Геохимическая структура и эволюция лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия

Касатенкова, Мария Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геохимическая структура и эволюция лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия
ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Геохимическая структура и эволюция лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия"

005001022 На "Р^РУ™«

Касатенкова Мария Сергеевна

ГЕОХИМИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ЭВОЛЮЦИЯ ЛАГУННО-МАРШЕВЫХ ЛАНДШАФТОВ ЗАПАДНОГО ПРИКАСПИЯ

25.00.23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

1 7 НОЯ 2011

Москва-2011

005001022

Работа выполнена на кафедре геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, академик РАН

Касимов Николай Сергеевич

доктор биологических наук, профессор Мотузова Галина Васильевна, факультет почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова

кандидат географических наук, старший научный сотрудник Бадюкова Екатерина Николаевна, географический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова

Ведущая организация: Институт географии РАН

Защита состоится « $ » декабря 2011 года в 15-00 часов на заседании диссертационного совета Д 501.001.13 в Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ имени М.В. Ломоносова, географический факультет, 18 этаж, аудитория 1807

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова на 21 этаже

Автореферат разослан « ноября 2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Горбунова И.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Лагунно-маршевые ландшафты распространены на аккумулятивных морских побережьях, площади которых расширяются в условиях тектонических погружений и эвстатического подъёма уровня Мирового океана. Эволюция маршей тесно связана с колебаниями уровня моря, сопровождающимися потоками вещества между контактирующими средами - водной и воздушной, почвенным покровом, донными отложениями и живым веществом. Прогноз развития лагунно-маршевых ландшафтов невозможен без детального анализа их ландшафтно-геохимической структуры с особым вниманием к почвенному покрову и донным отложениям.

Существующие представления о формировании и функционировании маршей имеют геоморфологическую (Бадюкова, Игнатов, Каплин, Леонтьев, Соловьева, Рычагов, Beets, Carter, Fruergaard, Morton, Storms), гидрологическую (Потахин, Araùjo, Moore, Molinaroli, Webster) и биогеохимическую направленность (Алексеенко, Мухаметова, De Lacerda, Eriksson, Höhn, Kjerfve, Magill, McKirdy). Значительная часть работ посвящена проблеме техногенного загрязнения ландшафтов прибрежной зоны (Аржанова, Глазовская, Горюнова, Carrer, Galindo, Green-Ruiz, Mirlean, Zourarah) и развитию процесса диагенеза лагунных осадков (Beltrame, Cotner, Metzger, Scholz). При этом практически не освещается влияние наступающего моря на геохимию подтапливаемых почв и донных отложений и изменчивость ландшафтно-геохимической структуры маршей, определяющей направленность техногенных потоков вещества в прибрежной зоне.

Одной из наиболее информативных региональных моделей для изучения быстротекущих изменений природной среды являются прибрежные ландшафты Прикаспия, которые за последние 80 лет прошли регрессивную фазу развития, сменившуюся в 1978 г. стремительным (до 30 см в год) наступлением моря с последующей стабилизацией, продолжающейся до

настоящего времени. Пройдя полный цикл развития, лагунно-маршевые ландшафты Прикаспия могут служить моделью для прогнозирования геохимической эволюции побережий других регионов.

Цель работы: оценить направленность и скорость трансформации геохимической структуры лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия за последний полный цикл колебаний уровня моря. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• определить факторы дифференциации прибрежных катен и выявить основные особенности геохимической структуры лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия;

• установить этапы геохимической эволюции лагунно-маршевых ландшафтов в полном цикле колебаний уровня Каспийского моря (регрессия-трансгрессия-стабилизация);

• изучить сезонную динамику почвенно-геохимических условий и ланд-шафтно-геохимических процессов;

• оценить степень изменчивости прибрежных почв в результате воздействия кратковременных экстремальных климатических явлений;

• разработать сценарии ландшафтно-геохимических последствий дальнейших колебаний уровня Каспийского моря в береговой зоне. Объекты исследований. Были изучены почвы и донные отложения лагунно-маршевых ландшафтов 4 ключевых участков, расположенных на западном побережье Каспийского моря.

В основу работы положены:

- материалы полевых ландшафтно-геохимических исследований автора на ключевом участке «Турали» на побережье Дагестана (2002-2005 гг.);

- фондовые материалы исследований лагунных берегов Дагестана и Азербайджана, проведенные сотрудниками кафедры геохимии ландшафтов и географии почв в 1995-99 гг.;

- литературные данные об изменениях береговой зоны Каспийского моря при колебаниях его уровня.

Работа выполнена в рамках проектов РФФИ №02-05-64547, 04-05-08037, «Развитие научного потенциала высшей школы» по теме № 52831/05-3 «Геохимическое функционирование ландшафтов береговой зоны Каспийского моря в условиях колебаний его уровня», и проекта Научного фонда Нидерландов «Голоценовые колебания уровня моря и биоразнообразие в бассейне Каспия» (2001-2003 гг.), а также гранта Правительства Российской Федерации «Оценка рисков природных катастроф в береговой зоне» (2010-2011гг.).

Методы исследований. Работа основана на методологии ландшафтно-геохимических исследований, основные положения которой развиты в работах М.А. Глазовской, А.И. Перельмана, Н.С. Касимова. Основными методами исследования явились сравнительно-географический и сравнительно-хронологический. Большая часть химико-аналитических работ проведена в лабораториях географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Содержания химических элементов в пробах определялись атомно-абсорбционным, спектральным и рентген-флуоресцентным методами. Для обработки полученных результатов использовался регрессионный анализ, при построении карт - метод почвенно-геохимического картографирования.

Научная новизна. В работе решена задача - проведена оценка трансформации геохимической структуры лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия - имеющая важное научное и практическое значение для геохимии ландшафтов. Проведен анализ прибрежных катен по степени проявления ландшафтно-геохимических процессов (ЛГП) и уровню геохимической дифференциации ландшафтов по содержанию различных элементов в почвах и отложениях лагунных берегов. На примере ключевого участка «Турали» разработана схема эволюции ЛГП за последние 30 лет.

Дана оценка изменчивости почв и донных отложений лагунных берегов к колебаниям уровня моря и сгонно-нагонным явлениям в бассейне Каспия.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Полный цикл колебаний уровня Каспийского моря привел к формированию прибрежных лагунно-маршевых катен восходящей миграции с образованием контрастных кислородных, сульфидных, щелочных и биогеохимических барьеров в почвах и донных отложениях.

2. Геохимическая эволюция лагунно-маршевых ландшафтов в течение полного цикла колебаний уровня Каспийского моря проявилась в смене регрессивного комплекса ЛГП с преобладанием засоления и слабого накопления органического вещества, на лагунно-трансгрессивный комплекс ЛГП с интенсивным развитием процессов сульфидогенеза, глеегенеза, ок-сидогенеза и накопления органического вещества в трансгрессивную фазу и усилением процессов подкисления на стадии стабилизации.

3. В результате трансформации радиальной и латеральной структуры прибрежных ландшафтов произошла металлизация почв и отложений маршевой зоны с формированием устойчивых ландшафтно-геохимических аномалий железа и тяжелых металлов (РЬ, Си, Со, 2п, №). В прибрежных ландшафтах Дагестана и Азербайджана в зонах полупустынь умеренного пояса и сухих субтропиков образуются сильноконтрастные геохимические аномалии, а в зоне влажных субтропиков Ленкоранской низменности -слабоконтрастные.

Практическая значимость работы. Предложенная методика позволяет проводить пространственно-временной анализ ландшафтно-геохимических трансформаций низменных аккумулятивных берегов при колебаниях уровня моря и прогнозировать их дальнейшие изменения. Разработанные подходы могут найти применение при решении аналогичных задач на побережьях Мирового океана.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на заседаниях кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова; отдельные результаты исследований представлены в докладах на Международных научных конференциях: «Геохимия биосферы» (Москва, 2006), «Holocene Caspian sea level change» (Дельфт, Нидерланды, 2002), «Проблемы устойчивого функционирования водных и наземных экосистем» (Ростов-на-Дону, 2006), Caspian Sea Workshop (Гент, Бельгия, 2007), «The Caspian region: environmental consequences of the climate change» (Москва, 2010), «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семей, Казахстан, 2010).

Публикации. Материалы исследований изложены в 11 печатных работах, в том числе в 1 статье в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы. Она содержит 161 страниц текста, иллюстрирована 65 рисунками, включает 30 таблиц. Библиография включает 184 работ.

