу, а материалы, изложенные в работе, могут быть использованы в целях палеогеографических реконструкций для восстановления динамики аквальных геосистем береговой зоны Финского залива и с целью эколого-географического районирования, планирования природопользования и природоохранной деятельности на территории береговых зон

Полученные результаты используются в учебном и научном процессе РГПУ им А И Герцена и ВНИГРИ

Достоверность исследований определяется всесторонним теоретическим анализом, представительностью фактического материала, современным уровнем эволюционно-i еографических и эколого-геохимических исследований, подробным анализом опубликованных и фондовых материалов по изучаемой тематике

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертации изложены в 9 печатных работах Результаты исследований доложены на V и VI Международных семинарах «Геология и эволюционная география» (РГПУ им А И Герцена, 2005, 2006 гт), IV Международной конференции «Геология в школе и вузе» (РГПУ им. А И Герцена, 2005 г), VI и VII Межвузовской молодежной научной конференциях «Школа экологической геологии и рационального недропользования» (СПбГУ, 2005,2006 гг)

Содержание работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения Цитированная литература содержит 211 названий Объем работы -205 страниц машинописного текста, включая 12 таблиц и 38 рисунков Защищаемые положения.

- разработанная и апробированная компчексная методика реконструкции развития окружающей среды позволяет уточнить и детализировать многокомпонентную эволюционно-географическую историю региона,

- осадки аквальных геосистем, сформировавшиеся на последних этапах (послеледниковом, озерном, морском) развития береговой зоны восгочной части Финского залива в голоцене, обладают характерными особенностями, позволяющими произвести детальное расчленение комплексов отложений по спорово-пыльцевым диаграммам и специфической последовательности литолого-геохимических типов,

- данные палинологических и геохимических исследований имеюг высокую степень корреляции, что позволяет использовать геохимические данные в случаях, когда применение палинологического метода невозможно или его результаты не презентабельны,

- общий тренд развития природной среды восточной части Финского залива в голоценовое время определяется совместным ходом истории послеледниковья северного полушария и местными (локальными) факторами развития, определяемыми движениями Балтийского щита Восточно-Европейской платформы и динамикой климата последних 10 тыс лет естественной истории,

- полученные результаты исследования техногенного воздействия на изучаемую территорию во временном котексте позволяет прогнозировать экологические последствия такого воздействия и проектировать меры ее экологической защиты

II. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность избранной темы исследования, определены объект, предмет и цели исследования, основные задачи работы, сформулированы положения, выносимые на защиту, обоснованы научная новизна и практическая значимость резульгагов исследования Логика и результаты исследования представлены в главах диссертации

В первой главе «Общая характеристика развития природной среды береговой зоны восточной части Финского залива» подробно раскрывается сущность понятия «береговая зона» и «аквальные геосистемы», а также дается общая характеристика природных условий береговой зоны и их эволюции в восточной части Финского залива

Под береговой зоной объекта исследования понимается переход от суши к акваториям различного типа в пределах площади города и его окрестностей (Нежиховский РА, 1981) Понятие «аквальная (водная) геосистема» используется для обозначения природных и антропогенно-трансформированных водных объектов как единых пространств компоненты, которых находятся в системной связи друг с другом (Опекунов А Ю , 2005)

Современное положение и очертание береговой зоны восточной части Финского залива (рис 1), прежде всего, связано с историей геологического развития Санкт-Петербургского региона Береговая зона в данном случае характеризуется исключительной геологической молодостью, т к возникновение ее связано с поздне-послеледниковьем, а этап становления относится к голоцену, продолжается 5-6 тыс лет и еще далек от своего завершения даже по основным показателям Это подтверждается значительной динамической подвижностью ландшафтов береговой зоны В то же время береговые и прибрежные процессы здесь имеют место в пределах одного из древнейших геологических рубежей планеты, проходящего между Балтийским кристаллическим щитом и Русской платформой со всеми вытекающими отсюда особенностями геологического строения, тектоники, распределения физических полей и многого другого

Таким образом, вышеизложенные параметры развития природной среды береговой зоны Финского залива являются и контекстом ее геохимической эволюции Геохимическая история сопряжена с историей эволюции географической оболочки В течение всех геохимических этапов формирования территории географическая среда является важнейшим фактором, лимитирующим состав и структуру осадочных горных пород, а ландшафтная сфера - это область, где физико-географические и геохимические процессы имеют адекватный друг другу характер, то есть это неразделимые в пространстве и времени процессы

Во второй главе «Методы и практические результаты исследования» выполнен анализ комплекса методов полевых и аналитических исследований, использованных в работе для изучения голоценовой истории и современного экологического состояния аквальных геосистем и природной среды восточной части береговой зоны Финского залива

Опорные участки: А — р.Сенокосная; В - o*i.Сестрорецкий разлив; В - водотоки

Санкт-Петербурга; Г - К о ваш ска я котловина (Сосновый Кор)

Приводятся с порово-пыльцевые диш рам мы и палинологическая характеристика разрезов, изученных автором. Построены л и гострати графические колонки и оценены темпы осадкон акпп л е н и я для исследйшн мьгх аквальных гсоёйстем. Также рассмотрены особенности поведения изученных микроэлементов в осадках голоиенового времени.

Для достоверной реконструкции особенностей эволюции водных бассейнов и ландшафтов, составляющих взаимосвязанную систему, выяснения их современною геоэкологического состояния, существенное значение имеет применение оптимального комплекса методов анализа природной среды. Такой комплекс, адаптировавший лито лого-седиментолош чес кие, геохимические, палинологические, радиоизотопные и геоэкологические методы, был создан нами для корреляции данных, характеризующих голоценовое развитие и современное экологическое состояние аквальных геосистем и природной среды восточной части береговой зоны Финского запива.

В основе работы лежат следующие виды исследования:

- палинологический (споро а о-пыльцевой) анализ 92 образцов болотно-озерных отложений, отобранных ш двух (5-ти и 6-ти метровых) колонок;

— порядка 5000 элсментооиределений тяжелых металлов (Pb, Zn, Си, Ni, Со. Сг, V. Sr), мышьяка И некоторых оксидов (FcjOi. МпО, ТЮД содержание которых определялось но методике выполнения измерений массовой доли металлов а оксидов металлов п порошковых пробах почв методом решенофлюореецентного анализа на спектрометре «СПЕКТРОСКА1 ! МАКС». На этом же приборе выполнялось изучение проб талых и поверхностных вод, всего около 30;

- более 80 элементоопределений удельной активности радионуклидов (К-40, Cs-137, Ra-226, Th-232) проводилось на базе аналитического комплеска «РАДЭК» по методике анализа счетных образцов изготовленных из проб грунта

Обработка аналитических данных производилась с применением программ Surfer 7 0, Excel

В исследованных разрезах береговой зоны в том числе изученных автором (пойма р Сенокосная, Сестрорецкое болото) формирование осадков происходило на протяжении большей части голоценового времени и охватило эпоху от пребореального периода до настоящего времени Построенные спорово-пыльцевые диаграммы авторских разрезов по процентным соотношениям и общим закономерностям распространения главных компонентов сопоставимы с диаграммами опорных разрезов голоцена Северо-Запада, на которых установлены характерные пыльцевые уровни для каждого климатического периода голоценового времени

Также учитывались литологические структуры и темпы формирования органо-минеральных отложений объектов исследования Установлено, что наибольшие скорости осадконакопления характерны для аквальных геосистем, подверженных техногенному воздействию (в частности, первые мм в год для водотоков центральной части Санкт-Петербурга)

Не менее значимый индикатор палеоэкологических условий - содержание органического вещества (OB) в осадках водоемов В результате исследования можно констатировать, что для разрезов прибрежной зоны Финского залива вариации OB в осадках даю г несколько максимумов, соответствующих климатическим фазам потепления и повышения продуктивности аквальных экосистем

Нами определена генетическая связь элементов накопление органического вещества сопровождается лишь незначительным осаждением Zn (ÄH),33) и максимальной сорбцией РЬ (А"=0,78), что может быть связано как поступлением его в составе органно-минеральных веществ с водосбора, так и связью с новообразованиями, остатками растений и живогных Наибольшие положительные связи мевду микроэлементами прослеживаются у Cu-Fe-Cr-V-Ti-Sr- (в среднем К-0,74) и в меньшей сгепени Ni (ЛГ—0,4) - эт элементы в основном мигрируют во взвешенном состоянии, сорбируясь на глинистых частицах Значительно менее устойчивыми корреляционными связями характеризуются Mn-Pb-As (в среднем /¡¡■=0,45) и Zn-Co (7^=0,41), что свидетельствует о разнохарактерных процессах их накопления

Для эколого-геохимических исследований современных (поверхностных) отложений используются те же приемы математической статистики и сравнительного анализа, основанные на сопоставлении полученных результатов с ПДК (предел допустимой концентрации), а также с фоновыми содержаниями химических элементов и выделением (в основном) положительных геохимических аномалий

Кроме этого для характеристики техногенных геохимических ассоциаций использовался комплекс следующих относительно простых показателей

1 Коэффициент концентрации химического элемента Кс,

2 Коэффициент среднего накопления химических элементов Rx,

3 Суммарный показатель загрязнения Zc,

4 Показатель санитарно-токсикологической опасности Zern,

5 Показатель долевого участия химического элемента в геохимической ассоциации Мс%

