Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Валдайский террасовый комплекс в речных долинах центра Восточно-Европейской равнины

ВАК РФ 25.00.25, Геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации по теме "Валдайский террасовый комплекс в речных долинах центра Восточно-Европейской равнины"

Московский Государственный Университет имени М.В. Ломоносова Географический факультет

На правах рукописи

Матлахова Екатерина Юрьевна

ВАЛДАЙСКИЙ ТЕРРАСОВЫЙ КОМПЛЕКС В РЕЧНЫХ ДОЛИНАХ ЦЕНТРА ВОСТОЧНО-ЕВРОПЕЙСКОЙ РАВНИНЫ

25.00.25 - геоморфология и эволюционная география

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

6 НОЯ 2014

Москва 2014

005554641

005554641

Работа выполнена на кафедре геоморфологии и палеогеографии географического факультета федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова.

Научный руководитель ПАНИН Андрей Валерьевич

кандидат географических наук,

доцент кафедры геоморфологии и палеогеографии

географического факультета

МГУ имени М.В. Ломоносова

Официальные оппоненты НАЗАРОВ Николай Николаевич

доктор географических наук, профессор, заведующий кафедрой физической географии и ландшафтной экологии географического факультета Пермского государственного национального исследовательского университета

МАККАВЕЕВ Алексапдр Николаевич

кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории геоморфологии Института географии РАН

Ведущая организация Воронежский государственный

университет (факультет географии, геоэкологии и туризма)

Защита состоится «18» декабря 2014 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета по геоморфологии и эволюционной географии, гляциологии и криолитологии Земли, картографии (Д 501.001.61) в Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, МГУ, Географический факультет, 21 этаж, ауд. 2109.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова по адресу: Ломоносовский проспект, д. 27, А8. Автореферат размещен на сайте географического факультета Московского университета имени М.В. Ломоносова (http://vvww.geogr.msu.ru/) и на сайте ВАК.

Автореферат разослан «<-?» октября 2014 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения) просим направлять по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д. 1, МГУ, Географический факультет, ученому секретарю диссертационного совета Д 501.001.61. E-mail: science@geogr.msu.ru. Факс: (495) 932-88-32.

Ученый секретарь jT

диссертационного совета,

кандидат географических наук ' А.Л. Шнмпарков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы и степень ее разработанности

Для плейстоцена средних широт Северного полушария, были характерны значительные ритмические колебания климата разного ранга. Климатические изменения влекли за собой преобразования всего комплекса природных условий и значительно влияли на ход экзогенного рельефообразования, в частности на историю развития речных долин, формирование их современного геоморфологического строения. К настоящему времени существует множество точек зрения относительно реакции рек центра Восточно-Европейской равнины (ВЕР) на климатические изменения конца плейстоцена Однако до последнего времени не было абсолютных датировок, которые бы помогли установить точную хронологию развития речных долин и формирования террасовых комплексов в связи с климатическими изменениями позднего плейстоцена. Также последние исследования в речных долинах центра ВЕР позволили выявить широкое участие не только аллювиальных, но и эоловых и делювиальных отложений в строении террас в речных долинах. Поэтому назрела необходимость уточнить имеющиеся представления о механизмах формирования речных террас и о реакции рек центра ВЕР на климатические изменения позднего плейстоцена на основании детального анализа не только морфологии и геологического строения террас, но и генезиса и абсолютного возраста слагающих их отложений.

Проблема, в рамках которой проводится исследование (объект исследования): процессы формирования речных долин в ледниково-межледниковых климатических циклах. Предмет исследования: строение и возраст комплекса низких террас в речных долинах бассейнов среднего Дона и среднего Днепра.

Целью исследования является установление механизмов и хронологии формирования террас в речных долинах центра Восточно-Европейской равнины в валдайское время.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи: проанализировать геологическое строение и вещественный состав аллювия, особенности распространения комплекса низких террас в речных долинах, установить генезис и абсолютный возраст отложений, слагающих террасы, реконструировать природные условия, в которых происходило накопление аллювия и обособление террас.

Научная новизна:

1. Установлена хронология формирования позднеплейстоценовых речных террас, основанная на данных количественного датирования.

2. Установлен факт значительной переработки террас валдайского времени эоловыми и эрозионными процессами, значительно изменяющей первичную морфологию и высотные характеристики террас.

3. Установлено присутствие в речных долинах мощных эоловых шлейфов времени последнего ледникового максимума, ранее принимавшихся за песчаные речные террасы.

4. Разработана методика диагностики следов кратковременной эоловой переработки террасового аллювия на основании данных изучения морфоскопии кварцевых зерен с использованием растрового электронного микроскопа.

Защищаемые положения:

1. Комплекс валдайских террас в речных долинах центра Восточно-Европейской равнины состоит из следующих элементов:

• ранне-средневалдайский (OIS1 3-5) аккумулятивный комплекс T23"s (до 10 м над поймой) с эоловой переработкой поверхности;

• комплекс второй половины среднего валдая (OIS 3) с двумя разновидностями по высоте аллювиального цоколя: высокой Т13 (до 5 м над поймой) и низкой ТО3 (цоколь на уровне поймы). Высокая разновидность может быть погребена под мощными (5 м и более) эоловыми и делювиальными покровными образованиями. Низкая разновидность может перекрываться пойменной фацией более позднего времени (позднеледниковье);

• поздневалдайская (OIS 2) аккумулятивная терраса T02(LGM) (времени LGM2, высотой 1-2 м над поймой);

• участки поймы F поздневалдайского (OIS 2, после LGM) возраста (12-18 тыс. л.).

2. Значительную роль в формировании молодых террасовых комплексов в речных долинах центра Восточно-Европейской равнины играет переработка террас эоловыми и делювиальными процессами, а также линейной эрозией. В сложении террасовых толщ, помимо аллювиальных отложений, большое участие принимают эоловые и делювиальные отложения, а также овражный и балочный аллювий. Также в долинах встречаются аккумулятивные поверхности, полностью сложенные песками эолового происхождения - эоловые шлейфы, расчлененные пойменными потоками.

3. Относительная высота террасовидной поверхности в речной долине не может служить достаточной характеристикой для определения ее возраста, а в некоторых случаях и генезиса. Для возрастной диагностики террас необходимо привлечение целого комплекса индикаторных геоморфологических и геологических признаков, к которым, помимо определения относительной высоты, относятся диагностика генезиса слагающих отложений, наличие следов больших палеорусел, наклонный характер поверхности террасы.

4. При морфоскопическом анализе поверхности кварцевых зерен основным диагностическим признаком кратковременной эоловой переработки аллювия является наложение признаков эоловой обработки (мелкоямчатый микрорельеф) на рельеф поверхности зерен аквального происхождения (V-образные микроуглубления, гладкие глянцевые поверхности). Следы кратковременной эоловой переработки аллювия редко занимают

1 OIS (MIS) - Oxygen Isotope Stage (Marine Isotope Stages, изотопно-кислородные стадии).

2 LGM - Last Glacial Maximum (последний ледниковый максимум, -20-23 тыс. л. н. кал.).

значительные площади на их поверхности и чаще проявляются лишь на наиболее выпуклых участках зерен на фоне значительных площадей, занимаемых аквальными признаками, что затрудняет трактовку генезиса зерен, особенно при классическом морфоскопическом анализе при небольших увеличениях (под бинокулярным микроскопом).

Район исследований

Изучаемая территория - центр Восточно-Европейской равнины (ВЕР) - согласно геоморфологическому районированию (Воскресенский и др., 1980) располагается в пределах Среднерусской геоморфологической провинции. Важнейшим критерием геоморфологического районирования является морфоструктурная характеристика. Подразделение на геоморфологические страны, провинции и области проводится по их соответствию тектоническим структурам разного порядка. В рамках нашего исследования соответствие разным тектоническим структурам не является ведущим фактором для обособления исследуемой территории. При выделении района исследований автор руководствовался тем, что для изучаемой территории в рассматриваемый промежуток времени должны были быть характерны однородные условия ее развития, чтобы можно было распространять данные, полученные на ключевых участках, на территории со сходными природными условиями. Была выбрана территория с относительно однородным геологическим строением, спокойная в тектоническом отношении, удаленная от морей, областей гляциоизостазии и орогенов и не подвергавшаяся прямому влиянию ледника и талых ледниковых вод в рассматриваемый промежуток времени (поздний плейстоцен). При этом для района исследований в плейстоцене были характерны отчетливые климатические колебания. Все это позволяет связывать изменения, происходившие на рассматриваемой территории в речных долинах, именно с изменениями климата. Район исследования включает в себя центральную и южную части Среднерусской возвышенности и Окско-Донской равнины, а также юго-западную часть Приволжской возвышенности. Это, в первую очередь, бассейны Сейма, Хопра, Верхнего Дона в пределах лесостепной зоны, юга зоны широколиственных лесов и северо-степной зоны.