Благодарности. Автор глубоко признателен научному руководителю академику РАН, профессору Н.С. Касимову за постоянное внимание к исследованию, ценные советы и замечания, организаторам полевых экспедиционных работ - доценту М.Ю. Лычагину и профессору С.Крооненбергу, профессору А.Н. Геннадиеву и коллективу кафедры геохимии ландшафтов и географии почв, оказавшим содействие в сборе, анализе и обсуждении материалов диссертации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. История формирования и изучения лагунных берегов Каспийского моря

Исследования О.К.Леонтьева, Е.Г. Маева, Г.И. Рычагова, Е.И. Игнатова показали, что лагунный тип берега формируется только в условиях высоких скоростей трансгрессии, тогда как в период падения уровня лагуны не

образуются (Бадюкова, Соловьева). В конце XX века общая протяженность лагунных берегов составляла около 50 % всего побережья Каспия, что связано с очень быстрым подъёмом уровня моря после длительной регрессии.

В тыловой части лагуны при затоплении и подтоплении формируется маршевая зона, шириной 200-300 м, где геохимическая трансформация почв связана со сложным сочетанием ЛГП - сульфидо- и глеегенеза, оже-лезнения, накопления органического вещества, изменения кислотно-щелочных условий, галогенеза (Касимов, Геннадиев, Лычагин). Развитие этих процессов на значительных территориях приморских низменных аккумулятивных равнин в России, Казахстане, Азербайджане, ведет к формированию своеобразных лагунно-маршевых ландшафтов, не свойственных регрессивным фазам.

Проведенный анализ совместно с X. Вонхофом изотопного и химического состава раковин моллюсков, отобранных из лагунных отложений новокаспийского возраста (рис. 1), показал, что во время последней новокаспийской трансгрессии в лагунах формировались условия схожие с современными, что позволяет использовать метод актуализма для восстановления ландшафтно-геохимических последствий колебаний уровня Каспия в прошлом.

Глава 2. Объекты и методы исследования

Ключевые участки (рис.2) расположены на приморской равнине Дагестана (1), Апшеронском полуострове (2), Кура-Араксинской (3) и Ленко-

Рис.1. Распределение 5 0 и 513С в раковине моллюска 01ёаспа с£ Т1^опо1с1ез (рост моллюска - слева направо)

ранской низменностях (4). Мониторинг геохимических изменений на участке «Турали» проводился в 1995, 1996, 2002-2005 гг.

Участки исследования находятся в трёх зонах: полупустынь умеренного пояса (1), сухих (2,3) и влажных (4) субтропиках в пределах морских аккумулятивных равнин, состоящих из серии голоцено-вых морских террас и современной террасы с береговыми валами и лагунными понижениями, сложенных в основном песками. Растительный покров представлен ассоциациями галофитно-гидрофитной сукцессионной серии.

На ключевых участках закладывались ландшафтно-геохимические профили, пересекающие основные элементы рельефа: новокаспийская терраса - современная терраса - лагунное понижение - береговой вал (рис.3). В пределах каждой из террас осуществлялись комплексные почвенно-геохимические, геоморфологические и геоботанические исследования с отбором проб почв, отложений, поверхностных и грунтовых вод.

Автором проанализированы материалы, собранные за весь период ландшафтно-геохимических исследований в данном районе, что позволило проследить сезонную и многолетнюю динамику ЛГП. В течение 10 лет было отобрано более 600 почвенных образцов, 100 проб природных вод и 50 проб донных отложений.

Рис. 2. Распространение системы «трансгрессивный бар-лагуна» на побережьях Каспийского моря. Ключевые участки: 1 - «Турали» (Дагестан); 2- Апшеронский п-ов; 3- Кура-Араксинская нзменность; 4- Ленкоранская низменность.

Новокаспийская Поверхность террасы

терраса 1929-1956 гг. Лагуна Береговой вал

| ; * Маршевая

100

200

300

500

Условные обозначения

Породы

- песок

- лагунные суглинки

- торф

- ракушечный детрит

- галечник

IТ1Т21 - профиль Т. почвенные разрезы

№ -01 -ЯО " класс водной миграции -01-80 Ус верхний горизонт почв/ нижние горизонты почв

Растительность и почвы

| V - вейниково-полынные полупустыни на слаборазвитых субаэральных почвах (Са )

- вейниково-свиноройно-ситииковые луга на слаборазвитых рыхлопесчаных гидроморфных почвах (Ыа -ОН )

| ^ | - галофитные луга на слаборазвитых

луговых солончаковатых и влажно-луговых ожелезнениых почвах (Ыа -С1 -804 Ыа -СГ-804 -НЯ )

- разреженный покров из солянок на солончаках ^^^ приморских (Ыа -СТ-ЙО/ N3 -С1 -вО, - Ее )

| Т I | - тростниково-ситниково-осоковые болота и

участки водной растительности на донных отложениях лагуны (Ыа -С1 | тф; | - тростниково-ситниково-осоковые болота с

куртинами лоха на влажно-луговых ожелезнениых и маршевых почвах (Ыа -СТ-804 -Ре / Ыа'-С!'-80л -Н,5 )

■БО/ -Н.Б )

Рис.3. Ландшатфно-геохимический профиль участка «Турали»

Глава 3. Геохимическая структура лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия

В лагунно-маршевых ландшафтах при подъёме уровня моря преобладают восходящие миграционные потоки, что связано с повышением уровня грунтовых вод в пределах современной морской террасы. По условиям миграции химических элементов в прибрежных катенах выделяются три основных элементарных ландшафта: субаэральный (автономный), супер-аквальный и субаквальный. В основу систематики элементарных ландшафтов были заложены принципы классификации А.И.Перельмана (1975) и М.А. Глазовской (1964).

Геохимическая дифференциация прибрежных катен Западного Прикаспия в трансгрессивную фазу связана с высокой геохимической контрастностью супераквальных и субаквальных ландшафтов по степени засоления и содержанию химических элементов, с возникновением специфических геохимических барьеров и зон выщелачивания и с разной интенсивностью развития ЛГП.

Галогенез особенно ярко проявляется в ландшафтах полупустынь умеренного пояса (участок «Турали») и сухих субтропиков (Кура-Араксинская низменность и Апшеронский п-ов) с испарительной концентрацией почвенных растворов (рис.4) и слабо выражен во влажных субтропиках (Лен-коранская низменность).

Сульфидогенез в прибрежных ландшафтах зависит от количества органического вещества в субстрате и сульфатной серы в морской воде. Наиболее интенсивно он протекает на участке «Турали» и в пределах Ленко-ранской низменности, что связано с высокой продуктивностью болотных растительных сообществ.

Процесс накопления органического вещества наиболее ярко проявляется на Ленкоранской низменности в зоне влажных субтропиков, где содержание Сорг. в маршевых почвах достигает 14 %.

Интенсивность оксидогенеза уменьшается с севера на юг вдоль побережья, на что указывает снижение коэффициента накопления железа в верхнем горизонте маршевых почв относительно его содержания в отложениях пляжа с 7,2 на участке «Турали» до 1,3 на Кура-Араксинской низменности.

Участо* Галогене! Сульфнло! ей« Оксндогснг» (учугонакоплепис

1 2 1 2 1 2 1 2

Турели ■

Дпшгронскнн п-ов |111 '11 т : |

Кура-Араксинская низменность 1

Ленкоранекая шпмснносн. А ■................1

Ландшафты: [ ] -супераквальные (I) Щ - субаквальные (2)

Рис. 4. Типоморфные комплексы ландшафтно-геохимических процессов в лагунно-маршевых ландшафтах Западного Прикаспия.

Основные геохимические барьеры лагунно-маршевых ландшафтов (рис.5) - кислородный (с накоплением Бе, Мп, Со), биогеохимический Си, Сг, N1, Сг, Сс1) и сульфидный (Ре, Мп, Ъъ, Си, Со, Мо). Наиболее емкий сульфидный барьер формируется в маршевых почвах и лагунных осадках участка «Турали», а наименее выраженный - в слоистых маршевых почвах Кура-Араксинской низменности. Ряд барьеров (глеевый, щелочной, кислый, испарительный) имеет локальное распространение в луговых, болотных и солончаковых ландшафтах. На участке «Турали» на таких барьерах происходит слабое накопление микроэлементов: на глеевом барьере - Мо и Си; щелочном - Мп, Со, N1; кислом - Мо; испарительном - Бг.

Степень проявления признаков аккумуляции: | | Слабая

Сильная *~ — ' Недостаточно данных о содержании химических элементов

Рис. 5 . Схема развития радиальных геохимических барьеров в маршевых ландшафтах Западного Прикаспия

Ландшафты: Эа - элювиальные автономные; С' - супераквальные гетерономные; Сб' - субаквальные гетерономные. П - полупустынные; Л - луговые; ЛБ - лугово-болотные; Б - болотные; Лг - лагунные; С - солончаковые.

Латеральная дифференциация определяется гидрогеохимическими особенностями грунтового стока, имеющего на дагестанском и азербайджанском побережье хлоридно-сульфатно-натриевый состав. В прибрежных ландшафтах участка «Турали» выделяются две парагенетические ассоциации наиболее подвижных мигрантов - анионогенные (Мо и Сг) и катионо-генные (Ре, Мп, Со, Zn, Си, №) элементы. В почвах маршевой зоны содержание валовых форм Мо и Сг в 2-4 раза больше, чем в почвах автономных ландшафтов новокаспийской террасы (табл. 1). В почвах болотных и лагунных ландшафтов формируются ландшафтные аномалии валовых форм Ре (Кс =13), Мп (5,3), Си, №, Ъа. и Со (2-3), где Кс - коэффициент концентрации химического элемента в рассматриваемом горизонте почв, относительно содержания данного химического элемента в отложениях современного берегового вала.

Особенности миграции и концентрации подвижных форм тяжелых металлов (ТМ) и Ре в почвах и донных отложениях лагунно-маршевых ландшафтов имеют много общего из-за однотипности условий миграции и сходной системы геохимических барьеров. Интенсивность мобилизации катионогенных элементов определяется биогенным поглощением, при этом наибольшие коэффициенты латеральной дифференциации подвижных форм ТМ и Ре отмечаются на участке «Турали» и Ленкоранской низменности, наименьшие - на Апшеронском полуострове.

При подъёме уровня моря изменения условий миграции в почвах маршевой зоны наиболее значительно отразились на миграции элементов с переменной валентностью, в первую очередь, Ре и Мп, а также Ъа., Си, РЬ, №, Со, что обусловило их мобилизацию в слабощелочных и нейтральных восстановительных условиях.

Построенные регрессионные модели позволили выделить основные факторы, влияющие на поведение химических элементов в лагунно-

маршевых ландшафтах: окислительно-восстановительные и щелочно-кислотные условия, содержание органического вещества и железа.

Таблица 1

Латеральная дифференциация (Ь*) химических элементов в лагунно-маршевых ландшафтах участка «Турали»

Ландшафт П J1 ЛБ Б ЛГ С

Почва СР* СР' ^-.pslicK) ВЛгя Mc" Донные Ск

f.. отд.

2.0 Mo;,s СГ2.2 C02.1 Cll2 |

Ni-, i Zn^i M021

Mo-,7 Yb24 Ni12

Ni27 Yb*,

Мо^н Hf,,,

Cll3.4 Rbj«

Mn ■ 3 Fe5ä

Pens

i.6-2.0 Yb Zn Си Co Си Cr Rb Cr W Rb

1.2-1.6 Rb Co Ni Rb Hf Sr CoGa Ni

RbYb Mn Nb

Y Zr

0.8-1.2 Mo Sc Sr BaCo Cr Ga Fe Fe Mn Ста Ba Pb V Cr Ста

W Ba Со Cr Си Mn Pb V Pb V Pb Sc Zn Мл

Cr Си Fe FeGa Y Y Zn VW Mo

GaHf HfMn Sc Sr

Мл Nb № Ni W

Ni Pb V Pb V Yb

Y Zti Zr У Zn Zn

RbYb Zr

0.4-0.8 Mo Sc Ba» Ba Hf Ba Sc Sr Ba

Sr W Sc Sr W Nb Sc Nb Zr Си Fe

Zr SrZr Hf

Pb V

0-0.4 Hf W Y Co Zr

Ландшафты:

Элювиальный П-Полупустынный Су wepama i ьлы ü Л-лушвой

Л Б-лугово-болотяый

Б-болотаый

С-солончаковый

Субаквтьный

ЛГ-лагунный

Почвы:

СР"- слаборазвитые

еубаэральнве;

СР - слаборазвитые

гидроморфные;

ррям) _ слаборазвитые

луговые солончаковые;

ВЛг** - влажно-луговые

солончаковые;

Мсс* -маршевые

сульфидные;

Ск-приморские

солончаки.

*Ь - коэффициент латеральной дифференциации: отношение содержания элемента в почве исследуемого ландшафта к его содержанию в почве автономного ландшафта (значения указаны для Ь>2,0)

Глава 4. Эволюция прибрежных ландшафтов Дагестана за последний полный цикл колебаний уровня Каспийского моря

Прибрежные ландшафты участка «Турали» за последние ВО лет прошли следующие фазы эволюции (рис.6).

О 100 ' 200 300 400 ' 500 ' 600 ТОО М

Регрессия

6 ! 1СЮ 200 300 ЧОО 500 ' ' обо ' 1 '7(]о м

—• - Трансгрессия

6 ' ' 100 ! 200 300 ' 400 500 : :600! 1 1 '700 М

Стабилизация - ■■ ■■ -

IV VI -1 1 Ф 1 - 4

на ГГП -5

Ш -з

Рис.6. Трансформация прибрежных ландшафтов участка «Турали» при колебаниях уровня Каспийского моря (условные обозначения см. рис.3)

К концу регрессивной фазы (1929-1978 гг.) на современной террасе существовали 3 типа супераквальных ландшафтов. В прибрежной полосе шириной до 400-500 м находились солончаковые ландшафты с приморскими солончаками под солянковой растительностью. За ними в лагунном понижении, шириной 50-100 м, располагались лугово-болотные ландшафты, где в условиях избыточного увлажнения и водозастойного режима формировались лугово-болотные почвы, а в полосе современной террасы шириной 100-150 м - луговые ландшафты со слаборазвитыми гидроморф-ными почвами. Для всех типов ландшафтов были характерны два основных ЛГП - галогенез и слабое гумусонакопление. Сочетание этих процессов сформировало регрессивный комплекс ЛГП, свойственный периоду пассивного осушения прибрежной территории.

В трансгрессивную фазу (1978-1997 гг.) самые низкие уровни современной морской террасы были затоплены, ширина современной террасы уменьшилась до 300-400 м. В 1995 году лагуна занимала поверхность 1941-1956 гг.. Трансгрессия моря обусловила резкое усложнение геохимической структуры прибрежных ландшафтов, образование зон мобилизации и аккумуляции химических элементов в почвах. Регрессивный комплекс ЛГП сменился лагунно-трансгрессивным, ведущую роль в котором стали играть гидроморфные процессы сульфидогенеза, глеегенеза, оксидогенеза и подкисления. Главной особенностью береговой зоны в трансгрессивную фазу является образование лагунных и болотных ландшафтов, в которых произошли наиболее сильные ландшафтно-геохимические изменения, выражающиеся в металлизации маршевых почв и донных отложений лагуны. При подъёме уровня моря содержание подвижных форм Бе и ТМ в них выросло в несколько раз.

Стадия стабилизации (1997-2011 гг.) моря меньше повлияла на морфологию береговой зоны Каспия. На участке «Турали» произошло расширение берегового бара за счет примыкания к его морскому склону регрес-

сивного берегового вала. Падение уровня моря на 70 см привело к обмелению лагуны за баром и к её отступанию примерно на 70 м от положения в трансгрессивную фазу (1996 г.). Ширина лагуны уменьшилась с 220 м до 150 м. Болотные ландшафты сместились в сторону моря; расширилась площадь, занятая солончаками.

На стадии стабилизации произошло перемещение в сторону моря границ маршевых сульфидных почв, образовавшихся в трансгрессивную фазу. Понижение уровня грунтовых вод привело к окислению и подкислению верхних горизонтов почв болотных и лагунных ландшафтов с 7.5-8.0 до 6.5-7.0 ед. рН за 10 лет.

Рассчитанные запасы органического углерода и солей в 10-см толще почв участка «Турали» для трансгрессивной фазы (1995 г.) и стадии стабилизации (2005 г.) показали, что скорость накопления органического вещества увеличивается от 272 кг/га в год в слаборазвитых гидроморфных почвах до 1531 кг/га в год в маршевых сульфидных почвах. Осушение болотных ландшафтов привело к аккумуляции легкорастворимых солей в верхних горизонтах маршевых почв со скоростью 360 кг/га в год.

На стадии стабилизации подтвердился факт быстрого формирования довольно устойчивых аномалий Fe и ТМ в почвах маршевой зоны. Осушение маршевой зоны определило кристаллизацию соединений химических элементов с уменьшением доли подвижных форм. На стадии стабилизации, начавшийся вместе с трансгрессией моря процесс мобилизации железа замедлился.

Интенсивность накопления химических элементов на геохимических барьерах возрастает при движении от новокаспийской террасы в сторону моря (рис.7). В верхних гумусовых горизонтах почв полупустынных, луговых и солончаковых ландшафтов на биогеохимическом барьере слабо (R<2) накапливаются Zn, Mn, Cu, Cd, Pb.

Более интенсивно (11=2-4) на щелочном сорбционном барьере в верхних горизонтах почв луговых и лугово-болотных ландшафтов на валах осаждаются Сё, РЬ, Мп, Си, №. Зона сильного накопления (11>4) приурочена к маршевым сульфидным почвам болотных ландшафтов и донным отложениям лагуны, где на биогеохимическом, кислородном и сульфидном барьерах формируются природные аномалии Бе, Мп, 2п, Си, Сг.

Данные о состоянии почвенного покрова территории в регрессивную фазу (I), а также проведенные исследования в трансгрессивную фазу (II) и на стадии стабилизации уровня моря (III) позволили разработать схему эволюции ЛГП на участке «Турали» за последние 30 лет. В таблице 2 в виде матрицы показано развитие основных ЛГП (галогенеза, сульфидоге-неза, глеегенеза, оксидогенеза и гумасонакопления) в ландшафтах участка «Турали» в течение полного цикла колебаний уровня моря.

Выявлена сезонная динамика рН, ЕЬ, содержания подвижных форм Ре (рис.8) и минерализации почвенных растворов, обусловленная климатическими особенностями и интенсивностью микробиологической активности. Весной и летом возрастает интенсивность гетеротрофной сульфатредук-ции, в результате происходит понижение рН и ЕЬ, и увеличивается подвижность железа.

В работе приводится карта изменчивости почв участка «Турали» к воздействиям сгонно-нагонных явлений. Степень изменчивости почв определялась рядом почвенных свойств: 1) положением в катене; 2) окислительно-восстановительными и щелочно-кислотными свойствами; 3) гранулометрическим составом. Вероятность деградации прибрежных почв при нагонных явлениях возрастает от слаборазвитых субаэральных до маршевых сульфидных почв.

Ч я О.

>. Н

я ы

н «

с« Г

а. а X

к я X и о 3"

о X

Каспийское море

Новокаспийская терраса

о о ■

Кислотно-щелочные условия _Окисштелшо-ц Гпеево-Кислородные кислородные эсстановительные услови Кислородно- Кислородно-ъероеодородно- сероводород-глеевые ные 3_ Сероводород-1 ные

Типы изменения в профиле почв Щелочные вв СР' 1 ВСС-А СР,Д 2

;; ск з

Щелочные 86,0 СР' 4 ВСАО СР.....5

'лабощелачные Щелочные 8%'А ВЛГ" й Ск" 7 дг ю

Нейтральные ееАЕ Мс" 8

Щелочные

Степень накопления химических элементов: Латеральные геохимические барьеры: К < 2 - слабая а л л - кислородный 2<[?<4 - средняя » • - сульфидный Р>4 - сильная -глеевый

Рис. 7. Почвенно-геохимическая карта участка «Турали». Почвы: СР" - слаборазвитые песчаные субаэральные, СР' - слаборазвитые рыхлопесчаные гидроморфные, СР™ -слаборазвитые рыхлопесчаные гидроморфные задернованные, СР""(ск) - слаборазвитые луговые солончаковатые, ВЛг1'* - влажно-луговые солончаковые, Мсок - маршевые солончаковые, Мс к /Дл'"- маршевые солончаковые на осушенных донных лагунных отложениях, Ск - солончаки приморские, Скс1 - солончаки приморские сульфидно-глеевые, Д'1|а| - донные лагунные отложения. Радиальные геохимические барьеры: А -кислородный, В - сульфидный, Вв - биогеохимический, С - глеевый, О - щелочной, Е - кислый, Б - испарительный. Цифрами 1-10 показаны различные сочетания окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных условий в прибрежных почвах участка исследования.

Я - коэффициент радиальной дифференциации (отношение среднего содержания данного химического элементов в верхнем почвенном горизонте к среднему содержанию элемента в почвообразующей породе).

Разработано 3 сценария трансформации прибрежных ландшафтов: 1 - при стабилизации уровня, 2 - в случае дальнейшего подъёма уровня и 3 - при понижении уровня. При дальнейшей стабилизации уровня моря произойдет саморазвитие ЛГП, что отразится в изменении пространственного положения зоны сульфидогенеза, увеличении скорости оксидогенеза и гумусонакопления и трансформации классов галогенеза, сульфидогенеза, оксидогенеза в верхних горизонтах почв болотных (маршевых) ландшафтов. При подъёме уровня моря в прибрежных почвах будет развиваться ла-гунно-трансгрессивный комплекс ЛГП. При регрессии будут происходить рассоление и слабое накопление органического вещества.

Таблица 2

Трансформация ландшафтно-геохимических процессов на участке «Турали» при колебаниях уровня Каспийского моря

Зоны

Ландшафт

Новокас пийская терраса

Л** ЛБ*

ЛБ*

ЛГ

Ландщафтно-геохимнческне процессы и фазы колебаний уровня Каспийского моря

Галогенез

С1

В2

С1 СЗ

С1 С1

С2

ВЗ В4 С5 С1 СЗ

С1

В2 A3 С5 С1 СЗ

Сульфидогенез_ Глеегенез

ВЗ

СЗ

ВЗ В4

С5

СЗ

ВЗ А4

С5

СЗ

С2 СЗ

С2

СЗ

СЗ СЗ

С2 СЗ

С2

СЗ

СЗ СЗ

С2 СЗ

Оксидогенез

В2

В2 В4

ВЗ А4

Содержание гумуса (%):

0-1

Примечание. Фазы колебаний: 1 - регрессия; II - трансгрессия; 111 - стабилизация. Окислительно-восстановительные условия: 1 -кислородные 02 (Eh= +100...+200 мВ); 2 - ппеево-кпслородные СО; (СН4) - 02 (Eh=-50.. .+50 мВ); 3 - кислородно-сероводородно-глеевые H2S-CO2 (СН4) (Eh= -50...+50 мВ); 4 - кислородно-сероводородные О2 - H2S (Eh= 0...-I20 мВ); 5 - сероводородные H2S (Eh= -100. ..-200 мВ). Кислотно-щелочные условия: А - нейтральные (6,5-7,5); В - слабощелочные (7,5-8,0); С - щелочные (8,0-8,5); D сильнощелочные (8,5-9,0) Цветом показана степень засоления (сумма солен,%): светло-серый - слабая (0,1-0,2); серый - средняя (0,4-0,6), темно-серый - сильная (>0,8). * - на валах, ** - в понижениях.

1 1 1000-2000 мг/кг 4000-6000 мг/кг

ШИ 2000-4000 мг/кг ■1 >6000 мг/кг

Рис. 8 . Сезонные изменения содержания подвижных форм железа в почвах и донных отложениях прибрежных ландшафтов участка

«Турали» на разных стадиях колебания уровня моря

Выводы

1. Полный цикл колебаний уровня Каспийского моря привел к формированию катен восходящей миграции с образованием контрастных кислородных, сульфидных, щелочных и биогеохимических барьеров в почвах и отложениях лагунно-маршевых ландшафтов.

2. Геохимическая эволюция лагунно-маршевых ландшафтов в течение полного цикла колебаний уровня Каспийского моря проявилась в смене регрессивного комплекса ЛГП с преобладанием засоления и слабого гуму-сонакопления на лагунно-трансгрессивный комплекс ЛГП, с интенсивным развитием процессов сульфидогенеза, глеегенеза, оксидогенеза и накопления органического вещества в трансгрессивную фазу и с усилением процессов подкисления на стадии стабилизации.

