Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Изменение уровня моря и развитие морских берегов

ВАК РФ 11.00.04, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Изменение уровня моря и развитие морских берегов"

Р Г 5 ОД 1 В ОКТ 1335

На права;: рукописи

Селиванов Андрей Олегович

ИЗМЕНЕНИЯ УРОВНЯ МОРЯ И РАЗВИТИЕ МОРСКИХ БЕРЕГОВ

11.00.04 - Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

Москва - 1995

Работа выполнена в Институте водных проблем Российской академии наук.

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор И.Д.ДАНИЛОВ доктор географических наук, ст.н.с. В.Н.КОРОТАЕВ доктор географических наук, ст.н.с. Ю.А.ПАВЛИДИС

Ведущая организация - Институт географии Российской академии наук.

^ Защита диссертации состоится19э6. года в . .. часов на заседании диссертационного совета по геоморфо-

логии, эволюционной географии, мерзлотоведению и картографии (Д-053.05.Об) при Московском государственном университете им.М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП-3, Ленинские горы, МГУ, Географический факультет, аудитория 2109.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета на 21 этаже.

Автореферат разослан

года.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор географических наук, профессор .

Ю.Ф.Книжников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Уровень Мирового океана представляет собой уникальный глобальный параметр, характеризующий состояние природы поверхности Земли. Он служит показателем количества сосредоточенной в океане воды, размеров океанических впадин и особенностей рельефа дна и прибрежной суш. Любое изменение уровня Мирового океана или его морей приводит как к перераспределению воды между ее основными "резервуарами" на поверхности Земли, так и к изменению глобальных геофизических и астрономических параметров (например, скорости вращения Земли, ее полярного сжатия и т.п.), что, в свою очередь, неизбежно сказывается на общей циркуляции атмосферы и климате Земли.

Одним из важнейших следствий колебаний уровня меря является изменение рельефа морских берегов посредством размыва и аккумуляции, которое по масштабам многократно превосходит те процессы, которые можно было бы ожидать при простом затоплении и осушении прибрежной суши. По этой причине анализ развития морских берегов в условиях изменений уровня моря становится крайне важным.

Актуальность изучения колебаний уровня моря и связанного с ними развития морских берегов обусловлена, во-первых, высокой чувствительностью этих природных систем к происходящим в наше время и, возможно, значительно ускоряющимся под влиянием человека глобальным изменениям климата и природной среды; во-вторых, крайне важной экономической ролью побережий Мирового океана, на которых сосредоточена значительная часть населения планеты и хозяйственного потенциала человечества; и в третьих, необходимостью сохранения природного и, в частности, биологического разнообразия морских берегов.

Поэтому изучение изменений уровня Мирового океана и его

морей в различных масштабах времени, от геологических до инструментальных, является важной научной задачей. Анализ уровнемерных данных в свете развития процессов глобального водообмена сформировался как специфическое научное направление. Однако имеющиеся данные непосредственных наблюдений уровня моря охватывают немногим более столетия и представляют сравнительно небольшой диапазон возможных состояний в сравнении с ожидаемыми будущими изменениями, связанными, в частности с усилением парникового эффекта.

Вследствие этого сопоставление результатов исследований колебаний уровня моря и развития морских берегов в различных масштабах времени, от инструментальных до геологических, имеет принципиальное значение. В работах В. П. Зенковича, 0. К. Леонтьева. П.А.Каплина, Г. А. Сафьянова. Л.Г.Никифорова, Н.А.Айбулатова, Ю.С. Долотова, Ю.А.Павлидиса, Ф.А.Щербакова и др. были установлены некоторые основные закономерности развития морских берегов при изменении уровня моря.

В современных условиях особую важность приобретают сбор, критический анализ и количественное сопоставление геолого-геоморфологических и историко-археологических данных о древних берегах, принадлежащих к различным типам, а также рассмотрение возможностей привлечения других косвенных данных об изменениях уровня моря в доинструменгальный период.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Целью работы является анализ изменений уровня Мирового океана и его морей по геолого-геоморфологическим, геофизическим, историко-археологическим и иным данным и уточнение на этой основе некоторых общих закономерностей развития морских берегов при колебаниях уровня моря.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Для достижения поставленной цели

необходимо решение следующих основных задач:

- разработка концепции временных масштабов изменений уровня моря и оценка степени инерционности береговых процессов;

- детальное изучение колебаний уровня океана и его морей в плейстоцене, голоцене и за последние тысячелетия на основе комплексного анализа геолого-геоморфологических, археологических, исторических, лалеогляциологических, геофизических и прочих сведений;

- выявление и уточнение некоторых закономерностей развития морских берегов различных типов при колебаниях уровня моря и оценка основных факторов этого развития;

- разработка общих принципов предсказания эволюции морских берегов в условиях ожидаемых изменений глобального климата и уровня Мирового океана и применение зтих принципов к морским берегам России.

ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА РАБОТЫ. Основой работы послужили материалы полевых исследований автора на берегах Восточно-Сибирского (1979), Японского и Охотского (1979, 1980), Белого (1981-1983, 1991), Каспийского (1981-1992), Желтого и Восточно-Китайского (1989-1990), Азовского (1993), Адриатического (1993, 1995) морей, оз.Иссык-Куль (1987-1990). Полезный материал для сопоставлений был получен во время научных экскурсий и краткосрочных полевых исследований на берегах Аргентины, Великобритании, Фракции, Малайзии, ЮАР. Обработан также больной литературный и фондовый материал на различных языках по древни!,1 четвертичным берегам Мирового океана.

Теоретической и методической основой работы послужило учение о развитии морских берегов, созданное усилиями вышеперечисленных и многих других исследователей. При изучении древних

берегов различных морей применялись геолого-геоморфологические, палеогеографические и историко-археологические методы. Для анализа массива данных по древним плейстоценовым берегам Мирового океана и изучения влияния различных факторов на их морфологические особеннности применялись методы статистической обработки информации, в частности, корреляционный и факторный анализ. Для реконструкции формы поверхности океана в отдельные эпохи плейстоцена использовались методы планетарной геофизики.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ определяется тем, что в ней внесен существенный вклад в разработку следующих вопросов:

- количественная оценка влияния отдельных факторов на изменения уровня моря в различных масштабах времени;

- анализ колебаний уровня Мирового океана в среднем-позднем плейстоцене на основе обширного массива данных и оценка точности полученных результатов;

- реконструкции уровенной поверхности Мирового океана для отдельных характерных периодов плейстоцена и голоцена и оценка планетарных геофизических и гидрологических параметров в соответствующие периоды прошлого;

- анализ особенностей развития морских берегов различных типов в условиях изменений уровня моря с той или иной скоростью, запасов рыхлого материала в береговой зоне, ее морфологических особенностей и прочих факторов;

- анализ применимости и граничных условий для использования различных количественных моделей переформирования берегового рельефа при изменениях уроЕня моря;

- прогнозирование развития морских берегов морей России при ожидаемом подъеме уровня Мирового океана.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Результаты работы представляют большой практический интерес при разработке региональных стратегий устойчивого развития прибрежных районов в условиях происходящих и ожидаемых изменений уровня моря, в частности при проектировании крупных объектов в береговой зоне, планировании природоохранной, рекреационной и иной деятельности.

Результаты работы использованы при подготовке диссертантом в качестве автора или соавтора ряда отчетов по госбюджетным и хоздоговорным темам в Институте водных проблем РАН и Московском государственном университете. Методика предсказания развития морских берегов в условиях изменений уровня моря использована в отчетах по проекту 1.04.15 Общегосударственной комплексной программы "Мировой океан" и проекту программы "Экологическая безопасность России". Комплексная методика прогнозирования развития морских берегов использована при разработке прогнозов развития российского побережья Азовского моря в соответствии с договором с объединением "Краснодарберегозащита"; российского побережья Каспийского моря в рамках технико-экономического доклада "Защита населенных пунктов и объектов народного хозяйства от возможных последствий подъема уровня Каспийского моря", подготовленного ВНТК "Каспий" в соответствии с поручением Правительства РФ; побережий Корякского автономного округа в соответствии с договором с объединением "Корякстройсервис". Результаты применения методики к берегам северной части Адриатического моря в пределах Италии использованы Университетом г.Триеста.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения работы докладывались на всесоюзных и всероссийских совещаниях по изучению чет-

вертичного периода (Москва, 1991, 1994) и по геохронологии четвертичного периода (Москва, 1985, 1989); на всесоюзном совещании по изучению озер (Ленинград, 1986), на всесозных (Ростов-на-Дону, 1985; Москва, 1987, 1990) и международной (Калининград, 1992) береговых конференциях; всесоюзной конференции "Человек в биосфере" (Москва, 1988); международном симпозиуме по изучению и использованию морских берегов (г.Ипох, Малайзия, 1989); международной конференции по изучению изменений уровня океана в четвертичное время (г.Ла-Плата, Аргентина, 1991); международной конференции по истории пустынь и аридных берегов (г.Ахмадабад. Индия,

1992); международной рабочей группе Международной гидрологической программы ЮНЕСКО "Изменения уровня моря и его последствия для гидрологии и водного хозяйства" (Нидерланды, 1993); 2-й Международной геоморфологической конференции (г. Гамильтон, Канада,

1993); международном симпозиуме по изучению и использованию береговых дюн (г.Порт-Элизабет, ЮАР, 1994); конференции "Морские берега: Прошлое, настоящее и будущее" Международного географического союза (г.Гдыня, Польша, 1994); международном симпозиуме "Данные о быстрых изменениях уровня моря в позднечетвертичное время" (г.Эдинбург. Великобритания, 1994); международной конференции "Изменения морских берегов" (г. Бордо, Франция, 1995) и других совещаниях и конференциях.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА В РАБОТУ. Диссертация является итогом многолетних исследований диссертанта (1979-1995), выполнявшихся под его руководством или при непосредственном участии. Сбор важнейших материалов и их интерпретация целиком принадлежат диссертанту. В опубликованных в соавторстве статьях по теме диссертации разработка теоретических и методических проблем и обработка материалов, приводимых в диссертации, выполнены лично

автором.

ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. По теме диссертации опубликовано около 70 научных работ общим объемом более 40 печ. листов, в том числе 1 монография, более 25 статей на русском языке и около 20 статей на иностранных языках.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Работа состоит из введения, 6 глав и заключения, содержит стр. текста, 15 табл., 85 рис. и список литературы из 597 названий.

Автор глубоко признателен за научные консультации и постоянную поддержку в работе проф., д. г. н. П. А. Каплину и проф., д. г. н. Р. К. Клиге. Большую помощь на разных зтапах работы оказали проф., д. г. н. А. А. Свитсч, д.г.н. С.Д.Николаев, д. ф. -м. н. ¡0. А.Тараканов, д. г. -м. н. Р.Г. Джамалов и многие другие. Выполнение исследований было бы невозможно без искренней заинтересованности в сотрудничестве со стороны всех сотрудников лаборатории режима поверхностных вод (ранее - лаборатория климатической изменчивости гидрологических процессов) Института водных проблем РАН, где выполнялась работа, и лаборатории новейших отложений и палеогеографии плейстоцена географического факультета МГУ, с которой автор сотрудничал в течение всего периода своей научной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. УРОВЕНЬ МОРЯ И ПРИЧИНЫ ЕГО ИЗМЕНЕНИЙ В РАЗЛИЧНЫХ МАСШТАБАХ ВРЕМЕНИ

Основным предметом рассмотрения в диссертации являются

древние берега, понимаемые вслед за И. Г. Вейнбергсом (1986. 1991) как комплексы отложений и форм рельефа, образовавшихся в прошлом при том или ином положении уровня моря относительно суши.

Поскольку уровень моря находится в состоянии непрерывных колебаний, само понятие уровня моря имеет смысл в определенных временных масштабах и правильнее говорить о высотном положении того или иного признака (индикатора) относительно среднего за определенный период уровня моря. С точки зрения развития рельефа и формирования отложений морских берегов предлагается различать подъем или понижение уровня моря с одной стороны и трансгрессию или регрессию как движение береговой линии, фиксируемое, в частности, изменениями фациального состава отложений в разрезе, с другой.

Среди основных факторов, влияющих на уровень моря, имеются как факторы, проявление которых неизбежно носит планетарный характер (поступление ювенильных вод, уход водяных паров за пределы атмосферы, общее прогибание дна океана и воздымание суши в кайнозое), так и региональные и локальные (например, тектонические и изостатические процессы, движения литосферных плит и пр.). Наиболее удобным с точки зрения анализа отдельных составляющих процессов изменения уровня моря в различных масштабах времени, хотя и довольно условным, является разделение соответствующих процессов на гидрократические. т.е. связанные с изменениями массы и объема воды в океане и теократические, обусловленные изменениями емкости океанических впадин вследствие движений дна и континентальных блоков.

Отдельные процессы, приводящие к изменениям уровня моря, развиваются в существенно различных пространственных и временных масштабах (рис. 1). Крайне широким диапазоном времени проявления характеризуются сейсмогенные процессы. Такие теократические про-

Рис. 1. Относительная значимость отдельных групп факторов в изменениях уровня моря в различных масштабах времени

цессы, как изменения объема океанических впадин в результате движений дна, заполнение впадин осадочным и вулканогенным материалом, приливное замедление вращения Земли, и некоторые гидрок-ратические процессы (поступление воды из мантии и ее возможные потери в результате субдукции, уход водяных паров за пределы атмосферы, изменение запасов связанных вод земной коры) оказывают существенное влияние на уровень океана в масштабах времени не менее миллионов лет. Изменения уровня океана вследствие поступления ювенильных вод и ухода воды в космическое пространство невелики даже в наибольших временных масштабах (десятки и сотни миллионов лет). Осадконакопление на дне океана играет второстепенную роль в изменениях его уровня (не более 0, 5 м/млн. лет).

В масштабах плейстоцена, а также в более ранние ледниковые эпохи, основную роль в изменениях уровня океана играли гля-циоэвстатические процессы. Другие процессы, относимые к категории гидроэвстатических (изменение запасов воды на безледной части суши и запасов подземных вод), характеризуются значительно меньшей интенсивностью, хотя в отдельные эпохи их роль может становиться значительной. Влияние седиментоизостатических. гид-роизостатических и связанных с неоднородностями внутреннего строения Земли геоидальных процессов сопоставимо с воздействием гляциозвстазии, а интенсивность гляциоизоотатических процессов шкэг даже превосходить их. Кроме того, в течение ледниково-меж-ледниковых циклов плейстоцена происходит накопление аномалий гравитационного поля и фигуры Земли, приводящее к увеличению ее полярного сжатия и контрастности рельефа.

В наименьших масштабах времени (от секунд и минут до десятилетий и столетий) наибольшей интенсивностью характеризуются стерические и динамические изменения водной поверхности. Стерические процессы обусловили от 20 до 60% подъема среднего уровня Мирового океана в XX веке.

Глава 2. НЕКОТОРЬЕ ВОПРОСЫ МЕТОДИКИ ИЗУЧЕНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЯ МОРЯ И РАЗВИТИЯ МОРСКИХ БЕРЕГОВ

Ввиду обширности проблемы применения геолого-геоморфологических индикаторов уровня моря и его изменений, а также из-за наличия обобщающих работ, посвященных этому вопросу, основное внимание в диссертации уделяется рассмотрению сравнительно малоизученных аспектов проблемы, самостоятельно анализировавшихся автором в ходе полевых исследований 1978-1995 гг., в частности, особенностям изучения уровня моря и его изменений на приливных

берегах.

На приливных берегах точность определения древнего уровня моря в значительной степени зависит от морфологических особенностей береговой зоны: на абразионных берегах в первую очередь от формы и ширины бенча и высотного положения его тылового шва; на аккумулятивных берегах - от формы поверхности и ширины осушки, верхней границы штормового заплеска и размеров берегового вала. В качестве простой количественной характеристики приливных берегов можно использовать соотношение величины прилива и высоты штормовых волн, а также уклона подводного берегового склона и межприливной зоны. Для более надежного определения уровня моря на древних приливных берегах целесообразно сравнивать их с современными берегами, характеризующимися сходной величиной предложенного автором коэффициента относительной деформации поперечного профиля, который, по результата,) статистического анализа, зависит, в первую очередь, от уклона подводного берегового склона и в меньшей степени от параметров волнсприлив-ного поля.

Имеющиеся методики введения поправок на вертикальные деформации древних берегов в большинстве случаев не позволяют получить сопоставимые оценки. В работе показано, что отсутствие универсальной методики существенно понижает точность определения изменений уровня моря.

На примерах своих исследований на берегах различных морей автор предлагает основные направления использования археологической и исторической информации при анализе изменений уровня моря:

1) изучение древних сооружений и иных артефактов, положение которых относительно уровня моря во время их строительства и использования вполне определенно (фундаменты зданий, портовые

сооружения и т.д.);

2) сопряженный литолого-фациальный анализ осадочных отложений береговой зоны и залегающих в них культурных остатков, несущих в себе косвенную информацию о перемещении береговой линии, климатических условиях побережья и иных процессах, связанных с колебаниями уровня моря;

3) изучение особенностей материальной и духовной культуры древнего населения с точки зрения его адаптации к обитанию на морских берегах;

4) анализ косвенных (преимущественно исторических) данных об отдельных экстремальных гидроклиматических событиях прошлого, тем или иным образом связанных с изменениями уровня моря (шторма, наводнения, засухи и т. п.).

На отдельных участках побережья Средиземного моря, как и в других районах, историко-археологические данные позволяют реконструировать изменения уровня моря за последние тысячелетия с точностью до +/-5-15 см. Установлено, что на многих участках побережья вблизи древних городов за последние 2 тыс. лет береговая линия отступила на 2-5 км. Во многих случаях это связано с погружением речных дельт и сокращением твердого стока рек, но некоторые участки, например, г. Градо на северном побережье Адриатического моря могли испытать также воздействие катастрофических событий типа цунами.

