Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

История геологического развития Куршской косы в голоцене и современные литодинамические процессы в береговой зоне

ВАК РФ 25.00.01, Общая и региональная геология

Автореферат диссертации по теме "История геологического развития Куршской косы в голоцене и современные литодинамические процессы в береговой зоне"

На правах рукописи

СЕРГЕЕВ Александр Юрьевич

ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ КУРШСКОЙ КОСЫ В ГОЛОЦЕНЕ И СОВРЕМЕННЫЕ ЛИТОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ

Специальность 25.00.01 — Общая и региональная геология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

9 СЕН 2015

Санкт-Петербург 2015

005562062

005562062

УДК 55.031:551.3.051:551.794(470.26)

На правах рукописи

СЕРГЕЕВ Александр Юрьевич

ИСТОРИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ КУРШСКОЙ КОСЫ В ГОЛОЦЕНЕ И СОВРЕМЕННЫЕ ЛИТОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В БЕРЕГОВОЙ ЗОНЕ

Специальность 25.00.01 - Общая и региональная геология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Санкт-Петербург 2015

Работа выполнена в отделе Региональной геоэкологии и морской геологии Федерального государственного унитарного предприятия «Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А. П. Карпинского» (ФГУП «ВСЕГЕИ»)

Научный руководитель Жамойда Владимир Александрович, кандидат геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник (ФГУП «ВСЕГЕИ»)

Официальные оппоненты: Харин Геннадий Сергеевич, доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник (АО ИО РН) Холмянский Михаил Аркадьевич, доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник (ФГУП «ВНИИОкеангеология»)

Ведущая организация Балтийский федеральный университет имени

Иммануила Канта

Защита диссертации состоится 15 октября 2015 г. в 14.00 на заседании Диссертационного совета Д 216.001.02 в Зале Ученого совета при Всероссийском научно-исследовательском геологическом институте им. А. П. Карпинского по адресу: Санкт-Петербург, Средний пр., 74.

С диссертацией можно ознакомиться во Всероссийской геологической библиотеке.

Автореферат разослан « 1& » 2015 г.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, прощу направлять по адресу: 199106, Санкт-Петербург, Средний пр., 74, ВСЕГЕИ, диссертационный совет Д 216.001.02, ученому секретарю Д. В. Рябчук, а также по e-mail: Daria_Ryabchuk@vsegei.ru

Ученый секретарь Диссертационного совета Д 216.001.02 кандидат геол.-минер. наук ^ ^ Рябчук

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Вследствие специфических особенностей геологического строения и морфологии, Куршская коса, в 2000 г. включенная в список Всемирного наследия ЮНЕСКО, является чрезвычайно уязвимым природным объектом, чувствительным к любым изменениям литоди-намической обстановки. По данным мониторинга АО ИО РАН на участке протяженностью 34 км между г. Зеленоградск и пос. Рыбачий скорость отступания берега составляет 1-1,8 м/год.

Куршская коса как уникальный природный объект на протяжении многих десятилетий привлекает внимание исследователей. Первые работы по геологии и истории развития Куршской косы и Куршского залива были опубликованы в конце Х1Х-начале XX вв. немецкими учеными И. Шуманом, Г. Берендтом, Дж. Абромайтом, А. Торнквистом и др. Новый уровень береговых исследований юго-восточной Балтики был достигнут сотрудниками Института океанологии им. П. П. Ширшова АН СССР под руководством проф. В. П. Зенковича (Айбулатов и др., 1966, 1983; Болдырев и др., 1972, 1976, 1981, 1992; Бойнагрян, 1966; Филимонов, 1965, 1966). Изучением геологического строения занимались как литовские В. К. Гуделис (1958), М. Кабайлене (1997), О. Пустельников (1997), Л. Ж. Гелумбаускайте (2005), А. Битинас (2005, 2007, 2010), А. Дамушите (2011), так и российские геологи и геоморфологи: Л. А. Жиндарев (1979, 2012), А. И. Блажчишин (1982, 1998), Е. Н. Бадюкова (2006, 2007, 2011), Харин (1987, 2006, 2008). Последние годы изучением экзогенных геологических процессов берегов и исследованием донных ландшафтов подводного склона Куршской косы занимаются сотрудники АО ИО РАН (Бабаков, 2009; Сивков и др., 2011, 2014; Бобыкина и др., 2014), а также сотрудники ФГУП «ВСЕГЕИ» (Жамойда и др., 2009, 2012).

Повышенное внимание к изучению береговой зоны Калининградской области связано с проблемами сохранения рекреационного потенциала побережья. Прогнозирование литодинамического развития берегов часто не учитывает особенности геологического строения береговой зоны, обусловленные историей развития района, и не позволяет осуществлять высокоточное планирование берегозащитных мероприятий.

Цель работы: Реконструкция особенностей геологического развития района Куршской косы в позднем неоплейстоцене-голоцене и прогноз развития ее береговой зоны.

Задачи работы:

1. Комплексный анализ и интерпретация геолого-геофизических данных, как опубликованных, так и полученных в ходе исследования.

2. Построение постледниковой цифровой модели геологического строения района Куршской косы.

3. Определение генезиса, механизма и динамики диапиризма реликтовых лагунных отложений на основе анализа структурных форм этих отложений с использованием геоинформационной среды.

4. Определение геологических факторов, контролирующих закономерности распределения осадочного вещества в береговой зоне Куршской косы в позднем голоцене.

5. Построение компьютерной палеогеографической трехмерной реконструкции развития района Куршской косы с позднего неоплейстоцена до настоящего времени, учитывающей пространственные соотношения геологических тел и современные представления об изменениях уровня Балтийского моря в этот период.