Таблица 1

Матрица коэффициентов корреляции между микроэлементами разреза р Сенокосная

Ъа Си № Со Ре Мп Сг V Т| Ав вг пп п

РЬ 0,3 -0,5 -0,7 0,03 -0,62 0,4 -0,7 -0,7 -0,77 0,5 -0,6 0,78

Ъа -0,64 0,07 0,41 -0,4 0,15 -0,38 -0,38 -0,2 0,07 -0,66 0,33

Си 0,4 -0,18 0,8 0,09 0,75 0,68 0,62 0 03 0,89 -0,61

N1 0,24 0,58 -0,3 0,68 0,57 0,74 -0,26 0,38 -0,79

Со 0,1 0,13 0,03 -0,03 0,14 0,08 -0,18 -0,1

Ре 0,2 0,83 0,78 0,77 0,02 0,84 -0,76

Ми -0,1 -0,2 -0,2 0,5 0,05 0,17

Сг 0,8 0,83 -0,06 0,81 -0,7

V 0,8 -0,12 0,82 -0,7

Т| -0,07 0,69 -0,8

А8 0,05 0 05

8г -0,6

Третья глава «Комплексное исследование динамики компонентов ландшафта береговой зоны северо-восточной части финского залива в голоцене»

посвящена исследованию особенностей развития аквальных геосистем с различным уровнем антропогенной нагрузки в ес1ественных и техногенных обстановках осадконакопления Подробно излагаются результаты изучения стратификации авторских озерно-болотных разрезов, их вещественного состава и эволюционно-географических реконструкций Представлены результата аналитических исследований поверхностных донных отложений Построены геохимические карш распределения микроэлементов

На основе детального изучения стратификации озерно-бологных разрезов на участках поймы р Сенокосная и Сестрорецкой геосистемы (оз Сестрорецкий разлив и примыкающий торфяник) их вещественного состава и характера спорово-пыльцевых комплексов удалось выявить общие и индивидуальные черты, характеризующие особенности их развития

Установлено, что формирование осадков в разрезе поймы р Сенокосная происходило в предбореал-субатлантическое время (РВ2-8АЗ) (рис 2) При геохимическом анализе колонки было выделено три основных этапа в осадконакоплении I этап - накопление терригенно-осадочного материала в конце предбореального и в начале бореалыюго времени с интенсивной концентрацией в осадках Си, V, Сг, Бг, ТЮ2 (терригенных микроэлементов) и менее выраженным содержанием Ре203 и N1, II эгап - формирование толщи органогенных отложений в бореальном, атлантическом, суббореальном и в начале субатлантического периодов с отчетливо выраженной тенденцией к снижению в осадках концентраций терригенных микроэлементов и накопления РЬ, 2.п и МпО (биофильных), в состав органоминеральных комплексов, III этап - накопление поверхностного 10 см слоя осадков, осуществляемого под возможным влиянием антропогенных преобразований

Спорово-пыльцевой состав, %

1 - алевр/ювая гл ад I торф 3 алсврито песчэнчя глина л торфянистые илы

~-стга, ы й-пьльца дреьеаинх город 7 -пыльиа травянистых растении 8-ель 9-ольла 10-береза 11-с<х,н

Рис 2 Сводная снорово-пыльцсвая и геохимическая лиафамма разреза р Сенокосная

на водосборе в субатлантическом периоде, характеризующийся резким увеличением значений концентраций для большинства изученных элементов

Установлено, что один из основных факторов, оказывающих воздействие на водосбор р Сенокосная - агромелиоративный Геохимические показатели верхнего 10-см слоя осадков отражают возросшие за последнее 100 лет влияние сельскохозяйственного освоения водосбора Вариабельность распределения микроэлементов указывает на их высокую информативность контрастность тш и тах значений высока для РЬ, Тп, Си, Со, Сг, V, Ре20з, Т1О2, Ав, а аномальные концентрации превышают средние в 2-5 раз Помимо агромелиоративного фактора отмечается также влияние техногенной нагрузки на водоток, связанное с точечными и линейными объектами жилищно-коммунальной, транспортной и промышленной сфер

Анализ развития Сестрорецкой геосистемы основывается на результатах спорово-пыльцевого и диатомового анализа (последний проведен нами по аналогии с основанием сапропелевой толщи Сестрорецкого разлива по Н Н Давыдовой, 1993) осадочной толщи и позволяют утверждать, что нижняя илистая часть разреза Сестрорецкой низины формировалась в условиях опресненной морской лагуны атлантического времени В суббореальное время опресненность водоема увеличивается, но связь с Балтикой сохраняется Окончательная изоляция и заболачивание водоема началось в конце суббореального начале субатлантического времени

Результаты геохимического изучения толщи донных отложений оз Сестрорецкий разлив позволили выделить 3 основные группы элементов по характеру изменения их содержания по колонке Первая группа это РЬ, МпО, V, ТЮ,,, Ав, для них характерно увеличение концентрации вверх по разрезу Вторая группа представлена Ъъ, Со, Ре203, Бг, преобладающими в нижней и зачастую в верхней части разреза В третью группу входят Си, N1, Сг, концентрации которых незначительно меняется по разрезу Накопление нижних слоев толщи происходило здесь в период литориновой трансгрессии Балтийского моря в условиях быстрой седиментации с преобладанием терригенной составляющей осадочного материала Формирование органогенного, среднего, слоя обусловлено интенсивным переотложением почвенного слоя во время образования современного водоема и сносом его на пониженные участки дна, где и происходило совместное захоронение органического и терригенного материала Третий, поверхностный, слой накопившийся после 1723 г. характеризуется кларковыми значениями для большинства изученных элементов, за исключением '¿п, РЬ, МпО, Ав, повышенные концентрации которых обусловлены как региональной спецификой области сноса, так и антропогенной деятельностью, наиболее активной в западной части акватории