Фактический материал и методы исследования

Исследование базируется, в первую очередь, на комплексе данных, полученных в течение 2009-2014 гг. в результате полевых исследований на ключевых участках в долинах рр. Сейма и Хопра и лабораторных исследований. Изучение валдайских террас Сейма осуществлялось на участке долины между городами Курском и Курчатовым, Хопра- в районе г. Поворино Воронежской области. В работе использованы результаты методов абсолютного (радиоуглеродного и отпико-люминесцентного) и относительного датирования (геоморфологические, археологические методы), гранулометрического и спорово-пыльцевого анализов, а также результаты изучения морфоскопии кварцевых зерен.

Практическая значимость

Полученные результаты могут бьпъ использованы для долгосрочного прогноза реакции

рек на изменения природных условий, который необходимо учитывать при строительстве и эксплуатации инженерных сооружений в речных долинах; для разработки геоморфологических критериев при геолого-съемочных, поисковых и инженерно-геологических работах в речных долинах. Данные об истории развития и особенностях формирования террасовых комплексов могут найти применение при поиске и разведке полезных ископаемых (в первую очередь стройматериалов), приуроченных к отложениям, встреченным в составе террас (аллювиальным, эоловым, склоновым). Также уточненные данные по истории развития речных долин могут быть полезны при поиске новых археологических стоянок в долинах рек и трактовке природной обстановки времени их бытования.

Степень достоверности и апробация результатов исследования

Достоверность проведенного исследования подтверждается содержащимся в работе обширным фактическим материалом, полученным в результате полевых работ и многочисленных лабораторных анализов.

Основные результаты исследований были представлены лично автором на ряде российских и международных конференций: International Conference "Geomorphic Processes and Geoarchaeology" (August 20-24, 2012, Moscow-Smolensk, Russia); научный семинар "Hydrological EXtreme Events in Changing Climate: HEX Events" (November 29-30, 2012, Utrecht University, Netherlands, проект при поддержке INQUA); совместный научный семинар сектора литологии ГИНа и Комиссии ОНЗ РАН по изучению четвертичного периода, посвященный памяти Л.Д. Сулержицкого "Радиоуглеродные исследования в геологии, археологии и палеогеографии" (21 марта 2014 г., ГИН РАН, Москва, Россия); десятый семинар молодых ученых вузов, объединяемых Межвузовским научно-координационным советом по проблеме эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ (22-25 апреля 2014 г., Белгород, Россия); European Geosciences Union General Assembly 2014 (27 April - 2 May 2014, Vienna, Austria); доклад на Ученом Совете ИГ РАН (29 мая 2014 г., Москва, Россия); International Conference "Hydrological extreme events in historic and prehistoric times" (June 9-15,2014, Bonn University, Germany).

По теме диссертации опубликовано 13 научных работ, в том числе 8 статей (из них три - в рецензируемых журналах из списка ВАК) и 5 тезисов докладов.

Результаты исследований нашли отражение в отчетах по научно-исследовательским проектам:

1. РФФИ 09-05-00340-а «Флювиальная история внеледникового центра ВосточноЕвропейской равнины в поздневалдайское время (ИКС-2)», (2009-2011 гг., руководитель к.г.н. A.B. Панин);

2. РФФИ 12-05-01148-а "Речные долины в прогляциальной зоне последнего оледенения (на примере верхнего Днепра)" (2012-2014 гг., руководитель к.г.н. A.B. Панин).

Структура и объем

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений.

Общий объем работы составляет 167 страниц текста, включающего 49 рисунков и 7 приложений. Список литературы насчитывает 138 наименований, в том числе 53 на иностранных языках.

Диссертационная работа выполнена на кафедре геоморфологии и палеогеографии географического факультета Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.

Благодарности

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю- к.г.н., доценту кафедры геоморфологии и палеогеографии A.B. Панину за его помощь, внимание и поддержку при подготовке диссертации, а также при проведении полевых и лабораторных работ. Автор признателен д.г.н., профессору С.И. Болысову за ценные советы на заключительных этапах работы над диссертацией. Автор благодарит сотрудников кафедры геоморфологии и палеогеографии к.г.н. Е.А. Еременко и Е.Д. Шеремецкую - за обучение методике гранулометрического анализа; к.г.н. В.А. Алексееву-за помощь в освоении анализа морфосокопии кварцевых зерен, а также за советы при обсуждении результатов; сотрудников, аспирантов, студентов и выпускников географического факультета, в разные годы принимавших участие в полевых работах; сотрудников ИГ РАН к.г.н. Э.П. Зазовскую и к.б.н. В.А. Шишкова - за содействие в проведении работ по морфосокопии кварцевых зерен на электронном микроскопе.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Изученность и современное состояние вопроса

Речные террасы и история развития речных долин в позднем плейстоцене

Изучение работы рек учеными различных специальностей началось достаточно давно. Основы флювиальной геоморфологии начали закладываться в середине XIX века К. Бэром, Ч. Лайелем, А. Сюрелпем и Ж. Бабине. Большое значение имели работы А. Сюрелля (Surreil, 1841), Дж.У. Поуэлла (Powell, 1875), Г.К. Джильберта (Gilbert, 1877), И.К. Рассела (Rüssel, 1898); в российской науке- В.В.Докучаева (1878), С.Н.Никитина (1884). Особое значение в формировании современных взглядов на развитие речных долин имели работы В.М. Дэвиса (Davis, 1899), разработавшего теорию циклов эрозии, и А. Пенка (Penck А., 1884,1894). Укреплению взглядов А. Пенка способствовали последующие работы другого немецкого геолога В. Зергеля (Soergel, 1921, 1923). Немецкие исследователи (А. Пенк, В. Зергель, X. Гетгнер, В. Гильберт, Б. Дитрих, Р. Сокол) главное внимание заостряли на условиях проявления разрушительной работы рек и террасах, как элементах эрозионного рельефа. Аллювию, его литологии и фациям были посвящены лишь отдельные замечания.

В российской научной литературе основы учения об аллювии как особом генетическом типе рыхлых континентальных отложений были заложены в конце XIX - начале XX вв. (А.П. Павлов, С.Н. Никитин), о геологическом строении речных долин, их типах и

происхождении (В.В. Докучаев, С.Н. Никитин, В.Д. Ласкарев), о выделении в аллювиальных осадках русловых, пойменных и старичных фаций (С.Н. Никитин и др.), о генезисе небольших местных переуглублений в речных долинах (М.М. Тетяев). Кроме того, в этих работах содержатся первые сведения об основных этапах формирования крупных рек ВЕР. Проблемы развития речных долин также рассматривались в работах И.С. Щукина (I960). Широкий интерес к проблеме аллювия в России появился к середине XX в. и был связан с широким развитием разведочных работ и изысканий под гидротехнические сооружения (А.И. Москвигин, Н.И. Николаев, Г.И. Горецкий, Ю.М.Васильев, Г.В. Холмовой и др.). Подробно изучением аллювия рек занимался Е.В. Шанцер (1951), несколько позже -Ю.А. Лаврушин(1966). Огромный вклад в развитие теории русловых процессов внес Н.И. Маккавеев (1955, 1961).

Со времен А. Пенка широко распространено представление о том, что врезание рек происходило в эпохи потепления климата, а аккумуляция в долинах - в эпохи похолодания. По мере развития научных представлений и накопления данных, эта схема усложнялась. Однако окончательно сформированной концепции в этом вопросе не существует до сих пор. Работами многих исследователей (Москвитин, 1958; Асеев, 1959, 1963; Равский, 1972; Веклич, 1977; Васильев, 1978; Гричук, Постоленко, 1978,1982; Дедков и др., 1977; Холмовой, 1993, 2007; и др.), в том числе на ВЕР, было показано, что ритмичность в формировании аллювия и террас обнаруживает тесную связь с ритмическим развитием климата в плейстоцене. Большой объем региональных исследований в речных долинах был проведен в Европе (Dury, 1954, Szumanski, 1983; Kalicki, 1991, Rotnicki, 1991; Vandenberhe, 1993, 1995, 2008, 2014; Starkel, 1995; Rose, 1995 и др.). Особое внимание эти авторы уделяли характеру русловых деформаций и истории развития речньгх долин в позднеледниковье и голоцене.

В последние десятилетия широкое распространение получили методы абсолютной геохронологии. Благодаря этому стало возможным существенно детализировать представления о позднеплейстоценовой - голоценовой истории развития речных долин. На ВЕР также повсеместно были обнаружены следы мощного речного стока в позднем валдае (Панин и др., 1992; Сидорчук и др., 2000, Panin etal., 1999). Изучение ключевых участков ряда долин позволило реконструировать историю их развития в позднем валдае и голоцене, а также оценить величину речного стока (Сидорчук и др., 1999; Панин и др., 2001 и др.).

Остановимся несколько подробнее на представлениях, касающихся строения и хронологии низких террас речных долин центра ВЕР. Песчаные аллювиальные поверхности, на несколько метров возвышающиеся над поймами, широко распространены в речных долинах и получили название "первая надпойменная" или "боровая" терраса. Типичные высоты I НПТ в долине Оки и ее притоков составляют 9-15 м (Асеев, 1959; Кригер, Колосов, 1996; Строение..., 1996), в долине Волги - от 9-11 м в верховьях до 17-20 м в среднем течении (Москвитин, 1958; Обедиентова, 1977). В долине Дона выделяется т.н. "подклетненская"

терраса- нюкая ступень ПНПТ высотой 15-17м (Грищенко, 1976). Формирование этой террасы сопоставляется со временем последней, поздневалдайской (осташковской) холодной эпохи. "Вторая надпойменная" терраса (IIНПТ), сопоставляемая с предыдущим ранневалдайским (калининским) криохроном имеет относительные высоты 16-25 м (Грищенко, 1976; Кригер, Колосов, 1996 и др.). Также рядом авторов (Москвитиным (1958) - в долине Волги, Асеевым (1959), Кригером (1996)- в долинах бассейна Оки) выделяется так называемая "промежуточная" терраса, представляющая собой незатапливаемые аллювиальные поверхности, поднимающиеся всего на 1-3 м над высокой поймой.

Возрастная привязка террас и слагающих их аллювиальных толщ восходит к прослеживанию переходов волжских и днепровских террас в разновозрастные зандры, т.е. выполнена методами геоморфологической корреляции (Москвитин, 1958; Обедиентова, 1977; Горецкий, 1970). Стратиграфическая привязка аллювиальных толщ опирается, в основном, на спорово-пыльцевые данные (Грищенко, 1976; Гричук, Постоленко, 1982 и др.).

При этом следует отметить, что прямых датировок аллювия низких речных террас в долинах центра ВЕР до недавнего времени практически не было. Время формирования, по крайней мере, самых молодых речных террас находится в пределах диапазона радиоуглеродного метода. Однако препятствием для его использования при установлении возраста аллювия послужило полное отсутствие в слагающем террасы материале органических остатков. Возможность датирования "немых" аллювиальных толщ появилась с развитием люминесцентных методов определения абсолютного возраста. В 1970-80-е гг. для датирования применялся термолюминесцентный метод, а в 1990-х гг. начала развиваться и получила широкое распространение более совершенная его разновидность - оптически стимулированная люминесценция. Накопление данных абсолютного датирования аллювия по речным долинам центра ВЕР позволяет уточнить и скорректировать имеющиеся представления об истории их развития в позднем плейстоцене и голоцене. Более подробно результаты этих исследований освещены в 3 и 4 главах диссертации.

Геолого-геоморфологическая и палеогеографическая характеристика центра Восточно-Европейской равнины

Центр ВЕР характеризуется спокойным тектоническим режимом и относительно однородным геологическим строением. Кристаллические породы залегают относительно высоко лишь в районе оси Воронежской антеклизы (на глубине 150-200 м в центральной части Среднерусской возвышенности) и, при удалении от нее, мощность осадочных пород сильно возрастает, а докембрийские породы уходят на большую глубину (>1400 м в пределах Окско-Донской низменности, приуроченной к Рязано-Саратовской синеклизе).

Осадочный чехол в пределах изучаемой территории сложен девонскими и карбоновыми известняками и глинами, юрскими и меловыми песками, писчим мелом, мергелями и глинами. Палеогеновые отложения распространены фрагментарно и представлены, главным образом,

песками с прослоями глин, песчаников и мергелей (Геология СССР, 1949, Карандеева, 1957). Наиболее распространенными на изучаемой территории четвертичными отложениями являются ледниковые и водно-ледниковые, лессовидные и лессовые, а также аллювиальные.

Рельеф центра ВЕР характеризуется относительно небольшими перепадами высот. Это обусловлено малой амплитудой и слабой дифференциацией новейших тектонических движений в пределах Русской платформы. В целом для региона характерно сочетание эрозионно-денудационных пластовых и моноклинально-пластовых возвышенностей и аккумулятивных низменностей (Воскресенский, 1968).

Динамика экзогенного морфолитогенеза тесно связана с изменениями климата. Поздний плейстоцен и голоцен характеризуются существенными изменениями скорости, и даже направленности большинства природных процессов, происходившими на фоне резких климатических колебаний. Поздний плейстоцен подразделяют на микулинское межледниковье и валдайское оледенение. Хроностратиграфические подразделения ВЕР в данной работе принимаются в объеме глобальных климатохронов, соответствующих морским изотопно-кислородным стадиям: микулинское межледниковье- MIS 5е (130-115тыс. л.н.), ранний валдай - MIS 4-5d (115-57 тыс. л.н.), средний валдай - MIS 3 (57-29 тыс. л.н.), поздний валдай -MIS 2 (29-11,8 тыс. л.н.), в том числе: последний ледниковый максимум (ПЛМ, LGM- Last Glacial Maximum) (23-20 тыс. л.н.) и позднеледниковье - от начала потепления беллинг до начала голоцена (15-11,8 тыс. л.н.).

Для центра ВЕР в микулинское межледниковье было характерно развитие степных ландшафтов на юге, а также широколиственных лесов и лесостепей в северной и западной его части; климат был мягче современного. Во время ранневалдайского похолодания для изучаемого региона было характерно распространение сосновых и березовых лесов, чередовавшихся с травянистыми формациями, а также развитие островной многолетней мерзлоты. Средневалдайское время характеризовалось некоторым потеплением, растительность центра ВЕР была представлена ерниковыми формациями, хвойным редколесьем, а также мезофильными луговыми сообществами. Поздний валдай, несмотря на свою относительную непродолжительность, представляет собой важнейший палеогеографический этап. Именно в это время происходила радикальная трансформация структуры ландшафтов: для этой эпохи было характерно явление гиперзональности. В условиях крайне сурового климата происходила деструкция лесной зоны, и в пределах всей равнины, вплоть до южных морей, господствовали перигляциальные ландшафты с очень слабо выраженной широтной дифференциацией. Широкое распространение в поздневалдайское время получила многолетняя мерзлота. Деградация перигляциальных ландшафтов и многолетней мерзлоты началась в центральных районах ВЕР около 15-14 тыс. 14С л.н. (Изменение климата и ландшафтов..., 1999; Палеоклиматы и палеоландшафты..., 2009). С переходом от последнего валдайского похолодания к голоцену была связана быстрая (сотни - первые тысячи лет) перестройка от

гиперзональных условий холодного экстрааридного климата поздневалдайского времени к зональной ландшафтной структуре голоцена. Около 11,8 тыс. л.н. кал. отмечается главный перелом в развитии природных условий, маркирующий нижнюю границу голоцена (Изменение климата и ландшафтов..., 1999, гл. 3; Хотинский, 1977, Палеоклиматы и оледенения..., 1989; и др.). Переход к послеледниковому времени знаменуется резкой деградацией перигляциальных формаций и развитием лесной растительности.

Глава 2. Методы исследования

Полевые исследования в долинах рек Сейм и Хопер проводились при непосредственном участии автора диссертации в течение нескольких полевых сезонов и включали в себя литолого-фациальное изучение разрезов, бурение ручным буром и мотобуром, геоморфологическое картографирование, топографо-геодезические работы (с использованием оборудования производства компании Leica Geosystems - двухчастотной спутниковой системы приемников GPS 1200 серии), отбор образцов на различные виды лабораторных анализов, георадарное зондирование (с использованием геофизического профилографа грунта (георадара) Zond-12e с экранированными антеннами 300 и 500 Гц).

Гранулометрический анализ (135 образцов) проводился автором диссертации в лаборатории кафедры геоморфологии и палеогеографии с использованием оборудования фирмы Fritsch (виброгрохот Analysette 3 PRO, лазерный дифракционный гранулометр Analysette 22). Также лично автором в лаборатории Института Географии РАН с использованием растрового электронного микроскопа JEOL JSM-6610 LV был выполнен анализ морфоскопии кварцевых зерен (16 образцов по 25 зерен). Использование морфоскопии кварцевых зерен в нашем исследовании было обусловлено необходимостью выделения террасовых толщ, подвергавшихся эоловому преобразованию в позднеплейстоценовое время и их отделения от неперевеянного аллювия. Были рассмотрены основные признаки (элементы) поверхностей кварцевых зерен, характерные для аллювиальных и эоловых отложений, определен основной набор признаков, подвергающихся анализу. Эти признаки были представлены в виде «спектров» (диаграмм, содержащих средние значения площадей поверхности зерен, занятых тем или иным признаком). Для каждого из анализируемых образцов были составлены характеризующие его спектры признаков, которые затем сравнивались между собой. Полученные на электронном микроскопе результаты были сопоставлены с результатами исследования морфоскопии кварцевых зерен с использованием бинокулярного микроскопа, проведенного Л.Ф. Дубис (Киевский национальный университет).

Наиболее важные особенности морфологии поверхности кварцевых зерен, характеризующие зерна аллювиального и эолового генезиса следующие. Для зерен, подвергшихся длительной водной переработке, характерна средняя или хорошая окатанность, гладкая блестящая поверхность, присутствие V-образных микроуглублений, а также серпообразных желобков и мелких сколов (рис. 1 А, Б). Для песчаных зерен, подвергшихся

длительной эоловой переработке, характерна круглая форма и матовая поверхность с многочисленными мелкими ямками (рис. 1 В, Г).

Рис. 1. А - элементы поверхности зерен, характерные для субаквальных обстановок осадконакопления. Б — зерно кварца из современного аллювия Сейма. В — элементы поверхности зерен, характерные для эоловой обстановки осадконакопления. Г - кварцевое зерно с эоловой переработкой из разреза Мл-1 (долина Сейма).

Датирование образцов проводилось следующими лабораториями: радиоуглеродный анализ (6 образцов)-. Институтом Географии РАН (Россия); Центром абсолютного датирования в Гливице (Польша); оптико-люминесцентный анализ (26 образцов): Скандинавским центром люминесцентных исследований университета г. Орхуса (Дания) и Центром абсолютного датирования в Гливице (Польша). Спорово-пыльцевой анализ ряда разрезов террас в долинах Сейма и Хопра был выполнен О.М. Пахомовой (Вятский гуманитарный университет, г. Киров) и Е.Ю. Новенко (ИГ РАН, г. Москва).

Глава 3. Морфология и литологическое строение низких террас в речных долинах центра Восточно-Европейскоф равнины В данной главе представлены фактические данные, полученные в результате полевых и лабораторных исследований, проведенных в речных долинах центра Восточно-Европейской равнины. Для изучения морфологического и литологического строения низких террас этого региона были выбраны два ключевых участка - в бассейне Днепра (среднее течение р. Сейм) и в бассейне Дона (среднее течение р. Хопер).

Морфология долины среднего течения р. Сейм и строение изученных разрезов Изученный участок долины р. Сейм располагается во внеледниковой зоне Среднерусской возвышенности. Граница днепровского оледенения проводится западнее - по долине правого притока Сейма - р. Свалы (в 90 км к западу от г. Курска) (Величко, 1980). Изучение комплекса низких террас Сейма проходило на участке между городами Курском и Курчатовым в створе между д. Малютино на левом берегу и с. Авдеево на правом. Долина Сейма на этом участке имеет ширину 10-11 км, из которых 3-4 км занимают дно долины и комплекс низких террас (относительной высотой до 16 м) (рис. 2). При выделении террасовых комплексов, помимо высотной характеристики террас, мы опирались на данные о генезисе, возрасте и литолого-фациальных особенностях отложений, их слагающих. Это отражено в индексах, использованных для обозначения террасовых уровней (пояснения см. в примечании к рис. 2).

^•ЕЕЗ'

Рис. 2. Геоморфологическая карта участка долины р. Сейм в районе с. Авдеево - д. Малютино (Курская область). Условные обозначения: Поверхности аллювиальной аккумуляции: 1 - Р1 (АТ"8л) средне-позднеголоценовые, 2- Р1 (РВ"ВО) раннеголоценовые, 3 - Р2 (ЬС) позднеледниковые (12-15 тыс.л.н.), 4 - Р2 (ЬРС) поздневалдайские (после ЬвМ, 16-18 тыс.л.н.), 5- ТО2 асм> поздневалдайские (времени ЫЗМ), 6- ТО3 средневалдайские, 7 - Т13 средневалдайские, 8 - Т23"5 ранне-средневалдайские, 9 - Тх нерасчлененный комплекс высоких (довалдайских) террас; поверхности эоловой аккумуляции: 10 — Е2 поздневалдайские эоловые шлейфы: (1ХлМ) - времени 1Х1М; (1ЛЗМ+ЬРС) - дву стадийного развития - времени 1ХзМ и конца ЬРО - ок. 15-16 тыс.л.н.; эрозионные склоны: 11- эрозионные склоны; покровные образования: 12- эоловые (+ео1), 13- делювиальные (+с11), 14- наложенный пойменный аллювий (+а1); прочие обозначения: 15- эоловая переработка поверхностей террас, 16- современные русла рек, 17- контуры поздневалдайских макроизлучин, 18- геоморфологические границы, 19- линии профилей, 20- разрезы и скважины, 21 - названия рек и направления их течения, 22-названия населенных пунктов.

Примечание: Легенда к геоморфологическим картам на участки долин Сейма и Хопра составлена по хрономорфогенетическому принципу. Генетическая характеристика поверхностей отражена на карте цветом и буквенными индексами Р, Т, Е. Высотная характеристика террас отражена цифрой в строчной части индекса: ТО, Т1, Т2. Возрастная характеристика террасовых уровней отражена на карте оттенками цвета, а также в виде надстрочного индекса Т11<ьсм\ состоящего из цифры, обозначающей возраст формирования поверхности, согласно изотопно-кислородным стадиям (ТГ, Т23~ и др.); при необходимости для уточнения временных рамок к цифре прибавляется буквенное уточнение (Т|2|£-{Л,>) р'О.м-) и Др ) Буквенные сокращения, использованные в легенде; 1X3М - последний ледниковый максимум (23-20 тыс. л. н.); ЬРв - поздний пленигляциал без 1ЛЗМ (~18-15 тыс. л. н.); — позднеледниковье (~ 15-11,8 тыс. л. н.); РВ - пребореальный, ВО- бореальный, АТ-атлантический, БА - субатлантический периоды голоцена (согласно схеме Блитга-Сернандера).

: ёЫ

• 21 7ii 6

На изученном участке долины р. Сейм были выделены следующие террасовые уровни: голоценовая пойма с пересеченным рельефом (фоновые высоты 2-4 м); террасовый комплекс ТО (5-7 м, соотносимый по высоте с "промежуточной" террасой), с разновозрастными ступенями ТО3 (средневалдайская) и Т02<и*М) (поздневалдайская, времени ЬйМ); средневалдайская терраса Т13 (8-9 м), ранне-средневалдайский террасовый комплекс Т23"5 в диапазоне высот 12-16 м, со ступенями 12-13 м, 13-14 м и 15-16 м. Выделенные террасовые уровни проявляются на разных, удаленных друг от друга профилях, что позволяет говорить об их неслучайной природе. Близкие по высотам террасовые ступени наблюдаются как ниже по течению реки в районе г.Льгова (Панин и др., 2001), так и выше по течению- ближе к г. Курску (Власов, Панин, 2005).

Ранне-средневалдайский террасовый комплекс Т23'5 (12-16 м). На изученном участке долины терраса Т23"5 тянется сплошной полосой шириной км вдоль левого борта, вдоль правого - встречается в виде изолированных сегментов шириной до 1,5 км. Разрез Мл-1 нижней 12-ти метровой ступени террасового комплекса Т23"5 был изучен в расчистке стенки карьера на северной окраине д. Малютино. В 60-70 м к северу от разреза Мл-1 георадарным зондированием обнаружена погребенная эрозионная форма, шириной около 15 м, выраженная на поверхности террасы небольшой ложбиной. Также по всей линии георадарного профиля на глубине около 2,5 м прослеживается довольно четко выраженная граница, которая, судя по всему, представляет собой подошву перевеянного слоя.

Высота бровки террасы в разрезе Мл-1 составляет 12,0 м, глубина разреза - 10,1 м. В разрезе вскрываются (рис. 3; здесь и далее описания сверху вниз): эоловые пески (перевеянный аллювий, согласно результатам исследования морфоскопии кварцевых зерен); делювий (инверсия абсолютных датировок связана с ошибкой метода, дата из вышележащего слоя эоловых песков представляется более достоверной, т.к. она подтверждается корреляцией данных с другими разрезами; вероятно, и возраст делювия, и возраст эоловых отложений можно принимать равными примерно 2022 тыс. л.). Ниже залегают: эоловые пески (перевеянный аллювий); овражный аллювий (заполнение древней эрозионной формы); русловой аллювий фации прирусловых отмелей; русловой аллювий пристрежневой фации, залегающий с эрозионным контактом на более древнем русловом аллювии. Спорово-пыльцевые данные указывают на холодную обстановку осадконакопления всей толщи разреза.

Условные обозначения к литологическим колонкам: — — — | суглинок.

■eat.

. . gulTyal

лгёщкг

щагл

'.aLch'ti

... .al ch

~~ ■ .aJ cb

%7±7 . .

песок; -----

Рис. 3. Л|ггологнческая колонка разреза Мл-1 террасы

Т2

супесь;

Генезис отложений: eol - эоловые; ео! п - эоловые нивейные; dl - делювиальные; al -аллювий: ch - русловой, ch b - фации прирусловых отмелей, ovb - пойменный, z -фации затонов, gully -овражный. Черные точки с цифрами - абсолютные датировки отложений, в тыс. кал. л. н. По вертикальной оси

14

отложены глубины в разрезе, в см.

Таким образом, в строении террасы Т23° (разрез Мл-1) задокументировано 2 крупных этапа седиментации. Первый этап - фаза аллювиальной аккумуляции в ранневалдайское и начале средневалдайского времени, представленная двумя пачками аллювия с возрастом около 80 тыс. л. и около 50тыс. л.. Второй- этап делювиальной и эоловой аккумуляции 1821 тыс. л. н.. Интерпретацию полученных данных и реконструкцию истории развития долины р. Сейм см. в главе 4.

Средневалдайская терраса Т13 (8-9 м). Террасовая ступень Т13 представлена на изученном участке долины Сейма в виде небольшого фрагмента шириной в несколько сотен метров к северу от д. Малютино. Формирование этого террасового уровня, по-видимому, отвечает стадии приостановки врезания реки в средневалдайское время. П< данным эта терраса сложена преимущественно песками, верхние 2-3 метра которых выделяются более рыхлым сложением и, по-видимому, представляют собой эоловый покров. Аналогичная средневалдайская террасовая ступень Т13 была подробно изучена в долине р. Хопер в разрезе Тк-1.

Средневалдайская терраса ТО3 (6-7 м). Террасовый комплекс ТО3 по высоте сопоставляется с "промежуточной" террасой. Средневалдайская ступень ТО3 (6-7 м) изучена в береговом обнажении Мл-2 на подмываемом левом берегу р. Сейм к северу от д. Малютино. Высота бровки террасы в разрезе Мл-2 составляет 6,1 м, глубина расчистки- 6,1 м, у основания расчистки было проведено ручное бурение до глубины 7,2 м. В разрезе Мл-2 (рис. 4) до глубины 130 см вскрывается пойменный аллювий, облекающий не только площадку, но и уступ террасы ТО3 к пойме и уходит под урез (> чем на 1 м). Из этого следует, что меженный урез в период накопления слоя находился ниже современного (более чем на метр). Ниже этого слоя залегают: эоловые пески (перевеянный аллювий); русловой аллювий фации прирусловых отмелей; русловой аллювий фации затонов. Спорово-пыльцевые спектры нижней части разреза свидетельствуют об условиях более прохладных, чем современные, но не очень холодных, что хорошо коррелирует со средневапдайскими датировками аллювия. К слою вышележащих эоловых песков приурочено минимальное количество пыльцы и спор в разрезе, что подтверждает его формирование в суровых условиях ЫЗМ. Верхние 130 см разреза характеризуются более "теплыми" спектрами позднеледниковья и голоцена.

Таким образом, в разрезе Мл-2 можно выделить 3 этапа седиментации. Первый этап - формирование аллювиальной толщи при горизонтальном перемещении крупной гряды с развитым затоном (конец среднего валдая). Второй этап — этап эоловой аккумуляции, представленный эоловыми песками, формировавшимся во время последнего ледникового максимума. Третий - этап пойменной аккумуляции

15

о георадарным

- ai ovb-

200 : 220 I 240; 260 i, 280 ■ 300 ^ 320 '

:::::: e ol y.ÍQ;ͱÍVÍ

• -ai ch b

400 "TlSTáJTÚfTif.

420 _ 440 J 460 .

480 ■ 500 .

520;

540 • 560 ;

580 .....

600 I '.

620 .....

ZAQ '.

660 : ; ; : ;

680 .... ■

700 ' 1 ' | 1_

7201~ ~" я/7

Ф31,8±1,е

Рис. 4. Лнтологическая колонка разреза Мл-2 террасы ТО3

(позднеледниковье - голоцен).

При впадении в р. Сейм малого правого притока р. Рогозны располагается позднепалеолитическая стоянка Авдеево, изучаемая разными исследователями уже более полувека (Гвоздовер, Григорьев, 1977; Величко и др., 1981; Булочникова, 2005 и др.)- Участок дна долины, где расположена стоянка, имеет высоту до 7 м над Сеймом и до 3-4 м над Рогозной и в настоящее время не затапливается. Культурный слой с признаками стационарного обитания людей располагается на глубине -1,5 м, т.е. на высоте -5,5 м над Сеймом и -1,5 м над Рогозной (на уровне верхнего предела современных паводков) на поверхности песчаного цокольного основания террасы, аналогичного выделяемому в разрезе Мл-2. Данные спорово-пыльцевого анализа подтверждают корреляцию толщи суглинков из верхней части разреза Мл-2 и из скважины Мл-9, пробуренной рядом со стоянкой Авдеево. Серия из 27 радиоуглеродных дат по материалу культурного слоя стоянки Авдеево позволяет заключить, что стоянка посещалась людьми в интервале 17-23 тыс. 14С л. н. (20,5-28,0 тыс. л. кал.), т.е. на пике последнего криохрона, в том числе активно обживалась в период 20-22 тыс. 14С л. н. (Сулержицкий, 2004).

Поздневалдайская терраса

tq2(lgm, (5_6м) Разрез Мл-3 поздневалдаискои аккумулятивной террасы X02ILGM) был изучен в обнажении на подмываемом правом берегу р. Сейм к востоку от д. Малютино. Терраса T02(LGM) (5-6 м) широко развита по правому берегу Сейма, включая приустьевое расширение долины р. Рогозны, и в изученном имеет ширину более 2 км. Поверхность террасы расчленена голоценовыми руслами Сейма и Рогозны, причем общий уровень поверхности составляет около 5 м, но вблизи палеорусел он наращивается прирусловыми валами до 5,5-6,0 м, как это имеет место и в разрезе Мл-3. При входе в раструб долины Рогозны терраса начинает плавно подниматься и переходит в более высокий (и более древний) террасовый уровень, у с. Авдеево достигает уровня 7 м и имеет уже другое строение, аналогичное разрезу Мл-2.

В разрезе Мл-3 на протяжении 6 м (от бровки до уреза воды) вскрывается пойменный аллювий (рис. 5). Русловой аллювий фации прирусловых отмелей вскрыт бурением у основания разреза лишь начиная с 3 м ниже уреза воды (9 м ниже бровки разреза). Данные спорово-пыльцевого анализа свидетельствуют о том, что большая часть разреза сформировалась в холодных, но изменчивых климатических условиях поздневалдайского времени, и лишь верхние 150 см разреза относятся к позднеледниковью и голоцену, что соответствует данными абсолютного датирования.

В разрезе Мл-3 можно выделить следующие этапы седиментации. Первый этап- формирование аллювиальной толщи с увеличенными мощностями пойменной фации 18-21 тыс. л. н. Урез воды в это время, вероятно, находился на 3-4 м ниже современного. Затем был перерыв в

_

створе долины

»7

>74Г«М

ISTLFU

%f9$±1J

. . alchb.

У у* ■ '

Рис. 5. Литологическая колонка разреза Мл-3 террасы

T0«Lb„

осадконакоплении. Следующий этап - накопление пойменных суглинков в верхней части разреза (0-150 см), аналогичных верхнему слою суглинков в разрезе Мл-2. Основная часть этой толщи была сформирована 13-16 тыс. л.н., а накопление верхних 25-30 см суглинков происходило в голоцене и было связано с эпохами высоких паводков.

Обобщая вышесказанное, можно отметить, что терраса Т02(1СМ\ как и терраса ТО3, имеет двучленное, цокольное строение: на древнеаллювиальном цоколе залегает более молодой пойменный аллювий позднеледникового и голоценового возраста. Однако у ТО3 и Т021ЬСМ) цоколь имеет разный возраст, и в этом смысле можно говорить о гетерогенности "промежуточной" террасы ТО: у ТО3 цоколь средневапдайский и отвечает инстративной фазе развития долины, у Т02(1*ам| - поздневалдайский, отвечающий фазе аккумуляции времени ЬСМ.

Пойма (2-4 м). В долине Сейма выделяется два уровня поймы - высокая и низкая. Ширина поймы на изучаемом участке долины колеблется от первых сотен метров до 1,5-2 км. Пойменный аллювий имеет нормальную мощность, что свидетельствует о том, что долина находится в перстративной фазе своего развития. Поверхность высокой поймы Сейма расчленена голоценовыми палеоруслами, их ширина составляет порядка 30 м, что соответствует современным характеристикам реки.

Морфология долины среднего течения р. Хопер и строение изученных разрезов

Изучение валдайского террасового комплекса долины р. Хопер проходило выше впадения р. Вороны, между с. Третьяки и г. Поворино Воронежской области. На изученном участке наблюдается четковидное расширение дна долины {до 12 км), где помимо разновысотных террасовых уровней сохранился доголоценовый первичный русловой рельеф - большие меандрирующие палеорусла, или макроизлучины (рис. 6).

По результатам проведенных работ на изученном участке долины Хопра было выделено несколько террасовых уровней: голоценовая пойма высотой до 4-5 м; террасовицные поверхности высотой 5-6 м и 8-10 м, представленные в правой части дна долины изолированными песчаными массивами, до глубины более 5 м сложенные эоловыми песками поздневалдайского возраста (эоловые шлейфы, расчлененные пойменными потоками и по высоте сопоставимые с "промежуточными" террасами ТО); средневапдайский террасовый комплекс Т13 с высотами до 16 м, представленный участками двух типов: 1) песчаные террасы, сильно трансформированные (наращенные и перевеянные) эоловыми процессами Т13+ео/- в правой части долины; 2) террасы глинистого состава (с мощным покровом делювиальных отложений), плавно повышающиеся к борту долины Т13+Л- в левой части долины.

Средневалдайский террасовый комплекс Т11 (!0-16м). Террасовый комплексТГ на изученном участке долины встречается по обоим ее бортам и имеет ширину от 1 км до 4-5 км.

Рис. 6. Геоморфологическая карта участка долины р. Хопер в районе с. Третьяки - с. Пески - с. Петровское (Воронежская область). Условные обозначения: см. рис. 2.

Разрез Тк-1 песчаной 16-м террасы Т13+ео/ у правого борта долины Хопра был изучен в расчистке стенки карьера на южной окраине с. Третьяки. В прибровочной части пологонаклонной на запад поверхности террасы и располагается песчаный карьер, в котором был заложен разрез Тк-1. Бровка разреза, примерно соответствующая бровке террасы, находится на высоте 13 м над меженным урезом реки. Верхние 40 см представляют собой отвалы карьера. Ниже в разрезе Тк-1 вскрываются (рис. 7): эоловые пески; делювий; эоловые нивейные пески; аллювий фации низкой поймы; русловой аллювий фации прирусловых отмелей. Эоловый генезис отложений верхней части разреза Тк-1 (11=0-270 см и 11=290-490 см) подтверждается результатами исследований морфоскопии кварцевых зерен. Верхняя часть разреза (11=0-490 см) характеризуется "холодным" поздневалдайским спорово-пыльцевым спектром, нижняя - более "теплым" средневалдайским.

Таким образом, в строении разреза Тк-1 задокументировано 2 крупных этапа седиментации. Первый этап - фаза аллювиальной аккумуляции в конце среднего валдая. Второй - этап эоловой и делювиальной аккумуляции времени

200

ш

24и 260 оо1

-■аи

300 '•ЖшУ

320

340

ли еоы

юи

400

420

440

46Л

480

500

520 .....а1с

540

5№

580

600

620

640 660 630 . ... Ы V/

700

720

740

760 '.'.'.'.а.1'сЬ

/ш 800 т.Аз АЗ:

820

840

860

Рис. 7. Литологическая колонка разреза Тк-1 террасы

Т13+ео/

10

30

50

70 90

110

130

150

170

190

210 230 019.312

250

270

290

310

330

350

530 550 018,6±1,1

570 530 ео1

610

Литологическая колонка разреза Тн-1 эолового шлейфа Е1

ЮМ. Интерпретацию полученных данных и реконструкцию истории развития долины р. Хопёр см. в главе 4.

Поздневалдайский эоловый шлейф Е~. Террасовидные поверхности высотой 5-6 м и 8-10 м в правой части дна долины изначально принимались за речные (сложенные аллювием) террасы. Однако проведенные исследования показали, что эти песчаные массивы сложены песками эолового генезиса и представляют собой эоловый шлейф поздневалдайского возраста Е2.

Разрез Тн-1 находится в районе с. Танцырей на восточной окраине изолированного песчаного массива высотой 8-10 м. Высота бровки террасовидного массива в разрезе Тн-1 составляет 8,5 м. В разрезе Тн-1 на всю его глубину (570 см) вскрывается толща эоловых песков (рис. 8) времени ШМ. Аналогичные датировки имеют эоловые толщи в разрезе Тк-1. Однородность осадка и отсутствие флювиальных текстур позволяет предположить, что данная толща представляет собой поздневалдайский эоловый шлейф. В пользу эолового происхождения этого массива свидетельствуют также результаты морфоскопии кварцевых зерен и рельеф поверхности массива, с ярко выраженными дюнами 2-3-метровой высоты.

В строении разреза Тн-1 задокументирован эоловый этап седиментации в долине. Судя по всему, эоловые отложения из разреза Тн-1 являются продолжением единого эолового шлейфа, формировавшегося во время ЬвМ за счет перевеивания и переноса ветром первично-аллювиальных отложений более высоких террасовых уровней. Этот шлейф облекал террасовую поверхность Т13+ео/ и спускался на более низкие гипсометрические уровни дна долины. В дальнейшем песчаный массив, где расположен разрез Тн-1, был отчленен от террасы Т13+ео/ поздневалдайской макроизлучиной.

По-видимому, аналогичным образом происходило формирование изолированного песчаного массива, расположенного в шпоре макроизлучины у с. Танцырей, строение которого было изучено в скважине Тн-3. Этот массив имеет высоту 5-6 м над современным урезом и в настоящее время не затапливается. Местами на его поверхности выражены следы глубокой эоловой переработки (реликтовые дюны высотой 2-3 м).

Скважина Тн-3 расположена в центральной части шпоры макроизлучины. Высота устья скважины над современным урезом Хопра составляет 5 м, глубина- 14 м. По результатам шнекового бурения в скважине до глубины около 5 м вскрываются эоловые пески, датированные возрастом 14,7±1,5 тыс. л. на Ь=270 см и 20,6±1,7 тыс. л. на ¡1=450 см (рис. 9). Эоловый генезис отложений подтверждается результатами морфоскопии кварцевых зерен. Существенная разница в возрасте

о

50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 650 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350

<14,7±115

Ьго.еа:?

ЬГ.сЪ

Рис. 9. Литологическая колонка скважины Тн-3 в шпоре макротлучины

при относительно небольшой разнице в глубине залегания указывает, вероятно, на наличие двух эпох активизации эоловых процессов. Ниже залегает: русловой аллювий фации прирусловых отмелей; русловой аллювий пристрежневой фации.

Таким образом, в строении разреза Тн-3 задокументировано 3 этапа седиментации. Первый этап- фаза аллювиальной аккумуляции, затем- два этапа эоловой аккумуляции-сначала формирование эолового шлейфа во время !.ОМ, а затем еще один этап перевеивания отложений - 15-16 тыс. л. н.

Поздневалдайские макроизлучины ("большие палеомеандры"). Макроизлучины Хопра изучались на примере большого палеомеандра в районе с. Танцырей с использованием шнекового бурения. Палеорусло имеет ширину до 1 км и более и представляет собой поверхность высотой в среднем 3-4 м, входящую в состав современной поймы: она затапливается при паводках в настоящее время и затапливалась в голоцене, благодаря чему выстлана голоценовым пойменным аллювием. Палеорусло имеет ложбинно-гривистый рельеф, образование которого, судя по всему, происходило в позднеледниковье. Наиболее высокие гривы (>4 м) в пределах палеорусла в голоцене, вероятно, не затапливались.

В строении танцыреевской макроизлучины (по данным из серии скважин и разрезов Тн-2, Тн-4, Тн-5, Тк-3) задокументировано 2 крупных этапа седиментации. Первый этап отвечает заполнению глубоко врезанного палеорусла (аллювий фации заиления староречий во всех скважинах) около 16-18 тыс. л. н. Второй этап - пойменная аккумуляция в позднеледниковье (12-15 тыс. л.н.) и в голоцене (пойменный аллювий во всех скважинах и разрезах в палеорусле).

Пойма (2-5м). В пределах долины Хопра выделяется два уровня поймы- низкая и высокая. Ширина низкой поймы составляет первые десятки метров. Ширина высокой поймы зависит от морфологии долины и формы русла и колеблется в широких пределах - от 0,5-1 км до 7-8 км и более. Высокая пойма разнообразна по морфологии. В ее пределах широко распространены как голоценовые, так и позднеледниковые палеорусла. Голоценовые палеорусла имеют ширину приблизительно равную ширине современного русла Хопра. Поздневалдайские макроизлучины имеют ширину на порядок большую.

Глава 4. История развития речных долин центра Восточно-Европейской равнины в

валдайское время

Анализ фактических данных, приведенных в главе 3, а также результатов предыдущих исследований в долинах Сейма (Панин и др., 2001; Власов, Панин, 2003; Вопвоуэ е1 а1., 2006 и др.) и Хопра (Сидорчук и др., 1998; Панин и др., 2013 и др.) позволяет реконструировать историю развития долин этих рек в валдайское время, а также предпринять попытку установления рельефообразующей роли различных аллювиальных, эоловых и других толщ в речных долинах. Большинство речных долин центра ВЕР имеют сходное геоморфологическое строение. Сходная морфология и строение речных долин позволяет предположить, что особенности их развития также должны подчиняться общим закономерностям. Поэтому

20

обобщение представлений о развитии долин Сейма и Хопра в валдайское время позволяет выявить основные закономерности развития долин, а также установить основные механизмы формирования речных террас в долинах центра ВЕР в позднем плейстоцене.

Валдайский этап развития речных долин центра ВЕР проходил на фоне постоянного интенсивного поступления наносов с водосбора и больших изменений водности рек с амплитудами, превосходившими характерные для голоцена (Рашп, МаЙакЬоуа, 2014). Ранний валдай отличался относительно низким стоком и преобладанием аккумуляции в речных долинах. Многократный рост речного стока в отдельные эпохи средне- и поздневалдайского времени обусловил врезание рек, обособление комплексов террас Т23"5 и Т13 и создание комплексов "промежуточных" террас ТО3 и Т0;(С"Г,М) и высокой поймы. Полученные данные свидетельствуют о существовании в валдайское время двух эпох высокого стока и врезания рек_ 30-40тыс. л. н. кал. и 13-18 тыс. л. н. кал., разделенных эпохой пониженного стока и аккумуляции (не только аллювиальной, но и эоловой) в речных долинах во время последнего ледникового максимума (1ХЗМ) — 20-23 тыс. л. н. кал.

Ранне-средневалдайскому времени соответствует накопление аллювия, слагающего террасовый комплекс Т23"5, обособление которого происходило в конце средневалдайского -начале поздневалдайского времени. Средневалдайское врезание, по-видимому, было неравномерным, и во время некоторого его приостановления (стабилизации рек) в долинах была сформирована терраса Т13. Затем врезание продолжилось, и ко времени не позднее 30 тыс. л. н. относится формирование аллювиального цоколя террасы ТО3, в составе которой кровля аллювия находится на высоте около +4м, а подошва опускается глубоко под современный урез воды. За врезанием рек следовала активизации эрозионных процессов, по склонам закладывались эрозионные формы, заполнение которых затем происходило в ЬОМ.

Одним из наиболее важных результатов проведенного исследования является установление низкого залегания аллювия времени ЬвМ. С точки зрения традиционных взглядов на развитие речных долин центра Восточно-Европейской равнины, во время последнего ледникового максимума в речных долинах происходила мощная аккумуляция, и аллювий этого времени должен слагать 12-16-ти метровые речные террасы. Однако, обнаруженное залегание аллювия времени ЬвМ ниже современных меженных урезов воды свидетельствует о том, что русла рек в это время были врезаны глубже, чем в настоящее время. Этот вывод подтверждается серией дагг по долинам Сейма и Хопра. Дополнительное свидетельство этому предоставляют данные археологии. Этапу заполнения долин во время 1ЛЗМ отвечает формирование нижней части аккумулятивной террасы Т02(и;м).

Криоарндная климатическая обстановка времени последнего ледникового максимума обусловила широкое развитие эоловых процессов: перевеивание накопленного в долинах аллювия, формирование мощных эоловых покровов и шлейфов, снижение или наращивание ранне- и средневалдайских террасовых уровней. Также для времени ЬвМ было характерно

широкое развитие склоновых процессов и заполнение эрозионных форм на склонах долины за счет избыточного поступления материала с водосборов. Таким образом, отложения времени последнего ледникового максимума демонстрируют большое генетическое и литологическое разнообразие. Накопление аллювия на низких гипсометрических уровнях (ниже современного уреза) при глубоко врезанном положении русел сопровождалось развитием эоловых процессов как на высоких (поверхности террас Т23'5 и Т13), так и на достаточно низких (вплоть до современного уреза) уровнях. Большой глубине эоловой переработки аллювиальных комплексов способствовал предшествовавший врез рек: дно речных долин во время 1X5М было на первые метры ниже современного уровня, что сопровождалось соответствующим увеличением мощности зоны аэрации. Также накопление эоловых песков периодически прерывалось (или сопровождалось) кратковременными периодами активизации склоновых (скорее всего, солифлюкционных) процессов, о чем свидетельствует наличие делювиальных прослоев в толщах покровных эоловых образований, а также наличие мощного делювиального покрова на поверхности террасы Т13+с// в долине Хопра.

Эоловые покровы в долинах Сейма и Хопра установлены на поверхностях валдайских террас Т23"5 и Т13+ео/, где их мощности достигают 4-5 м, и, где-то с уменьшением мощности (Сейм), где-то в виде мощных эоловых шлейфов (Хопер) они спускаются на более низкие гипсометрические уровни дна долины. Стоит отметить, что эоловые покровы тяготеют к тем бортам долины, где распространены песчаные террасы, в то время как песчаные покровы на глинистых террасах не были выявлены ни при полевых исследованиях, ни при анализе литературных источников. Очевидно, это свидетельствует о привязанности эоловых покровов к источнику песчаного материала, которым могли выступать древнеаллювиальные (в некоторых случаях - флювиогляциальные) песчаные толщи, слагавшие аккумулятивные поверхности дна долины. Судя по всему, дальность транзита была невелика: перевеиваемый песчаный материал оставался в пределах ареала своего распространения, обычно не достигая противоположного борта долины (Панин и др., 2011). Так, на изученном участке Сейма эоловые пески перекрывают разновысотные уровни левобережных песчаных террас, а на изученном участке долины Хопра эоловые пески развиты на правобережных песчаных террасах (в районе с. Третьяки, Танцырей), а левобережные имеют суглинистый состав и плавно сопрягаются со склоновыми шлейфами, спускающимися с борта долины (с. Мазурка, Пески).

Сочетание эоловой переработки (переотложения) аллювия террас и наращивания поверхностей за счет привноса материала с близлежащих территорий делают проблематичным определение первоначальной высоты террасовых уровней. Кровля аллювия в разрезах (подошва эоловых песков) может рассматриваться как минимальная оценка этой высоты (для случая, когда весь эоловый покров представлен принесенным материалом), современная дневная поверхность — как оценка максимальная (для случая, когда эоловый покров - полностью результат переработки подстилающего аллювия).

После холодной и сухой эпохи 1ЮМ последовало значительное увеличение водности, проявившееся в долинах рек в функционировании макроизлучин в период 13-18 (19) тыс. л. н., следы которых в настоящее время сохранились на некоторых участках долин (Сейм в районе Льгова, Хопер на участке Третьяки - Поворино).

Около 15-16 тыс. л. н. в долине Хопра имел место еще один, хоть и менее интенсивный чем в 1Х5М, этап эоловой переработки поверхностей террас. Эта эпоха активизации эоловых процессов, вероятно, отражала временное снижение водности реки и кратковременную аридизацию климата, разделяющие на две части эпоху повышенного стока и функционирования макроизлучин, начавшуюся после ЬОМ и продолжавшуюся до начала голоцена. Аналогично Хопру, две фазы "конструктивного" развития эоловых процессов и образования эоловых покровов и форм рельефа в валдайское время были выделены в центральной Польше Я. Гожджиком (ОогсЫк, 2007). Согласно его исследованиям, активное ("конструктивное") формирование и развитие эоловых форм в позднем плейстоцене происходило в период между 25 и 14 тыс. л. н. и подрезделялось на две фазы, за которыми в позднеледниковье следовала "стабилизация" в развитии эоловых процессов и форм. Столь широкое проявление двух этапов развития эоловых процессов позволяет предположить, что накануне позднеледникового времени в долине р. Сейм также мог быть период "конструктивного" формирования эоловых форм (15-16 тыс. л. н.), следы которого, однако, к настоящему времени не установлены.

Около 15 тыс. л. н. последовало новое увеличение водности и образование макроизлучин продолжилось. Закончилось их функционирование около 12,5-13 тыс. л. н. Стоит отметить, что в Центральной и Западной Европе период формирования "больших палеомеандров" как раз относится к этому времени (13-15,5 тыс. л. н.).

При переходе от позднеледниковья к голоцену произошло падение расходов воды, которое привело к уменьшению высоты паводков и направленной аккумуляции в долинах (продольный профиль рек приспосабливался к снизившимся расходам воды). В некоторых долинах (например, на Хопре у с. Мазурка) в начале голоцена формировались "малые макроизлучины", по размерам превышающие позднеголоценовые палеорусла, но в несколько раз меньшие чем позднеледниковые. Отмирание "малых макроизлучин" в начале голоцена было связано с продолжением падения водности. Реки приобретали характеристики, близкие к современным. Относительно стабильное развитие долин в голоцене прерывалось эпохами высоких паводков, во время которых могло возобновляться затопление некоторых наиболее низких "промежуточных" террас. Подобные эпохи высоких паводков продатированы на Сейме и Хопре около 3,5-5 тыс. л. н. и около 2-2,5 тыс. л. н., однако, согласно анализу массива дат по ВЕР, таких эпох в голоцене было больше (подробнее см. Рашп, Ма^акЬоуа, 2014).

В настоящее время долины рек центра ВЕР находятся в перстративной фазе своего развития. Большие палеорусла продолжают затапливаться во время половодий, тем самым

являясь частью современной поймы. Подобные участки поймы можно считать цокольными.

Заключение

В результате проведенного исследования изучено строение, хронология, механизмы и условия формирования террас в речных долинах центра Восточно-Европейской равнины в валдайское время. Сходное геоморфологическое строение речных долин центра ВЕР позволяет предположить, что особенности их развития также должны подчиняться общим закономерностям. Это позволяет распространять результаты, полученные при исследованиях в долинах Сейма и Хопра, на центральные регионы ВЕР. Были изучены особенности распространения комплекса низких террас, проанализировано их геологическое строение и вещественный состав, установлены генезис и абсолютный возраст слагающих отложений, реконструированы природные условия, в которых происходило накопление аллювия и обособление террас. На основе изучения террасовых комплексов были реконструированы основные этапы развития долин, установлены механизмы формирования речных террас в валдайское время.

Анализ полученных результатов позволил сформулировать следующие выводы.

Валдайский этап развития речных долин центра Восточно-Европейской равнины характеризовался значительными изменениями водности рек с амплитудами, значительно превышавшими колебания водности в голоцене. В ранневалдайское время реки отличались относительно низким стоком, в долинах преобладала аккумуляция. Для отдельных эпох среднего и позднего валдая был характерен многократный рост речного стока, приведший к обособлению террасовых комплексов Т23"5 и ТХ3 и созданию комплексов "промежуточных" террас ТО3 и Т02асм) и высокой поймы К2<ЬРС| и РзаС). В результате проведенных исследований в валдайское время были выявлены две эпохи высокого стока и врезания рек- 3040 тыс. л. н. кал. и 13-18 тыс. л. н. кал. Они были разделены эпохой пониженного стока и аккумуляции в долинах во время ЬвМ (20-23 тыс. л. н.).

Процессы эоловой, делювиальной и эрозионной переработки террасовых комплексов в валдайское время имели широкое распространение и могли значительно изменять первичный рельеф речных террас и облик речной долины в целом. В сложении валдайских террас большое участие принимают отложения эолового и делювиального генезиса, а также отложения заполнений древних эрозионных форм. Широкое развитие эоловых процессов в криоаридную эпоху Г-вМ приводило к формированию обширных эоловых покровов и шлейфов, облекавших террасовые уровни Т23"5 и Т13 и спускавшихся на более низкие гипсометрические уровни дна долины. Было установлено, что некоторые низкие террасовидные поверхности (до 10 м над современным урезом), ранее принимавшиеся за речные (сложенные аллювием) террасы, являются "останцами" эоловых шлейфов, расчлененных пойменными потоками. Возможность существования мощных эоловых шлейфов в речных долинах позволяет также предположить,

что механизм образования таких форм рельефа как песчаные террасоувалы, может быть связан не только со склоновыми, но и с эоловыми процессами.

Проведенные исследования показали, что относительная высота террасовидных поверхностей в речных долинах не может служить достаточной характеристикой для определения их возраста, а в некоторых случаях даже генезиса. Для обоснованной диагностики возраста террасовых комплексов необходимо проведение анализа целого ряда геоморфологических и геологических признаков, к которым относится не только определение относительной высоты, но и диагностика генезиса слагающих отложений и детальное изучение морфологии террасы.

Крайне информативным для установления генезиса отложений является привлечение микроморфологического анализа поверхностей кварцевых зерен с помощью растрового электронного микроскопа. Однако при применении этого метода стоит учитывать некоторые специфические особенности эоловых (перевеянных) песков, распространенных в составе валдайских террас центра ВЕР, связанные с относительной кратковременность процесса эоловой переработки отложений. Основным диагностическим признаком кратковременной эоловой переработки аллювия является наложение признаков эоловой обработки (мелкоямчатый микрорельеф) на рельеф поверхности зерен аквального происхождения (V-образные микроуглубления, гладкие глянцевые поверхности). Необходимо учитывать, что следы кратковременной эоловой переработки аллювия редко занимают значительные площади на поверхности зерен и чаще проявляются лишь на наиболее выпуклых их частях на фоне значительных площадей, занимаемых аквапьными признаками, что затрудняет трактовку генезиса зерен, особенно при классическом морфоскопическом анализе при небольших увеличениях (под бинокулярным микроскопом).

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах из списка, рекомендованного ВАК:

1. Матлахова ЕЛО. Применение электронной морфоскопии для выявления следов переработки песчаного аллювия / Естественные и технические науки. №2 (70), 2014 - с. 134-13 8.

2. Панин A.B., Матлахова Е.Ю. Периодические проявления мощного речного стока в центре Русской равнины в Валдайскую холодную эпоху / Вестник Томского Государственного Университета. №370, 2013.-е. 168-174.

3. Panin, А.V., Matlakhova, E.Yu. Fluvial chronology in the East European Plain over the last 20 ka and its palaeohydrological implications / Catena, 2014, doi: 10.1016/j.catena.2014.08.016.

Прочие публикации:

4. Матлахова Е.Ю. Применешю электронной морфоскопии для выявления следов эоловой переработки песчаного аллювия (на примере долин pp. Сейма и Хопра) / Материалы X семинара молодых ученых вузов, объединяемых Межвузовским научно-координационным

советом по проблемам эрозионных, русловых и устьевых процессов при МГУ (22-25 апреля 2014 г., г. Белгород). Белгород, изд-во "ЛитКараВан", 2014.-е. 126-135.

5. Панин А.В., Бульярт Ж.-П., Матлахова Е.Ю., Мюррей А., Пахомова О.М. Абсолютная хронология и условия формирования валдайских речных террас в среднем течении р. Сейм / Квартер во всем его многообразии. Фундаментальные проблемы, итоги изучения и основные направления дальнейших исследований. Материалы VII Всероссийского совещания по изучению четвертичного периода (12-17 сентября 2011 г., Апатиты). КНЦ РАН. - с. 131-134.

6. Панин А.В., Матлахова Е.Ю., Беляев Ю.Р., Бульярт Ж.-П., Дубис Л.Ф., Мюррей А., Пахомова О.М., Селезнева Е.В., Филиппов В.В. Осадконакопление и формирование террас в речных долинах центра Русской равнины во второй половине позднего плейстоцена / Бюллетень Комиссии по изучению четвертичного периода. №71, 2011. - с. 47-75.

7. Панин А.В., Матлахова Е.Ю., Пахомова О.М. Позднеплейстоценовые террасы среднего течения р. Сейма / Теория геоморфологии и ее приложение в региональных и глобальных исследованиях. Материалы Иркутского геоморфологического семинара, Чтений памяти Н.А. Флоренсова (Иркутск, 20-24 сентября 2010 г). Иркутск, Институт земной коры СО РАН, 2010. - с. 203-205.

8. Matlakhova Е., Dubis L., Panin A. The use of microscopic study of quartz grains for establishing the origin of the Late Pleistocene river terrace deposits in the Central Russian Plain / Abstracts Volume. 8lh International conference (AIG) on Geomorphology. (August 27-31, 2013, Paris, France). - p. 377.

9. Matlakhova E.Yu., Panin A.V. Late Pleistocene Terraces in River Valleys of the Central Russian Plain: Morphology, Structure and History of Development / Geophysical Research Abstracts, Vol. 16, EGU2014-493, 2014, EGU General Assembly 2014.

10. Matlakhova E.Yu., Panin A.V., Novenko E.Yu. History of the Seim River Valley, Central Russia, in the Context of the Avdeevo Upper Paleolithic Site Formation and Preservation / Extended Abstracts. Geomorphic Processes and Geoarchaeology. International Conference. August 20-24, 2012. Moscow-Smolensk, Russia, - p. 182-187.

11. Matlakhova, E.Yu., Panin, A.V., Vlasov, M.V. Hydrological regime changcs in the Central Russian Plain in MIS-3 - MIS-1: the Seim River case study / Abstracts Volume. Hydrological extreme events in historic and prehistoric times HEX 2014 (June 8-15, 2014, Bonn, Germany).

12. Panin A., Adamiec G., Buyleart J.P., Matlakhova E., Murray A. Incision/aggradation events in river valleys of the Central Russian Plain in the Valdaian (Weichselian)' Holocene climatic cycle / Abstracts Volume. 8lh International conference (AIG) on Geomorphology. (August 27-31, 2013, Paris, France). - p. 366.

13. Panin, A.V., Matlakhova, E.Yu. Palaeohydrology of the East European Plain (EEP) in the last 20 ka based on alluvial chronology / Abstracts Volume. Hydrological extreme events in historic and prehistoric times HEX 2014 (June 8-15, 2014, Bonn, Germany).

Подписано в печать:

21.10.2014

Заказ № 10317 Тираж -150 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИШ 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru