Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геохимия ландшафтов на покровных суглинках Вятско-Камского Предуралья

ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Геохимия ландшафтов на покровных суглинках Вятско-Камского Предуралья"

На правах рукописи

КОЛЕВАТЫХ ЕВГЕНИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТОВ НА ПОКРОВНЫХ СУГЛИНКАХ ВЯТСКО-КАМСКОГО ПРЕДУРАЛЬЯ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Пермь-2011

9 И ЮН 2011

4849401

Работа выполнена на кафедре географии Вятского государственного гуманитарног о университета

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Прокашев Алексей Михайлович

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Еремченко Ольга Зиновьевна кандидат географических наук, профессор Капустин Владимир Григорьевич

Ведущая организация: Удмуртский государственный университет

Защита состоится «23» июня 2011г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 212.189.10 при Пермском государственном университете по адресу: 614990, г.Пермь, ул. Букирева, 15, корп. 8, ауд. /Л5" e-mail: seuto psu.ru. факс (342) 239-63-54.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале научной библиотеки ГОУ ВПО «Пермский государственный университет», автореферат размешен на сайте ГОУ ВПО «Пермский государственный университет» www.psu.ru

Автореферат разослан «Zo » мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук

Т.А. Балина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Покровные суглинки - одни из наиболее характерных поверхностных отложений палеоледннковой и перигляциальной территорий Вятско-Камского Предуралья, используемых в строительстве, сельском и лесном хозяйстве. Несмотря на широкое распространение, они относятся к числу наименее изученных в пределах данного региона. Недостаточное внимание к указанным седиментам объясняется их приповерхностным залеганием, сравнительно небольшой мощностью, значительным пространственным варьированием плаща и по преимуществу прикладной тематикой геологоразведочных работ, ориентированных в основном на поиски карбонатного сырья и пресных вод для питьевого водоснабжения. На существующих геологических картах среднего масштаба эти отложения до настоящего времени именуются проблематичными. Поэтому учёные различных регионов, в том числе Центральной России и Среднего Поволжья, проявляют неослабевающий интерес к решению эволюционно-генетических проблем, касающихся покровных суглинков.

Отличительная черта географии покровных отложений Вятского Прикамья заключается в их нахождении в пределах древних пред- и внутриледниковых пространств. Такое палеогеографическое положение региона с пограничным сочетанием условий литогенеза обеспечило формирование одной из самых северных в Европе литолого-фациальной провинции лёссовидных отложений.

Поэтому успешное решение генетических вопросов нуждается в комплексном подходе и привлечении, наряду с палеогеографической, литолого-стратиграфической информации. Последняя касается субстантивных свойств покровных суглинисто-глинистых отложений, занимающих различные зонально-биоклиматические и геолого-геоморфологические ландшафтно-геохимические позиции. Покровные суглинки, будучи поверхностными отложениями, характеризуются различным соотношением с подстилающими и смежными седиментами в пределах каждого из ареалов палеоледннковой и внеледниковой зон бассейна Вятки и Камы. Субстантивные свойства покровных суглинков могут быть отражением как прошлых физико-географических условий, связанных с процессом их формирования, так и последующих диагенетических преобразований на современном этапе развития природной среды.

Исходя из вышеизложенного, для решения проблемы покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья необходимы специальные, по возможности, комплексные научные исследования вещественного состава покровной фации в вертикальном и латеральном аспектах с ландшафтно-геохимических позиций.

Объект исследования - покровные суглинки, являющиеся литогенной основой автоморфных и полугидроморфных ландшафтов. Наряду с ними, изучались подстилающие коренные и/или моренные отложения ввиду

литолого-генетическсш смежности и связи данных седиментов с покровными суглинками.

Предмет исследования - география, морфология и вещественный состав педо-литоседиментов покровных суглинков палеоледниковой и внеледниковой зон Вятско-Камского Предурапья.

Цель исследования - выявление субстантивных свойств, закономерностей пространственного размещения и особенностей формирования покровных суглинков Вятско-Камского Предурапья. В работе были поставлены следующие задачи:

1) полевое изучение закономерностей ландшафтно-географического распределения и морфологии педо-литоседиментов покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья;

2) анализ фондовых и литературных геологических, геоморфологических, почвенных (поисковых, оценочных и съёмочных) и физико-географических материалов;

3) исследование минеральной фазы покровных суглинков, сформированных на них почв, а также подстилающих пород: объемная масса, гранулометрический, валовой макро- и микроэлементный химический состав, закономерности вертикальной дифференциации почвогрунтов;

4) исследование физико-химических свойств: реакция твердой фазы, ёмкость поглощения, сумма поглощённых оснований, степень насыщенности основаниями;

5) статистическая обработка аналитических материалов;

6) диагностика и идентификация современных процессов диагенеза;

7) установление генетических взаимосвязей между покровными суглинками и условиями и факторами осадконакопления - орографией, подстилающими породами, климатом.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1) обнаружены мощные толщи покровных суглинков (10,0-15,0 м и более) в автономных местоположениях Вятско-Камского Предуралья, прежде считавшиеся характерными для более южных регионов;

2) установлено, что покровные отложения внеледниковой зоны Вятско-Камского Предуралья по гранулометрическому и валовому химическому составу представлены двумя генетическими близкими вариантами -лессовидными и элювиальными, сравнимыми по мощности и субстантивным признакам;

3) проанализированы с химических позиций две разности покровных суглинков - карбонатные и бескарбонатные - сменяющие друг друга как по простиранию, так и в разрезе; выявлены значительные различия между ними;

4) получены доказательства покровообразования в палеоледниковой зоне при участии четвертичного гляциального материала, а во внеледниковой зоне -коренных пермских пород;

5) установлена близость субстантивного состава покровных суглинков гляциальной и перигляциальной зон; представлены региональные кларки

петрогенных и микроэлементов покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья;

6) обнаружены признаки лигогенной неоднородности по разрезу мощных толщ водораздельных покровных отложений Вятско-Камского Предуралья по гранулометрическим и химическим характеристикам, косвенно свидетельствующие о сложной истории формирования покровного плаща на протяжении плейстоцена и о вероятности наличия в подобных толщах важной палеогеографической информации;

7) на относительно пологих элювиальных и трансэлювиальных элементах рельефа, а также в нижних звеньях геохимических сопряжений при промывном водном режиме в почвогрунтах усиливается радиальная миграция веществ, о чём свидетельствует элювиально-иллювиальная глинисто-химическая дифференциация поверхностных толщ исследуемых отложений;

8) выявлено существенное увеличение концентраций анализируемых микро-и макроэлементов за счёт латеральной миграции в направлении от элювиальных ландшафтов к аккумулятивным в гумидных условиях.

Полученные результаты исследования имеют важное значение для сравнения и возможной увязки в единую систему данных о субстантивных свойствах, географии и геохимии ландшафтов на покровных суглинках центра и востока Русской равнины, смежных с Вятско-Камской провинцией.

Практическое значение исследования. Результаты диссертационного исследования востребованы в практике рационального природопользования (сельское хозяйство, лесопользование, промышленность строительных материалов и строительство), ландшафтного планирования, охраны природы, в том числе формирования и совершенствования экологического каркаса и сети особо охраняемых природных территорий, разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия, научной, образовательной и научно-познавательной деятельности и для реализации программ устойчивого развития ряда субъектов Приволжского ФО в целом и территории Кировской области, в частности.

Большая часть материалов опубликована и передана геологическим, землеустроительным и природоохранным учреждениям Кировской области для планирования и ведения своей практической деятельности.

Материалы диссертации могут быть использованы для разработки учебных курсов по литологии, почвоведению и геоэкологии в системе вузовского географического и геологического образования.

Теоретической и методологической основой исследования послужили работы отечественных географов и палелогеографов, геологов, геохимиков-ландшафтоведов, почвоведов и палеопочвоведов в области изучения покровных суглинков, лёссов, лессовидных пород и ландшафтов на них (Н.С. Касимов, А.И. Перельман, МА. Глазовская, А.А. Величко, А.П. Виноградов, В.В. Тюлин, A.M. Прокашев, О.Е. Чумаков, Н.А. Гантов и др.).

Исследование покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья было проведено с применением общенаучных и специальных методов: экспедиционного, сравнительно-географического, геохимических,

лабораторных физико- и химико-аналитических, картографического с использованием ГИС, статистического, математического и др.

Публикации и апробация результатов работы. Соискателем опубликовано 10 научных работ по теме диссертации. В их число входят 2 статьи в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ. Приведенный в конце автореферата список основных публикаций в полной мере отражает результаты диссертационной работы.

Основные результаты проведенных исследований докладывались на ежегодных научных, научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Вятского государственного гуманитарного университета (2008-2011 гг.), а также на конференциях: Современное состояние, антропогенная трансформация и эволюция ландшафтов востока Русской равнины и Урала в позднем кайнозое (Киров, 2008), Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития: VI Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием (Киров, 2008), Третья международная конференция «Особо охраняемые природные территории» (Санкт-Петербург, 2008), География: проблемы науки и образования. ЬХП Герценовские чтения: Ежегодная Всероссийская научно-методическая конференция (Санкт-Петербург, 2009), География и современные проблемы естественнонаучного познания: Всероссийская научно-практическая конференция памяти д.г.н., проф., почет, чл. РГО, Василия Ивановича Прокаева (Екатеринбург, 2009), Пространственная организация, функционирование, динамика и эволюция природных, природно-антропогенных и общественных географических систем: Всероссийская научная конференция с международным участием (Киров, 2010).

Основные положения и выводы диссертации, составляющие предмет защиты

1. На высоких водоразделах внеледниковой части Вятско-Камского Предуралья могли образовываться и существуют в настоящее время сверхмощные (по местным меркам) покровные суглинки (10-15 м и более) на фоне преобладающих мощностей 1,0-3,0 м.

По геоморфологическому положению выделяются «первичные» (автономные, элювиальные или субаэрально-элювиальные) и «вторичные» (подчиненные, элювиально-делювиальные, переотложенные) покровные суглинки. Прежде считалось, что первичные суглинки Вятско-Камского Предуралья обладают меньшей мощностью - около 1,0-3,0 м по сравнению со вторичными (до 6,0-10,0 м и более) и даже в сравнении с автономными покровными суглинками Приволжской возвышенности (10,0-15,0 м). В ходе полевого исследования покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья были описаны значительно более мощные покровные суглинки (типичные по свойствам, как лессовидные, так и не имеющие признаков субаэрального

происхождения), залегающие в автономных позициях на водораздельных возвышенностях Чепецко-Кильмезского и Кукарского плато.

2. Покровные суглинки Вятско-Камского Предуралья являются полигенетнческим литолого-фациальным четвертичным комплексом.

По результатам полного гранулометрического анализа 216 проб выявлено, что в иловато-крупнопылеватых покровных суглинках Вятско-Камского Предуралья доминирующей группой фракций является крупная пыль (0,05-0,01 мм). Её доля составляет 42%, не превышает 62% и редко снижается до 20-30% в педогенно-переработанной части покровных суглинков или вблизи контакта с подстилающими породами. Второй по величине фракцией является ил, количество которого составляет величины от 6 (единично) до 53% при среднем 28%.

99% валового состава покровных суглинков приходится на петрогенные оксиды Si, Ti, Al, Fe, Ca, Mg, K, Na, P, Mn, S. Пропорции 11 важнейших оксидов несколько изменчивы по генетическим горизонтам, но постоянным преобладанием отличаются оксид кремния и полуторные оксиды.

3. Покровные суглинки Вятско-Камской лёссовой провинции имеют некоторые внутрирегиональные особенности. Данные отложения отличаются явной генетической связью с подстилающими породами: коренными, в том числе карбонатными, в перигляциальной зоне или мореной - в палеоледниковой зоне.

Покровные отложения внеледниковой зоны Вятско-Камского Предуралья по гранулометрическому и валовому химическому составу представлены двумя генетическими типами - лессовидными и элювиальными, сравнимыми по мощности и субстантивным признакам. Подстилание здесь представлено почти исключительно породами средне и позднепермского возраста.

В палеоледниковой зоне покровообразование происходило при участии четвертичного гляциального материала. Субстантивный состав ледниковых покровных суглинков мало отличается от своих южных аналогов.

Две химико-минералогические разности покровных суглинков -карбонатные и бескарбонатные - сменяют друг друга, как по простиранию, так и в разрезе. Субстантивные различия между ними значительные, сравнимы с таковыми между лессовидными и элювиальными.

4. В гумидных условиях Вятско-Камского Предуралья за счёт латеральной и радиальной миграции происходит увеличение концентраций многих выявленных микро- и макроэлементов от элювиальных ландшафтов к аккумулятивным.

На относительно пологих элементах рельефа, внизу геохимического сопряжения, в почвенном и подпочвенном слоях усиливается радиальная миграция веществ, о чем свидетельствует более выраженная элювиально-иллювиальная дифференциация профиля по содержанию большинства элементов.

Внутрипрофильное распределение элементов в педогенно переработанных толщах покровных суглинков имеет, в большинстве случаев, элювиально-

иллювиальный характер. Степень вертикальной химической дифференциации ослабевает в южном направлении и элювиирование может быть частично компенсировано биогеохимической аккумуляцией в органо-минеральных горизонтах почв.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложений, библиографического списка. Текст работы изложен на 246 страницах, включает 21 таблицу, 45 рисунков, 5 приложений. Библиографический список включает 147 наименований.

Благодарности. Выражаю благодарность за поддержку исследований научному руководителю, заведующему кафедрой географии, проф. A.M. Прокашеву, сотрудникам кафедры географии ВятГГУ, руководству университета и лично ректору проф. В.Т. Юнгблюду, сотрудникам Филиала по Кировской области ФГУ «ТФИ по Приволжскому федеральному округу», Территориального агентства по недропользованию Кировской области (Кировнедра), а также руководителям и сотрудникам производственных организаций, любезно предоставившим для исследований материалы геологосъемочных и разведочных работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертационное исследование состоит из четырех глав.

В первой главе изложены взгляды на сущность и природу покровных суглинков Европейской территории России и, в частности, Вятско-Камского Предуралья, а также степень изученности данных отложений и их аналогов по всей планете. Рассмотрены точки зрения на генезис покровных суглинков, подчас являющиеся диаметрально противоположными. Их авторы основываются на результатах собственных исследований. В специальной литературе неоднократно приводились дискуссионные сопоставления различных взглядов и гипотез, однако этот вопрос до сих пор остается открытым, и покровные суглинки по-прежнему относятся к проблематическим образованиям.

Среди многочисленных точек зрения на предмет генезиса покровных суглинков в различной степени обоснованными являются концепции элювиального и элювиально-делювиального, элювиально-солифлюкционного, эолового, эолово-перигляциального и субаэраяьно-струевого, водно-ледникового, полигенетического и даже космического происхождения.

Также в первой главе рассмотрены теоретические аспекты геохимии ландшафтов и геохимии осадочных пород.

Во второй главе проанализированы особенности природных условий ареала покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья.

Важная своеобразная черта процессов покровообразования заключается в нахождении Вятско-Камского Предуралья в древних пред- и внутриледниковых пространствах. Непосредственно через Вятское Прикамье проходили южные границы максимальных плейстоценовых оледенений. Особое в прошлом

перигляциальное положение Вятско-Камского Предуралья с уникальным сочетанием условий литогенеза обеспечило формирование одной из самых северных в Европе литолого-фациальных провинций лёссовидных отложений.

Другой стороной географии Вятско-Камского бассейна является приуроченность к зоне относительно повышенной тектонической нестабильности, показателем которой служат периодически случающиеся здесь слабые землетрясения и активные (для платформенной территории) вертикальные неотектонические движения. Они свидетельствуют о продолжающейся вертикальной дифференциации и связанными с ней изменениями орографических условий и режимов седиментогенеза.

Современный этап развития покровных суглинков характеризуется процессами, типичными для ландшафтов средней и южной тайги и смешанных лесов при промывном, застойно-промывном и периодически промывном водном режимах. Особенности современных климата и растительности Вятско-Камского Предуралья способствует проявлению следующих групп процессов: биогенно-аккумулятивных, элювиальных, иллювиально-аккумулятивных и оглеения. Данные процессы сводятся к биогенным, механическим и физико-химическим формам миграции химических элементов.

В третьей главе содержатся объекты и методы исследования покровных суглинков, основные результаты изучения данных отложений и ландшафтов на них по 5 ключевым участкам и 25 опорным разрезам (рис. 1).

Гранулометрическое строение педолитоседиментов определено по 255 пробам пипеточным способом по Качинскому.

Геохимия пород изучена на основе 447 анализов. Определение концентрации в пробах породообразующих оксидов - кремния, алюминия, железа (общего), магния, кальция, калия, натрия, титана, марганца, фосфора, серы - выполнено методом силикатного анализа с рентгеноспектральным окончанием (многоканальным рентгенофлуоресцентным спектрометром СРМ-25).

В пробах почв и верхней части коры выветривания экспрессным количественным рентгеноспектральным микроанализом с помощью электронно-зондового рентгеноспектрального микроанализатора САМЕВАХ изучено содержание 28 химических микро- и макроэлементов. Дополнительно, для большей точности и сравнимости результатов лабораторных испытаний, с помощью сканирующего рентгенофлуоресцентного спектрометра VRA-30 определены содержания Rb, Sr, Y, Zr, Nb.

В целях выяснения природы сверхмощных толщ покровных суглинков близкорасположенных, но морфологически отличающихся разрезов Фл-54 и Фл-60, для почвогрунта этих объектов определены гидролитическая кислотность, сумма поглощённых оснований, ёмкость катионного обмена и степень насыщенности основаниями.

Для большинства опорных разрезов проведен анализ рН солевой (КС1), реже - водной вытяжки.

В геохимической дифференциации денудационные и денудаиионно-аккумулятивные равнины Вятско-Камского Предуралья, на которых распространены покровные суглинки, относятся к кислому (Н+), кислому глеевому (H+-Fe++), переходному от кислого к карбонатному (Н'-Са ') и, значительно реже, к карбонатному (Са++) классам.

Рис. 1. Схематическая карта ареалов покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья с указанием опорных разрезов 1 - покровные (лессовидные?) суглинки проблематичного генезиса в сочетании с элювиально-делювиальными, 2 - элювиально-делювиальные отложения Qi-iv, 3 - положение ключевых разрезов и их номер, 4 - южная граница максимального продвижения днепровского (ларевекого) ледника)

В подглавах третей главы дана литолого-фациальная характеристика покровных отложений палеоледниковой и внеледниковой зон Вятско-Камского Предуралья.

Практически повсеместно разрезами вскрывается трёхчленное строение почвогрунта: педогенно переработанная толща (от 1,0 до 2,0 м), переходит в материнский покровный карбонатный или бескарбонатный суглинок. С глубины 1,0-14,2 м последний сменяется морфологически и субстантивно отличающимися подстилающими породами. В свою очередь, почвенная часть покровной толщи в большинстве разрезов подразделяется на аккумулятивно-элювиальную и иллювиальную части.

Распределение валовых содержаний петрогенных оксидов находится в тесной взаимосвязи с гранулометрическим составом и определяется как подвижностью элементов, связанных с определённой фракцией (рис. 2), так и, в меньшей степени, флуктуациями содержаний химических элементов при седиментогенезе. Наименьшим перераспределением по профилю (по элювиально-аккумулятивным коэффициентам) отличаются S1O2 и ТЮг, входящие главным образом в состав кристаллической решётки устойчивых к выветриванию первичных минералов. Содержание оксида калия также мало изменяется по вертикали вследствие низкой миграционной способности иона К+ и его сорбирования вторичными минералами.

В почвенной толще разрезов активно перераспределяются по профилю полуторные и основные оксиды. Потери Ре20з, MgO и СаО в элювиальных горизонтах, доходящие до 50% относительно материнской породы, восполняются за счёт барьерной (сорбционный, окислительный и щелочной типы) роли иллювиальных горизонтов. Отмечается снижение миграционной способности полуторных оксидов в связи с повышением рН вглубь профиля. Данное замечание справедливо для большинства описанных педогенно переработанных частей покровных суглинков, в которых реакция солевой (и водной) вытяжки нарастает до нейтральных и слабощелочных значений на уровнях горизонтов В. В некоторых разрезах как палеоледниковой, так и внеледниковой частей Вятско-Камского Предуралья, на уровне горизонтов Bt2 (глубина 50-90 см) начинается накопление Fe^Oj и MgO в масштабе первых процентов. Аналогично, но менее выражено, поведение АЬОз.

Содержание СаО в почве нигде не превышает его количества в материнской породе. Причина этому - разрушение и вынос (выщелачивание) из профиля и по гипсометрическому градиенту в данных климатических условиях (промывной и периодически промывной водные режимы) в первую очередь кальциеносных минералов.

Более значительными относительными колебаниями подвержен Р2О5, биогенная аккумуляция которого в гумусо-аккумулятивных или в пахотных горизонтах может достигать 50%, а потеря в элювиальных горизонтах - -50% относительно первого подпочвенного горизонта С.

1.51) :: 00 ISO 0.01) 20,00 -10.00 000 -0.2O ООО 0.20 0.40 0.60 -ООО п.40 -IJJO (l,0() 0.20

Рис. 2. Распределение гранулометрических фракций и петрогенных оксидов (по общим элювиально-аккумулятивным коэффициентам) в разрезе Мр-37

Поведение МпО коррелирует в системе горизонтов PY-El-Btl с поведением СаО, а в нижележащих горизонтах - с распределением Fe203+Fe0. Но если в последнем случае его перераспределение объясняется геохимическим сходством с поведением Fe (миграцией в составе ила; миграцией в кислой среде, выраженной даже значительнее, чем у Fe), то в верхних горизонтах слабое накопление объяснимо компенсирующей с биогенной аккумуляцией.

Поведение Na20 тесно коррелирует с Si02 вследствие его связи, как и Si, с первичными алюмосиликатными минералами. Оно обратно пропорционально перераспределению основных и полуторных оксидов. Как и в случае с SiOo, возрастание роли малоподвижного натрия компенсационно отвечает уменьшению долей подвижных соединений.

В четвертой главе на примере изученных опорных разрезов и по материалам фондовых источников, рассмотрены особенности пространственного распределения, морфологии, субстантивного состава, степени однородности и контакта с подстилающими породами покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья.

В географии покровных суглинков наблюдается общая закономерность, заключающаяся в простирании их плащеобразных ареалов по поверхности денудационных и аккумулятивно-денудационных равнин субпараллельно фронтам четвертичных ледниковых покровов различного возраста. Сплошные ареалы покровных суглинков располагаются южнее границы днепровского оледенения, где они подстилаются песчано-глинистыми и карбонатными

коренными породами поздней и средней перми. Севернее этой границы островные плащи покровных суглинков перекрывают гляциапьные (морена, предположительно gQn) и водно-ледниковые отложения или песчано-глинистые пестроцветы раннего триаса. В разрезах палеоледниковых участков «Подосиновец» и «Мураши» наблюдается слой (продукт размыва -переотложения) с морфологическими признаками и покровного суглинка, и морены.

Мощности покровных суглинков территории Вятско-Камского Предуралья чрезвычайно вариабельны (рис. 3). В палеоледниковой зоне, как и в предледниковой, наибольшая мощность покровных суглинков характерна для вершин и, реже, подножий склонов. На склонах плащ покровных суглинков сокращается до 1,0 м.

В палеоледниковой зоне мощность плаща покровных суглинков сравнительно невелика и составляет 1,0-2,5 м на водоразделах, максимальные, выявленные нами в ходе исследований, мощности переходной между покровным и моренным суглинком породы могут достигать 3,4 м и более.

В ходе проделанной работы подтверждена сравнительно небольшая мощность покровных отложений в автономных ландшафтах междуречья Пижмы и Бол. Кокшаги не более 3,0 м, чаще в пределах 1,0-2,0 м.

В северо-восточной части внеледниковой зоны (Чепецко-Кильмезский водораздел) мощность покровных суглинков на водоразделах в основном составляет 2,5 м. На возвышенных местах она несколько меньше (1,0-1,5 м в междуречье Святицы и Лумпуна, вблизи эрозионно-тектонического уступа, отделяющего плато от Кильмезской низменности). В то же время, на северной покатости Чепецко-Кильмезского плато, на возвышенных массивах плащ покровных суглинков может достигать 10,0 м и более.

В западном направлении мощность покровных наносов уменьшается и на территории стыка Чепецко-Кильмезского плато и Вятских Увалов вновь составляет около 1,5-2,5 м. На юге Вятских Увалов, Кукарском плато, мощность покровных суглинков резко возрастает до, возможно, максимальных для Вятско-Камской провинции лессовидных пород, величин в 15,0 м более. Здесь нерасчленённые (неоген)-четвертичные глины, весьма сходные по химическому составу с покровными суглинками других участков, по данным съёмочных геологических отчётов, могут иметь мощность свыше 30,0 м.

В одной морфолитогенетической зоне, в однотипных геоморфологических позициях и на сходных абсолютных высотах, при относительно небольшом удалении сосуществуют лёссовидные покровные суглинки (разрез Фл-54; мощность 8,1 м; подстилается по поверхности размыва глинистым мергелем) и более вязкие элювиальные суглинки, не имеющие признаков лёссовостн (разрез Фл-60; мощность 10,0 м; подстилается супесчано-суглинистой мореной). Физико-химические свойства таких отложений - сумма обменных оснований, рН и др. - весьма разнятся между собой. При сходстве гранулометрического и химического составов, покровный суглинок первого из разрезов

характеризуется большей насыщенностью основаниями и ранним проявлением щелочности среды вниз по разрезу.

разновозрастным геоморфологическим поверхностям Сокращения: ПКР - Пижмо-Кокшагская равнина; КП - Кукарское плато; ЧКП -Чепецко-Кильмезское плато.

Денудационные равнины: 1 - олигоцен-миоиеновые (ПС выражены слабо); 2 -миоценовые (средняя мощность ПС до 3 м; спорадически распространены сверхмощные плащи); 3 - плиоценовые, в т.ч. с маломощной водно-ледниковой аккумуляцией времени отступания ледника (мощность ПС до 2 м); 4 - положение опорного разреза и его индекс; 5 -граница стационарного положения днепровского ледника; 6 - граница максимального

продвижения ледника.

Гранулометрический состав - один из базовых критериев выделения покровных крупнопылеватых суглинков - вместе с аналогичными свойствами другого лессовидного покровного суглинка (разрез Сов-61; мощность до 15,0 м; подстилается не вскрытыми пермскими карбонатными породами), обнаруживает значительную синхронность изменения по разрезу. По предварительной версии, нуждающейся в палинологических и минералогических доказательствах, в растянутых профилях суглинка данных разрезов запечатлены условия 3 фаз осадконакопления.

В ходе полевого изучения зафиксировано увеличение доли карбонатных покровных суглинков в направлении с севера на юг и некоторое возрастание мощности покровного плаща в обратном направлении, а также в верхних частях водоразделов и у их подножий. Характерно исчезновение или ослабление степени карбонатности и увеличение глубины залегания карбонатных горизонтов в северном направлении. На всей изучаемой площади четко выражена текстурная, чаще - педогенно обусловленная дифференциация верхней части покровных суглинков в пределах 1,0-2,0-метровой зоны аэрации. На глубинах более 1,0-1,5 м наблюдается ослабление оструктуренности почвогрунтов и трансформация их в гомогенную тонкопористую, обычно вязкую суглинисто-глинистую массу.

По результатам изучения 25 разрезов, выполненных в покровных суглинках, отмечено, что базальная часть толщи этой породы обычно переходит в коренные, нередко выветрелые породы Р2, Р3, Ти а также в моренные суглинки, постепенно или резко. Следует отметить наличие в разрезах КЧ-44, Ун-47, Ун-52, Фл-53-54, Фл-60, Сов-61 своеобразной подушки из облегчённого по гранулометрическому составу несортированного материала (предположительно, моренного - Фл-54, 60 или коллювиально-элювиального опесчаненно-глинистого - КЧ-44, Ун-47) между четвертичными покровными суглинками и коренными глинистыми породами (в разрезе Сов-61 -известняками).

В зонах контактов покровных суглинков и подстилающих пород - элювия пермских глин, элювия мергелей или моренных суглинков - резкого изменения баланса петрогенных оксидов не происходит. Колебания значений содержаний оксидов основных породообразующих элементов (Si, Al, Fe, Mg, Са, К, Mn, Ti, Р и др.) обусловливает «размытую» химическую дифференциацию профиля, не позволяющую в ряде случаев отделить покровные суглинки от нижележащей породы без учёта морфологического и гранулометрического строения.

Валовой химический состав покровных суглинков Вятского Прикамья отличается достаточно высокой стабильностью содержания основных породообразующих оксидов (табл. 1). Пропорции 10 важнейших оксидов умеренно изменчивы по генетическим горизонтам, но в целом их количества весьма выдержаны, о чём свидетельствуют низкая ошибка среднего и медиана, близкая к среднему арифметическому.

Коэффициенты Пирсона в парах Si02:Ab03 и Ab03:FeoSlKM демонстрируют очень высокую зависимость содержания соответственно обратную (-0,94) и прямую (0,941). В данной выборке представлены в том числе почвенные горизонты, в которых содержатся наибольшие и наименьшие количества кремнезёма и полуторных оксидов. Это свидетельствует о субстантивном единстве изученных покровных суглинков (рис. 4).

На основании анализов 154 проб из покровных суглинков всех ключевых участков, отмечаются определенные различия между бескарбонатными и карбонатными, элювиально-делювиальными, элювиальными и делювиальными суглинками (рис. 5). Бескарбонатные варианты немного обогащены Si02 -

около 72-73% - и АЬ03 - 14-15%. Соответственно, они обеднены СаО - 1,21,3%; при этом содержание оксида магния в них больше, чем оксида кальция. В карбонатных покровных отложениях количество кремнезема и алюминия обнаруживает тенденцию к снижению на 1-2%. Напротив, концентрация СаО здесь возрастает в 3-4 раза, обеспечивая его 2-кратный перевес над MgO. Делювиальные суглинки незначительно превосходят элювиально-делювиальные по содержанию SiOi, однако эти различия при ограниченности массивов выборки по отдельным категориям наносов не могут считаться достоверными.

Таблица 1

Статистические параметры валовых содержаний литогенных оксидов в покровном суглинке Вятско-Камского Предуралья

Si02 Ti02 Alj03 Fe общ. MnO MgO СаО Na20 к2о p2o5 so3

Покровный суглинок в целом (п=146, для SO3 п=37)

Сред, знач., % 73,1 0,8 13,3 5,6 0,1 1,7 1,3 1,3 2,3 0,1 0,1

Станд. откл., % 3,07 0,06 1,63 1,14 0,06 0,43 0,81 0,18 0,15 0,07 0,0 2

Медиана, % 72,7 0,9 13,5 5,6 0,1 1,8 Ы 1,3 2,3 0,1 0,1

Покровный суглинок как почвообразующая порода (п=71, для SO3 п=7)

Сред, знач., % 72,1 0,8 13,8 5,9 0,1 1,9 1,6 1,3 2,3 0,1 0,1

Станд. откл., % 2,69 0,06 1,41 1,02 0,02 0,35 1,07 0,17 0,17 0,03 0,0 1

Медиана, % 72,3 0,8 13,5 5,6 0,1 1,9 1,2 1,3 2,3 0,1 0,1

По статистическим данным выявляется тесное литогеохимическое сродство Si02, Ti02, Na20 и К20 с крупной пылью, MgO и AI2O3 и Fe202+Fe0 -с илом.

Согласно проведённым расчётам, по сравнению с кларками земной коры покровные суглинки Вятско-Камского Предуралья слабо рассеивают большинство исследовавшихся микроэлементов. Наибольшие концентрации характерны для Bi, Ag, Li, Ge, Co, Sn, Yb, Sc (KK>1). Убывающий ряд распределения концентраций редких элементов показан на рис. 6. В целом для верхней части коры выветривания в каждом отдельном разрезе характерны стабильные содержания рассеянных элементов. Закономерные зоны их концентрации приурочены к карбонатным геохимическим барьерам.

Р205 i?| K20 1»

Na20 Щ

20,00%

"-.1С '1У.Ы fli^iijfc

llM-'lli

v:j>\ шт пьи*.

меяяий e«<№* Ш

mem Щ \ I '

П=216 0.'">*J О US О ' ., .f l.-H'-':.. sit-ii-ir1..

n=146

40-00% 60.00%

80,00%

Рис. 4. Средний вещественный состав покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья

100,00

s м £

: м" 10,00

О

! я

!

! I

i о 1.00

: а.

*.*:#• Л!

Ж fe '.t* f

i* А

+ + + +

..........♦.........Г'Ф'

ж «tta

«FT'

64,0

6(5,0

68,0

70,0

................-jf......1

72.0 74.0 76,0

1 о>

! я

i I

I с: щ

I э

! W

0.10

-jjsp:-

Содержание SIO,. %

0,01

♦ ТЮЗ » А12СЗ AFe общ -МпО Х- MgO »СаО +Na20 ' К20 -Р205

Рис. 5. Сводный химический состав покровных суглинков Чепецко-Кильмезского плато. По оси X - содержание SiC>2, %; по оси Y - содержание оксидов макроэлементов в логарифмическом масштабе, %

По итогам изучения микроэлементного состава покровных суглинков 22 разрезов в разных частях ареала, устойчиво выявляется обеднённость этой породы Nb, Ва, Си, Zr, Ni, Ga и Сг по отношению к их кларкам земной коры. По сравнению с последними, покровные суглинки существенно обогащены серебром (в среднем 0,26 г/т), оловом (3,83 г/т), литием (76,0 г/т), кобальтом (27,9 г/т), отчасти скандием (10,9 г/т).

Рис. 6. Концентрация и рассеяние микроэлементов в покровных суглинках и подстилающих породах (Ge и Yb - данные по 1 разрезу)

Относительно среднего состава коренных дочетвертичных пород Вятского Прикамья целевые отложения обеднены Sc на 5%, Zn - 6%, Ni - 15%, Си - 16%.

На рис. 7 показано, что формирование кластеров валовых содержаний всех определённых в ходе анализов элементов начинается от наиболее геохимически подобных для покровных суглинков - серебра и марганца. Следующие по уровню группировки объединяют макроэлементы - титан и магний, а также молибден. Вероятно, здесь группируются элементы, зависящие от распределения тонкодисперсных частиц.

На дистанции до 0,20 в первый кластер, помимо указанных наиболее сгруппированных элементов, входят кальций, свинец и галлий, скандий и ниобий, группа железа, алюминия и олова. Также в первый кластер входят последовательно сгруппированные иттрий (по 138 пробам), кобальт, медь и никель.

Содержание свинца, галлия, а также ниобия и скандия, как это следует из коэффициентов парной корреляции, тесно связано со стабильно высоким содержанием в покровных суглинках фракции крупной пыли.

—♦—Покровный суглинок -•-Подстилающие породы

Во втором кластере объединены хром, рубидий, цинк и литий.

3,00

Т-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1 I-г

2,25 1,50 0,75

Дистанция сцепления

0,00

Рис. 7. Дендрограмма ассоциаций элементов в покровном суглинке

Элементы с относительно неопределённым положением — стронций, цирконий и барий образуют самостоятельный кластер на дистанции около 2,0.

Группировка других элементов происходит с большими статистическими дистанциями, на что оказывают влияние множество факторов. Их совместное, подчас разнонаправленное действие сформировало современный состав четвертичных покровных суглинков. Результаты кластерного анализа для палеоледниковой и внеледниковой зон с одной стороны и для разных участков на территории Вятско-Камского Предуралья с другой, показывают сходные группировки и ассоциации микро- и макроэлементов, оксидных форм макроэлементов и сочетание их с поведением частиц ила, физической глины, крупной пыли.

Установлена кларкообразующая роль валового содержания химических элементов подстилающих пород по отношению к покровным суглинкам во многих опорных разрезах (Мр-37, КЧ-44, Я-1, 2, Пж-4,5, Фл-52 и др.). В разрезе С-42 покровный суглинок и почва на нём наследуют от подстилающей породы аномально высокое - 700 кларков - содержание висмута, который определился только в почвогрунте данного разреза.

В табл. 2 приведены средние значения валовых содержаний химических элементов в покровном суглинке как почвообразующей породе (только подпочвенные горизонты). Средние значения могут быть рекомендованы в качестве предварительных региональных кларков покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья.

Таблица 2

Валовое содержание химических элементов в покровных суглинках

Элемент Палеоледн. зона, г/т с Внелед. зона, г/т с Кларк ПС I ВКП, г/т с Элемент Палеоледн. [ зона, г/т с Внелед. зона, г/т с Кларк ПС ВКП, г/т а

РЬ 12,3 22 12,2 84 12,2 106 Со 26,1 22 27,9 84 27,5 106

Сг 65,3 22 66,6 84 66,3 106 Y 28 21 23,5 44 25,0 65

Ga 13,2 22 12,9 84 13,0 106 Bi 2,8 1 6,7 2 - _

Ва 228,9 22 226,5 69 227,1 91 Nb 17,4 17 18,1 6 17,6 23

Мо 1,05 22 1,08 84 1,07 106 Ge - 0 2,7 2 - -

Sn 5,5 22 3,3 84 3,8 106 Yb _ 0 0,52 2 - -

Li 76,9 22 74,5 84 75,0 106 Al 60754,5 22 47077,3 75 50179,3 97

Си 34,3 22 24,3 84 26,4 106 Mg 21704,5 22 15988,3 75 17284,8 97

Zr 118,9 22 113,8 84 114,9 106 Mn 1335,5 22 1324,9 75 1327,3 97

Ag 0,22 22 0,25 84 0,24 106 Fe 104868,2 22 55264 75 66509,3 97

Zn 46,7 22 55,5 84 53,7 106 Ca 28786,4 22 22857,6 75 24202,3 97

Sc 7,6 22 12,4 69 11,2 91 Ti 8216,8 22 5982 84 6445,8 106

Ni 46,4 22 39,9 84 41,2 106 Rb 71,8 21 66,8 44 68,4 65

Sr 126,5 21 136,5 44 133,3 65

Примечания: ПС - покровный суглинок, ВКП - Вятско-Камское Предуралье, п - количество проанализированных проб

Поведение химических элементов рассмотрено на примере распределения их валовых форм в малой катене, заложенной на участке «Чепецко-Кильмезское плато» в верхней части бассейна р. Лумпун.

В пространственном распределении ряда химических элементов проявляется следующая закономерность-, концентрации их от вершины катены к основанию возрастают, особенно это относится к Fe, Al, Са, Mg Mn, Zn, Ni, Со, Си, Cr, Ga, Sn. Внутрипрофильное распределение элементов носит, в большинстве случаев, аккумулятивный или аккумулятивно-(элювиально)-иллювиальный характер.

С илистыми частицами (на основании парной корреляции по катене -коэффициенты «г») переносятся Li (r=0,26), Си (r=0,26), Sc (r=0,4), Ni (г=0,49), Mg (r=0,42), Fe (г=0,38). В то же время элементы, мигрирующие в составе ила

обнаруживают заметную положительную корреляцию со средним и мелким песком, в которых они сосредоточены в зёрнах первичных минералов и, возможно, вторичных новообразований.

С фракциями пыли ассоциированы свинец (г=0,5-0,6), галлий (г=0,26-0,36), серебро (г=0,3-0,5), цирконий (г=0,43), цинк (г=0,25), титан (0,4-0,64). С крупной и средней пылью обнаруживают отрицательную корреляцию медь (г=-

0.3., скандий (г=-0,5), никель (г=-0,5), алюминий (г=-0,3), магний (г=-0,7), железо (г=-0,35) и кальций (i=-0,5). Повышенные и стабильные по профилю и в плане концентрации свинца, галлия, титана и циркония объясняются постоянным высоким валовым содержанием крупной пыли в покровных суглинках.

Местные особенности концентрации элементов тесно согласуются с химизмом покровных отложений Вятско-Камского Предуралья в целом. Здесь, как и в среднем по покровным суглинкам региона, рассеиваются большинство рассматриваемых элементов. Максимальные кларки концентрации свойственны серебру (до 4,0), литию (до 2,2), марганцу (до 1,7), кобальту (1,6), олову и скандию (1,4) железу и титану. Наиболее обогащен микроэлементами, а также кальцием и титаном, покровный суглинок разреза Ун-49 (подножие катены). Наименьшие концентрации свойственны разрезу Ун-48, представляющему литологию трансэлювиального геохимического ландшафта.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1. В Вятско-Камском Предуралье, как и в более южных регионах, сформировались мощные толщи покровных суглинков (10,0-15,0 м и более) на фоне преобладающих мощностей 1,5-3,0 м.

2. Покровные суглинки Вятско-Камской лёссовой провинции имеют некоторые внутрирегиональные особенности. Покровные отложения внеледниковой зоны региона по гранулометрическому и валовому химическому составу представлены двумя генетическими типами -лессовидными и элювиальными, сравнимыми по мощности и субстантивным признакам. Подстилание здесь представлено почти исключительно породами средне- и позднепсрмского возраста.

3. В палеоледниковой зоне покровообразование происходило при участии четвертичного гляциального материала (возможно, с привлечением мезозойского). Субстантивный состав ледниковых покровных суглинков мало отличается от своих южных аналогов.

4. Две химико-минералогические разности покровных суглинков -карбонатные и бескарбонатные - сменяют друг друга, как по простиранию, так и в разрезе. Субстантивные различия между ними значительнее, чем между лессовидными и элювиальными.

5. Покровные суглинки Вятско-Камского Предуралья отличаются явной генетической связью с подстилающими коренными, в том числе карбонатными породами.

6. В гумидных условиях Вятско-Камского Предуралья за счёт латеральной миграции происходит увеличение концентраций выявленных микро- и макроэлементов от элювиальных ландшафтов к аккумулятивным.

7. На относительно пологих элементах рельефа, внизу геохимического сопряжения, в почвенном и подпочвенном слоях усиливается радиальная миграция веществ, о чем свидетельствует более выраженная элювиально-иллювиальная дифференциация профиля по содержанию большинства элементов.

8. Внутрипрофильное распределение элементов в педогенно переработанных толщах покровных суглинков имеет, в большинстве случаев, элювиально-иллювиальный характер. Степень вертикальной химической дифференциации ослабевает в южном направлении и элювиирование может быть частично компенсировано биогеохимической аккумуляцией в органо-минеральных горизонтах почв.

9. По гранулометрическим и химическим характеристикам мощные профили водораздельных покровных отложений Вятско-Камского Предуралья имеют некоторую литогенную неоднородность по разрезу. Это свидетельствует о сложной истории формирования покровного плаща на протяжении плейстоцена и о вероятности наличия в многометровой толще покровных суглинков элювиальных ландшафтов важной палеогеографической информации. Поэтому мощные разрезы покровной толщи наиболее перспективны для палинологического изучения с эволюционно-генетических позиций.

10. Покровные суглинки Вятско-Камского Предуралья, по сравнению с кларками земной коры, обнаруживают слабое рассеяние большинства исследовавшихся микроэлементов. Повышенные концентрации (КК>1) характерны для ряда химических элементов: Bi, Ag, Li, Со, Sn, Sc. Отмечаются стабильные содержания микроэлементов по каждому из опорных разрезов. Закономерные зоны их концентрации приурочены к сорбционным и карбонатным геохимическим барьерам. Покровным суглинкам свойственно заметное варьирование микроэлементного состава по ключевым участкам.

11. Представленные данные и выводы о литолого-фациальных свойствах рассмотренных отложений в сочетании с дальнейшими палеогеографическими исследованиями позволят уточнить региональную специфику и положение покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья в ряду лёссовых провинций Северной Евразии и, в целом, уточнить закономерности литогенеза на четвертичном этапе развития природы.

12. Покровные суглинки могут служить в качестве эталонной осадочной породы Вятского Прикамья и использоваться посредством типических разрезов с целью изучения палеоландшафтов и сравнительной роли экзогенных факторов седиментогенеза. К ареалам покровных отложений приурочена и основная доля почв со сложным органопрофилем, которые сами по себе являются педогенными памятниками природы, имеющими большое теоретическое, научно-познавательное и прикладное значение.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

В изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Колеватых Е.А. К вопросу о генезисе и геохимии покровных суглинков // Литосфера, 2010. № 6. С. 55-65.

2. Колеватых Е.А., Парфёнов М.И. Прокашев A.M. Особенности химического состава покровных суглинков Вятско-Камской лёссовой провинции // Вестник Российского государственного университета им. И. Канта. Вып. 1. Сер. Естественные науки. Калининград, Изд-во РГУ им. И. Канта. 2011. С. 87-94.

В иных изданиях (статьи и материалы конференций):

3. Колеватых Е.А., Прокашев A.M. География покровных суглинков и проблема их генезиса // Современное состояние, антропогенная трансформация и эволюция ландшафтов востока Русской равнины и Урала в позднем кайнозое (материалы межрегиональной научной конференции 13-15 мая 2008 г., г. Киров). Киров: «Изд-во ВятГГУ». 2008. С. 28-32.

4. Колеватых Е.А., Прокашев A.M., Парфенов М.И. Субстантивные свойства покровных суглинков ледниковой зоны бассейна Вятки // Современное состояние, антропогенная трансформация и эволюция ландшафтов востока Русской равнины и Урала в позднем кайнозое (материалы межрегиональной научной конференции 13-15 мая 2008 г., г.Киров). Киров: «Изд-во ВятГГУ». 2008. С. 28-32.

5. Колеватых Е.А., Прокашев A.M., Парфенов М.И. Геохимия покровных суглинков ледниковой зоны бассейна Вятки // Проблемы региональной экологии в условиях устойчивого развития: Сб. материалов VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием в 2 частях. Часть 1 (г. Киров, 25-27 ноября 2008 г.). Киров: Изд-во «О-Краткое», 2008. С. 270-273.

6. Колеватых Е.А., Матушкин А.С., Парфёнов М.И., Прокашев A.M. Покровные суглинки - педо-литогенные памятники природы бассейна Вятки //Территориальные проблемы охраны природы: Сб. докладов Третьей международной конференции «Особо охраняемые природные территории» (Санкт-Петербург, 2008). СПб, 2008. С. 128-135.

7. Колеватых Е.А., Парфёнов М.И. Геохимия антропогенно преобразованных ландшафтов на покровных суглинках кировской области // География: проблемы науки и образования. LXII Герценовские чтения : Материалы Ежегодной Всероссийской научно-методической конференции (910 апреля 2009 г., Санкт-Петербург) / Отв. ред. В.П. Соломин, Д.А. Субетто, Н.В. Ловелиус. В 2 т. СПб: Астерион, 2009. Т. 1. С. 359-365.

8. Колеватых Е.А., Прокашев A.M., Парфёнов М.И. Некоторые черты геохимии антропогенно преобразованных ландшафтов на покровных суглинках

// Экология родного края - проблемы и пути их решения. Материалы четвёртой областной научно-практической конференции молодёжи 27-28 апреля 2009 г. Киров, 2009. С. 14-16.

9. Колеватых Е.А., Прокашев A.M., Парфенов М.И. К геохимии ландшафтов на покровных суглинках Вятско-Камского Предуралья // География и современные проблемы естественнонаучного познания: Материалы Всероссийской научно-практической конференции (Пам. д.г.н., проф., почет, чл. РГО, Василия Ивановича Прокаева) / ГОУ ВПО Урал. гос. пед. ун-т. Екатеринбург, 2009. Ч. 1. С. 111-118.

10. Колеватых Е.А., Парфёнов М.И., Прокашев A.M. К вопросу о происхождении покровных суглинков Вятско-Камской провинции // Пространственная организация, функционирование, динамика и эволюция природных, природно-антропогенных и общественных географических систем: Материалы Всеросс. научн. конф. с международн. участием, 7-9 октября 2010 г. Киров, 2010. С.62-65.

Содержание диссертации:

Введение

1. География, субстантивные свойства и концепции генезиса покровных суглинков территории России и зарубежья. Геохимия осадочных пород

1.1. Покровные отложения территории России и зарубежья

1.1.1. Покровные суглинки

1.1.2. Лёссы и лессовидные породы

1.1.3. Морфология и вещественный состав покровных суглинков

1.2. Изученность покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья

1.3. Геохимия осадочных пород

2. Природные условия ареала покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья

2.1. Стратиграфия

2.2. Геоморфология

2.3. Климат

2.4. Гидрология

2.5. Растительность

2.6. Почвы

3. Субстантивные свойства покровных суглинков региона исследований и сущность их экзогенного диагенеза

3.1. Объекты и методы исследования покровных суглинков

3.2. Геохимические ландшафты на покровных суглинках Вятско-Камского Предуралья

3.3. Литолого-фациальная характеристика покровных отложений палеоледниковой зоны Вятско-Камского Предуралья

3.3.1. Участок «Подосиновец» 3.3.2 Участок «Мураши»

3.4. Литолого-фациальная характеристика покровных отложений внеледниковой зоны Вятско-Камского Предуралья

3.4.1. Участок «Пижмо-Кокшагская равнина»

3.4.2. Участок «Кукарское плато»

3.4.3. Участок «Чепецко-Кильмезского плато»

4. Закономерности формирования макро- и микроэлементного, гранулометрического составов покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья

4.1. Особенности географии покровных суглинков. Связь с подстилающими породами

4.2. Гранулометрический состав покровных отложений

4.3. Анализ макро- и микроэлементного состава покровных суглинков

4.4. Рекомендации по использованию покровных суглинков в хозяйстве Заключение

Библиография Приложения

Подписано в печать 18.05.11 Формат 60x84 1/16 Заказ № 173

Усл. печ. л. 1,63 Тираж 100 экз.

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Колеватых, Евгений Александрович, Киров

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Вятский государственный гуманитарный университет

На правах рукописи

04201162889

КОЛЕВАТЫХ Евгений Александрович

ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТОВ НА ПОКРОВНЫХ СУГЛИНКАХ ВЯТСКО-КАМСКОГО ПРЕДУРАЛЬЯ

Специальность 25.00.23 — физическая география и биогеография, география

почв и геохимия ландшафтов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук

профессор

Прокашев Алексей Михайлович

Киров 2011

СОДЕРЖАНИЕ

Введение........................................................................................................................................................................................................................4

1. География, субстантивные свойства и концепции генезиса покровных суглинков территории России и зарубежья. Геохимия осадочных пород .. 10

1.1. Покровные отложения территории России и зарубежья..............................10

1.1.1. Покровные суглинки............................................................................................................................10

1.1.2. Лёссы и лессовидные породы..............................................................................................14

1.1.3. Морфология и вещественный состав покровных суглинков..................................................................................................................................................................................19

1.2. Изученность покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья................................................................................................................................................................................................................26

1.3. Геохимия осадочных пород............................................................................................................................32

2. Природные условия ареала покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья................................................................................................................................................................................................................43

2.1. Стратиграфия..........................................................................................................................................................................43

2.2. Геоморфология....................................................................................................................................................................57

2.3. Климат................................................................................................................................................................................................61

2.4. Гидрология..................................................................................................................................................................................67

2.5. Растительность......................................................................................................................................................................70

2.6. Почвы....................................................................................................................................................................................................72

3. Субстантивные свойства покровных суглинков региона исследований

и сущность их экзогенного диагенеза........................................................................................................................82

3.1. Объекты и методы исследования покровных суглинков..........................82

3.2. Геохимические ландшафты на покровных суглинках Вятско-Камского Предуралья..............................................................................................................................................................................86

3.3. Литолого-фациальная характеристика покровных отложений палеоледниковой зоны Вятско-Камского Предуралья..................................................................90

3.3.1. Участок «Подосиновец»................................................................................................................90

3.3.2 Участок «Мураши»....................................................................................................................................95

3.4. Литолого-фациальная характеристика покровных отложений

внеледниковой зоны Вятско-Камского Предуралья..........................................................................99

3.4.1. Участок «Пижмо-Кокшагская равнина»............................................................99

3.4.2. Участок «Кукарское плато»......................................................................................................107

3.4.3. Участок «Чепецко-Кильмезского плато»........................................................119

4. Закономерности формирования макро- и микроэлементного, гранулометрического составов покровных суглинков Вятско-Камского

Предуралья................................................................................................................................................................................................................126

4.1. Особенности географии покровных суглинков. Связь с подстилающими породами............................................................................................................................................................126

4.2. Гранулометрический состав покровных отложений..........................................134

4.3. Анализ макро- и микроэлементного состава покровных суглинков......................................................................................................................................................................................................................141

4.4. Рекомендации по использованию покровных суглинков в

хозяйстве........................................................................................................................................................................................................................174

Заключение................................................................................................................................................................................................................177

Библиография........................................................................................................................................................................................................186

Приложения..............................................................................................................................................................................................................200

ВВЕДЕНИЕ

Покровные суглинки (ПС) востока Русской равнины и, в частности, Вятско-Камского Предуралья (ВКП) - объект неоднократного геологического изучения, почвенно-агрохимических обследований и специальных научных исследований [Краснов, 1972; Тюлин, 1976; Прокашев, 1999, 2003, 2009; Чумаков, 1999; Пупышева, 2004]. Итогом этих работ стало получение обобщающих сведений по вещественному составу, свойствам, качественной оценке, генезису, закономерностям географического распространения; структуре ПС и всего четвертичного покрова ВКП. Составлены отчёты по разведке и оценке запасов месторождений и технической пригодности нерудного сырья на основе ПС [Мешковский, 1959; Румянцев, 2007 и др.]. Относительно меньшее внимание в этих исследованиях уделялось постановке и решению сугубо научных литолого-генетических проблем.

Вопросы, касающиеся происхождения и эволюции покровных (лессовидных) суглинков Русской равнины и Евразии в целом, на современном этапе в силу ряда объективных и субъективных причин остаются далёкими от научного разрешения. Как показано далее в работе, существует целый ряд альтернативных подходов к проблеме генезиса и к субстантивному определению ПС различных регионов мира. К таковым относятся, прежде всего, концепции флювиогляциального, элювиального, субаэрального и смешанного происхождения покровных отложений.

Факт нахождения нами в составе четвертичного покрова ВКП целого ряда массивов сверхмощных (по местным меркам) ПС в автономных позициях (до 15,0 м) открывает большие исследовательские перспективы, так как даёт возможность под различными углами зрения подойти к изучению их субстантивно-генетических характеристик. Во-первых, целенаправленное изучение ПС позволяет получить комплексные данные о географии, составе и свойствах группы слабоизученных элювиальных компонентов четвертичного

покрова бассейна Вятки и Камы. Во-вторых, эти исследования дают возможность более многогранно, с парагенетических и палеогеографических позиций подойти к рассмотрению генезиса ПС. В-третьих, предпринятая автором работа представляет большой интерес для добывающей промышленности, строительства и транспорта. Детальное изучение ПС в опорных разрезах создаёт основу для формирования представлений о технической пригодности и категорийности запасов строительных материалов в покровных четвертичных отложениях. Поскольку ПС являются первыми- от поверхности относительно мощными! отложениями на обширной территории денудационных и денудационно-аккумулятивных равнин ВКП, они служат субстратом для фундаментов зданий и сооружений, почвообразующими породами для наиболее плодородных зональных типов и подтипов почв. В-четвёртых, изучение субстантивных свойств ПС открывает возможность с экологической, в том числе палеоэкологической точки зрения рассмотреть степень устойчивости отдельных компонентов педо-литосферы и ландшафтов к воздействию меняющихся во времени и пространстве, различных по направленности и интенсивности влияния факторов природы и общества.

Важная своеобразная черта процессов покровообразования заключается в нахождении ВКП в древних пред- и внутриледниковых пространствах. Непосредственно через Вятское Прикамье проходили южные границы максимальных плейстоценовых оледенений. Особое в прошлом перигляциальное положение ВКП с уникальным сочетанием условий литогенеза обеспечило формирование самой северной в Европе литолого-фациальной провинции лёссовидных отложений.

Зонально-региональные особенности географического положения являются важным фактором в истории развития четвертичного покрова. Хронологическая неоднородность условий седиментогенеза в горизонтальном (латеральном) и вертикальном направлении предопределили чувствительность верхней части коры выветривания к различным по модальности и силе

флуктуациям отдельных факторов окружающей среды. На этом фоне детальные научные исследования гранулометрического, макро- и микроэлементного состава покровной фации — чувствительных к колебаниям физико-географических условий — в вертикальном и латеральном аспектах отсутствуют.

Объектом диссертационной работы служат покровные суглинки, являющиеся литогенной основой автоморфных и полугидроморфных ландшафтов. Наряду с ними, изучались подстилающие коренные и/или моренные отложения ввиду литолого-генетической смежности и связи данных седиментов с покровными суглинками.

Предметом исследования выступают география, морфология и вещественный состав педо-литоседиментов покровных суглинков палеоледниковой и внеледниковой зон Вятско-Камского Предуралья.

Цель диссертационной работы — выявление субстантивных свойств, закономерностей пространственного размещения и особенностей формирования покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья.

Достижение намеченной цели предусматривает решение следующих научных задач:

1) полевое изучение закономерностей ландшафтно-географического распределения и морфологии педо-литоседиментов покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья;

2) анализ фондовых и литературных геологических, геоморфологических, почвенных (поисковых, оценочных и съёмочных) и физико-географических материалов;

3) исследование минеральной фазы покровных суглинков, сформированных на них почв, а также подстилающих пород: объемная масса, гранулометрический, валовой макро- и микроэлементный химический состав, закономерности вертикальной дифференциации почвогрунтов;

4) исследование физико-химических свойств: реакция твердой фазы, ёмкость поглощения, сумма поглощённых оснований, степень насыщенности основаниями;

5) статистическая обработка аналитических материалов;

6) диагностика и идентификация современных процессов диагенеза;

7) установление генетических взаимосвязей между покровными суглинками и условиями и факторами осадконакопления - орографией, подстилающими породами, климатом.

Основная часть аналитических работ выполнена в лабораториях кафедры географии Вятского государственного гуманитарного университета. Отдельные виды или этапы анализов осуществлены в Северо-Восточном Комплексном научно-исследовательском институте ДВО РАН (г. Магадан). В процессе работы над диссертацией автор пользовался всесторонней поддержкой и консультациями научного руководителя A.M. Прокашева, также профессорско-преподавательского состава и лаборантов кафедры географии ВятГГУ, за что приносит им искреннюю благодарность. Кроме того, исследования вызвали большой интерес и поддержку со стороны контролирующих, научно-производственных и проектных организаций Кировской области: Вятской ГРЭ ФГУГП «Волгагеология», Территориального агентства по недропользованию Кировской области (Кировнедра), Филиала по Кировской области ФГУ «ТФИ по Приволжскому федеральному округу», ОАО Кировпроект, ООО ВятГеолКом.

Научная новизна исследований.

1) обнаружены мощные толщи покровных суглинков (10,0—15,0 м и более) в автономных местоположениях Вятско-Камского Предуралья, прежде считавшиеся характерными для более южных регионов;

2) установлено, что покровные отложения внеледниковой зоны Вятско-Камского Предуралья по гранулометрическому и валовому химическому составу представлены двумя генетическими близкими вариантами —

лессовидными и элювиальными, сравнимыми по мощности и субстантивным признакам;

3) проанализированы с химических позиций две разности покровных суглинков — карбонатные и бескарбонатные - сменяющие друг друга как по . простиранию, так и в разрезе; выявлены значительные различия между ними;

4) получены доказательства покровообразования в палеоледниковой зоне при участии четвертичного гляциального материала, а во внеледниковой зоне -коренных пермских пород;

5) установлена близость субстантивного состава покровных суглинков, гляциальной и перигляциальной зон; представлены региональные кларки* петрогенных и микроэлементов покровных суглинков Вятско-Камского Предуралья;

6) обнаружены признаки литогенной неоднородности по разрезу мощных толщ водораздельных покровных отложений Вятско-Камского Предуралья по гранулометрическим и химическим характеристикам, косвенно свидётельствующие о сложной истории формирования покровного плаща на протяжении плейстоцена и о вероятности наличия в подобных толщах важной палеогеографической информации;

7) на относительно пологих элювиальных и трансэлювиальных элементах рельефа, а также в нижних звеньях геохимических сопряжений при промывном водном режиме в почвогрунтах усиливается радиальная миграция веществ, о чём свидетельствует элювиально-иллювиальная глинисто-химическая дифференциация поверхностных толщ исследуемых отложений;

8) выявлено существенное увеличение концентраций анализируемых микро-и макроэлементов за счёт латеральной миграции в направлении от элювиальных ландшафтов к аккумулятивным в гумидных условиях.

Практическая ценность и реализация результатов исследований. В ходе проделанной научной работы представлена сравнительная характеристика

субстантивных свойств покровных суглинков. Сформирована географическая база данных на основе материалов диссертации.

Выяснено фоновое содержание петрогенных и микроэлементов, в том числе тяжёлых металлов, в ландшафтах на покровных суглинках. Данные отложения широко задействованы в сельском и лесном хозяйстве, строительной и горнодобывающей промышленности Вятско-Камского Предуралья.

Результаты диссертационного исследования востребованы в практике рационального природопользования^ (сельское хозяйство, лесопользование, промышленность строительных материалов и строительство); ландшафтного планирования, охраны природы, в том числе формирования и совершенствования экологического каркаса и сети особо охраняемых природных территорий, разработки адаптивно-ландшафтных систем земледелия, научной, образовательной и научно-познавательной деятельности и для реализации программ устойчивого развития ряда субъектов Приволжского ФО в целом и территории Кировской области, в частности.

Большая часть материалов опубликована и передана геологическим, землеустроительным и природоохранным учреждениям Кировской области для планирования и ведения своей практической деятельности.

Материалы диссертации могут быть использованы для разработки учебных курсов по литологии, почвоведению и геоэкологии в системе вузовского географического и геологического образования.

По теме диссертационного исследования опубликовано 10 работ, из них 2 статьи в Перечне ... ВАК. Основные результаты проведенных исследований докладывались на ежегодных научных, научно-практических конференциях профессорско-преподавательского состава Вятского государственного гуманитарного университета (2008-2011 гг.), а также на конференциях в Кирове (2008-2010 гг.), Санкт-Петербурге (2009 г.), Екатеринбурге (2009 г.).

1. ГЕОГРАФИЯ, СУБСТАНТИВНЫЕ СВОЙСТВА И КОНЦЕПЦИИ

ГЕНЕЗИСА ПОКРОВНЫХ СУГЛИНКОВ ТЕРРИТОРИИ РОССИИ И ЗАРУБЕЖЬЯ. ГЕОХИМИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД

1.1. Покровные отложения территории России и зарубежья 1.1.1. Покровные суглинки

Одними из характерных поверхностных отложений территории Европейской России . являются покровные суглинки. Эти четвертичные седименты проблемного генезиса обнаруживаются как в ледниковой, так и в приледниковой зоне. Их ареалы занимают значительную часть территории средней и южной тайги, зоны смешанных и лиственных лесов, следовательно, являются« материнскими породами для дерново-подзолистых,'серых лесных и ряда других типов почв, широко эксплуатируемых в сельском и лесном хозяйстве.

Под покровными образованиями на Русской равнине обычно подразумеваются безвалунные неслоистые породы суглинисто-алевритового и реже супесчаного сос