Таким образом, анализ геохимического состава осадков, выделенных стратиграфических комплексов по разрезу, позволил оценить сходство и различие количественного поступления и элементного состава осадочного материала, накопившегося в различные климатические периоды голоцена Выявлено, что абсолютные концентрации микроэлементов и их количественные соотношения существенно различаются в разновозрастных осадках Установлено, что различия этих показателей отражают, как закономерные влияния климатического фактора, так и смену физико-географических условий осадконакопления Нарушение естественною хода геохимических процессов седиментогенеза проявилось в

увеличении в приповерхностной части разреза концентраций большинства исследованных микроэлементов

В главе четыре «Развитие природной среды береговой зоны восточной части финского залива в голоценовое время» обосновывается сопряженность палинологических и геохимических связей На основе анализа собранных данных реконструируются ландшафты голоценового времени береговой зоны Финского залива Устанавливаются показатели и границы техногенного влияния, раскрываются причины и характер аккумуляции микроэлементов в депонирующих средах (донных осадках, почвах, атмосферных осадках), выявляются источники их поступление в водоемы

Для выяснения возможности более детального расчленения осадочных толщ на основе геохимических данных на более кратковременные Э1апы и фазы развишя климата и поступления вещества с водосбора нами был проанализирован интервал разреза р Сенкосная, соответствующий атлантическому периоду и характеризующийся наиболее выраженной динамикой палиноспектров и вариабельностью (изменчивостью) концентраций химических элементов (рис 2)

Выявленные вариации геохимических кривых дают основание предполагать о существовании некоторой цикличности ь формировании осадков, где литофильные Си, (V, Sr, Ti02 и Сг) элементы выше по разрезу сменяются биофильными (Pb, Zn, МпО) и затем менее выражено опять литофильными Такое распределение геохимических комплексов в пределах одного климатического этапа может свидетельствовать о значительных сменах палеогеографических и палеоклиматических условиях среды, выразившихся, вероятно, в трансгрессивно-регрессивных флуктуациях Литоринового моря и похолодании среднеатлантического этапа

Палинологическим подтверждением произошедшего похолодания может являться падение концентраций пыльцы вяза и лещины на фоне всплеска содержания пыльцы сосны в палиноспектрах среднеатлантического времени, достигшей 43% (интервал 2,23-1,91 м) Косвенным свидетельством климатических изменений также могут служить количественные показатели пыльцы в отложениях атлантического периода Так, содержание пыльцы в интервале (2,23-1,91 м) в среднем составляет менее 90 п з на одно покровное стекло препарата, в отложениях, охарактеризованных составом ранней и поздней палинозон, достигает 150 п з в промежутке (2,25-2,23 м) и более 200 п з на глубине (1,91-1,55 м)

Таким образом, атлантический период в разрезе поймы р Сенокосная путем сопоставления геохимических и палиноло1 ических данных отчетливо разделяется на 3 этапа ATI на глубине 2,25-2,23 м, АТ2 - 2,23-1,91 м, и АТЗ - 1,91-1,55 м

Анализ приведенного материала по содержанию микроэлементов в сочетании с органическим веществом позволяет сделать вывод, что геохимические разчичия в осадках голоценового времени хорошо воссоздают изменения климата и природной обстановки береговой зоны Финского залива Тем самым геохимические данные береговых разрезов через установление региональных черт на основе кривых химических элементов, отражающих закономерный ход развития природной среды, могут способствовать построению ряда последовательных смен палеогеографических и палеоклиматических обстановок в пределах обширных территорий

По результатам авторских исследований, согласующихся с литературными данными на территории береговой зоны суши Финского залива, отчетливо

фиксируются следы пяти палеогеографических этапов послеледниковья (периодизация по Хотинскому Н А , 1977, Нейштадт М И , 1957)

В основании разрезов голоцена береговой зоны Финского залива, в том чистс и изученных автором, залшают отложения Иольдиевого моря Прибрежная зона Иольдиевого моря распространялась вдоль северного берега Финского залива (пос Токарево, оз Александровское, пос Лужки, Приветнинская низина, Лахтинское боло го, территория I Санкт-Петербурга), а также южного (побережье Копорского залива, п Калище, Сюрьевское болото)

По результатам анализа данных скв р Сенокосная уже к позднему предбореалу роль перигляциальных сообществ существенно сокращается Побережье покрывается редкостойными сосново-березовыми лесами с очень незначительной примесью ольхи, ели и некоторых видов широколиственных пород Значительные пространства береговой зоны все еще были покрыты злаковыми и разнотравьем Кроме того, в ландшафтах продолжали существовать и тундровые группировки, приуроченные в основном к заболоченным массивам, которые возникли на территории исследования еще в позднеледниковое время, и ценозы гелиофитов

Анциловое озеро покрывало северное побережье Финского залива от Выборга и далее на км через пос Вещево, оз Высокинское, оз Александровское, пос Лужки, пос Приветнинское, г Зеленогорск, Лахтинское болото, территорию г Санкт-Петербурга

В районе поймы р Сенокосная воды Анцилового озера заполняли магистральную долину северо-западного простирания, какая является типичным для озерных и речных систем этой части Карельского перешейка На территории Ссстрорецкой геосистемы из-за высокого поднятия побережья в раннем голоцене большая часть территории была осушена и заболочена

Реконструированные ландшафты береговой зоны раннебореального - умеренно-сухот кяима! ического этапа характеризуются развитием березово-сосновых лесов таежного облика с примесью ольхи и ели По сравнению с пребореалом в лесах увеличилось содержание широколиственных пород и лещины Их продвижение на территорию исследования, как и ели, на первых этапах бореального времени сдерживалось, по-видимому, значительной сухостью климата

В позднебореальное время начинается постепенное развитие режима увлажнения и повышения температуры, что способствовало распространению влаго- и теплолюбивой флоры Доминантами лесной растительности остаются сосна и береза Также характерной особенностью лесов позднебореалыюго времени является увеличение по сравнению с ранним этапом содержания в их составе широколиственных пород, особенно вяза В кус I арниковом ярусе повсеместно доминирует лещина

Литориновая трансгрессия, выразившаяся в виде ряда последовательных флуктуаций, зафиксирована многочисленными террасами на северо-восточном побережье Финского залива

Анализируя литературный и авторский материал необходимо констатировать, что во многих разрезах береговой зоны оба трансгрессивных уровня (11 и Тг) далеко не всегда выражены, чаще устанавливается либо один из них, либо их суммарный уровень (Т) (Марков К К и др, 1965, Джиноридзе РН, Клейменова ГИ, 1965, Клейменова Г И и др , 1991, Субетго Д А , 2002)

Основываясь на геоморфологической схеме района, отметках абс высот и максимальных уровнях литориновых террас (Долуханов ПМ, 1969), можно

утверждать, что в атлантическое время долина р Сенокосная представляла собой глубоко вдающейся в сушу узкий залив В это же время юго-восточней западная часть современного Сестрорецкого разлива была открытой и находилась в свободном сообщении с палеобалтикой

В первую половину атлантического периода во время первоначальной Литориновой трансгрессии, запечатленной в разрезе поймы р Сенокосная и в осадках Сестрорецкого болота в составе фитоценозов ведущее положение принадлежало сосново-березовым и березово-ольховым лесам в которых по сравнению с бореальным временем возросло участие теплолюбивых пород, особенно вяза и липы Содержание ели в лесах было относительно небольшим

К середине атлантического периода в изученных разрезах фиксируется значительное изменение условий осадконакопления, предположительно связанное с регрессией Литоринового моря Этот этап характеризовался кратковременным похолоданием, вызвавшим, однако, существенные изменения в составе расти гельности Происходит значительное сокращение теплолюбивой флоры и расширение площадей, занятых сосновыми лесами, быстро развиваются еловые формации

Позднеатлантическому этапу в разрезе озерно-болотных отложений северовосточного побережья Финского залива соответствует максимум литориновой трансгрессии В это же время произошло повторное распространение широколисгвенных пород, среди коюрых преобладали вяз и лещина В ландшафтах вновь стали преобладать ольховно-березовые древостой и сосново-березовые леса с незначительной примесью ели

В конце атлантического - начале суббореального времени в результате продолжающегося неотектонического поднятия суши Литориновое море постепенно регрессировало В районе посЛахты и Сестрорецкого разлива в начале суббореала существовали слабосолоноватоводные лагуны, на месте которых затем образовывались изолированные пресноводные бассейны

В раннесуббореальное время в составе древостоев доминирует береза, расширяются площади занятые ельниками Сокращаются участки, занятые широколиственными породами, особенно вязом Уменьшается также роль ольхи К позднесуббореальному этапу в ландшафтах береговой зоны развивались темнохвойные леса с господствующей елью В изученных автором разрезах северовосточного побережья Финского залива господствовали ольхово-березовые и сосново-березовые леса Характерной особенностью всего позднесуббореального этапа является резкое обеднение флористического состава растительных сообществ за счет выпадения большинства видов теплолюбивого комплекса В конце суббореального - начале субаглантического времени в составе растительности преобладали ольхово-сосново-березовые леса с небольшим участием широколиственных пород Ель сохраняла роль эдификатора лесной растительности на северо-восточном побережье Финского залива, вдоль Приневской низменности, в окрестностях Санкт-Петербурга (Клейменова Г И , 2000)

В позднесубатлантическое время наибольшее распространение получили сосновые и березово-сосновые древостой На отдельных участках широко произрастали ольхово-березовые леса Повсеместно значительно сократились ареалы ельников и некоторых видов термофильных пород