При анализе и сопоставлении изменений уровня моря, а также развития морских берегов в различных временных масштабах необходимо учитывать особенности фиксации этих процессов непосредственными наблюдениями и косвенными данными. Геоморфологическая концепция трех независимых временных масштабов (установившегося времени, менее года; рангового времени, 10-100 лет, и циклического времени, более тысячи лет) недостаточна для харак-

теристики процессов, происходящих на морских берегах ввиду их крайнего разнообразия. Более перспективен подход, основанный на анализе спектра изменений морфометрических характеристик морских берегов, то есть изучении зависимости величины (или скорости) таких изменений от времени, за которое эта величина измеряется или оценивается. На этой основе можно выявлять основные факторы развития рельефа морских берегов в тех или иных масштабах времени.

В оценках берегоформирующих процессов на микроприливных морских берегах по инструментальным данным наиболее высока спектральная плотность процессов, измеренных за 1 год или несколько больше, что свидетельствует о преобладающей роли событий такой повторяемости (штормов) в развитии аккумулятивных морских берегов. Учитывая, что время релаксации (ВР) к таким штормам составляет обычно менее года (на песчаных берегах 90-270 суток), такие события в большинстве случаев могут рассматриваться как последовательно независимые (аддитивные). Однако возможное усиление внешнего воздействия на берега, например при ускорении изменений уровня моря, может приводить к тому, что ВР к преобладающим внешним воздействиям становится больше, чем их повторяемость. Это служит причиной существенно неравновесного развития многих морских побережий.

Анализ спектров изменчивости берегового рельефа позволяет продемонстрировать неправомерность сопоставления скоростей береговых процессов по данным непосредственных наблюдений за несколько лет или десятилетий с геолого-геоморфологическими оценками за сотни и тысячи лет. Значительно большие величины измеренных скоростей береговых процессов по сравнению с исгори-ко-археологическими, а тем более геолого-геоморфологическими оценками, во многих случаях объясняются способом оценки ска-

XI Щ? ХзМ Х5Щ

Б В

Рис. 2. Зависимость от времени осреднения t оценки скорости Зп береговых и иных геолого-геоморфологических процессов колебатель но-поступательного характера с постоянной малой вероятностью р превышения амплитуды колебаний +/-С: А - процесс осадконакопле ния; Б - горизонтальное перемещение береговой линии; В - формирс вание абразионно-аккумулятивных морских террас; Г - изменения хе рактеристики процесса Х^ Х3, Х5_____ X,, (подчеркнуты), фиксируемые в геологической летописи, и соответствующие им оценки скорости Б1, Бз, %_____ ^ и интервалы времени г!, . Ъ5,.... Ъп;

Х2, Х|, Хб..... Хп+1 - оценки характеристики процесса, не фиксируемые в геологической летописи, и соответствующие им интервалы времени Ч- _____ 1;п + 1; Хо - значение скорости при I ■■

0;!. Д - вид "области неопределенности" (заштрихована) оценки сре дней скорости процесса; Бср - средняя скорость процесса, Д£> - допустимая ошибка оценки средней скорости, 5„а1 - верхняя гра ница "области неопределенности", ДГ - фицуциальное время. |

ростей на основе случайных единичных наблюдений, а не истинным ускорением протекания процессов. Так, темпы изменений рельефа многих абразионных и аккумулятивных берегов, если измерять их в сопоставимых величинах, с середины голоцена не увеличились, а существенно (иногда на порядок величины) сократились, что связано с общим переходом берегов к стадии зрелости, в частности, в условиях замедления изменений уровня моря и подтверждает общие геолого-геоморфологические представления.

Неопределенность оценки средней скорости береговых, как и любых геолого-геоморфологических процессов колебательно-поступательного характера, быстро уменьшается с увеличением периода наблюдений или периода, для которого имеются косвенные данные о ходе этого процесса (рис. 2). В работе показано, что существует минимальный промежуток времени Аь* (фидуциальное время), данные за который необходимо использовать для корректной оценки средней скорости изменений уровня моря или развития береговых процессов:

¿Н* = ¡С1/ДГ

где С - средняя амплитуда колебаний характеристики X процесса (например, горизонтального перемещения береговой линии), а &8* - предельная величина ошибки определения средней скорости с некоторой заранее задаваемой вероятностью р. Чем больше изменчивость процесса (чем больше С), тем более длительные наблюдения необходимо провести для получения статистически достоверной информации о средней скорости процесса.

Глава 3. ОБЩИЙ ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЯ МИРОВОГО ОКЕАНА В ДО-ЧЕТВЕРТИЧНОЕ ВРЕМЯ

Учитывая общую направленность диссертации на анализ изменений уровня моря в плейстоцене-голоцене, следует отметить,

что материал данной главы основан, в первую очередь, на литературном материале и представляет собой краткое обобщение, необходимое для целей сопоставления изменений уровня моря в различных временных масштабах.

В условиях общего увеличения контрастности рельефа Земли, в первую очередь за счет воздымания и расширения материковых блоков уровень океана относительно суши, вероятно, понизился за последние 600 млн. лет на 150-350 м. Однако средняя глубина океана за тот же период увеличилась на 300-400 м. Установлено, что на фоне общего углубления Мирового океана в течение фачерозоя темпы этого процесса неоднократно замедлялись, вследствие сокращения "чистого" поступления воды из мантии и, возможно, из подземных резервуаров свободных вод, а также связанных вод земной коры и общего циклически-направленного геотектонического развития Земли, неизбежно приводившего к изменениями формы геоида. Все это вызывало колебания среднего уровня океана относительно дна его впадин (то есть средней глубины океана) возможным размахом от 150 до 600-700 м с характерным временем около 85-100 млн лет.

В течение кайнозоя средний уровень Мирового океана понижался. Основным фактором общего понижения уровня Мирового океана в течение кайнозоя были глобальные геотектонические процессы, возможно, приведшие к увеличению емкости океанических впадин на 150-250 млн куб. км. Из-за различия оценок воздействия отдельных факторов общее понижение относительного уровня Мирового океана за кайнозойскую эру автор оценивает величиной от нескольких десятков до 400 метров .

На фоне общего понижения относительного уровня океана в течение кайнозоя он неоднократно понижался дополнительно на 100-150 или даже 200-300 м, а в среднем миоцене и в начале плио-

цена уровень океана мог быть на 150-200 м выше современного. Периоды понижения уровня океана в целом соответствуют периодам развития покровного оледенения Антарктиды. В различные периоды кайнозоя, вероятно, происходили также ритмические изменения уровня океана с характерным временем от 40-50 до нескольких сотен тысяч лет и размахом от 10-20 до 80-100 м.

Глава 4. ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ АНАЛИЗ ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЯ МИРОВОГО ОКЕАНА В ПЛЕЙСТОЦЕНЕ-ГОЛОЦЕНЕ И ИХ ВОЗМОЖНЫЕ ПРИЧИНЫ

Существенная роль колебаний размеров оледенения в ритмических изменениях уровня океана в плейстоцене, пожалуй, не подвергается сомнению. Однако количественное их сопоставление даже в масштабах ледниково-межледниковых циклов, не говоря уже об отдельных стадиях оледенения, часто вызывает затруднения.

Данные палеогляцислогических исследований и геофизических реконструкций позволяют оценить понижение уровня Мирового океана во время наибольшего развития последнего позднеплейстоце-нового оледенения величиной от 85 до 170 м. Получение более точных оценок на основе использования этих методов в настоящее время, видимо, невозможно в силу различий реконструкций древнего оледенения, палеогеофизических моделей и т.п.

На основе анализа данных об изотопно-кислородном составе фораминифер и других микроорганизмов в донных отложениях получены довольно репрезентативные приближенные оценки изменений уровня океана и его наибольшего понижения в максимальную фазу последней ледниковой эпохи - от 105 до 130 м, соответствующие большинству геолого-геоморфологических оценок.

Данные по нескольким наиболее известным террасовым рядам побережий Мирового океана, взятые в отдельности, не позволяют

судить об изменениях уровня Мирового океана в целом, а полученная на их основе обобщенная кривая характеризуется высокими погрешностями даже в оценке положительных экстремумов уровня океана.

С другой стороны, весь обширный массив данных о древних плейстоценовых берегах, как поднятых, так и погруженных, при его корректной статистической обработке представляет собой надежный способ изучения изменений уровня Мирового океана в пространстве и во времени. С этой целью автор проанализировал около 1700 опубликованных датировок плейстоценовых морских террас и прочих индикаторов уровня моря от 30 до 400 тыс. лет, а также геолого-геоморфологических сведений о них. В качестве сравнительно надежных были выбраны полученные по береговым фациям датировки локализованных по высоте и прослеживаемых на десятки и сотни километров индикаторов уровня моря, имея в виду, что только индикаторы такого рода характеризуют крупные изменения относительного уровня моря, а не его локальные флуктуации. Однако крупномасштабные тектонические, изостатические и геоидальные деформации суши и морского дна исключить, естественно, не удалось. Во внимание принимались только конечные датировки по изотопам уранового ряда, калий-аргоновые, трековые, а также некоторые ЭПР, аминокислотные и наиболее надежные радиоуглеродные датировки. В результате такой оценки надежности было отобрано порядка 900, т.е. около 55Х всех датировок, которые и использовались в дальнейшем анализе.

Статистическая обработка этого массива данных показала, что более 3/4 поднятых берегов сформировались во время межледниковых эпох первого порядка, известных по другим (палеогляциоло-гическим, изотопно-кислородным и прочим) данным, а именно 30-40, 80-110, 120-150, 200-230, 270-280, 300-310, а также 390-400 тыс.

