Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Роль карстовых ландшафтов Оренбургского Предуралья в формировании и сохранении природного разнообразия

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Павлейчик, Владимир Михайлович, Оренбург

РОССИЙСКАЯ ЧСА£7ЧИЯ НАУК

УРАЛЬСКОЕ ОТД.... ,£НИЕ ИНСТИТУТ СТЕПИ

На правах рукописи ПАВЛЕЙЧИК Владимир Михайлович

РОЛЬ КАРСТОВЫХ ЛАНДШАФТОВ ОРЕНБУРГСКОГО ПРЕДУРАЛЬЯ В ФОРМИРОВАНИИ И СОХРАНЕНИИ ПРИРОДНОГО РАЗНООБРАЗИЯ

11.00.11. - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель доктор географических наук, член-корреспондент РАН ЧИБИЛЁВ А.А.

Оренбург 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................4

Глава 1. Характеристика района исследования.............................13

Глава 2. Материалы и методы исследования................................23

Глава 3. Условия и закономерности развития карстовых

процессов.......................................................................29

3.1. Тектонико-геоморфологические условия карстообразования .. 29

3.1.1. Солянокупольная тектоника.....................................29

3.1.2.Покровные отложения и уклон поверхности...............30

3.2. Ландшафтные особенности основных литологических

типов карста....................................................................34

3.2.1. Гипсовый карст............................................................... 34

3.2.2. Соляной карст.........................................................37

3.2.3. Меловой карст.........................................................39

3.2.4. Известняковый карст................................................42

3.3. Трещиноватость карстующихся пород и особенности гидрогеологического режима ..............................................44

3.3.1. Трещиноватость карстующихся пород......................44

3.3.2. Трещинно-карстовые воды........................................46

3.4. Полигенетический характер карстовых процессов................49

Глава 4. Структура и динамика карстовых ландшафтов...............53

4.1. Условия и факторы, определяющие природное разнообразие карстовых ландшафтов ......................................................53

4.2. Классификация карстовых ландшафтов............................. 65

4.3. Карстовые урочища, фации и характерные объекты карстовых ландшафтов ......................................................72

4.3.1. Обнажения карстующихся пород,

коры выветривания, карры.................................................72

4.3.2. Карстовые воронки...................................................74

4.3.3. Карстовые озера.......................................................78

4.3.4. Лесные колки на корах выветривания.........................81

4.3.5. Карстовые лога и балки............................................87

4.3.6.Пещер ы....................................................................87

4.3.7. Гроты.....................................................................90

4.3.8. Карстовые арки.......................................................91

4.3.9. Солонцово-солончаковые урочища,

связанные с карстом.........................................................91

4.4. Карстовые варианты типов местности................................93

Глава 5. Региональные структуры Оренбургского Предуралья........98

5.1. История и принципы районирования.................................98

5.2. Характеристика региональных структур.............................102

5.2.1. Карстовые районы Русской равнины.......................... 102

5.2.2. Карстовые районы Уральской складчатой страны......127

Глава 6. Проблемы охраны и рационального использования карстовых ландшафтов ...........................................................132

6.1. Экологические аспекты освоения карстовых ландшафтов.......132

6.2. Карстовые объекты как памятники природы........................ 134

6.3. Ландшафтный заказник "Кзыладырское карстовое поле"

(проектное обоснование) ....................................................138

6.4. Практическая значимость и оптимальное природопользование

в карстовых ландшафтах .....................................................148

Выводы..................................................................................154

Список литературы...................................................................158

Приложения............................................................................167

Введение

Предлагаемая на рассмотрение работа является результатом ландшафтно-географических исследований карстовых природных систем в Оренбургском Предуралье.