На характер антропогенной деятельности указывает регулярное присутствие в разрезе поймы р Сенокосная пыльцы культурных растений, а также пыльцевых зерен

крапивы, щавеля, подорожника, полыни и некоторых других видов, фиксируемое уже с начала суббореального периода Стоит отметить и тот факт, что, невзирая на значительное изменение природных условий в позднесубатлантическое время (увеличение влажности и похолодание климата) в спорово-пыльцевых спектрах продолжает доминировать пыльца березы за счет сокращения пыльцы хвойных пород (в частности, пыльцы ели) Это дает основание полагать, что березовые формации имеют вторичное происхождение и возникли на месте предполагаемых обширных вырубок хвойных лесов

Таким образом, к факторам, создавшим современные ландшафты береговой зоны Финского залива относятся не только компоненты эколого-географической обстановки, неоднократно менявшейся в течение последних 10000 лет, но и, начиная со среднего голоцена, постепенная активизация деятельное га человека

Природные и техногенные потоки поступают, в первую очередь, в каскадные системы низких порядков - в малые реки Для оценки особенностей формирования и качества аквального ландшафта нами была изучена каскадная система малой реки без сильного техногенного воздействия - р Сенокосная При анализе полученного материала было определено, что поверхностные осадки загрязнены слабо, и распределение химических элементов в них определяется ландшафтными особенностями бассейна, гипсометрическим профилем реки, литолого-геохимическими свойствами донных осадков и строением их толщи Изучение донных отложений р Сенокосная показало, что на расстоянии всей ее длины до впадения в Финский залив содержание микроэлементов в поверхностном слое варьирует слабо Сельские поселения и сельскохозяйственная деятельность здесь ведут лишь к незначительному увеличению содержания ТМ в водах и илах Установлено, что накопление валовою содержания микроэлементов при агротехногенезе особенно проявляется в илисто-алевритовых илах Песчаные осадки, напротив, содержат минимальные концентрации металлов на всем протяжении реки и, таким образом, хуже фиксируют слабое загрязнение

Более сильное техногенное воздействие испытывают малые реки (водотоки) в промышленных городах, в том числе и в Санкт-Петербурге, где поступление основных элементов-загрязнителей в местные водотоки и водоемы происходит с ливневым (Хп, РЬ, Си, С<1) и канализационным (Сг, Сс1, Си) стоком При этом геохимия донных осадков каждою из водотоков определяется металлогенетической специализацией района ее протекания

Преобладающей для водотоков центральной части Санкт-Петербурга является ассоциация Ав-РЬ-гп + (Сё), имеющая исключительно техногенное происхождение и связанная, в первую очередь, с оживленным транспортным потоком (наиболее типично для р.Мойки и кан Грибоедова), а также с концентрацией промышленных объектов, таких как ФГУП «Адмиралтейские верфи» и ряда автотранспортных предприятий (включающих такие объекты как СТО и АЗС) Последнее характерно для р Пряжка, в донных осадках которой зарегистрирован наивысший уровень геохимической аномальности

Возведение плотин и зарегулирование рек побережья имеет ряд эколого-геохимичсских последствий Для прибрежного водохранилища Сестрорецкий разлив характерны как минимум два типа площадных геохимических аномалий Первый тип - это аномалии, формирующиеся на участках впадения в водохранилище притоков (рек Черная и Сестра) Второй тип приурочен к приплотинному участку и заливообразным расширениям - своеобразным «отстойникам» взвешенных и

влекомых наносов, поступающих из расположенного вблизи плотины г Сестрорецка Вместе с тем, по данным Опекунова А Ю (Опекунов А Ю , 2004, 2005), вытекающие из Сестрорецкого разлива воды рек Сестра-заводская и Малая Сестра, а также их донные осадки загрязнены значительно меньше озерных Таким образом, можно утверждать, что оз Сестрорецкий разлив способствует самоочищению рек Сестры и Черная от значительной части загрязняющих веществ, аккумулируя их в донных отложениях, тем самым, уменьшая опасность кумулятивного загрязнения нижних звеньев речного бассейна и, в частности, попадания поллютантов в Финский залив

Обобщая, можно констатировать, что воздействие различных техногенных объектов береговой зоны (город, поселок, предприятие и т д) обуславливает накопление в донных отложениях водотоков и водоемов качественно сходных геохимических ассоциаций, в состав которых практически всегда входят Pb, Zn, As, Cd, Ag, Cr, Sr В общем случае качественные и количественные параметры техногенного загрязнения водных объектов в большей степени зависят от хозяйственной структуры водосбора, нежели от их морфологии и гидродинамических условий Помимо донных отложений, высокими сорбционными свойствами обладает снежный покров, способный поглощать из атмосферы значительную часть продуктов техногенеза По результатам анализа полученных нами данных по 3-м акваториям береговой зоны (крупным водохранилищам Санкт-Петербурга с различным гидрологическим режимом и уровнем антропогенной нагрузки) водоемам Сестрорецкий разлив и Охтинский разлив, а также по оз Горовалдайское (окрестности г Сосновый Бор), можно утверждать, что локальные атмосферные загрязнения ТМ снежного покрова водоемов оказывают существенное влияние на формирование химического состава поверхностных вод, а опосредованно и донных отложений Наибольшему антропогенному воздействию подвержены те водоемы и участки гидрографической сети, которые непосредственно примыкаю! к источникам поступления загрязнений При отсутствии на водосборах и в береговой зоне аквальных систем крупных источников аэрозольных выбросов, главенствующая роль в формировании геохимического поля снежного покрова водоемов будет приходиться на естественные пути поступления вещества и межрегиональный перенос

На основании данных, полученных в результате геохимических, палинологических, дендрологических и радиоизотопных исследований, использованных в работе, подтверждена возможность с высокой степенью достоверности восстанавливать антропогенное воздействие (например, Ленинградской АЭС), в том числе и утаиваемое от широкой общественности

В заключении приведены результаты, полученные в ходе проделанной работы Особенности эволюционно-географического развития береговой зоны Финского залива в голоценовое время обусловлены как многокомпонентностью природных факторов развития окружающей среды, так и интенсивностью антропогенного на нее воздействия Факторы временной динамики, закономерности и этапы голоценовой эволюции береговой зоны моря хорошо устанавливаются методами комплексной палинологической и геохимической стратификации донных отложений прибрежных водоемов и водотоков восточной части Финского залива Принципиальное влияние на возникновение, строение, распространение и эволюцию береговой зоны региона оказала история его развития в четвертичное время Чередование ледниковых, водноледниковых, озерных, морских и речных (протоковых) процессов осадко- и рельефообразования запечатлелось в строении и в геохимических особенностях

покрова рыхлых отложений, а также отразилось в погребенном и современном рельефе

На основе детального изучения закономерностей спорово-ныльцевых спектров и распределения концентраций микроэлементов в осадках голоценового времени были выявлены индивидуальные черты, характеризующие особенности формирования отложений в естественных и антропогенно-измененных геосистемах береговой зоны

Геохимический анализ разрезов выделенных стратиграфических комплексов, позволил установить зависимости между количественным поступлением и элементным составом осадков, с характером различных климатические этапов голоцена Выявлено, что абсолютные концентрации микроэлементов и их количественные соотношения существенно различаются в разновозрастных осадках Установлено, что различия этих показателей отражают закономерные влияния климатического фактора на условия осадконакопления Нарушение естественного хода геохимических процессов седиментогенеза проявилось в увеличении в приповерхностной части разреза концентраций большинства исследованных микроэлементов

Выявленные вариации геохимических кривых дают основание предполагать о существовании отчетливой цикличности в формировании химического состава осадков даже в пределах отдельных климатических периодов, что может свидетельствовать о значительных сменах палеогеографических и палеоклиматических условий среды в пределах относительно стабильных этапов голоцена

Установлено, что геохимические различия в осадках голоценового времени хорошо воссоздают изменения климата и природной обстановки в береговой зоне Финского залива Тем самым геохимические данные береговых разрезов через установление региональных черт на основе кривых химических элементов, отражающих закономерный ход развития природной среды, могут способствовать построению ряда последовательных смен палеогеографических и палеоклиматических обстановок в пределах обширных территорий

Реконструированные ландшафты береговой зоны охватили бореал-субатлантическое время с характерными климатическими показателями и составом растительного покрова для каждого из выделенных этапов

Установлено, что воздействие различных техногенных объектов (город, поселок, предприятие и тд) обуславливает накопление в донных отложениях водотоков и водоемов береговой зоны качественно сходных геохимических ассоциаций, в состав которых практически всегда входят РЬ, 7п, Ав, Сё, Ag, Сг, Бг.

Кроме того, выяснено, что локальные атмосферные загрязнения ТМ снежного покрова водоемов оказывают существенное влияние на формирование химического состава поверхностных вод, а опосредованно и донных отложений Наибольшему антропогенному воздействию подвержены те водоемы и участки гидрографических сетей, которые непосредственно примыкают к источникам поступления загрязнений При отсутствии на водосборах и в береговой зоне аквальных геосистем крупных источников аэрозольных выбросов, главенствующая роль в формировании геохимического поля снежного покрова водоемов будет приходиться на естественные пути поступления вещества и межрегиональный перенос

На основании данных, полученных в результате геохимических, палинологических, дендрологических и радиоизотопных исследований, использованных в работе, подтверждена возможность с высокой степенью

достоверности восстанавливать антропогенное воздействие (например Ленинградской АЭС), в том числе и утаиваемое от широкой общественности

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

1 Гильдии С.М. Комплексное исследование динамики компонентов ландшафта береговой зоны северо-восточной части Финского залива в голоценовое время // Известия Российского государственного педагогического университета имени А.И.Герцена. Аспирантские тетради: Ж5 (23): Научный журнал. - СПб., 2006. - С. 90-95. (0,4 п.л.).