3. Геохимическая трансформация радиальной и латеральной структуры прибрежных ландшафтов привела к металлизации почв и отложений маршевой зоны с формированием за 10 лет устойчивых ландшафтно-геохимических аномалий. На стадии стабилизации увеличилась интенсивность накопления Бе и ТМ по сравнению с трансгрессивной фазой. В зонах полупустынь умеренного пояса (участок «Турали») и сухих субтропиков (Апшеронский п-ов, Кура-Араксинская низменность) содержание Бе и ТМ в донных отложениях лагуны возросло в 3-8 раз, а в зоне влажных субтропиков (Ленкоранская низменность) - в 1,5-2 раза.

4. Повышение уровня моря приводят к резкой интенсификации ланд-шафтно-геохимических процессов в почвах маршевой зоны. Скорость накопления органического вещества возрастает от 270 кг/га в год в слаборазвитых луговых почвах до 1530 кг/га в год в маршевых сульфидных почвах. За 10 лет в почвах маршевой зоны сформировался ожелезненный горизонт мощностью 3-4 см, при этом валовое содержание железа возросло в 1,5 раза. Окисление сульфидных горизонтов маршевых почв привело к появлению серной кислоты и понижению рН до 6,7 ед.

5. Для прибрежных ландшафтов Дагестана установлена сезонная динамика рН, Eh, содержания подвижных форм Fe и минерализации почвенных растворов, обусловленная температурным режимом и осенним максимумом осадков и увеличением интенсивности микробиологической активности. Весной и летом возрастает интенсивность гетеротрофной сульфатре-дукции, в результате происходит понижение рН и Eh, и увеличивается подвижность Fe.

Список основных публикаций по теме диссертации

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК:

1. Вонхоф X., Касатенкова М.С., Касимов Н.С., Крооненберг С.Б., Лычагин М.Ю., Слободан В.Ю. Изотопный состав биогенных карбонатов и палеогеографические реконструкции голоцена на западном побережье Каспия // Доклады Академии Наук.-2004. -Том394,- №4.-С.1-4.

Статьи в других изданиях:

2. Касатенкова М.С., Касимов Н.С., Лычагин М.Ю. Тяжелые металлы в почвах и отложениях западного побережья Каспийского моря // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. - 2010. - №2(13). - С.93-96.

Тезисы основных докладов:

3. Касатенкова М.С., Касимов Н.С., Лычагин М.Ю. Современные ланд-шафтно-геохимические изменения прибрежной зоны Западного Прикаспия // Доклады меэвд. конф. «Геохимия биосферы». - Москва, 2006. - С. 148-150.

4. Kasatenkova M.S., Slobodyan V.Yu. Reconstruction of Caspian paleoenviron-mental conditions in the Holocene using growth incremental isotope records of mollus-can bivalves // Program and Abstracts:Holocene Caspian Sea Level Change. - Delft (Netherlands), 2002.-P. 14-16.

5. Kasatenkova M.S., Kasimov N.S., Gennadiev A.N., Lychagin M.Y., Kroonen-berg S.B. Geochemical changes of the Caspian salt marshes under conditions of sea-level fluctuations // Материалы межд. конф. «The Caspian region: environmental consequences of the climate change». - Москва, 2010. - C.83-87.

Подписано в печать 02.11.11г. Тираж 100 экз. Объем работы 1 п.л. Отпечатано в типографии «ГЕЛИОПРИНТ». Заказ № 955

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Касатенкова, Мария Сергеевна

Введение.

Глава 1. История формирования и изучения лагунных берегов Каспийского моря.

1.1 Колебания уровня Каспийского моря.

1.1.1 Каспий в плейстоцене и голоцене.

1.1.2 Современные колебания уровня Каспийского моря.

1.1.3 Причины колебаний уровня Каспийского моря.

1.2 Геоэкологические изменения береговой зоны Каспийского моря.

1.2.1 Геоморфологические изменения береговой зоны в плейстоцене и голоцене.

1.2.2 Палеогеографические реконструкции ландшафтно-геохимических особенностей древних лагун.

1.2.3 Современные лагунные берега Каспийского моря.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

2.1 Краткая физико-географическая характеристика районов исследования.

2.2 Объекты исследования1.

2.3 Методы исследования.

2.3.1 Полевые работы.

2.3.2 Лабораторные исследования.

2.3.3 Математико-статистические методы.

2.3.4 Почвенно-геохимическое картографирование.

Глава 3. Геохимическая структура лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия.

3.1 Геохимические особенности прибрежных катен Западного Прикапия.

3.1.1 Основные типы элементарных ландшафтов лагунно-маршевых катен.

3.1.2 Факторы дифференциации прибрежных почвенно-геохимических катен.

3.1.3 Типоморфные комплексы ландшафтно-геохимических процессов.

3.1.4 Радиальная геохимическая дифференциация маршевых ландшафтов .Л

3.1.5 Латеральная дифференциация прибрежных ландшафтов.

3.2 Общие закономерности миграции и аккумуляции химических элементов в прибрежных катенах Западного Прикаспия.

3.2.1 Регрессионные модели поведения микроэлементов в почвах и донных отложениях прибрежных ландшафтов.

3.2.2 Трансформация природного фона микроэлементов в ландшафтах лагунных берегов Западного Прикаспия при подъеме уровня моря.

Глава 4. Эволюция прибрежных ландшафтов Дагестана за последний полный цикл колебаний уровня Каспийского моря.

4.1 Ландшафтно-геохимические последствия колебаний уровня Каспийского моря.

4.1.1 Регрессивная стадия эволюции прибрежных ландшафтов.

4.1.2 Трансформация прибрежных ландшафтов при подъёме уровня Каспийского моря.

4.1.3 Состояние лагунных ландшафтов в условиях относительной стабилизации уровня моря.

4.1.4 Эволюция современных ландшафтно-геохимических процессов при колебаниях уровня Каспийского моря.

4.1.5 Трансформация природного фона химических элементов.

4.2 Сезонная геохимическая изменчивость почв и донных отложений участка «Турали»

4.2.1 Сезонная динамика щелочно-кислотных и окислительно-восстановительных условий.

4.2.2 Сезонная динамика ожелезнения и галогенеза.

4.3 Изменчивость прибрежных почв при воздействии экстремальных климатических явлений и прогноз их изменений.

4.3.1 Оценка изменчивости прибрежных почв участка «Турали».

4.3.2 Сценарии трансформации прибрежных ландшафтов в случае колебаний уровня Каспийского моря.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геохимическая структура и эволюция лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия"

Глобальные изменения природной среды стали важнейшим приоритетом исследований в области наук о Земле. Дискутируется соотношение природной и антропогенной составляющих различных глобальных явлений и процессов. С позиции географии особый интерес представляют региональные последствия глобальных климатических изменений, иногда отличающиеся весьма существенно по направленности и скорости от основного глобального тренда.

Актуальность исследований. Как известно, одной из наиболее актуальных проблем является глобальное потепление климата и связанное с ним медленное (2-3 мм в год) поднятие уровня Мирового океана (Climate change, 2001). В ряде низменных приморских районах это уже привело к интенсивному размыву береговой зоны, часто этот процесс приобретает катастрофический характер (Берд,1990). Существуют разные сценарии (от 0,5 до 3 м) дальнейшего подъема уровня Мирового океана к 2100 году (Changes.,2001; Morner, 2004). Наибольшее влияние на трансформацию береговой зоны, особенно для низменных аккумулятивных берегов, окажет увеличение ' скорости подъёма уровня (Stoddart, Reed, 1990; Pirazolly, 2007).

Лагунно-маршевые ландшафты распространены на аккумулятивных морских побережьях, площади которых расширяются в условиях тектонических погружений и э в статического подъёма уровня Мирового океана. (Каплин и, др., 1991; Леонтьев и др.,1977; Современные глобальные., 2006). Лагунно-барьерные комплексы стали появляться в береговой зоне с начала послеледниковой трансгрессии океана, когда океанские воды затапливали плоские шельфовые равнины, осушенные в период ледниковой регрессии (Современные глобальные., 2006). В настоящее время протяженность лагунных берегов составляет 43 тыс. км (Каплин и др., 1991), и именно на этих участках побережья формируются маршевые ландшафты. Эволюция маршей тесно связана с колебаниями .уровня моря, сопровождающимися потоками вещества между контактирующими средами — водной и воздушной, почвенным покровом, донными отложениями и живым веществом. Прогноз развития лагунно-маршевых ландшафтов невозможен без детального анализа их ландшафтно-геохимической структуры с особым вниманием к почвенному покрову и донным отложениям.

Существующие представления о формировании и функционировании маршей имеют геоморфологическую (Beets et al., 2003; Carter et al., 1989; Fruergaard et al., 2010; Morton et al.,2000; Storms et al., 2008 и др.), гидрологическую (Araujo et al., 2008; Moore et al., 1984; Molinaroli et al.,2007; Webster, 2010) и биогеохимическую направленность (De Lacerda, 1994; Eriksson et al., 2003; Höhn et al., 1986; KjerfVe, Magill, 1989; McKirdy et al., 2010). Большинство работ по геохимии лагунных берегов посвящено антропогенному загрязнению прибрежных ландшафтов, (Carrer et al., 2006; Galindo et al., 1997; Green-Ruiz et al.,2001; Mirlean et al.,2003; Zourarah et al.,2007) и развитию процесса диагенеза лагунных осадков (Beltrame et al., 2009; Cotner et al., 2004; Metzger et al., 2007; Scholz et al:,2007). Однако вопросы влияния подъема уровня океана на геохимические изменения прибрежных почв и донных осадков лагун пока-изучены недостаточно (Day et al., 1999; Kolker et al., 2009; Roy et al., 2010). При этом практически не освещается влияние наступающего моря на изменчивость ландшафт-но-геохимической структуры маршей, определяющей направленность техногенных потоков вещества в прибрежной зоне.

Одной из,наиболее информативных региональных моделей для изучения быстротекущих изменений природной среды-являются'прибрежные ландшафты При-каспия, которые за последние 80' лет прошли регрессивную фазу развития, сменившуюся в 1978 г. стремительным (до 30 »см в год) наступлением: моря с последующей' стабилизацией; продолжающейся* до настоящего времени. Пройдя полный цикл развития,- лагунно-маршевые ландшафты Прикаспия могут служить моделью для прогнозирования геохимической эволюции побережий других регионов.

Многолетние наблюдения за эволюцией российских берегов Каспия были начаты в середине прошлого века в регрессивную фазу (Леонтьев, 1949; Рычагов, Леонтьев, Маев, 1977) и продолжились в период дальнейшей трансгрессии (Леонтьев и др., 1987; Игнатов и др., 1992; Рычагов и др., 1996). В результате последней трансгрессии Каспийского моря» во многих прибрежных районах сформировались лагунно-маршевые берега, общей протяженностью около 50 % всего побережья (Огородов, 1998). Прикаспийские марши являются уникальным объектом исследования для изу-чения.региональных последствий климатических изменений.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

• установить этапы геохимической эволюции лагунно-маршевых ландшафтов в полном цикле колебаний- уровня Каспийского моря (регрессия-трансгрессия-стабилизация);

• изучить сезонную динамику почвенно-геохимических условий и- ландшафтно-геохимических процессов;

• разработать сценарии ландшафтно-геохимических последствий дальнейших, колебаний уровня Каспийского моря в-береговой зоне.

Объекты исследований. Были изучены почвы и донные отложения лагунно-маршевых ландшафтов 4 ключевых участков, расположенных на западном побережье Каспийского моря.

В основу работы положены:

- литературные данные об изменениях береговой зоны Каспийского моря при колебаниях его уровня.

Методы исследований. Работа основана на методологии ландшафтно-геохимических исследований, основные положения которой развиты в работах М.А.

Глазовской, А.И. Перельмана, Н.С. Касимова. Основными методами исследования явились сравнительно-географический и сравнительно-хронологический. Большая часть химико-аналитических работ проведена в лабораториях географического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Содержания химических элементов в пробах определялись атомно-абсорбционным, спектральным и рентген-флуоресцентным методами. Для обработки полученных результатов использовался регрессионный анализ, при построении карт - метод почвенно-геохимического картографированиям

Комплексные геоморфологические, геоботанические, почвенные и ландшафт-но-геохимические исследования были проведены на различных типах берегов западного побережья Каспия в конце трансгрессивной фазы (1995-1997 гг.)1. В результате были получены данные о влиянии трансгрессии Каспийского моря на динамику берегов (Игнатов и др., 1992; Бадюкова и др., 1996), растительного покрова (Мяло, Малха-зов, 2000), эволюцию почв и ландшафтно-геохимических процессов^ береговой зоне (Геннадиев и др., 1998; Касимов и др., 2000).

Эти исследования (показали, что ландшафтно-геохимические последствия колебаний уровня моря во многом обусловлены геоморфологическим строением прибрежной! зоны и типами берегов. В период.трансгрессии моря береговые процессы в значительной степени'зависят от уклонов подводного берегового склона и прибрежной суши (Игнатов и др., 1992; Бадюкова и др., 1996). На севере российского побережья в районе дельты Волги подъем уровня моря мало сказался на преобразовании берегов, поэтому проводимые здесь ландшафтно-геохимические исследования не выявили существенных геохимических изменений почв и донных отложений дельты (Касимов и др., 1999).

При движении с севера на юг, по мере удаления от мелководья авандельты Волги и увеличения уклонов береговой зоны, влияние трансгрессивного воздействия, на береговую зону увеличивалось (Кравцова, Лукьянова, 1997). В южнош половине калмыцкого побережья при очень пологих уклонах (порядка 0,0005) преобладало затопление трансгрессирующим морем широкой полосы берега шириной до 1-2 км. В

1 при финансовой поддержке программы Европейского Союза ШТАБ (№ 94-3382, 99-139), Нидерландского научного фонда (И\\Ю) (№ 047 003.010.00.95, 047.011.000.0), Российского фонда фундаментальных исследований ( № 07-05-00752, 06-05-08097), программы «Интеграция», гранта Правительства Российской Федерации «Оценка рисков природных катастроф в береговой зоне». г ч I 1 < тыловой части тростниковой осушки формировались лагуны сложной конфигураций, ширина которых варьировалась в течение года.

При достаточно больших уклонах (более 0,8°) на берегах образовывались абразионные клифы, которые отступали при дальнейшем подъёме уровня моря. В таких районах преобладала механическая миграция вещества, и перестройка прибрежных ландшафтов г была связана с эрозией почв:

Существенной трансформации в результате подъема уровня моря подверглись низменные аккумулятивные берега с уклонами более 0,0005. Они преобразовались в лагунные берега с четко выраженным береговым валом и лагуной, которые стали наиболее распространенным типом аккумулятивных берегов на, побережье Каспийского моря (Бадюкова и др., 1996; Рычагов и др.,1996;Бадюкова; Соловьева,2003).

Геохимическая! трансформация прибрежных почв при подъеме уровня моря связана со сложным- сочетанием ландшафтно-геохимических и эпигенетических процессов, которые анализировались в плане их стадиальности, количественной выраженности и скорости протекания (Касимов, и др.,2000).- Для#описания и объяснения/ поведения; вещества в' прибрежных ландшафтах использовались представления» М'.А.Глазовской (1988) о ландшафтно-геохимических процессах (ЛГП), как совокупности биогеохимических и физико-химических явлений, сопровождающихся? пространственной дифференциацией химических элементов. В| прибрежной зоне протекают главным образом, гидрогенные и биогенные ЛГП с преобладанием водной и биогенной миграции, с нахождением элементов преимущественно В1 миграционно-активных, подвижных формах (сульфидогенез, глеегенез, гуматогенез, оксидогенез, галогенез). Именно последствия этих процессов соответствуют характерному времени стадий колебаний уровня Каспийского моря (годы, десятки лет).

В тыловой часги лагуны при затоплении и подтоплении формируется маршевая зона, шириной 200-300 м, где геохимическая трансформация почв связана со сложным сочетанием ЛГП, развитие которых на значительных территориях приморских низменных аккумулятивных равнин в России, Казахстане, Азербайджане, ведет к формированию своеобразных лагунно-маршевых ландшафтов, не свойственных регрессивным фазам.

Для Каспийского моря характерно наложение малых флуктуаций на долговременные колебания уровня моря (Свиточ, 1991), изучение которых дает возможность 8 получить информацию о динамике и скоростях природных процессов с коротким характерным временем, сглаживающихся при увеличении временного интервала исследований. Поэтому, в период стабилизации уровня работы на побережье Каспийского моря были продолжены, что позволило изучить реакции растительности на кратковременные изменения уровня моря (Мяло и др., 2004) и трансформацию береговой зоны (Бадюкова и др., 2004).

Научная новизна. В работе решена задача - проведена оценка трансформации геохимической структуры лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия -имеющая важное научное и практическое значение для геохимии ландшафтов. Проведен анализ прибрежных катен по степени проявления ландшафтно-геохимических процессов (ЛГП) и уровню геохимической дифференциации ландшафтов по содержанию различных элементов в почвах^ и отложениях лагунных берегов. На примере ключевого участка «Турали» разработана схема эволюции ЛГП за последние 30 лет. Дана оценка изменчивости почв и донных отложений ла1унных берегов к колебаниям уровня моря и сгонно-нагонным явлениям в бассейне Каспия.

На защиту выносятся следующие положения:

2. Геохимическая эволюция лагунно-маршевых ландшафтов в течение полного цикла колебаний уровня Каспийского моря проявилась в смене регрессивного комплекса ЛГП' с преобладанием засоления и слабого накопления органического вещества, на лагунно-трансгрессивный комплекс ЛГП с интенсивным развитием процессов сульфидогенеза, глеегенеза, оксидогенеза и накопления органического вещества в трансгрессивную фазу и усилением процессов подкисления на стадии стабилизации.

3. В результате трансформации радиальной и латеральной структуры прибрежных ландшафтов произошла металлизация почв и отложений маршевой зоны с формированием-устойчивых ландшафтно-геохимических аномалий железа и тяжелых металлов (РЬ, Си, Со, N1). В прибрежных ландшафтах Дагестана и Азербайджана в зонах полупустынь умеренного пояса и сухих субтропиков образуются сильноконтрастные геохимические аномалии, а в зоне влажных субтропиков Ленкоранской низменности - слабоконтрастные.

Практическая значимость работы. Предложенная методика позволяет проводить пространственно-временной анализ ландшафтно-геохимических трансформаций низменных аккумулятивных берегов при колебаниях уровня моря и прогнозировать их дальнейшие изменения. Разработанные подходы могут найти применение при. решении аналогичных задач на побережьях Мирового океана.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались, на заседаниях кафедры геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова; отдельные результаты исследований-представлены в докладах на Международных научных конференциях: «Геохимия биосферы» (Москва, 2006)^ «Holocene Caspian sea level change» (Дельфт, Нидерланды, 2002), «Ломоно-сов-2003» (Москва,2003), «Антропогенная-динамика природной среды» (Пермь,2006), «Проблемы устойчивого функционирования* водных- и наземных экосистем» (Ростов-на-Дону,2006), Caspian Sea Workshop (Гент, Бельгия, 2007), «The Caspian region: environmental consequences of the climate change» (Москва, 2010), «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семей, Казах стан,2010), European Geosciences Union General Assembly 2011 (Вена, Австрия, 2011).

Публикации. Материалы проведенных исследований изложены в 11 печатных работах, в том числе в 1 статье в рецензируемом журнале, рекомендованном ВАК.

Благодарности. Автор глубоко признателен научному руководителю академику РАН; проф. Н.С. Касимову за постоянное внимание к исследованию, ценные советы и замечания, организаторам полевых экспедиционных работ - доценту М.Ю. Лы-чагину и профессору С.Крооненбергу, профессору А.Н. Геннадиеву и коллективу кафедры геохимии ландшафтов и географии почв, оказавшим содействие в сборе, анализе и обсуждении материалов диссертации.

Заключение Диссертация по теме "Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов", Касатенкова, Мария Сергеевна

Выводы

1. Полный цикл колебаний уровня Каспийского моря привел к формированию ка-тен восходящей миграции с образованием? контрастных кислородных, сульфидных, щелочных и биогеохимических барьеров; в почвах и отложениях лагунно-маршевых ландшафтов.

2. Геохимическая^ эволюция лагунно-маршевых ландшафтов^ в течение полного цикла колебаний уровня Каспийского моря? проявилась в смене регрессивного комплекса ЛТП с преобладанием засоления и слабого гумусонакопления; на; лагунно-трансгрессивный комплекс ЛТП; с интенсивным развитием процессов сульфидогене-за^ глеегенеза, оксидогенеза и накопления органического-вещества в^трансгрессивную фазу и с усилением процессов подкисления на стадии стабилизациш 3:. Геохимическаятрансформация радиальнойи* латеральной;структуры;прибрежных ландшафтов: привела к металлизации почв и отложений маршевой-зоны,сформи-рованием за, 10 лет устойчивых ландшафтно-геохимических аномалий: На стадии стабилизации? увеличилась, интенсивность, накопления- Ее и ТМ: по- сравнению с трансгрессивной фазойШ зонах.полупустыньумеренного пояса (участок «Турали») и сухих субтропиков; (Апшеронский п-ов; Кура-Араксинская- низменность) содержание Бе и;ТМ5;вгдонных отложениях лагуньгвозросло в 3-8 раз; шв-зоне влажньшсубтропиков (Ленкоранскаяшизменность) — вй\5-2раза:

4. Повышение уровня моря приводят: к резкой интенсификации ландшафтно-геохимических процессов, в. почвах, маршевой зоны. Скорость накопления органического вещества возрастает от 270 кг/га в год вюлаборазвитых луговых почвах до 1530 кг/га-в год в маршевых сульфидных почвах. За 10 лет в почвах маршевой зоны сформировался ожелезненныйгоризонг мощностью 3-4 см, при этом валовое содержание железа возросло в. 1,5 раза. Окисление сульфидных горизонтов? маршевых почв привел о к-появлению серной кислоты и понижению рН до 6:7 ед.

5. Для прибрежных ландшафтов Дагестана у станов л єна«- сезонная/ динамика. рН, ЕЬ; содержания подвижных форм Ре и минерализации почвенных растворов, обусловленная- температурным .режимом, осенним максимумом осадков: и увеличением интенсивности микробиологической активности в весенне-летний период.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Касатенкова, Мария Сергеевна, Москва

1. Азибеков Ш.А., Багиров А.Э. Геология и вулканизм Талыша.-Баку: ЭЛМ, 1979. -245 с.

2. Алисов Б.П. Климат СССР.- М.: Высшая школа, 1969. 104 с.

3. Атлас Азербайджанской ССР. -Баку-Москва, 1963. 213 с.

4. Бадюкова E.H., Соловьева Г.Д., Спольникова Л.Н, Морфолитодинамика Дагестанского побережья^ Каспийского моря // Вестник МГУ. Сер. 5. География. -1993. №4. С. 56-64.

5. Бадюкова E.H., Варущенко А.Н., Соловьева Г.Д. Влияние колебаний уровня моря на развитие береговой зоны // Вестник МГУ. Сер. 5. География. -1996. № 6.- С. 83-89.

6. Бадюкова E.H. Генезис хвалынских (плейстоцен) шоколадных глин Северного Прикаспия // Бюл.Моск.о-ва испытателей природы. Отд. Геол. -2000. Т.75. Вып.5.-С. 25-31.

7. Бадюкова E.H., Соловьёва Г.Д.,Лагунно-трансгрессивные террасы // Геоморфология. -2003. №3. -С.36-43.

8. Бадюкова E.H., Игнатов Е.И., Рычагов Г.И. Влияние колебаний уровня Каспийского моря на< береговые процессы // Современные глобальные изменения природной среды.- М:: Изд-во Научный Мир, 2004. Т. II: Ч. 4. С. 555-570.

9. Бадюкова E.H., Калашников А.Ю. Зависимость типов берегов и прибрежного эолового рельефа от колебаний, уровня моря (на примере Каспия) // Океанология.-2009. Т.49. №6.- С. 926-933.

10. Базилевич Н.И. Геохимия почв содового засоления. М.: Наука, 1965. 350 с.

11. Бармин А.Н., Иолин MiM. Мониторинг водорастворимых солей в почвах дельты р.Волги // Геохимия биосферы: доклады международной научной конференции. -Смоленск: Ойкумена, 2006. 400 с.

12. Бёрд Э: Изменения береговой линии. -Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 254 с.

13. Богатырев Б.А., Жуков В.В., Цеховский Ю.Г. Главнейшие факторы образования крупных и суперкрупных месторождений бокситов // Геохимия биосферы: доклады международной научной конференции. Смоленск: Ойкумена, 2006.- 400 с.