Оренбургское Предуралье расположено большей частью в степной зоне, экосистемы которой подверглись на значительных площадях воздействию антропогенной деятельности. Здесь практически полностью распаханы плакорные степи с зональной растительностью, подверглись интенсивной деградации пастбищные угодья. Эти факторы привели к коренному изменению, а иногда и полному уничтожению ландшафтной структуры естественных природных комплексов, уменьшению биологического разнообразия степных сообществ, обеднению генофонда растительного и животных мира и многим другим экологическим проблемам. Одним из перспективных и наиболее эффективных способов сохранения и поддержания свойств степных экосистем является выявление и сохранение незначительно нарушенных природных комплексов, отличающихся разнообразием и богатством экотопических условий.

Подобные центры сохранения ландшафтного и биологического разнообразия, объединенные в сети, являются естественным природоохранным каркасом, способным в той или иной мере ослабить антропогенное влияние на экосистемы степной зоны. Наиболее близким к ним по содержанию понятием являются "ландшафтные рефугии (рефугиумы)" (Чибилев, 1999) - убежища (районы, местности, сложные комплексы урочищ), в которых сохранились редкие для региона ландшафты.

Таким образом, в современной теории охраны и рационального природопользования одним из ключевых понятий является "природное разнообразие". Слово "разнообразие" толкуется в русском языке как что-либо "разных видов, наружности" (Даль, 1882), "отсутствие однообразия, монотонности, наличие

несходных, неповторяющихся элементов в чем-нибудь" (Толковый словарь русского языка, 1939).

Любой природно-территориальный комплекс (ПТК) представляет собой совокупность исторически взаимосвязанных и взаимообусловленных элементов природы. Собственно разнообразие составляющих элементов (их состав, площадь, взаиморасположение и др.) и определяет природное разнообразие ландшафтов. Далее по тексту применяются понятия-синонимы "природное разнообразие ландшафта" и "ландшафтное разнообразия".

Необходимость введения понятия "природное разнообразие ландшафта" диктуется в первую очередь природоохранными проблемами. Одним из основных принципов выделения особо охраняемых природных территорий является, кроме репрезентативности (представительности природных особенностей региона) и сохранности объектов, также их ландшафтное разнообразие. Чем богаче ландшафтный состав выделяемого объекта, тем большее количество биологических видов в нем сохраняется. Природное разнообразие ландшафтов определяется особенностями их структуры, которые можно рассматривать в различных аспектах (Мильков, 1986): структурно-морфологическом, внутреннем компонентном, внешнем комплексном, внешнем воздушном и литогенно-подстилающем.

Понятие "природное разнообразие ландшафтов" включает в себя и разнообразие природных компонентов, их слагающих и являющихся объектами изучения географических, биологических и экологических наук. Степень разнообразия растительности определяется в геоботанике посредством показателей, характеризующих особенности флористического состава сообществ (Воронов, 1973; Шенников, 1964 и др.): флористическое богатство - число видов, входящих в фитоценоз (а-разнообразие) и сумма всех видов, обитающих во всех местообитаниях в пределах данного района ф-разнообразие) (Реймерс, 1982); видовая насыщенность - число видов, приходящихся на единицу площади; обилие видов - численность особей, расстояние между ними, их весовые и объ-

емные характеристики, проективное покрытие и др. Между тем, характеристика растительного разнообразия отдельных территорий часто заключается лишь приведением систематических списков видов.

Математический анализ пространственной структуры природно-территориальных комплексов возможен через определение закономерностей строения их ландшафтного рисунка. По А.С.Викторову (1986) ландшафтный рисунок это "... пространственная мозаика, которую образуют на земной поверхности участки, соответствующие развитым на территории природным территориальным комплексам (ПТК) или микрообразованиям комплексного характера". При анализе ландшафтного рисунка широко применяются количественные методы исследования (Ивашутина, Николаев, 1972, Викторов A.C., 1979, Виноградов, 1980, Мяло, Горяинова, 1976 и др.).

В условиях коренных изменений степных экосистем Оренбургского Пре-дуралья, связанных с их аграрным, техногенным и селитебным освоением, карстовые ландшафты являются местами формирования разнообразных природных комплексов, отличающихся широким диапазоном экологических условий, связанных с контрастным расчленением мезорельефа, различием водно-солевого и микроклиматического режимов. Перечисленные особенности карстовых ландшафтов определяют их экотопическое богатство. На фоне современных ландшафтов карстогенетические биогеоценозы резко отличаются от окружающих (фоновых) экосистем составом почвообразующих пород, почв, растительного покрова и животного мира.

Географические условия степной зоны (особенности теплового и водного режима территорий, отсутствие ландшафтно-нивелирующего влияния лесного покрова и др.) в значительной мере отражаются на структуре карстовых ландшафтов. Изучение особенностей развития природно-зональных типов карстовых ландшафтов показывает на увеличение их ландшафтообразующей роли от лесостепной зоне к южным степям.

В пределах Оренбургского Предуралья карстовые ландшафты распространены на значительной площади. По многочисленности и разнообразию проявлений, активности и динамичности развития, площади распространения (около 120 км2), среди остальных литологических типов, выделяются участки гипсо-ангидритового и соляного карста, развитого в толщах кунгурского возраста. Значительно менее активно карстовые процессы проходят в довольно широко распространенных отложениях писчего мела (70-75 км ). Очень малочисленны проявления в известняках и гипсах казанского возраста, в гипсах уфимского возраста.

Первые сведения по проблеме изучения карстовых процессов приведены в работе А.В.Хабакова "Структурные особенности рельефа Оренбургской области" (1934). О проявлении карста на территории Оренбургской области кратко упоминается в обзорных работах Г.А.Максимовича (1950, 1962, 1963), Д.С.Соколова (1962), Н.А.Гвоздецкого (1954), Н.В.Родионова (1963) и др. Более подробно о поверхностном карсте писали А.С.Хоментовский (1947), Г.В.Вахрушев (1960).

Важную роль в изучении карста Оренбургского Предуралья сыграли исследования карста, проводимые геологическими партиями НИИ геологии при Саратовком государственном университете под руководством В.А.Гаряинова (1969, 1980, 1981, 1985 и др.). Результатами этих исследований заключались в нахождении, изучении условий образования и анализе морфологии подземных полостей, установлении закономерностей развития поверхностных карстовых образований. Им были описаны подземные полости (Гаряинов и др., 1980 в, 1981, 1985 и др.), приведены данные по морфометрическим показателям и поглощаемости карстовых воронок некоторых карстовых полей Оренбургского Предуралья, установлен возраст образования некоторых карстовых участков.

Некоторые геолого-геоморфологические аспекты процессов карстообра-зования рассматриваются в отчетах по геологическим и гидрогеологическим съемкам геологических партий НИИ геологии при СГУ (В.А.Ефремов,

В.П.Твердохлебов, К.А.Маврин, В.В.Гудошников и др.), Нежинской геологоразведочной экспедиции (Ю.А.Пестов, В.В.Харин и др.).

Морфологическое описание карстовых форм Оренбургского Предуралья приведено в статьях Г.В.Поспеловой (1957, 1968). Карсту соляных месторождений (в частности Илецкому, Боевогорскому) посвящены многочисленные работы А.И.Дзенс-Литовского (1940, 1942, 1955, 1961, 1966), Г.В.Короткевича (1951, 1970). В монографии В.Б.Михно (1990) при районировании карстово-меловых систем Русской равнины выделены и охарактеризованы региональные структуры Южного Предуралья и Северного Прикаспия.

Подавляющее большинство перечисленных работ по карсту Оренбургского Предуралья рассматривают геолого-геоморфологичекие аспекты карстооб-разования. Вместе с тем, карстовые природные системы характеризуются уникальным своеобразием структуры, состава и функционирования и являются центрами формирования и сохранения природного разнообразия отдельных территорий. В связи с этим, стало необходимым их изучение в качестве ландшафтных систем, образующих естественный природоохранный каркас района исследования.

Географическое особенности формирования и распространения карстовых ландшафтов в Оренбургской области, научное обоснование развития сети особо охраняемых природных территорий с включением в них карстовых систем дано в публикациях Оренбургского отдела степного природопользования Института экологии растений и животных УрО РАН и Института степи УрО РАН (Чиби-лев, 1980; 1983; 1987; 1996; Павлейчик и др., 1995; Чибилев и др., 1996; и др.).

Понятие "карст" в научной литературе рассматривается с двух сторон - как явление, как процесс. Приведем ряд определений, показывающих трансформацию взглядов на карстовые процессы и явления, наиболее точно их характеризующих:

особого рода свойство поверхности, характеризующейся присутствием впадин, воронок, ям, замкнутых долин, а под землей - пещер и поземных рек (Анучин, 1895);

-... явления, связанные с деятельностью подземных вод, выражающиеся в выщелачивании горных пород и образованием пустот, сопровождающихся часто провалами и оседанием кровли и образованием воронок, озер и других впадин на земной поверхности (Саваренский, 1933);

-... явления, возникающие в растворимых водой горных породах и связанные с химическими процессами их растворения, которые выражаются комплексом специфических поверхностных и глубинных форм, своеобразием свойств речной и озерной сети и циркуляцией подземных вод. Термин "карст" охватывает как комплекс форм и гидрогеологических особенностей, так и процесс их развития (Гвоздецкий, 1954);

-... процесс разрушения и уничтожения проницаемых растворимых горных пород посредством, главным образом, выщелачивания движущимися водами. Карст проявляется в образовании: 1) различных подземных полостей и отрицательных форм рельефа, приуроченных к самим растворимым породам и 2) генетически связанных с первыми отрицательных форм рельефа и подземных полостей, наблюдаемых в нерастворимых породах, залегающих над закар-стованными толщами или к ним прилегающих (Соколов, 1960);

-... объективно существующий в пространстве и во времени процесс растворения горных пород, в результате которого возникают поверхностные и подземные денудационные и аккумуляционные образования. Карст проявляется преимущественно в поверхностных отрицательных формах и подземных полостях, развитых непосредственно в карстовых породах и в образовании отрицательных структур в слоях, перекрывающих растворимые породы (если они имеются) (Гаряинов, 1971).

Таким образом, исходя из многочисленных определений понятия "карст", объединяющих их положением является: карст - это процесс растворения гор-

ных пород. Он возникает при определенных условиях (наличие растворимой породы и агрессивных, по отношению к ней, движущихся вод) и проявляется в виде подземных полостей и отрицательных поверхностных форм.

Между тем, понятие "карстовый ландшафт" значительно шире, оно в достаточной степени детально разработано Ф.Н.Мильковым (1965, 1981, 1986 и др.), В.Б.Михно (1990 а, 1990 б) и другими исследователями. Под карстовым ландшафтом мы понимаем весь природный комплекс, компоненты которого сформированы под непосредственным влиянием карстующихся пород. В этот комплекс мы относим (помимо форм рельефа, образование которых связано с растворяющей способностью трещинно-карстовых вод) также природные объекты территориально, генетически, структурно и функционально относящиеся к карстующимся массивам. В их число входят фоновые пространства между карстовыми формами, обнажения карстующихся пород, коры выветривания по ним, участки аккумуляции растворенного вещества и другие образования.

Таким образом объектом исследования является территория Оренбургского Предуралья и расположенные в его пределах карстовые ландшафты. Предметом исследования является ландшафтное и биологическое разнообразие карстовых ландшафтов Оренбургского Предуралья, существующая и перспективная сеть особо охраняемых природных территорий этого региона.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны новые географические подходы и принципы изучения, позволяющие комплексно характеризовать карстовые ландшафты;

- впервые выявлены закономерности формирования, генетические разновидности, структурные различия, особенности динамики и распространения основных литологических типов карстовых ландшафтов в условиях степной зоны Оренбургского Предуралья;

- установлены условия и факторы, определяющие разнообразие карстовых ландшафтов в условия степной зоны Южного Урала;

- проведена классификация карстовых ландшафтов региона с учетом