2 Гильдин С М Оценка геоэкологического состояния донных осадков оз Сестрорецкий разлив // Школа экологической геологии и рационального недропользования материалы конф / Под ред проф В В Куриленко - СПб Изц-воСПбГУ,2005 -С 68 (0,1 пл)

3 Гильдин С М Палеогеграфические реконструкции формирования «рыбных» брекчий Андомской горы // Вестник факультета географии Вып 5 - СПб Эпиграф, 2005 - С 53-60 (0,5 п л)

4 Нестеров Е М, Гильдин С М, Дружинина А А , Марков В Е Валаам -пересечение геологической и человеческой истории // Геология в школе и вузе Материалы междунар конф - СПб Эпиграф, 2005-С. 51-56 (0,4/0,2пл)

5 БЖСИо), Гильдин С М , Марков В Е Изменения геохимического состава донных отложений как фактор эволюции // Геология в школе и вузе Материалы междунар конф - СПб Эпиграф, 2005 - С 328-330 (0,3/0,2 п л )

6 Гильдин С М, Кочубей О В , Зарина Л М, Егоров П И , Нестеров Е М Влияние антропогенного и природного факторов на распределение ряда химических элементов в осадках Сестрорецкого разлива // Геология и эволюционная география / Под ред Е М Нестерова - СПб, 2005 - С 85-89 (0,4/0,2 п л)

7 Гильдин С М, Петров А М, Кочубей О В Оценка поступления тяжелых металлов в водоемы при геохимическом анализе снежного покрова // Герценовские чтения, сб научн тр -СПб, 2006 С 103-110 (0,5/0,3 п л)

8 Гильдин СМ Геохимический мониторинг состояния озерных экосистем городов-спутников Санкт-Петербурга (на примере оз Сестрорецкий Разлив) // Школа экологической геологии и рационального недропользования - СПбГУ, 2006 - С 124-125 (0,1 пл)

9 Гильдин С М, Кочубей О В, Зарина Л М Использование данных палинологического и геохимического методов изучения огложений голоценового возраста северо-восточной части побережья Финского залива в районе среднего течения р Сенокосная // Геология, геоэкология и эволюционная география сб научн тр / Под ред Е М Нестерова - СПб, 2006 - С 156-160 (0,3/0,2 п л )

Подписано в печать 24 04 2007 г Формат 60/841/,, Бумага офсетная Печать ризограф Услпечл 1,2 Тираж 100 экз Заказ № 076 Отпечатано в издателъско-полиграфическом центре «Эпиграф» Санкт-Петербург, Южное шоссе, 54-а

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Гильдин, Сергей Михайлович

199. Юренков Г.И. Введение в эволюционное ландшафтоведение. - СПБ., 1997.

200. Юренков Г.И. О естественно-историческом и антропогенном факторах эволюции ландшафтов. - Вологда, 1990.

201. Яковлев С.А. Наносы и рельеф Ленинграда и его окрестностей. Тр. Научн. мелиоративн. ин-та. - Л., 1926

202. Янин Е.П. Техногенные геохимические ассоциации в донных отложениях малых рек (состав, особенности, методы оценки). - М.: ИМГРЭ, 2002.

203.Berglund В. The Post-glacial shoredisplacement in eastern Blekinge, southeastern Sweden. - Sver. Geol. Undersokning, 1964. Vol. 599. P. 47.

204. Berglund В.E., Bjorck S. Late Weichselian and Holocene shore displacement in Blekinge, SE Sweden // Geogr. XXVII. Nauki Matem.-Przyrod. Zeszyt. 1994. Vol. 92.

205. Dolukhanov P.M. The quaternary history of Baltic, Leningrad and Soviet Carelia // Acta Univ. Ups. Symp. Univ. Ups. Ann. Quing. Cel. Uppsala, 1979. vol.1.

206. Hyyppa E. On the late-quaternary history of the Baltic sphere and the relation diagram of the raised and tilted shore levels // Ann. Acad. Scien. Fennicae. Ser. A. III. 1963. N90.

207. Hyyppa E. Post-glacial changes of shore line in South Finland. - Bull. Comm. Geol. FinL, 1937. Vol. 120. p. 126-168.

208. Hyyppa E., Hoffren V., Isola A. Geological Survey of Finland radiocarbon measurements. I. Radiocarbon 4. New Haven, 1962.

209. Nilsson T. Standardpollendiagramme und С14 Datierung aus dem Agerods mosse im mittleren Schonen. Lund «Publications from the Institutes of mineralogy, paleontology and quarternery geology». University of Lund, Sweden, № 124, 1964.

210. Pernetta J., Milliman J., 1995, Land-Ocean interactions in the Coastal Zone: Implementation Plain. - LOICZ/IGRP Report No 33, IGBR/ICSU, Stockholm.

ФОНДОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

211. Ауслендер В.Г. и др. Ееологические, гидрогеологические и инженерно-геологические условия территории г.Ленинграда и Ленинградской области 1985 г. - Севзапгеология, № 24873.