ных от 30 до 400 тыс. лет назад: 1 - радиоуглеродным методом. 2 -по изотопам уранового ряда. 3 - аминокислотным и трековым методами, 4 - калий-аргоновым методом; Б - то же. с учетом неполноты геологической летописи, D*t, где t - возраст, тыс. лет назад; В -изменения объема покровного оледенения суши по изотопно-кислородным данным (Hays et al., 1Э76).

л.н. (рис. 3). Если учесть общее убывание геолого-геоморфологической информации с увеличением возраста событий, то количество поднятых древних берегов, относящихся к определенным эпохам, обнаруживает довольно тесную корреляцию с изменениями объема покровного оледенения по изотопно-кислородным данным (рис. 3).

Анализ пространственного распределения высот древних берегов, относящихся к отдельным эпохам плейстоцена, позволяет получить для этих эпох независимые реконструкции геоида, т. е. поверхности равных гравитационных потенциалов, характеризующей глобальные геофизические параметры и совпадающей с поверхностью Мирового океана.

Наличие гравитационных аномалий обусловливает возникновение избыточного (сверхгидростатического) полярного сжатия фигуры Земли. Поэтому рассматривая распределение высот индикаторов уровня моря в определенный период по широтным поясам как показатель, характеризующий зональную составляющую высоты аномалий поверхности геоида, можно вычислить соответствующую величину полярного сжатия фигуры Земли. Р:

Р - 3/2*32 + 1/2*4* *а2/¿Я. где 32 - второй зональный коэффициент гравитационного потенциала в разложении по сферическим функциям, равный сумме вычисляемой теоретически величины этого коэффициента для гидростатического двухосного сфероида 32гид и его возмущения А32, обусловленного неоднородностью гравитационного поля: 32 = 32гщ + А 32: где V - угловая скорость вращения Земли, а - экваториальная (большая) полуось геодезического эллипсоида, ё - гравитационная постоянная, М - масса Земли.

Если принять, что деформации фигуры Земли вследствие неоднородности ее гравитационного поля выражавтся исключительно в

изменении полярного сжатия (то есть рассматривать модель Земли, однородной в пределах отдельных широтных поясов), то ДД2 для какого-либо периода в прошлом можно рассчитать через среднюю высоту древних берегов соответствующего периода в пределах того или иного широтного пояса йШ:

Ь32 = - ИШ/1?*(3/2*з1п2Г -1/2), где И - средний радиус Земли.

Проведенный на этой основе анализ показывает, что 140-130 и 110-80 тыс. л. н. фигура Земли, вероятно, была близка к современной, а в середине позднего плейстоцена, 40-30 тыс. л.н., форма геоида была существенно иной. Положительные и отрицательные аномалии его поверхности были выражены на 30-40% меньше, чем сейчас, а общая форма примерно наполовину приближалась к гидростатически равновесной: отклонение поверхности геоида от гидростатического сфероида, составляющее в настоящее время 67 м на полюсах и 33 м на экваторе, уменьшалось до 33 и 16 м соответственно (рис. 4). Размах геоидальных изменений относительного уровня моря в отдельных районах мог достигать в позднем плейстоцене 50-100 м, что сопоставимо с прямым гляциозвстатическим воздействием.

Учитывая, что аномалии современной поверхности геоида и их изменения в позднем плейстоцене обусловлены, в первую очередь, развитием и разрушением ледниковых покровов (Тараканов и др., 1987; Тараканов, 1992), можно сделать вывод, что 40-30 тыс. лет назад ледниковые покровы суши Северного полушария сохранялись в размерах, существенно превышавших современные. Средний уровень Мирового океана в это время не достигал современного, составляя около -35 м.

Однако положительные и отрицательные аномалии поверхности геоида в целом сохраняли свое пространственное положение,

+16

Рис. 4. Обобщенная фигура Земли в современную эпоху и 40-30 тыс. лет назад: 1 - гидростатический сфероид, 2 - современный эллипсоид по спутниковым данным, 3 - эллипсоид 40-30 тыс. лет назад по расчетам, основанным на данных о распределении высот древних берегов

что не позволяет подтвердить гипотезу Мернера (Могпег, 1976, 1981) об их существенных горизонтальных перемещениях в позднем плейстоцене.

Данные об изменениях уровня моря позволяют также получить новые, независимые подтверждения концепции существования двух относительно устойчивых состояний глобальной климатической и гидрологической системы, "ледникового" и "межледникового", по крайней мере, в течение плейстоцена и голоцена, и случайного характера перехода между ними, связанного с развитием короткопери-одных экстремальных процессов, например, ледниковых серджей, и автоколебательной перестройкой глобальной климатической системы.

В период развития глобальной климатической системы по "ледниковому" типу и, в особенности, в переходные периоды изменения среднего уровня Мирового океана в масштабах времени от сотен лет до десятков, а, возможно, и сотен тысячелетий характеризуются высокой степенью зависимости от изменений запасов воды в покровном оледенении суши. При этом скорость изменений среднего уровня Мирового океана не только при распаде оледенения, но и при его формировании, достигает 10-12 мм/год. В "межледниковых" глобальных климатических условиях, сходных с современны},1И, значимость гляциоэвстатического фактора в вековых и тысячелетних изменениях уровня океана существенно меньше. В условиях "межледникового" режима глобальной климатической системы значительно сильнее, чем в "ледниковых" и переходных условиях, проявлялись такие факторы изменения уровня моря, как изостатические и геоидальные, обусловливавшие пространственные различия в уровне океана. Скорость изменений среднего уровня Мирового океана в "межледниковых" условиях не превышает 1-2 мм/год.

На основе анализа массива данных о послеледниковых древних берегах России и бывшего СССР установлено, что в среднем-позднем голоцене неоднократно происходило перераспределение воды между ее основными "резервуарами" на поверхности Земли - ледниковыми покровами и озерами с одной стороны и Мировым океаном с другой. Характерное время колебаний составляет около 2 тысяч-лет. а количество перемещаемой при этом воды - нескольких сотен тысяч куб. км. Размах звстатических колебаний уровня Мирового океана. составляет несколько десятков сантиметров, а, возможно, достигает 1 м. "Вклад" бессточных озер в этот процесс равен 1213 см.

Глава 5. РАЗВИТИЕ МОРСКИХ БЕРЕГОВ В УСЛОВИЯХ ИЗМЕНЕНИЙ ОТНОСИТЕЛЬНОГО УРОВНЯ МОРЯ

Морские берега, как показано многими исследователями, подчиняются физическим закономерностям взаимодействия волнения и течений с дном. Основными факторами, определяющими не только темпы, но и характер перестройки береговой зоны при изменениях уровня моря, являются тенденция, амплитуда и скорость этих изменений, бюджет наносов и морфологические особенности подводного берегового склона и надводной части береговой зоны. Материалы автора по Белому, Адриатическому, Желтому, Восточно-Китайскому и Каспийскому морям, озеру Иссык-Куль и другим водоемам позволяют проанализировать роль основных факторов в развитии морских берегов при колебаниях уровня моря, а также уточнить имеющиеся и предложить новые схемы морфологических изменений в береговой зоне.

Среди морфологических особенностей береговой зоны важнейшую роль играет уклон подводного берегового склона. Автором уточнена схема развития поперечного профиля морских берегов в зависимости от уклона подводного берегового склона. Схема применима не только к условиям быстрых изменений уровня такого природного аналога, как Каспийское море, для которого она была впервые разработана (Игнатов и др., 1989, 1992; Каллин, 1989; 1§паЬо7 еЬ а!., 1993), но и к условиям сравнительно медленных изменений уровня морей Мирового океана, например северного побережья Адриатического моря. Схема справедлива, в первую очередь, для условий достаточного (но не избыточного) поступления осадочного материала на данный участок береговой зоны. Она характеризует условия, необходимые для пассивного затопления прибрежной суши; смещения к берегу подводного берегового вала с его наращи-

ванием; смещения в сторону суши пляжевого берегового вала с размывом его морского склона и наращиванием гребня при одновременном формировании лагуны; одновременного наращивания пляжевого вала и аккумуляции на подводном береговом склоне; размыва пляжа и аккумуляции на подводном склоне. Лишь при наибольших уклонах подводного берегового склона в целом обеспечивается равенство количества материала, размытого в верхней части профиля, и осажденного в его нижней части, как предусмотрено моделью Зенковича-Брюна.

При существенно положительном и отрицательном бюджете осадочного материала скорость изменения относительного уровня моря приобретает роль важнейшего фактора переформирования морских берегов. На основе изучения берегов различных морей з работе предлагаются схемы их развития при увеличивающейся скорости подъема уровня моря (рис. 5).

При избыточном поступлении осадочного материала в условиях относительно медленного подъема уровня моря аккумуляция происходит, главным образом, посредством формирования пляжевого берегового вала. При резко положительном балансе материала в условиях повышения уровня моря может происходить осадочная регрессия. Несколько более быстрый подъем относительного уровня моря приводит к смещению берегового аккумулятивного тела в сторону суши без существенных изменений его размеров. Еще более быстрый подъем уровня моря приводит к более интенсивному развитию процессов волнового заплеска и перехлестывания, а значит к росту аккумулятивного образования в высоту, увеличению крутизны его берегового склона и т.д. Наконец, при экстремальном ускорении подъема уровня моря аккумулятивная форма не успевает реагировать на изменения гидродинамических условий в береговой зоне я происходит ее затопление, которое иногда сопровождается захоронени-

Рис. 5. Основные типы развития аккумулятивных береговых форм при различных темпах подъема уровня моря в условиях избыточного (А) и недостаточного (Б) поступления наносов: а-г - возможные типы развития берегов по мере увеличения скорости подъема уровня моря; 1 - подъем уровня моря; 2- участки раз-

из ппг\Аипо- 'Ч - мингтп/и аии\7н\/пен 1ии ня пптйипр

ГО

СЙ

ем аккумулятивного тела осадками подводного берегового склона.

При недостаточном снабжении наносами какого-либо участка береговой зоны происходит мобилизация имеющегося материала в условиях относительно медленного подъема уровня меря с образованием небольшого пляжевого вала. По мере ускорения этого процесса вал смещается в сторону суши, одновременно испытывая размыв морского склона. При еще более быстром подъеме уровня моря аккумулятивная форма может подвергнуться частичному или полному разрушению. В условиях экстремально быстрого подъема уровня моря аккумулятивная ферма может быть затоплена и частично размыта. Возможно также выравнивание поперечного профиля за счет размыва аккумулятивных тел и "распластывания" слагавших их отложений по профилю береговой зоны с аккумуляцией как вблизи уреза, так и в нижней части подводного берегового склона.

Таким образом, при высокой скорости подъема уровня моря береговой рельеф не успевает реагировать на изменения гидродинамических и иных условий. Поэтому характер развития рельефа морских берегов из равновесного или частично равновесного становится полностью неравновесным.

При подъеме уровня моря условия, необходимые для развития аккумулятивных береговых форм по одному из двух традиционно выделяемых путей, то есть смещения в сторону суши и затопления на месте, за которым иногда следует захоронение осадками подводного берегового склона, существенно различаются. Смещение в сторону суши происходит при сравнительно медленном подъеме относительного уровня моря (до 1-2,5 мм/год), достаточном или избыточном поступлении осадочного материала в береговую зону и умеренных уклонах затапливаемого берегового склона (обычно 0,001-0,005 для песчаных берегов, для гравийно-галечных аккумулятивных форм - несколько больше).

Затопление аккумулятивных форм на месте происходит при крайне быстром подъеме уровня моря. Следует различать: 1) затопление береговой формы поднимающимся уровнем моря с ее последующим захоронением и, в некоторых случаях, переходом ("перешагиванием") к формированию аккумулятивного тела над новой линией уреза при избыточном снабжении данного участка береговой зоны осадочным материалом и 2) затопление, которое не только не сопровождается захоронением, но и приводит к полному или частичному размыву аккумулятивного тела и связано с резким недостатком осадочного материала. Общим условием для развития аккумулятивных берегов бесприливных морей по одному из этих путей является крайне быстрый (более 6-7 мм/год для песчань/х берегов) подъем относительного уровня моря.

В целом, при подъеме относительного уровня моря преобладают процессы размыва морских берегов, а при его понижении -процессы аккумуляции. Однако реальная картина довольно сложна и, в общем случае, не описывается однозначными причинно-следственными зависимостями, а требует учета процессов саморазвития берегового рельефа. В частности, при наличии существенного вдольбе-регового перемещения наносов и чередования вдоль берега участков преобладания размыва и аккумуляции даже последовательные фазы повышения уровня моря на одну и ту же величину могут приводить к различному развитию того или иного участка берега. Этот феномен, названный интранзитивностью береговых процессов, представляет собой довольно общую закономерность развития выравнивающихся берегов внутренних морей в условиях колебаний их уровня.

Приливно-отливные изменения уровня и течения оказывают существенное влияние на характер развития берегов в условиях изменений уровня моря. Смещение береговой формы барьерного типа вверх по береговому склону и размыв ее морского склона могут,

при прочих равных условиях, происходить более интенсивно. В приливных заливах при подъеме уровня моря чаще всего преобладает размыв осушен, сложенных тонкозернистым материалом, за счет увеличения приливной призмы и асимметрии приливно-отливных течений.

Проблема развития речных дельт в условиях изменений уровня моря требует специфического детального анализа и рассматривается в ряде работ (Коротаев, 1991; Гидрология устьев рек____

1993; М1кйа11оу, 1993). Поэтому диссертант счел необходимым сосредоточиться на анализе сравнительно малоизученного аспекта этой проблемы - изучении ченьеров, песчанс-ракушечных валов, характерных для дельтовых равнин.

Ченьеры часто рассматриваются как довольно надежные индикаторы уровня моря и его изменений. Автором показано, что необходимыми условиями для формирования ченьеров и ченьер-плейн являются поступление в значительных количествах тонкозернистого обломочного материала, малые уклоны подводного берегового склона, большая биомасса моллюсков (для биогенных ченьеров) и, как одно из основных условий, изменчивость поступления обломочного материала в береговую зону вследствие различных причин, в частности, миграций устьевых частей рек, колебаний относительного уровня моря, изменений климата, влияющих на твердый сток рек. вариаций продуктивности фауны моллюсков, параметров волнения и т. д. В целом, фазы повышения относительного уровня моря в ходе его малоамплитудных колебаний более благоприятны для развития ченьеров, чем фазы понижения, когда происходит "распластывание" тонкозернистых дельтовых отложений на более обширной площади побережья. Однако надежность ченьеров как индикаторов древнего уровня моря довольно невысока.

Установлено, что при повышении прочности пород скорость

отступания клифов уменьшается быстрее, чем темпы понижения поверхности бенчей. Это может приводить к формированию вогнутого поперечного профиля на берегах, сложенных достаточно устойчивыми к размыву породами, при стабильном или медленно понижающемся уроне моря. Помимо этого, чем прочнее породы, слагающие клиф и бенч, тем больше вероятность ослабления их разрушения при быстром подъеме или понижении относительного уровня моря.

Существующие количественные модели многолетнего развития берегов в условиях изменений уровня моря постулируют сохранение Форш поперечного профиля береговой зоны и однонаправленность поперечного переноса в ней осадочного материала: вниз по береговому склону при подъеме уровня моря и вверх - при его понижении. При этом считается, что объем материала, вынесенного из одной части профиля, равен его объему, отложенному в другой, то есть данный участок береговой зоны является замкнутым (модель Зенко-вича-Брюна). Повторные наблюдения 1978-1991 гг. на отдельных участках побережья Каспийского моря и 1938-1990 гг. на северном побережье Адриатического моря позволяют сделать вывод, что степень предсказуемости перемещения береговой линии при изменениях уровня моря в специфических морфодинамических условиях отдельных побережий (наличие береговой дюны, барьерного острова, значительная доля наиболее мелких наносов и т.д.) в ряде случаев может быть повышена за счет применения той или иной модификации модели Зенковича-Брюна. Между тем, основные принципиальные допущения, лежащие в основе этой модели, не устраняются ее модификациями, что иногда может приводить к ошибке в оценке перемещения береговой линии, достигающей 300-400%.

Вообще говоря, модели развития береговой зоны при изменении уровня моря, основанные на принципе равновесия, применимы, помимо прочего, лишь для анализа процессов, происходящих в масш-

табе времени не менее десятилетий. Среди других необходимых условий применимости моделей: наличие сравнительно крутого подводного берегового склона, достаточность наносов волнового поля, сравнительно медленные изменения уровня моря. Экстраполяция данных, полученных на основе использования моделей такого рода, на иные условия внешнего воздействия, в частности на большие скорости и величины изменения уровня моря, должна проводиться с крайней осторожностью. Необходимо создание серии моделей многолетнего развития морских берегов различных типов в условиях изменений уровня моря на основе полного учета всех факторов.

Глава 6. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДАННЫХ ОБ ИЗМЕНЕНИЯХ УРОВНЯ МОРЯ И РАЗВИТИИ МОРСКИХ БЕРЕГОВ В ПРОШЛОМ В ЦЕЛЯХ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ

Вполне вероятно, что в ближайшие десятилетия темпь; изменений уровня моря существенно увеличатся вследствие как естественных, так и антропогенных причин. Многие исследователи ожидают существенный подъем среднего уровня Мирового океана. Будучи крайне чувствительными природными системами, морские берега будут испытывать существенные изменения морфологических и экологических условий даже при подъеме уровня моря на несколько десятков сантиметров. Геолого-геоморфологические и иные данные об изменениях морских берегов в прошлом служат основой для прогнозирования их развития и оценки степени устойчивости береговых природных систем в условиях ожидаемых изменений уровня моря.

В диссертации дается характеристика разработанной автором методики прогнозирования общих тенденций развития отдельных участков морских побережий под воздействием ускоряющихся измене-

Участки незначительных ожидаемых изменений (смещение береговой линии менее 5-10 м) УЧАСТКИ ПРОСТОГО ("ПАССИВНОГО") ЗАТОПЛЕНИЯ НИЗМЕННЫХ БЕРЕГОВ:

слабого (отступание береговой линии менее 100 м) умеренного (100-300 м) сильного (более 300 м) УЧАСТКИ РАЗМЫВА, ОТСТУПАНИЯ БЕРЕГОВЫХ УСТУПОВ И РАЗВИТИЯ СКЛОНОВЫХ ПРОЦЕССОВ: слабого (до 10 м) умеренного (от 10 до 50 м) сильного (более 50 м)

УЧАСТКИ ПЕРЕФОРМИРОВАНИЯ АККУМУЛЯТИВНЫХ БЕРЕГОВ:

стабильное положение береговой линии или ее локальное выдвижение размыв морского края береговых форм и отступание береговой линии

слабое (до 25 м) умеренное (от 25 до 100 м) сильное (более 100 м) УЧАСТКИ ЗАТОПЛЕНИЯ ПРИЛИВНЫХ БЕРЕГОВ И РАЗМЫВА МЕЖПРИЛИВНОЙ РАВНИНЫ: слабого умеренного сильного

УЧАСТКИ РАЗРУШЕНИЯ ДЕЛЬТОВЫХ БЕРЕГОВ: ¡Гт^ слабого

умеренного Су^Л сильного -—|0жидае:

25-30 м 60-70 м

мне средние величины отступания береговой линии к 2050 г. (в числителе) и к 2100 г. (в знаменателе)

Населенные пункты, подверженные угрозе затопления и подтопления

Рис. 6. Структура легенды прогнозных картосхем возможных изменений рельефа морских- берегов в условиях ожидаемого подъема уровня Мирового океана в XXI веке

ний уровня моря. Применение методики требует анализа геоморфологической ситуации, современных тенденций и темпов развития, уклонов прибрежной суши и дна, запасов пляжеобразующего материала в береговой зоне, возможности и интенсивности его поступления из рек, литологических особенностей пород, слагающих абразионные и размываемые берега и т.п. При этом предполагается, что морфоди-намический тип каждого конкретного участка берега сохранится в условиях сравнительно небольших по размаху изменений уровня моря (один или несколько метров) (рис. 6).

По участкам, для которых имеется соответствующая информация, выполняется также количественная' оценка интенсивности процессов возможного переформирования берегов. В качестве основного показателя перестройки берегового рельефа рассматривается горизонтальное перемещение береговой линии, которое вычисляется как суша ширины зоны прямого (пассивного) затопления или осушения вследствие повышения или понижения среднешсголетнего уровня моря; величины отступания береговой линии в результате разрушения уступа размыва (абразионного уступа) или переформирования аккумулятивных форм берегового рельефа, а также ширины зоны затопления при нагонных и прочих экстремальных подъемах уровня.

В работе приводится общая характеристика ожидаемых изменений рельефа берегов России в условиях возможного подъема среднего уровня Мирового океана к 2100 году на 1 м (средний сценарий) и на 2 м (максимальный сценарий). При реализации среднего сценария более 50% аккумулятивных берегов Европейской части России могут отступить на 100 и более метров. Около 30% размываемых береговых уступов, сложенных рыхлыми породами, отступят на 50 и более метров. Береговая линия может сместиться на 300 и более метров в сторону суши почти на 70% низменных берегов региона.

Наиболее детально характеризуются ожидаемые изменения

рельефа северного побережья Черного моря и берегов Азовского моря в условиях подъема среднего уровня океана на 1 м к 2100 году. Основными процессами в этом регионе будут размыв и разрушение барьерных береговых форм, которые отчленяют лиманы (Северо-Западное Причерноморье, восточное побережье Азовского моря), при-членяют к суше коренные останцы (юго-запад Азовского моря), а также северо-азовских кос, Арабатской Стрелки и т.д. В случае реализации среднего сценария ожидается частичное, а при осуществлении максимального - полное разрушение большинства этих форм.

В дельте Кубани, на Перекопском перешейке и в некоторых других районах значительным будет затопление прибрежных низменностей, особенно в условиях тектонического погружения побережий. Ожидается почти повсеместное ускорение отступания уступов размыва, сложенных рыхлыми лессовидными породами, которое может принять катастрофические масштабы в районе Одессы, Мариуполя, Приморско-Ахтарска, где оно будет усиливаться оползневыми и обвальными процессами. Наименее значительные изменения ожидаются на сложенных прочными породами берегах Южного Крыма, однако и здесь усилятся оползневые процессы.

Развитие берегов региона в условиях подъема уровня моря окажет существенное неблагоприятное воздействие на хозяйство прибрежных районов, в первую очередь на городское и курортное хозяйство на аккумулятивных формах и абразионно-обвальных и абразионно-оползневых берегах, транспорт (железные дороги и шоссе на пересыпях лиманов, порты Ильичевск и некоторые другие), рыбоводство в лиманах и рыболовство на открытых акваториях, рисосеяние в дельте Кубани и т.д. Многие существующие берегозащитные сооружения окажутся малоэффективны/ли, а в случае реализации максимального сценария - вовсе неэффективными.

Анализ комплекса показателей, характеризующих береговые

процессы (возможные темпы отступания береговой линии), ландшафтные особенности, степень антропогенной нагрузки (плотность населения, доля городского населения) и тип хозяйственного использования прибрежной территории, позволяет получить оценку устойчивости природных систем и природного риска для морских побережий в условиях ожидаемых изменений уровня моря. Можно выделить устойчивые, относительно устойчивые, неустойчивые и крайне неустойчивые природные системы морских берегов. Проведенный анализ показал, что природные системы берегов Восточного Приазовья будут характеризоваться сравнительно низкой устойчивостью к процессам. связанны/,« с ожидаемым подъемом уровня моря. Доля крайне неустойчивых природных систем, в которых ожидаются катастрофические изменения и полная потеря хозяйственного потенциала, при подъеме среднего уровня океана на 1 м к 2100 году может составить 50-55% общей протяженности побережья, неустойчивых - 35-452, а относительно устойчивых - не более 10-153.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключении сформулированы основные выводы диссертации:

1. Изменения уровня моря и развитие морских берегов необходимо рассматривать в конкретных пространственных и временных масштабах. Процессы, приводящие к изменениям уровня моря, также различны в зависимости от пространственного и временного масштаба. В целом, теократические процессы характеризуются большим временем проявления, чем гидрократические, среди которых основную роль играют гидроэвстатические процессы, то есть перераспределение воды между океаном, покровным оледенением, подземными резервуарами и озерами.

2. Изучение изменений уровня моря и развития береговых процессов позволило установить их следующие пространственно-временные закономерности:

- на основе анализа спектров изменений морфометри-ческих характеристик морских берегов выявляются основные факторы их развития в тех или иных масштабах времени. В частности, в масштабах лет и десятилетий основную роль в развитии берегов играют сильные и экстремальные шторма соответствующей повторяемости, а в масштабах голоцена - послеледниковый подъем уровня океана и его замедление, явившиеся одной из основных причин стадийности развития морских берегов;

- значительно большие величины измеренных скоростей береговых процессов по сравнению с историко-археологическими, а тем более геолого-геоморфологическими оценками, во многих случаях объясняются способом оценки скоростей на основе случайных единичных наблюдений, а не истинным ускорением протекания процессов. Неопределенность оценки средней скорости береговых, как и любых геолого-геоморфологических процессов колебательно-поступательного характера, быстро уменьшается с увеличением периода наблюдений или периода, для которого имеются косвенные данные о ходе этого процесса. Для каждого процесса существует фидуциаль-ное время - минимальный промежуток времени, данные за который необходимо использовать для корректной оценки средней скорости того или иного процесса.

3. С точки зрения методики применения различных индикаторов древнего уровня моря сделаны следующие выводы:

- для повышения точности определения уровня моря на древних приливных берегах целесообразно сопоставлять берега со сходной формой поперечного профиля межприливной зоны, количественные характеристики которого предложены в диссертации;

- исторические и археологические материалы могут использоваться не только как источник информации о высотном положении того или иного памятника относительно уровня моря, но и с точки зрения особенностей культурной адаптации древнего населения к обитанию на морских берегах. В ряде случаев историко-архео-логические данные позволяют реконструировать изменения уровня моря за последние тысячелетия с точностью до +/-5-15 см.

4. В фанерозое на фоне общего снижения уровня океана относительно суки и увеличения средней глубины океана, возможно, происходили крупномасштабные колебания глубины океана продолжительностью около 100 млн. лет при размахе до 600-700 м под действием глобальных геотектонических и геофизических факторов и периодического развития и разрушения материкового оледенения. Из-за различия оценок воздействия отдельных факторов общее понижение относительного уровня Мирового океана за кайнозойскую эру оценивается величиной от нескольких десятков до 400 метров. Помимо этого, средний уровень океана в кайнозое, вероятно, неоднократно понижался и повышался дополнительно на 100-150 или даже 200-300 м.

5. На основе анализа массива тщательно отобранных данных о возрасте и высотном положении древних плейстоценовых берегов Мирового океана установлено следующее:

- большинство (77%) датированных поднятых берегов сформировались за последние 400 тыс. лет во время межледниковых эпох первого порядка, известных по другим (палеогляциологи-ческим, изотопно-кислородным и прочим) дачным, а именно 30-40, 80-110, 120-150, 200-230, 270-280, 300-310, а также 390-400 тыс. л. н. Вклад гляциоэвстатического фактора в изменения среднего уровня океана за этот период достигал 90%;

- в отдельные периоды позднего плейстоцена (130-120 и

110-80 тыс. л.н.) фигура Земли, вероятно, была близка к современной, а в середине позднего плейстоцена, 40-30 тыс. л.н., положительные и отрицательные аномалии поверхности геоида были выражены на 30-40% меньше, чем сейчас, а общая его форма была примерно наполовину ближе к гидростатически равновесной. Объем оледенения в этот период по палеогеофизическим данным был существенно выше современного, а средний уровень океана, вероятна, составлял около -35 и. Размах гесидальных изменений относительного уровня моря в отдельных районах мог достигать в позднем плейстоцене 50-100 м, что сопоставимо с прямым гляциозвстатическим воздействием. При этом положительные и отрицательные аномалии поверхности геоида в целом сохраняли свое пространственное положение.

6. По данным об изменениях уровня моря в позднем плейстоцене и голоцене преобладали два относительно устойчивых состояния уровня Мирового океана, "ледниковое" и "межледниковое", переход между которыми происходил со скоростью до 10-12 мм/год за счет поступления или изъятия ледниковых вод. В "межледниковых" условиях, сходных с современными, значимость гляци-оэвстатического фактора в вековых и тысячелетних изменениях уровня океана существенно меньше, а сами изменения не превышают 1-2 мл/год. При этом значительно сильнее, чем в "ледниковых" и переходных условиях, проявляются такие факторы изменения уровня моря, как изостатические и геоидальные, обусловливающие пространственные различия в уровне океана.

7. Сопоставление геолого-геоморфологических, палеогляци-ологических, палеогеофизических, изотопно-кислородных и прочих данных позволяет оценить наиболее вероятную величину понижения среднего уровня океана в максимальную фазу последней ледниковой эпохи от 105 до 130 м.

8. В среднем-позднем голоцене неоднократно происходили гидроэвстатические колебания уровня Мирового океана возможным размахом до 1 м с характерным временем около 2 тысяч лет, причем колебания уровня океана за счет изменения объема бессточных озер могли составлять 12-13 см.

9. Характер морфологических изменений морских берегов при изменениях уровня моря зависит от тенденции и скорости этого процесса, морфологических особенностей подводного берегового склона, запасов пляжеобразующего материала, особенностей приливов и прочности пород, слагающих береговые уступы. На основе анализа новых материалов многолетних исследований установлено, в частности, следующее:

- характер развития морских берегов в условиях изменений уровня моря зависит, помимо прочего, от уклона подводного берегового склона (ПБС). Уточнена схема развития песчаных морских берегов в зависимости от уклона ПБС и граничные условия между отдельными типами реакции берегов на изменения уровня моря. Схема применима не только к условиям быстрых изменений уровня такого природного аналога, как Каспийское море, но и к условиям сравнительно медленных изменений уровня морей Мирового океана;

- при существенно положительном и отрицательном бюджете осадочного материала скорость изменения относительного уровня моря приобретает роль важнейшего фактора переформирования морских берегов. Разработана схема развития берегов в этих условиях при ускоряющемся подъеме уровня моря;

- анализ изменений морских берегов при колебаниях уровня моря требует учета процессов саморазвития берегового рельефа, приводящих к интранзитивности береговых процессов, то есть их неодинаковой реакции на последовательные идентичные воз-

действия (например, последовательные фазы повышения уровня моря на сходную величину), особенно характерной для внутренних морей;

- в условиях приливно-отливных движений уровня переформирование берегового рельефа при изменениях уровня моря может, при прочих равных условиях, происходить более интенсивно. В частности, размыв берегов приливных заливов при подъеме уровня моря обычно происходит быстрее, чем на неприливных берегах;

- развитие ченьеров - песчано-ракушечных валов, характерных для дельтовых равнин и часто считающихся надежными индикаторами уровня моря, обусловлено, в первую очередь, поступлением значительных количеств тонкозернистого обломочного материала из рек и высокой степенью изменчивости этого поступления вследствие различных причин (в частности, изменений относительного уровня моря), а также малыми уклонами подводного берегового склона и большой биомассой моллюсков;

- прочность пород, слагающих береговые уступы, характеризуется нелинейными связями со скоростью отступания клифов и понижения поверхности бенчей. Это может приводить к существенным деформациям поперечного профиля абразионных берегов при изменениях уровня моря.

10. Существующие количественные модели многолетнего развития берегов в условиях изменений уровня моря, основанные на правиле Зенковича-Брюна и постулирующие равновесное развитие процессов, имеют ограниченное применение, хотя в конкретных условиях, характеризуемых в работе, применение той ли иной моди-икации модели может существенено повысить предсказуемость изменений рельефа береговой зоны.

11. Представления о развитии морских берегов в условиях изменений уровня моря, полученные на основе анализа геолого-геоморфологических и иных данных, служат основой для прогнозирова-

нкя развития морских берегов и изменения степени устойчивости береговых природных систем в условиях ожидаемых изменений уровня моря. Берега России и, в частности, Северного Причерноморья и Азовского моря, будут крайне чувствительны к ожидаемому подъему уровня океана в XXI веке. Основными процессами, которые могут принять катастрофический характер, будут размыв и разрушение барьерных береговых форм, затопление прибрежных низменностей, особенно в условиях тектонического погружения побережий, ускорение отступания уступов размыва, сложенных рыхлыми породами. В случае подъема среднего уровня океана к 2100 году на 1 м около 40% берегов Европейской части России могут отступить на 100 и более метров.

12. Разработанные в диссертации принципы оценки устойчивости природных систем и природного риска для морских побережий в условиях ожидаемых изменений уровня моря в зависимости от внутренних особенностей самих природных систем и от типа и интенсивности внешнего воздействия применены к берегам Восточного Приазовья и продемонстрировали высокую долю крайне неустойчивых природных систем берегов региона (не менее 50%).

ОСНОВНЬЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

- вследствие значительной инерционности береговых процессов и неполноты геологической и исторической летописи при сопоставлении изменений уровня моря, а также рельефа морских берегов в различных масштабах времени нужно анализировать спектры скоростей этих процессов, а для оценки средней скорости необходимо использовать данные за временной промежуток, не меньший фи-дуциального времени;

- в плейстоцене под воздействием периодически возникав-

ших и разрушавшихся ледниковых покровов происходили крупные изменения фигуры Земли и глобальных геофизических параметров (полярного сжатия, степени выраженности аномалий гравитационного поля), приводившие к колебаниям относительного уровня моря на 50-100 м, сопоставимым с непосредственным гляциозвстатическим воздействием;

- в позднем плейстоцене и голоцене преобладали два относительно устойчивых состояния уровня Мирового океана, "ледниковое" и "межледниковое", для которых характерны его колебания со скоростью 1-2 мм/год, близкой к современной. Эти устойчивые состояния были разделены сравнительно короткими переходными периодами с изменениями уровня океана на 10 и более мм/год следствие быстрых изменений размеров покровного оледенения:

- в среднем-позднем голоцене, несмотря на значительные различия в изменениях уровня отдельных морей, связанные с гео-идальными, изостатическими и иными процессами, выявляются колебания среднего уровня Мирового океана размахом до 1 м при продолжительности около 2 тысяч лет. Эти колебания обусловлены водообменом океана с ледниками и бессточными озерами;

- при изменении темпов подъема или понижения уровня моря происходят качественные сдвиги в развитии рельефа морских берегов, причем характер изменений зависит, в первую очередь, от уклона подводного берегового склона, запасов пляжеобразующего материала, особенностей приливов и прочности пород, слагающих береговые уступы;

- на основе разработанной диссертантом прогнозной методики показано, что ожидаемое ускорение подъема уровня моря будет иметь серьезные последствия для рельефа и природных систем морских берегов России уже в ближайшее столетие, даже если повышение среднего уровня океана за этот период не превысит 1 метр.

Около 4Oi берегов Европейской части России могут отступить к 2100 году на 100 и более метров.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

(тезисы докладов не включены)

1. Изменения уровня Японского моря и влажности климата Приморья в голоцене: Археологический подход //Океанология. 1981. Т. 21. Вып. 4. С. 673-677 (совместно с В. П. Степановым).

2. Голоценовая история и прогноз развития береговой зоны Юго-Западного Каспия (Ленкоранское побережье) //Вестник Моск. ун-та. Сер. 5. География. 1981. N. 5. С. 108-115.

3. Некоторые закономерности ритмичности в природе. М.: Моск. ун-т. 1981. 18 с. //Деп. ВИНИТИ ÍÍ. 8073-81 от 28.05.81.

4. Изучение береговых линий последних 15 тысяч лет //Изменения уровня моря. М.: Изд-во МГУ, 1982. С. 5-16 (совместно с П. А. Каплиным и Д. Д. Бадюковым).

5. Опыт геоархеологических исследований на морской побережье //Изменения уровня моря. М.: Изд-во МГУ. 1982. С. 115-133 (совместно с В.П.Степановым).

6. Sea level indicators from coastal USSR //Radiocarbon. 1983. V. 25. No. 3. P. 892-898 (совместно с H. И. Глушанковой, 0. Б. Паруниным и А. И. Шлюковым).

7. Опыт применения комплексного литологического анализа для изучения динамики береговой зоны приливного моря. М.: Моск. ун-т, 1983. 23 с. Деп. ВИНИТИ N.6797-83 от 15.12.83.

8. Geoarcheological investigations on the Soviet Primorye coast: Their application to interpretation of paleoclimates and former sea levels //J. Coast. Res. 1985. V. 1. No. 2. P. 141-149

(совместно с В.П.Степановым).

9. Возможные изменения водного режима и берегоформирующих процессов Онежского залива Белого моря в условиях искусственного регулирования //Особенности и закономерности формирования вод суши: Поверхностные и подземные воды. М.: ИБП АН СССР, 1986. С. 277-295.

10. Опыт статистического изучения связи характера волно-приливного поля с особенностями поперечного профиля береговой зоны //Океанология. 1986. Т. 26. Вып. 5. С. 806-812 (совместно с Л. В. Анзимировым).

И. Хронология четвертичных морских террас //Новые данные по геохронологии четвертичного периода. М.: Наука, 1987. С. 32-39 (совместно с П. А. Каплиным).

12. Пространственно-временные закономерности изменения климата и речного стока Европейской части СССР (по историческим данным) //Вопросы гидрологии суши. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. С. 243-248 (совместно с А. М. Вороновым).

13. Некоторые особенности развития рельефа голоценовой террасы южного побережья оз. Иссык-Куль (на примере урочища Чо-ку-Булак) //Физико-географические исследования оз. Иссык-Куль и его берегов. Фрунзе: Клим, 1988. С. 24-28 (совместно с В. В. Артемьевым) .

14. Quaternary shorelines and sea-level changes in Russia //J. Coast. Res. 1988. Ч. I. Wo. 4. P. 703-711.

15. История формирования поверхностных вод на территории СССР в последние тысячелетия //Водн. ресурсы. 1989. N. 5. С. 28-40 (совместно с Р. К. Клиге и А. М. Вороновым).

16. К оценке изменчивости береговых процессов за различные промежутки времени //Геоморфология. 1989. N. 3. С. 90-95.

17. History of surface waters in the USSR territory during

the last millennia //Water Resources. 1989. V.16. Mo. 5. P.456-473 (совместно с P. К. Клиге и А. М. Вороновым).

18. Влияние промежутка времени между наблюдениями на оценку скорости геолого-геоморфологических процессов //Геоморфология. 1990. N. 4. С. 38-43 (совместно с Л. В. Анзимировым).

19. Изменчивая гидросфера Земли: Глобальный водообмен и его изменения. М.: Знание, 1990. 64 с.

20. Coastal and shelf investigations in the USSR //INGliA Commission on Quaternary Shorelines: Report for Intercongress Period XIII /Ed. by D. E.Smith. Durham: Univ. of Durham, 1991. P. 15-19 (совместно с П.А. Каплиным).

21. Spatial analysis of sea level during the Late Pleistocene and geoidally-induced sea level changes // Reports Intern. Geol. Correlation Progr. Project 274 /Ed. by 0. van de Plassche. The Hague: Free Univ., 1991. P. 154-160.

22. Анализ колебаний уровня Мирового океана и изменений форт геоида в плейстоцене по данным о морских террасах // Эволюция берегов в условиях поднятия уровня океана. М.: ИО АН РАН, 1992, С. 154-166.

23. Изменения береговой зоны при быстром подъеме уровня Мирового океана в результате влияния парникового эффекта // Геоморфология. 1992. N. 2. С. 3-13. (совместно с П. А. Каплиным и А. В. Поротовьа,«).

24. Исследование древнего геоида по данным о высотах морских террас //Водные ресурсы. 1992. N. 4. С 24-29 (совместно с Ю. А. Таракановым и Р. К. Клиге).

25. История формирования водных ресурсов и колебания уровня озера Иссык-Куль в позднем плейстоцене и голоцене // Водные ресурсы. 1992. N.4. С.71-78. (совместно с В.В.Артемьевым и Р. К. Клиге).

26. Морфология и генезис ченьеров восточного побережья Китая //Геоморфология. 1992. N. 4. С. 102-109.

27. Прогнозная оценка развития побережий в результате предполагаемого резкого подъема уровня мирового океана при глобальном потеплении климата // Океанология. 1992. Т. 32. Вып. 4. С. 742-751 (совместно с В. Б. Беляевым, П. А. Каплиным, А. В. Поротовым)

28. Spatial-tejnporal analysis of the large Pleistocene sea-level fluctuations (marine terrace data) //J. Coast.Res. 1992. V.8. No. 2. P. 408-418.

29. Marine terraces as indicators of global geoidal and hydrological changes //GeoJoarnal. 1992. V.27 No. 3. P.493-497 (совместно с Ю.А.Таракановым и Р.К.Клиге).

30. Evolution of the surface of oceans //Water Resources. 1992. V. 19 N. 4. P.282-285 (совместно с Ю.А.Таракановым и Р. К. Клиге).

31. Формирование и многолетние изменения водного режима Восточно-Европейской равнины. М.: Наука, 1993. 128 с. (совместно с Р. К. Клиге и А. М. Вороновым).

32. Modelling response of accumulative coasts to the possible future sea-level rise: General approach and examples from the former USSR coasts //Proc. Int. Workshop Sea Level Changes and Their Consequences for Hydrology and Water Management. Noordwijkerhout, The Netherlands. April 1993. P. IY. 63-1Y. 74.

33. The north Black Sea and the Sea of Azov coasts under с possible greenhouse-induced global sea-level rise // Coastlinei of the Black Sea: Coastlines of the World. N. Y., ASCE. P. 316-35^ (совместно с П. А. Каплиным, А. В. Поротовым и Н. В. Есиным).

34. Radiocarbon contributions to the Quaternary eustatisi of Buenos Aires, Chubut and Tierra del Fuego, Argentina // Proc.

5th Meeting of the Project IGCP-281 "Quaternary Climates of South Aaierica", Santiago. Chile. Novie/nbre de 1993. P. 47-56 (совместно с F.Isla).

35. Изменения климата Восточной и Центральной Азии за последние тысячелетия //Изв. Российской АН. Сер. географ. 1994. N. 2. С. 116-124.

36. Coastal morphological response to the mean water-level changes: Verification of models by field studies on the Central Asian large lakes //Coastal Dynamics'94: Int. Conf. on the Role of Large Scale Experiments in Coastal Research. Barcelona, Spain, February 21-25, 1994. Book of Extended Abstracts. P. 281-284.

37. Global climate changes and humidity variations over East Europe and Asia by historical data //'Global Precipitations and Climate Change /Ed. by M.Desbois and F.Desalmand. SpringerVerlag, Berlin, Heidelberg et al., NATO ASI Series, I 26. P. 77104.

38. Risk assessnent analysis for possible modification of the Russian coasts //Littoral 94: Proc. Multi-Disciplinary Symposium on Coastal Zone Research, Management and Planning. Lisbon. 26-29 September 1994. Vol. 1. P. 291-300.

39. Прогнозные карты устойчивости природных комплексов морских побережий в XXI веке //Вестник МГУ. Сер. геогр. 1995. N. 1. С. 30-36 (совместно с П.А.Каплиным, В.М.Соболевым. П.Е.Тарасовым) .

40. Баланс осадочного вещества в Каспийском море и его возможная роль в изменениях уровня водоема //Водн. ресурсы. 1995. Т. 22. N. 3. С. 330-335 (совместно с Р.К.Клиге).

41. Колебания уровней морей Северной и Восточной Евразии и фазы изменения климата в голоцене //Корреляция палеогеографи-

ческих событий: Континент - шельф - океан. М: Изд-во МГУ, 1995. С. 114-131.

42. Recent coastal evolution of the Caspian Sea as a natural model for coastal responses to the possible accelerated global sea-level rise //Marine Geology. 1995. Vol. 124. No. 1/4. P. 161-175 (совместно с П. А. Каплиным).

43. Coastal modifications on the Caspian Sea and other Central Asian lakes as natural models for coastal responses to the global sea-level rise //Bolettino Oceanoiogia Teorica e Applicata. 1995. Vol. 12. No. 1-2. P. 114-129.

44. Morphological changes on Russian coasts under the rapid sea-level changes: Examples from the Holocene history and implications for the future //J.Coast. Res. 1995. V. 11. No.4. P. 465-479.

45. Coastal dunes in Russia under the possible greenhouse-induced sea-level rise: Implication of data from the Caspian Sea //J. Coast. Conserv. 1995. V. 1. No. 4. P. 369-378.

46. Barrier island evolution in relation to sea level rise: The example of the Grado Lagoon (Northern Adriatic Sea, Italy) //Bolettino Oceanoiogia Teorica e Applicata. 1995. Vol. 12. No. 4. P. 338-355 (совместно с A. Brambati and S.DeMuro).

47. Environmental and economic losses from the anticipated sea-level rise in the Sea of Azov // Proc. 2nd Intern. Conf. on the Mediterranean Coastal Environment MEDC0AST95. Tarragona, Spain, October 24-27, 1995. 18 p.

ИЧП Фирма "Принт" 119899. Москва, Ленгоры, МГУ, корп. 19 Лицензия ЛР N. 063282 от 10.02.94 Заказ N. 103 от 14.09.95