6. Прогноз развития Куршской косы на основе данных об изменении климата, современных скоростей экзогенных геологических процессов и физических свойств отложений, слагающих береговую зону.

Фактический материал, методы исследования и достоверность результатов. В основу диссертации положены как комплексные геолого-геофизические фактические данные, полученные при непосредственном участии автора во время работы в отделе Региональной геоэкологии и морской геологии ФГУП «ВСЕГЕИ» в полевые сезоны с 2007 по 2014 г., так и материалы производственных отчетов и сведения, опубликованные в научных изданиях.

Аналитическая обработка геологических проб выполнена на лицензионной аппаратуре с использованием стандартных методик. Лабораторные исследования, выполненные при личном участии автора, включали в себя гранулометрический анализ песчаных отложений ситовым 19 фракционным методом и методом лазерной дифракции для глинистых отложений в лаборатории ВСЕГЕИ. Исследования реликтовых лагунных илов и торфа, проводились с использованием приближенно-количественного спектрального анализа в лаборатории ВСЕГЕИ и радиоуглеродного датирования в Изотопном центре РГПУ им. А. И. Герцена. Геофизическое профилирование, выполнявшееся с использованием оборудования производства России, Великобритании и США, сопровождалось точным географическим позиционированием. Построение цифровой геологической модели, реконструкций и прогнозов развития выполнялось лично автором с использованием

пакета программ геоинформационной системы АгсСЛБ на основе обобщенных данных полевых наблюдений, буровых скважин, а также сейсмо-акустического (НСП), гидролокационного (ГЛБО) и георадиолокационного профилирования. Статистическая обработка данных гранулометрического ситового анализа современных пляжевых песков для оценки литодинами-ческих условий выполнялась с использованием факторного анализа.

Научная новизна работы. Впервые для района Куршской косы создана цифровая трехмерная пространственно-временная геологическая модель, позволяющая максимально точно отразить изменения палеорельефа исследуемого района на всех этапах развития палеоводоема Балтийского моря. Модель основана на обобщении геолого-геофизических материалов по сухопутной части Куршской косы и дну прилегающих акваторий. Определены генезис, механизм и динамика уникального для Балтийского моря диапи-ризма реликтовых лагунных отложений, являющихся индикатором изменения уровня и условий развития береговой зоны в среднем голоцене.

Практическое значение. Полученные результаты могут представлять интерес при решении таких важных практических задач, как прогноз развития береговой зоны, планирование берегозащитных мероприятий, выявление возможных зон подтопления и штормовых прорывов тела Куршской косы, определение устойчивости отложений пляжа к нефтяным загрязнениям и др. Установленная геологическая уникальность природных донных ландшафтов (диапиры лагунных илов) может послужить обоснованием для расширения Национального парка на субаквальные площади. Палеогеографические схемы и модели могут использоваться при подготовке вузовских курсов по истории геологического развития региона, а также применяться для поиска полезных ископаемых (строительные пески, янтарь) на морском дне.

Личный вклад диссертанта. Изложенные в работе результаты и выводы были получены диссертантом самостоятельно. Материал был собран и проанализирован автором в ходе работ ФГУП «ВСЕГЕИ» по различным проектам, а также грантам РФФИ моб_ст 10-05-90738, мол_рф_нр 12-0590830, 13-05-90711, мол_нр 14-35-50114, мол а 12-05-31196, где автор выступал руководителем. Автор участвовал как при сборе геофизического материала, так и при его интерпретации. Отбор донного геологического материала и береговые обследования автор выполнял лично. Часть лабо-раторно-аналитических исследований, а также все палеогеографические модели и прогнозные построения выполнены автором.

Апробация работы. Результаты исследования докладывались на восьми международных конференциях: XXIII Международная береговая конференция «Учение о развитии морских берегов» (РГГМУ, Санкт-Петербург, 2010); XIX Международная научная конференция (Школа) по морской геологии «Геология морей и океанов» (ИО РАН, Москва, 2011); Международная конференция «Habitat Characterization and Mapping in Coastal and Inland Seas» (SeaDoc Society, Сиэтл, США, s

2012); Международная конференция «11th Colloquium on Baltic Sea Marine Geology» (GTK, Хельсинки, Финляндия, 2012); XXIV Международная береговая конференция «Морские берега - эволюция, экология, экономика» (РГГМУ, Туапсе, 2012); XX Международная научная конференция (Школа) по морской геологии «Геология морей и океанов» (ИО РАН, Москва,

2013); Международная конференция « 12th Colloquium on Baltic Sea Marine Geology» (IOW, Росток, Германия, 2014); XXV Международная береговая конференция «Береговая зона - взгляд в будущее» (НИЦ «Морские берега», Сочи, 2014); 4-я Международная научно-практическая конференция молодых ученых и специалистов памяти академика А. П. Карпинского (ФГУП «ВСЕГЕИ», Санкт-Петербург, 2015).

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 14 работ в российских и иностранных изданиях. Основные выводы работы опубликованы в двух журналах из перечня ВАК.

Благодарности. Автор глубоко признателен и выражает благодарность своему научному руководителю, канд. геол.-минер. наук В. А. Жамойде за совместную научную работу, а также за ценные и конструктивные советы. Автор благодарит канд. геол.-минер. наук Д. В. Рябчук за ее неоценимый вклад в исследовательскую деятельность автора и поддержку его научных идей. Автор благодарен руководству отдела Региональной геоэкологии и морской геологии ФГУП «ВСЕГЕИ» за предоставленную возможность участвовать в работах отдела; всем коллегам, с которыми автор собирал и обрабатывал материал, в частности М. А. Спиридонову, С. Ф. Мануйлову, Е. Н. Нестеровой, А. Г. Григорьеву, Ю. П. Кропачеву, И. А. Неевину, О. А. Ковалевой, JI. М. Буданову, О. В. Дроню. Автор признателен канд. геол.-минер. наук В. В. Сивкову и докт. геол. наук JI. А. Жиндареву за ценные консультации и проявленный интерес к работе. Отдельно автор приносит благодарность канд. геол.-минер. наук, руководителю отдела Аспирантуры ВСЕГЕИ, JI. И. Лукьяновой, за поддержку и консультации в ходе написания диссертации.

Защищаемые положения

1. Сформированный на завершающей стадии последнего оледенения рельеф создал геоморфологический фон для этапного развития Куршской косы.

2. В раннем голоцене, в иольдиевую и анциловую стадии формирования Балтийского моря рассматриваемый район развивался в субаэральных условиях, с перманентной дельтовой аккумуляцией в локальной впадине Куршского залива.

3. Диапиризм реликтовых лагунных отложений среднего голоцена, размываемых на подводном морском береговом склоне Куршской косы, обусловлен смещением на восток дюнного массива палеокосы.

4. Современный облик Куршской косы сформировался в постлиторино-вое время как результат слияния локальных песчаных аккумулятивных тел в единую литодинамическую систему с превалирующей вдольбереговой транспортировкой обломочного материала, выравнивающей берег.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения, содержит 135 страниц включая 88 рисунков, 12 таблиц и список литературы из 79 наименований. Во Введении обосновывается актуальность работы, определяются цели и задачи исследования, оценивается практическая значимость и научная новизна диссертационной работы. В первой главе приводится геологический очерк, описываются проявления эндогенной геодинамики региона, дается характеристика развития климата в неоплейстоцене и голоцене, даются существующие представления о геологическом строении Куршской косы. Во второй главе изложена методика сбора и обработки геолого-геофизических данных, а также охарактеризован использованный фактический материал. В третьей главе изложены результаты анализа и компиляции опубликованных и фондовых материалов, а также интерпретация геолого-геофизических данных, на основе которых производится описание отложений неоплейстоцена, раннего, среднего и позднего голоцена; объясняется уникальное явление диапиризма реликтовых лагунных отложений в береговой зоне Куршской косы, дается характеристика современных литодинамических процессов. Четвертая глава посвящена палеогеографическим реконструкциям развития Куршской косы, описываются и оцениваются существующие гипотезы образования и развития косы, дается прогноз развития ее береговой зоны к 2100 г., выявляются наиболее уязвимые участки побережья Куршской косы к размыву. В Заключении резюмированы главные результаты диссертационного исследования.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Куршская коса — крупнейшее аккумулятивное тело, расположенное в юго-восточной части Балтийского моря. Ее общая протяженность составляет около 100 км, ширина местами достигает 3,5 км. На территории Российской Федерации располагается южная часть Косы (это около 50 км), на которой находится три населенных пункта. Коса отделяет от материка пресноводную лагуну - Куршский залив.

В структурно-тектоническом отношении рассматриваемый район расположен в пределах юго-восточной части Балтийской синеклизы, заполненной слабодислоцированными и слабометаморфизованными осадочными породами. На дочетвертичную поверхность, расположенную в районе исследования на глубинах около 50 м, выходят позднемеловые отложения. Породы палеогена и неогена в этом районе практически полностью эродированы. Отложения четвертичной системы, представленные средним и верхним неоплейстоценом и голоценом, залегают с несогласием на дочет-вертичных образованиях. В течение неоплейстоцена территория трижды подвергалась оледенению (Загородных и др., 2001). Последнее поздне-четвертичное оледенение охватывало всю территорию Калининградской области. В районе Куршской косы неоплейстоценовые образования распространены повсеместно и представлены ледниковыми и межледниковыми отложениями. Формирование голоценовых отложений во многом определялось вертикальными гляциоизостатическими движениями земной коры и эвстатическим повышением уровня Мирового океана. Голоцен представлен преимущественно морскими и озерными отложениями, а также болотными, эоловыми, аллювиально-морскими и техногенными образованиями. В настоящее время район Куршской косы развивается в условиях слабого погружения (ОгоЬ е! а1., 2009), вследствие чего морские и лагунные берега подвержены абразионным процессам.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ИХ ОБОСНОВАНИЕ

Сформированный на завершающей стадии последнего оледенения рельеф создал геоморфологический фон для этапного развития Куршской косы.

К югу от пос. Лесное в цоколе абразионного уступа были установлены выходы ледниковых супесей. Проведенное обследование с использованием георадара, позволило проследить поверхность ледниковых отложений, уходящую под голоценовые эоловые отложения Куршской косы. В южных

Рис. 1. А - схема четвертичных образований в районе Куршской косы: 1 - нерасчле-ненные ледниковые и ледниково-озерные отложения; 2 - ледниково-озерные отложения Балтийского ледникового озера; 3 - ледниковые отложения осташковского горизонта - конечная морена; 4 - ледниковые отложения осташковского горизонта - основная морена; 5 - ледниковые отложения среднерусского горизонта; 6- дочетвертичные образования; 7- валунные суглинки и супеси; 8 - песчанистые глины; 9 - глины; 10 - смешанный состав; 11 - изолинии рельефа неоплейстоценовых отложений. Б - схема рельефа неоплейстоценовых отложений.

районах береговой зоны косы широко развиты валунные отложения, сформированные за счет размыва ледниковых образований. Также был установлен выход морены на поверхность морского дна прибрежного мелководья в районе пос. Рыбачий, где морена активно размывается под действием волн, формируя цоколь небольшого подводного уступа, на глубине 1,5 м. Серый валунный суглинок подстилает пласт торфа, простирающийся далее под пляжем. По данным ГЛБО и заверочного пробоотбора были закартиро-ваны обширные области развития валунно-галечных и гравийно-галечных отложений. По результатам сейсмоакустического профилирования на этих участках подводного берегового склона ледниковые отложения подходят близко к поверхности дна, мощность покровных песков в таких местах часто не превышает 1—2 м. Как правило, моренные отложения прослеживаются на морском подводном береговом склоне напротив повышенных участков ледникового рельефа в пределах Куршской косы.

На основе собранного материала была составлена принципиально новая схема распространения и рельефа поверхности ледниковых и озер-но-ледниковых отложений в районе Куршской косы и прилегающих акваторий (рис. 1).

В пределах южного побережья Куршского залива, включая район г. Зеленоградск, моренные отложения осташковского горизонта, представленные преимущественно валунными суглинками, подстилают маломощный голоценовый разрез или выходят на дневную поверхность. Такие же отложения выстилают неоплейстоценовую поверхность в центральной части Куршской косы, от пос. Лесное до пос. Рыбачий, и выходят на современную поверхность морского дна в пределах выступа рельефа ледниковых отложений, образующих плато Рыбачий. Корневая часть косы и ее подводный склон сложены ледниковыми образованиями предположительно среднерусского горизонта, локально выходящими на доголоценовую поверхность (Гольдфарб и др., 1990ф). Глины Балтийского ледникового озера (БЛО) выстилают обширную впадину неоплейстоценового рельефа в пределах Куршского залива, сменяясь песчанистыми глинами на его юго-восточном побережье. В северной части района исследования развиты неоплейстоценовые образования смешанного генезиса и состава. Предположительно в этой зоне существовали разновозрастные речные па-леодолины, где происходила постоянная активная переработка ледниковых образований под действием русловых процессов.

Поверхность ледниковых образований в пределах Куршской косы находится приблизительно на уровне современного Балтийского моря, с максимальной отметкой около +1...+2 м в пос. Рыбачий. Участки наибольшего понижения рельефа неоплейстоцена отмечены в районе горы

Белая (турбаза «Дюны») до глубины, предположительно, -10...-15 м, и в районе пос. Морское до глубины -20 м. Вероятно, впадина в пос. Морское имеет эрозионное происхождение и являлась в прошлом долиной р. палео-Неман. Приграничная акватория здесь обладает наиболее расчлененным строением с узкими извилистыми ложбинами, имеющие относительное углубление до 10 м. Рельеф неоплейстоценовых отложений в корневой части косы имеет расчлененное строение. Выделяемые здесь извилистые ложбины напоминают эрозионные речные врезы, ориентированные от водораздела в корневой части косы, как в сторону морской акватории, так и открывающиеся в сторону локальной впадины неоплейстоценового рельефа в Куршском заливе. При этом они не соединяют открытую акваторию Балтийского моря и Куршского залива, как это считалось ранее.

Таким образом, неоплейстоценовый рельеф в районе Куршской косы, образующий протяженную гряду с «островными» возвышенностями, во многом предопределил внешний облик современной поверхности дна и суши, в значительной мере контролируя форму залегания и состав перекрывающих голоценовых отложений. Отчасти гляциальный рельеф контролирует и направленность современных экзогенных геологических процессов.

В раннем голоцене, в иольдиевую и анциловую стадии формирования Балтийского моря, рассматриваемый район развивался в субаэральных условиях, с перманентной дельтовой аккумуляцией в локальной впадине Куршского залива.

Наиболее выдержанное распространение пресноводных отложений анцилового времени по данным бурения (КаЬаШепё, 1997) зафиксировано в Куршском заливе. Кровля песчаных отложений раннего голоцена, перекрывающих глины Балтийского ледникового озера, расположена в интервале глубин от -4 до -18 м, с погружением в районе пос. Морское и выклиниванием в южном направлении. С помощью геопространственного анализа АгсИБ была рассчитана мощность голоценовых отложений района Куршской косы как разница между поверхностью современного рельефа и поверхностью ледниковых отложений. Пространственное соотношение неоплейстоценовых и голоценовых отложений указывает на полное выклинивание образований раннего голоцена в зоне прибрежного мелководья южного берега Куршского залива, где мощность голоценовых отложений не превышает 1 м (рис. 2). Район Куршской косы в раннем голоцене находился значительно выше уровня палеоводоема Балтийского моря и развивался преимущественно в субаэральных условиях. Это объясняет

Отложения среднего голоцена

Абсолютная высота

залегания кровли, м ^ <р & Я- о т, «> Л

<п Я-' о' т,' <э'

Рис. 2. А - мощность голоценовых отложений; Б - рельеф поверхности отложений раннего голоцена; В - рельеф поверхности отложений среднего голоцена. В качестве подложки использован теневой рельеф кровли неоплейстоцена.

Мощность голоценовых отложений, м

Отложения раннего голоцена

Г I 5-Ю

| | 10-20

| |20-30

I 1 30-40

малое распространение отложений этого времени в пределах Куршской косы, где они были вскрыты лишь в нескольких скважинах в понижениях неоплейстоценового рельефа (Бадюкова и др., 2006). В раннем голоцене уровень палеоводоема был значительно ниже современного. Так, уровень Иольдиевого моря, образовавшегося в результате спуска вод Балтийского ледникового озера, фиксируется на отметке -50 м (Uscinowicz, 2003). В ходе последующего изостатического выравнивания уровень воды в Балтийском бассейне поднялся выше уровня океана, что привело к образованию Анцилового озера, уровень которого к концу раннего голоцена находился на 20 м ниже современного.

Используя геопространственный компьютерный анализ цифровой модели рельефа (ЦМР) неоплейстоцена, применяя инструменты модуля Spatial Analyst (ESRI ArcGIS), определяющие направление стока из каждой ячейки ЦМР вниз по склону наибольшей крутизны и суммарный сток поверхностных вод, была построена расчетная схема, отражающая расположения локальных водотоков на неоплейстоценовом рельефе (рис. 3).

I—1—I—I—|—I—I—I—|

Рис. 3. Расчетная гидрогеологическая модель расположения русел речной палеосети на неоплейстоценовой поверхности в районе Куршской косы.

Полученная схема показывает возможное расположение русел палеорек и их притоков, что позволило выделить несколько основных областей питания речной палеосети: восточную - реки палео-Немана, южную - реки палео-Деймы и юго-западную - в районе Зеленоградска. Сток южной и восточной областей был направлен в пониженную часть неоплейстоценового рельефа - впадины Куршского залива, а поверхностный сток из района г. Зеленоградск ориентирован как в сторону Куршского залива, так и в открытую часть палеоводоема.

Учитывая данные об уровне палеоводоема, был сделан вывод, что основным источником терригенных осадков раннего голоцена в Куршском заливе были палеореки, для которых впадина ледникового рельефа послужила основной зоной разгрузки переносимого ими материала.

Диапиризм реликтовых лагунных отложений среднего голоцена, размываемых на подводном морском береговом склоне Куршской косы, обусловлен смещением на восток дюнного массива палеокосы.

Выходы реликтовых отложений на подводном береговом склоне Куршской косы на записях ГЛБО легко диагностируются по характерному мелкогрядовому гребенчатому рельефу дна, формируемому за счет различий в скоростях размыва перемятых слоев этих отложений, обладающих неоднородными прочностными свойствами. Обнажения на поверхности дна локализованы преимущественно на протяжении 9 км вдоль берега в районе пос. Лесное на глубинах моря от 8 до 15 м. Ближе к берегу они погребены под современными песками волнового генезиса. Особенностью строения поверхности обнажений реликтовых илов является дислоциро-ванность слоев с устойчивой ориентировкой осей складок субпараллельно современному берегу (рис. 4). Детальный анализ данных ГЛБО позволил выделить многочисленные структурные несогласия в складках реликтовых отложений.

По результатам интерпретации сейсмоакустических профилей было выделено три сейсмоакустических комплекса. Первый комплекс слагает верхнюю часть разреза и соответствует современным морским пескам. В области развития реликтовых илов пески заполняют межгрядовые ложбины средней глубиной 2-3 м с явным примыканием к их бортам. Для песков в этих областях характерно наличие отражающих границ, имеющих слабый наклон в сторону моря. Второй сейсмоакустический комплекс по своим свойствам ярко выделяется в общей геологической структуре приповерхностных отложений (рис. 5). Для него характерны сильноде-формированные, неоднородные, постоянно прерывающиеся отражающие

Рис. 4. Примеры записи ГЛБО с выходами на поверхность морского дна складок нагнетания реликтовых лагунных отложений.

Гребни реликтовых лагунных илов -

I Комплекс II Комплекс

Гравий и галька

Гравий и галька

ПесО£.

III комплекс

Рис. 5. Пример профилей НСП, расположенных вкрест гребням складок нагнетания реликтовых лагунных илов.

границы. Комплекс разделяется на небольшие отдельные блоки, внутри которых прослеживается слабонарушенная слоистость. Кровля комплекса имеет сильно расчлененное строение, образующее мелкогрядовый рельеф. Ширина отдельных гряд в разрезе составляет первые десятки метров. Второй комплекс интерпретируется как уплотненные слоистые реликтовые лагунные отложения, что подтверждается в местах их выхода на поверхность дна результатами ГЛБО профилирования, донного пробо-отбора, подводными видеонаблюдениями и радиоуглеродным датированием. Отражающая граница подошвы комплекса реликтовых отложений на сейсмограммах фиксируется плохо. Предположительная граница прослеживается на глубине 4-5 м от поверхности дна в областях перемятых отложений и около 1-2 м в межгрядовых ложбинах. К отложениям третьего комплекса относятся образования со слабыми отражающими внутренними границами. Предположительно этот комплекс мог быть сформирован как песчаными отложениями раннего голоцена, так и неоплейстоценовыми образованиями.

По результатам гранулометрического анализа, выполненного для реликтовых отложений и современных осадков Куршского залива, образцы отложений схожи и в обоих случаях могут быть отнесены к песчаным алевритам. Приближенно-количественный спектральный анализ образцов указывает на схожесть химического состава донных отложений, что позволяет предположить и единство источника осадочного материала.

В настоящее время дюны Куршской косы в большинстве случаев искусственно стабилизированы, чтобы предотвратить их миграцию. На основе анализа топографических карт начала XX в. и современных космосним-ков скорость перемещения дюн в сторону Куршского залива на открытых участках достигает 1-3 м в год. При этом дюны практически не меняют свою конфигурацию, сохраняя форму своего подветренного склона параллельно прежней. По данным геологов XIX в. (Вегепск, 1869), когда дюны в ходе вырубки леса были полностью открыты, скорость их миграции на некоторых участках достигала 10 м в год.

Форму складок нагнетания определяет механизм процесса выжимания (диапиризма) лагунных отложений из-под тела надвигающейся дюны. Несбалансированная система песчаного массива и пластичных илов обретает равновесие в результате выжимания и дегидратации лагунных отложений с последующим складкообразованием в результате миграции дюнного массива. Средние скорости движения современных эоловых форм позволяют предположить, что время перемещения дюн через палео-лагуну могло занять от 200 до 500 лет в период максимума литориновой трансгрессии около 6000-5500 л. н.

Современный облик Куршской косы сформировался в постлитори-иовое время как результат слияния локальных песчаных аккумулятивных тел в единую литодинамическую систему с превалирующей вдольбереговой транспортировкой обломочного материала, выравнивающей берег.

В корневой части Куршской косы известна обширная залежь торфа, достигающая мощности 10 м (Харин и др., 2006) и простирающаяся от лагунного до морского побережья, заполняя эрозионные врезы в ледниковом рельефе. В ходе береговых маршрутов на морском берегу Куршской косы также были обнаружены локальные залежи торфа в районе г. Зеленоградск, пос. Лесное и пос. Рыбачий. Пласты торфа на берегу перекрыты современными песками волнового генезиса и обнажаются только в периоды сильных штормов при размыве пляжа. Характерной особенностью для торфа вблизи г. Зеленоградск и пос. Рыбачий является наличие реликтовых пней, верхушки которых выступают на дневную поверхность. Проведенное геолого-геофизическое обследование в районе пос. Рыбачий позволило установить наличие многочисленных геофизических аномалий, скрытых пляжевыми морскими наносами и интерпретируемых как пни деревьев. В большинстве случаев залежи торфа залегают ниже уровня моря на 1-1,5 м, перекрывая моренные валунные суглинки.

Радиоуглеродное датирование 12 образцов органогенного материала из различных обнажений торфа на морском берегу позволило установить, что возраст их образования относится к постлиториновому (поздний голоцен) этапу развития Балтийского моря. Возраст образца из подошвы слоя торфа, вскрытого под пляжем в районе пос. Рыбачий, соответствует 5000 кал. л. н., а возраст образца из кровли - 1500 кал. л. н. (рис. 6). Еще более молодой датировкой обладает торф, залегающий под пляжевыми отложениями в районе пос. Лесное и г. Зеленоградск.

Расположение торфа под современными пляжевыми отложениями ниже уровня моря свидетельствует о трансгрессивном развитии района Куршской косы в позднем голоцене с преобладанием абразионных процессов со стороны морской акватории.

Мониторинговые наблюдения за проявлением экзогенных геологических процессов показывают перманентность абразионных процессов на морском берегу Куршской косы. В различные годы практически все российское побережье косы было подвержено размыву, сопровождающееся разрушением авандюны и выносом обломочного материала на подводный склон. Осложненный моренными возвышенностями берег Куршской косы, выравнивавшийся в ходе голоценовых трансгрессивных

флуктуаций уровня моря, к современному этапу приобрел форму вогнутой дуги. Для оценки преобладающего направления транспортировки осадочного материала для проб песков, отобранных вдоль уреза пляжа Куршской косы, были произведены расчеты гранулометрических коэффициентов по методике Патрика Мак Ларена (McLaren P. et al., 1985), которые показали неоднородность и сложность процессов переноса осадочного материала вдоль берега. При анализе серии проб на пяти последовательных участках вдоль Куршской косы было установлено, что направленность переноса на участках различна и варьирует в разные годы. При расчетах генеральной направленности для всей совокупности проб, отобранных вдоль косы в 2011 г., был установлен вектор переноса в северном направлении. Такая же картина наблюдалась в 2007 г.

Разнонаправленность миграции наносов на отдельных участках косы объясняется возможным существованием гидродинамических ячеек, формирующихся разрывными противотоками, отводящими нагонную воду от берега, а также локальными возвышенностями и обнажениями неоплейстоценового рельефа, расположенными в береговой зоне Куршской косы. Определение положения зон конвергенции и дивергенции потоков, проходящих вдоль берега, не стабильно и требует большего числа наблюдений. Предположительно, по наблюдениям разных лет, одна из зон дивергенции расположена в районе пос. Лесное. Несмотря на наличие локальных участков разнонаправленного переноса, при обобщенном рассмотрении выделяется устойчивый тренд переноса песчаного материала вдоль берега

м

2 ■

3870-3690 кал.л.н.

-2

-1

0

1630-1560 к

•з

О

ю

30

50

70

Рис. 6. Геологический разрез через пляж вблизи пос. Рыбачий.

Куршской косы в северном направлении, который не меняется на протяжении нескольких лет.

Эволюция Куршской косы в позднем голоцене проходила в трансгрессивных условиях, что привело к постепенному слиянию локальных аккумулятивных тел, образованных Литориновым морем и эоловыми процессами в единую пересыпь, развивающуюся под действием размыва с морской стороны и дюнной миграцией в сторону залива.

Заключение

По результатам выполненного диссертационного исследования были сделаны следующие основные выводы.

1. На основе обобщения и анализа опубликованных, архивных и полевых материалов впервые создана геологическая ГИС-модель, содержащая и визуализирующая массив данных о рельефе кровли и мощностях отложений неоплейстоцена, раннего, среднего и позднего голоцена в районе Куршской косы.

2. Результаты построения модели рельефа гляциальных образований позволили установить, что неоплейстоценовая поверхность во многом определяет морфологию дна и суши региона, отчасти контролирует форму залегания и состав перекрывающих голоценовых отложений, а также в значительной мере обусловливает характер современных экзогенных геологических процессов.

3. Основанием современной Куршской косы (российская часть) служит моренная гряда с локальными поднятиями в районе пос. Лесное и пос. Рыбачий. Куршский залив образован на месте обширного понижения неоплейстоценовой поверхности, открывающегося на север, где в районе пос. Морское прослеживается область наиболее расчлененной эрозионной поверхности с узкими извилистыми ложбинами.

4. Гидрологическое компьютерное моделирование, выполненное для неоплейстоценовой поверхности, показывает возможное расположение русел рек и их притоков в раннем голоцене. Выделены основные области питания речной палеосети: восточная - связанная с р. Неман, южная - с р. Дейма и юго-западная - в районе Зеленоградска. Данные о рельефе морены в районе Зеленоградска позволили установить существование сложной сети палеопроток, выработанных в неоплейстоценовых отложениях.

5. Учитывая данные об уровне Анцилового озера, был сделан вывод, что основным источником терригенных осадков в раннем голоцене в пределах Куршского залива были палеореки, для которых впадина лед-

никового рельефа послужила основной зоной разгрузки переносимого ими материала. В северной части впадины, переходящей в зону открытой акватории в период наименьшего уровня палеоводоема, за счет дельтовой аккумуляции, происходило образование песчаных массивов. На стадии Литоринового моря в основном происходил размыв и переотложение песчаного материала в пониженные формы рельефа, в результате чего на современном дне Балтийского моря в интервале глубин 20-30 м существует сложный рельеф, характеризующийся наличием изогнутых ложбин и возвышенностей.

6. По геофизическим данным (ГЛБО и НСП) в верхней части подводного берегового склона была установлена и оконтурена область развития нетипичных для юго-восточной Балтики донных отложений. Они представлены слоистыми деформированными песчаными алевритами, образующими мелкогрядовый рельеф, с ориентировкой гребней преимущественно вдоль берега. По результатам НСП было установлено, что гряды прослеживаются под поверхностью дна, соединяясь в единый комплекс, перекрываемый современными морскими осадками. Мощность отложений комплекса в среднем составляет около 5 м, достигая максимальных значений в 8—10 м в пониженных частях палеорельефа.

7. Сравнение результатов литолого-геохимического анализа показывает, что деформированные слоистые отложения близки по составу к современным илам Куршского залива.

8. По данным радиоуглеродного анализа, эти отложения были сформированы в среднем голоцене. Их преобразование происходило под действием песчаного массива дюн, оказывающего последовательное давление на слабоуплотненные осадки лагуны. В результате неравномерности оказанного давления происходил процесс перераспределения осадочного материала в виде складок нагнетания, с последующим погребением под надвигающейся дюной.

9. Миграция дюн, оказавших давление на лагунные образования в среднем голоцене, могла произойти в довольно короткие сроки - от 200 лет (для полностью открытых дюн) до 500 лет (для частично закрепленных).

10. На основе данных геофизического профилирования и имеющегося картографического материала составлена актуальная схема распределения донных отложений района Куршской косы. Современные литодинамичес-кие процессы на морском подводном береговом склоне Куршской косы устойчиво контролируются батиметрической зональностью.

11. Обнаруженные в ходе береговых маршрутов локальные проявления торфа и палеопочв на морском берегу у г. Зеленоградск, пос. Лесной и пос. Рыбачий расположены преимущественно ниже современного уров-

ня Балтийского моря на 1 м. По данным радиоуглеродного датирования, их образование происходило в позднем голоцене. Вблизи пос. Рыбачий и г. Зеленоградск в торфах обнаружены реликтовые пни, часть из которых прослежена геофизическими методами под современным пляжем. Постепенное повышение уровня моря и смещение берега косы в сторону залива привело к их вовлечению в зону волнового воздействия.

12. По наблюдениям за состоянием авандюны Куршской косы, проводимым с 2007 по 2014 г., было установлено, что абразионным процессам, проявляющимся в разные годы, подвержена практически вся российская часть косы.

13. Результаты регулярного берегового обследования, данные о распределении гранулометрического состава осадков на урезе и анализ статистических гранулометрических коэффициентов указывают на сложность и неоднонаправленность процессов миграции наносов в пределах отдельных участков береговой зоны, в то время как генеральный тренд переноса имеет устойчивое северное направление. Гидродинамическая дифференциация нарушается за счет поступления несортированного материала в результате локального размыва морены.

14. На основе созданной геологической модели был реконструирован палеорельеф для серии временных срезов. При реконструкции учитывались гляциоизостатические вертикальные движения земной коры в голоцене, геологическое строение района и надстраивался эродированный рельеф.

15. Для береговой зоны Куршской косы выполнен прогноз развития экзогенных геологических процессов к 2100 г. Прогноз проводился с учетом возможного изменения уровня моря, современных вертикальных движений земной коры, скорости трансформации берегового контура, миграции дюн и вещественного состава отложений, слагающих берега.

16. Расчеты средних скоростей трансформации авандюны на морском берегу Куршской косы показали, что берега преимущественно отступают в южной половине российской части косы со скоростями 0,5-1,5 м/год и частично стабильны в северной. Лагунный берег в пределах открытых дюн нарастает со скоростью 1-3 м/год. Побережье, где они не развиты, размывается со скоростью - 0,5-2 м/год.

Учитывая возможность подъема уровня Балтийского моря, выделены зоны локального затопления и подтопления в пределах Куршской косы, к которым относятся участки к северу и югу от пос. Лесное, а также корневая часть косы.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в рецензируемых изданиях из списка ВАК

1. Сергеев А. Ю. Палеогеографическая реконструкция района Куршской косы в позднем неоплейстоцене-голоцене // Региональная геоэкология и металлогения, 2015, № 62. С. 34-44.

2. Sergeev A., SivKov V., Zhatnoida V., Ryabchuk D., Bitinas A., Mazeika J. Holocene organic-rich sediments within the Curonian Spit coast, the southeastern Baltic Sea // Baltica, 2015, vol. 28, № 1. Pp. 41-50.

3. Sergeev A., Zhamoida V., Ryabchuk D., Buynevich I., Sivkov V, Dorokhov D., Bitinas A., Pupienis D. Genesis, mechanism and dynamics of lagoon marl extrusions in the Curonian Spit, Southeastern Baltic // Boreas, 2015. В печати.

4. Сергеев А. Ю., РябчукД. В., Жамойда В. А., Неевин И. А., Дронь О. В. Голоценовая история образования литоморфодинамической аномалии в южной береговой зоне Финского залива (район пос. Большая Ижора) // Региональная геоэкология и металлогения, 2014, № 57. С. 6-16.

5. Рябчук Д. В., Колесов А. М., Сергеев А. Ю., Спиридонов М. А., Жамойда В. А., Чубаренко Б. В. Абразионные процессы в береговой зоне восточной части Финского залива и их связь с многолетними трендами режимообразующих факторов // Геоморфология, 2012, № 4. С. 99-105.

6. Леонтьев И. О., Рябчук Д. В., Сергеев А. Ю., Сухачева Л. Л. О генезисе некоторых форм рельефа дна и берегов восточной части Финского залива // Океанология, 2011, т. 51, № 4. С. 734-745.

Статьи в других изданиях

1. Сергеев А. Ю. Особенности морфо-литодинамических процессов подводного берегового склона Куршской косы и их возможная связь с изменениями береговой линии // Учение о развитии морских берегов: вековые традиции и идеи современности. Мат-лы конф. / Отв. ред. Г. Г. Гогоберидзе, JI. А. Жиндарев, JL Н. Карлин, А. Г. Матюшкова, С. А. Оганова. - СПб.: Изд-во РГГМУ, 2010. С. 131-134.

8. Spiridonov М. A., Ryabchuk D. К, Zhamoida V. A., Sergeev A. Yu., Sivkov V. V. and Boldyrev V. L. Geological Hazard Potential at the Baltic Sea and Its Coastal Zone: Examples from the Eastern Gulf of Finland and the Kaliningrad Area // The Baltic Sea Basin Harff, Jan; Bjorck, Svante; Hoth, Peer (Eds.), Berlin, Springer, 2011. Pp. 337-365.

9. Sergeev A., Zhamoida V., Kropachev Y. New date concerning a geological structure of the Curonian Spit and its submarine coastal slope // 11 th Colloquium on Baltic Sea Marine Geology, Abstract Book, Helsinki, 2012. P. 66-67.

10. Sergeev A. The geological diversity of the near-shore bottom of the Curonian Spit, as an abiotic component of the submarine landscape of southeastern the Baltic Sea // Habitat Characterization and Mapping in Coastal and Inland Seas. Orcas Island, Washington State, USA, 2012. P. 63-64.

11. Сергеев А. Ю., Жамойда В. А. Новые данные о динамике экзогенных геологических процессов и строение береговой зоны Куршской косы // Морские берега - эволюция, экология, экономика. Мат-лы XXIV Международной береговой конференции, посвященной 60-летию со дня основания Рабочей группы «Морские берега», Туапсе, 2012. Т. 1. С. 317320.

12. Жамойда В. А., Кропачев Ю. П., Рябчук Д. В., Сергеев А. Ю. Поверхность дна и мозаичность распределения осадков // Нефть и окружающая среда Калининградской области. -Т. II: Море / Под ред. В. В. Сивкова (отв. редактор), Ю. С. Каджояна, О. Е. Пичужкиной, В. Н. Фельдмана -Калининград: Терра Балтика, 2012. С. 19-37.

13. Sergeev А. and Zhamoida V. Paleogeographic reconstruction of the Curonian Spit area development in Holocene // Abstract Volume. The 12th Colloquium on Baltic Sea Marine Geology. 8-12 September 2014. Leibniz Institute for Baltic Sea Research Warnemünde, 2014. Pp. 74.

14. Сергеев А. Ю. Основные геологические факторы, контролирующие развитие Куршской косы // Береговая зона - взгляд в будущее. Мат-лы XXV Международной береговой конференции, 13-17 октября 2014 года, г. Сочи, 2014. Т. 1. С. 163-165.

15. Сивков В. В., Дорохов Д. В., Дорохова Е. В., Жамойда В. А., Рябчук Д. В., Сергеев А. Ю. Абиотический подход к картированию донных ландшафтов в российских секторах Балтийского моря // Региональная экология,^» 1-2(35), специальный выпуск, 2014. С. 156-165. ISSN 1026-5600.

Подписано в печать 7.08.2015. Формат 60x84/16. Печать офсетная. Печ. л. 1,5. Тираж 120 экз. Заказ № 80000472.

Отпечатано на Картографической фабрике ВСЕГЕИ 199178, Санкт-Петербург, Средний пр., 72 Тел. 321-8121, факс 321-8153