14. Богданова М.Д., Гаврилова И.П., Геннадиев А.Н. Экологические почвенно-геохимические карты России: Методология составления, содержание // Вестник МГУ. Сер.5. География. -1994. №3. С.31-38.

15. Богданова М.Д., Гаврилова ИЛ I., Герасимова М.И. Мелкомасштабное: почвен-но-геохимическое картографирование/ Под ред. чл-корр; РАН Н.С.Касимова.- М!: АПР, 2008. -168 с.

16. Болгов М.В., Красножон Г.Ф., Любушин А.А. Каспийское море: экстремальные гидрологические события. М.: Наука, 2007. - 381 с.

17. В ару щепко С.И{ ,Варущенко А.Иі, Клиге Р.К. Изменение режима Каспийского моря н бессточных водоемов^ вшалеовременш М. : Недра; 1987.-255 с.

18. Вероятностная' оценка« величию нагонов; на Дагестанском побережье Каспийского моря: Н;т. отчет НКФч<Волга>>;-МЫ995:^ ^

19. Гаврилова ИіП. Ландшафтно-геохимическое картографирование,- М.: Изд-во МГУ, 1985. 150 с.

20. Геннадиев А.Н., Касимов Н.С., Голованов Д.Л., Лычагин М.Ю., Пузанова Т.А. Эволюция почв прибрежной зоны при быстром изменении уровня Каспийского моря //Почвоведение. 1998. №9. - С. 1029-1037.

21. Геннадиев А.Н., Пиковский Ю.И. Карты устойчивости почв к загрязнению нефтепродуктами и полициклическими ароматическими углеводородами: метод и опыт составления //Почвоведение. 2007. №1.- С.80-92.

22. География, общество, окружающая среда. Т.З. Природные ресурсы, их использование и охрана. М.: Издательский дом «Городец», 2004. - С.338-350.

23. Геология и полезные ископаемые Азербайджана.- Баку, 1962. 44с.

24. Геоморфология Азербайджана.- Баку, 1959. 275 с.

25. Геоэкологические изменения при колебаниях уровня Каспийского моря (Геоэкология Прикаспия. Вып.1). М.: Географический факультет МГУ, 1997. - 208с.

26. Глазовская М.А. Геохимические основы типологии и методики исследования природных ландшафтов. М.: Изд-во МГУ, 1964. - 230 с.

27. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов. М. 1988. -351 с.

28. Глазовская М.А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. М.: Изд-во МГУ, 1997. - 102 с.

29. Глазовская М.А., Макунина A.A., Павленко И.А., Божко М.Г., Гаврилова И.П. Геохимия ландшафтов и поиски полезных ископаемых на Южном Урале. М.: Изд-во МГУ, 1961. - 182 с.

30. Глазовский Н. Ф. Современное соленакопление в аридных областях. М.: Наука, 1987. - 192 с.

31. Голамреза Нури. Эколого-географические последствия колебаний уровня Каспийского моря для ландшафтов южного и западного побережья Каспия: Дисс. канд. географ, наук: 25.00.23 -Моск. гос.ун-т. М., 2003. 159 с.

32. Добровольский А.Д., Залогин Б.С. Моря СССР. М.: Изд-во МГУ, 1982. - 324 с.

33. Добровольский, В. В. География и палеогеография коры выветривания СССР. -М. :Мысль, 1969. 277 с.

34. Дуйсебаев Ж. Геологические факторы колебания уровня Каспийского моря // Геология Казахстана. 1996. №3.- С. 43-51.

35. Евсеев А.В Эколого-геохимический анализ изменения состояния природной среды севера Евразии: докт. дисс. Моск. гос.ун-т. М.Д992.- 260 с.

36. Елпатьевский П.В. Геохимия миграционных потоков в природных и природно-техногенных геосистемах. М: Наука, 1993.- 266 с.

37. Ермолаев М.М. Геохимия ландшафтов Орь-Кумакского водораздела.- Л.:ЛГУ, 1963.

38. Зайдельман Ф.Р. Процесс преобразования и его роль в формировании почв. -М.: Изд-во МГУ, 1998. 316 с.

39. Зенкович В.П. О происхождении береговых баров и лагунных берегов // Тр.Ин-та океанол. 1957. T.XXI.- С.3-39.

40. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов: Справ.: в 6 кн. / Под ред. Э.К. Буренкова. М.: Недра, 1996.

41. Игнатов Е. И., Каплин П.А., Лукьянова С.А., Соловьева Г.Д. Влияние современной трансгрессии Каспийского моря на динамику его берегов // Геоморфология. -1992. №1. С.12-21.

42. Игнатов Е.И., Огородов C.JL, Сафьянов Г.А. Особенности морфодинамики аккумулятивных берегов Каспийского моря на современном'этапе // Геоморфология^-1999. №1.-С. 56-63.

43. Каплин>П.А\, Леонтьев O.K., Парунин О.Б., Рычагов Г.И. Абсолютный возраст позднеплейстоценовых отложений Каспийского моря по данным радиоуглеродного метода//Проблемы периодизаиции плейстоцена.- Л. 1971а.

44. Каплин П'.А., Никифоров Л.Г., Шадрин И.Ф. Значение поперечного перемещения наносов в образовании* аккумулятивных форм.// Комплексные исследования природы океана.- М.': Изд-во МГУ, 19716.- Вып.2,- С. 67-93.

45. Каплин П.А., Леонтьев O.K., Лукьянова С.А., Никифоров'Л.Г. Природа мира. Берега.- М.: Мысль, 1991.-479 с.

46. Касимов Н.С. Геохимия степных и пустынных ландшафтов. -М.: МГУ, 1988. -254 с.

47. Касимов Н.С. Методология и методика ландшафтно-геохимического анализа городов //Экогеохимия городов М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. - 336 с.

48. Касимов Н.С., Перельман А.И. О геохимии почв.//Почвоведение. -1992. №2. -С.9-27.

49. Касимов Н.С., Самонова О. А., Асеева E.H. Фоновая почвенно-геохимическая структура лесостепи Приволжской возвышенности.// Почвоведение.- 1992.№8. С.5-21.

50. Касимов Н.С., Кошелева Н.Е., Самонова O.A. Подвижные формы тяжелых металлов в почвах лесостепи среднего Поволжья (опыт многофакторного регрессионного анализа)//Почвоведение.- 1995. № 6. С. 705-713.

51. Касимов Н.С., Геннадиев А.Н., Лычагин М.Ю., Крооненберг С.Б., Кучеряева В,В. Геохимические изменения прибрежных почв Центрального ¡Дагестана при подъеме уровня Каспийского моря.// Почвоведение. 2000. №1. - С. 16-27.

52. КАСПКОМ (Координационный комитет по гидрометеорологии и мониторингу загрязнения Каспийского моря). Информационный бюллетень №2, 2011.

53. Катунин Д:Н. Влияние колебаний уровня моря на продуктивность рыбного хозяйства//Геоэкология Прикаспия. Вып.1. -М.:1997. С. 161-170.

54. Клиге Р.К. Прогнозные оценки изменения уровня Каспия// Мелиорация и водное хозяйство. 1994.№1. - С.62-75.

55. Клиге Р.К. Варианты прогнозов положения уровня Каспийского моря// Геоэкология Прикаспия. Вып.1.- М., 1997. С. 19-43.

56. Ковда В.А. Основы учения о почвах. Общая теория почвообразовательного процесса. Кн.1.- М.: Наука, 1973. 447с.

57. Ковда* В.А. Основы учения о почвах. Общая теория почвообразовательного процесса. Кн.2 М.: Наука, 1973. - 468 с.

58. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985. - 263 с.

59. Кошелева Н.Е., Касимов Н.С., Самонова O.A. Регрессионные модели поведения тяжелых металлов в почвах Смоленско-Московской возвышенности // Почвоведение,2002. № 8.- С.954-966.

60. Кошелева Н. Е. Математическое моделирование миграционных процессов в ландшафтно-геохимических системах : дис. д-ра геогр. наук. Моск. гос.ун-т. М.„2003. 429 с.J

Информация о работе

Касатенкова, Мария Сергеевна
кандидата географических наук
Москва, 2011
ВАК 25.00.23

Диссертация

Геохимическая структура и эволюция лагунно-маршевых ландшафтов Западного Прикаспия - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы