Литогенная основа ландшафта как объект геоэкологических исследований

Актуальность темы исследования определяется тем, что оценка экологического потенциала ландшафта, организация геоэкологического мониторинга, ландшафтное планирование территории для целей геоэкологического обоснования регионального природопользования требуют в первую очередь детального исследования литогенной основы ландшафта. Цель исследования — картографирование и типизация литогенной основы лесостепных ландшафтов Мордовии.

Тдрклыи а ли-тигР нпда лгилияд ппрттгщжнН R 1914 г. И. И. Аболиным [5]. Позднее Н. А. Солнцев показал ее ведущую роль в формировании ландшафта и наполнил этот термин внутренним содержанием [7]. К литогенной основе ландшафта относят: 1) тектоническую структуру территории; 2) характер новейших и современных движений земной коры; 3) литологический состав коренных и четвертичных отложений; 4) доледниковый и современный рельеф (морфоструктура и мор-фоскульптура); 5) мощ-ность дочетвертичных и четвертичных рельефообразующих пород (особенно покровных отложений); 6) гидрогеологические особенности территории [6].

Интерес к исследованию литогенной основы определяется тем, что литогенная основа, представляя собой совокупность абиотических условий территории, во многом предопределяет морфологическую структуру и многочисленные процессы функционирования ландшафта. Структурные элементы литогенной основы (мощность и литологический состав зон аэрации и водонасыщения, положение уровня грунтовых вод, области питания, транзита и разгрузки грунтовых вод, положение и характер нижней границы ландшафта) определяют такие важные геоэкологические характеристики геосистем, как тип водного режима, естественная дренированность и характер увлажнения, условия накопления и химический состав грунтовых вод, потенциал самоочищения, активность геодинамических и геохимических процессов и др. В этой связи, на наш взгляд, представляет интерес опыт исследования литогенной основы лесостепных ландшафтов Мордовии, проведенный нами.

Прежде чем приступить к выделению типов литогенной основы, определили нижнюю границу геосистем. Единого методического подхода к выделению нижней границы геосистем пока не существует [1 — 3]. В пределах Мордовии сезонная динамика почвогрунтов сказывается до глубины 20 — 30 м, ппрдр- лы проникновения свободного кислорода в литогеннной основе обычно совпадают с верхним потоком грунтовых вод. Основная масса живого вещества сосредоточена в пределах нескольких десятков сантиметров коры выветривания, в той же зоне протекают основные биогеохимические процессы. Таким образом, нижние пределы процессов функционирования в геосистемах Мордовии сравнительно близки, хотя и не совпадают между собой.

Для геосистем различного таксономического ранга нижняя граница, по нашему мнению, может определяться следующим образом: для ландшафта — первым региональным водоупором, для местности и урочища — по нижней части потока грунтовых вод (или первым местным водоупором, условно совпадающим с базисом эрозии местных эрозионных врезов), для фаций — критической глубиной залегания грунтовых вод.

Нами на территории республики выделены четыре типа нижней границы ранга «местности» [5]. Наиболее распространенным является тип, характеризующийся наличием регионального водоупора, залегающего под слоем сравнительно однородных водопроницаемых горных пород. В таких условиях формируется, как правило, хорошо выраженный горизонт грунтовых вод. Связь ландшафтных вод с артезианскими водами отсутствует или сильно затруднена. Нижняя граница определяется по литологическому признаку и картируется по

кровле первого регионального водоупора, который является, как правило, поверхностью коренных пород мела и юры. В том случае, если поверхность дочетвертичных пород представлена толщей переслаивающихся песков и глин, и по литологическому признаку определить кровлю водоупора очень трудно, нижнюю границу геосистемы определяют по величине (глубине) местного базиса эрозии. Такой тип нижней границы характерен для типов местностей средних и нижних участков склонов ландшафтов эрозионно-денудационных равнин, водораздельных междуречий ландшафтов вторичных моренных равнин.

Второй тип нижней границы геосистем во многом похож на первый. Его отличительной особенностью являются наличие глубокой зоны аэрации и значительного по мощности мертвого горизонта. Гидравлическая связь почвенных и грунтовых вод полностью отсутствует. Нижняя граница проводится по литологическому признаку — толще значительного ослабления трещиноватости горных пород. Грунтовые воды сильно минерализованы. Связь ландшафтных вод с артезианскими затруднена, Такой тип границы свойственен для хорошо дренированного останцово-водо-раздельного типа местности ландшафтов эрозионно-денудационных равнин.

Для третьего типа нижняя граница геосистем проводилась по днищу речных долин, граница которого условно совпадает с кровлей водоупорного горизонта коренных пород, перекрытого сверху толщей водопроницаемых горных пород. В этом случае формируется хорошо выдержанный и неглубоко залегающий горизонт грунтовых вид. В таких геосистемах существует постоянная или периодическая гидравлическая связь почвенных и грунтовых вод. Отличительной особенностью является то, что в «гидрогеологических окнах», состоящих из водопроницаемых горных пород, существует постоянная гидравлическая связь ландшафтных и артезианских вод. Этот тип характерен для поЙмрнн л-луговото типа местности долинных ландшафтов.

Четвертый тип нижней границы выделен в геосистемах, залегающих на карбонатных породах. В ландшафтах водно-ледниковых равнин, надпойменно-террасовых и пойменно-луговых местностях долинных ландшафтов, трещиноватые известняки и доломиты не мо- гут служить водоупорным горизонтом, поэтому происходит смешение ландшафтных и артезианских вод. В этом случае нижняя граница геосистем проводилась по гидродинамическим показателям. Таким образом, нижняя граница геосистем определяет характер водообмена между ландшафтными и артезианскими водами. Геосистемы, имеющие дополнительное увлажнение артезианскими водами, могут быть источником загрязнения последних.

Мощность литогенной основы геосистем в пределах лесостепных ландшафтов Мордовии неоднородна. В ландшафтах эрозионно-денудационных равнин максимальная мощность характерна для останцово-водораздельного типа местности (до 50,0 м). При этом геосистемы, сформировавшиеся на писчем меле, имеют значительно большую мощность, чем менее дренируемые геосистемы, залегающие на терригенных породах. Характерно общее сокращение мощности литогенной основы от приводораздельных к придолинным типам местностей (от 7,5 до 15,0 м).

Для ландшафтов вторичных моренных равнин закономерно сокращение мощности литогенной основы от приводораздельных к придолинным типам местностей. Литологические и гидрогеологические особенности строения литогенной основы ландшафтов водноледниковых равнин обусловливают пространственные различия в распределении мощностей литогенной основы геосистем. Глубина залегания нижней границы весьма различна Характерно общее закономерное уменьшение мощности литогенной основы геосистем от приводораздельных к придолинным типам местностей.

Глубина залегания нижней границы долинных геосистем также неоднородна. Как правило, ее значения увеличиваются в долинах крупных и средних рек республики и сокращаются в долинах малых и очень малых рек. При этом сохраняется общая закономерность увеличения мощности геосистем от пойменно-луговых к надпойменно-террасовым геосистемам.

Мощность зоны аэрации в пределах ландшафтов Мордовии изменяется от 0,1 до 43,5 м. Сокращение мощности зоны аэрации происходит от водоразделов к долинам рек и ручьев. Литологический состав пород зоны аэра- | ции пестр и фациально изменчив. На территории республики можно выделить пять лито логических типов зоны аэрации: 1 — песчаный (пески, супеси); 2 — суглинистый (суглинки с прослоями глин); 3 — слоистый (переслаивание песков, суглинков, глин и других пород); 4 — торфо-минеральный (торф, нераз-ложившиеся растительные остатки); 5 — трещинно-щебнистый (щебень мергеля, опок, трепелов с прослоями суглинков).

Песчаный тип наиболее распространен в ландшафтах водно-ледниковых равнин, суглинистый — чаще встречается в придолин-ных типах местностей ландшафтов вторичных моренных и эрозионно-денудационных равнин. Широко представлен слоистый тип зоны аэрации. Он чаще всего встречается в долинных ландшафтах. Торфо-минеральный ТИП ИМёбТ ЛОКЗЛЬНОВ рЗСПрОСТрЗНВПИв в бо* лотных геосистемах. В останцово-водораз-дельном и приводораздельном типах местностей ландшафтов эрозионно-денудационных равнин развит трещинно-щебнистый тип зоны аэрации.

Мощность и литология горных пород зоны аэрации, степень эрозионной расчлененности рельефа определяют характер естественной дренированности ландшафта. По этому показателю нами выделены четыре категории геосистем: интенсивно дренируемые, дренируемые. слабодренируемые и весьма слабодрени-руемые.

Сравнительный анализ механического со става почв, литологии горных пород зоны аэрации, положения уровня грунтовых вод, степени дренированности, ландшафтно-геохимических условий, мощности зоны водонасыще-ния позволил нам выделить пять типов водного режима геосистем Мордовии: пермацид-ный, лолупермацидный, импермацидный, периодически водозастойный и водозастойный. Для каждого типа характерна своя водообес-печенность ландшафта и характер водной миграции веществ. При геоэкологическом анализе различных типов водной миграции химических веществ в геосистемах республики выявлено, что наибольшая опасность накопления продуктов техногенеза в ландшафте характерна для импермацидных геохимических ландшафтов. Здесь вследствие низкой водопроницаемости происходит аккумуляция загрязняющих веществ в верхних горизонтах почв. Благоприятные условия для накопления токсичных веществ наблюдаются также в пойменно-луговых ландшафтах с водозастойным и периодически водозастойным водным режимом. Наибольшая опасность вероятного накопления продуктов техногенеза установлена в водопроницаемых песчано-супесчаных почвах ландшафтов водно-ледниковых равнин.

Для изучения вертикального строения литогенной основы геосистем нами использовались три блока информации: 1) аэро- и космофотоснимки; 2) картографический материал (серия среднемасштабных карт); 3) фондовый материал по геолого-геоморфологическим и гидрогеологическим условиям.

Методика картографирования вертикальной структуры литогенной основы достаточно проста. На ландшафтную карту республики И 3 С ШТ 3 б Q 1 . 2-00 ООО 6ЫЛИ ВЫНСССНЫ Д3п~ ные по буровым скважинам [8]. Для каждой ландшафтной местности проведен анализ фондового материала по вертикальному строению литогенной основы. Выделены средние значения мощности литогенной основы, глубина залегания уровня грунтовых вод, набор структурных геогоризонтов и др. Горизонтальные границы литогенной основы корректировались по картам коренных и четвертичных отложений, глубины залегания уровня грунтовых вод, инженерно-геологической, по материалам дешифрирования аэро- и космофото-снимков. По результатам картографирования была составлена картосхема основных типов литогенной основы геосистем Мордовии.

Для исследованной территории составлена классификация типов литогенной основы. Наиболее крупной единицей этой классификации является группа типов литогенной основы. В основу их выделения положен орографический признак, которому подчинены экзогенные процессы. В соответствии с пятью родами ландшафтных местностей, каждый из которых характеризуется своими Ландшафтными особенностями обмена веществом и энергией как по горизонтали, так и по вертикали, можно выделить в пространстве пять групп типов литогенной основы.

Границы подгрупп типов литогенной основы проводились с учетом особенностей коренных горных пород, являющихся региональным водоупором и определяющих характер инженерно-геологических процессов, положе- ние и взаимосвязь грунтовых и артезианских вод. В пределах каждой группы выделены следующие подгруппы типов литогенной основы: а) на карбонатных породах верхнего мела; б) на терригенных породах нижнего мела и юры; в) па карбонатных породах карбона. В пределах подгрупп по характеру и интенсивности водного режима геосистем обособляются ряды типов литогенной основы: с пер-мацидным, периодически пермацидным, импер-мацидным, периодически водозастойным и водозастойным режимами.

Наименьшим подразделением вертикальной структуры литогенной основы геосистем является тип литогенной основы. Основные критерии его выделения: 1) литолого-генетическое строение и инженерно-геологические свойства горных пород; 2) геоморфологичес- TZTJO 1 rz* ГТ л п urf • Q 1 ДГ---Д CTDOLJ'JO П Л ГХ СТ и ГЛ П ГЧ О Q ТЛ . МХ-Л^ J Х-»™ U *1*1 , V/ W I W 1 U VJ 4.1 Ll'l ^|J 1 1 L1 L, 1 ность и положение уровня грунтовых вод; 4) гидрохимические условия грунтовых вод. Различное сочетание названных выше факторов определяет многообразие типов литогенной основы геосистем. Всего на территории Мордовии нами были выделены 64 типа. В пределах ландшафтных местностей в соответствии с делением местностей на доминантные и субдоминантные урочища могут различаться один доминирующий и несколько сопутствующих ему типов литогенной основы.

Геоэкологическая устойчивость литогенной основы лесостепных ландшафтов определяется взаимодействием целого комплекса экзогенных геоморфологических процессов; овражная эрозия, карст, суффозия, оползнеоб-разование, заболачивание, плоскостной смыв, подтопление, заиление водных объектов. По степени устойчивости литогенной основы выделены три группы геосистем:

• 1.    Относительно устойчивые — отсутствуют массовые деформации литогенной основы. Это земледельчески древнеосвоенные

• 2.    Малоустойчивые — существенные деформации литогенной основы вследствие активизации эрозионных, оползневых и других экзогенных геоморфологических процессов. К этой группе относятся ландшафты водно-ледниковых равнин, геосистемы средних склонов ландшафтов вторичных моренных и эрозионно-денудационных равнин, практически все долинные ландшафты.

• 3.    Неустойчивые _ крупные и мэссовь[е деформации литогенной основы, интенсивное оползне- и оврагообразование, карстовые исуф-фозионные процессы, приводящие к необратимым модификациям или деформациям геосистем. Эти ландшафты были вовлечены в земледельческое освоение с середины XIX в., дальнейшее их освоение должно быть направлено на расширение лесных массивов и луговых угодий, использование под особо охраняемые природные территории (геосистемы останцово-водораз-дельных и приводораздельных пространств ландшафтов эрозионно-денудационных равнин, геосистемы приводораздельных пространств ландшафтов вторичных моренных равнин).

земли (освоены до середины XIX в.) со слабым развитием деструктивных процессов. К данной группе относятся геосистемы придо-линных пространств вторичных моренных и эрозионно-денудационных равнин, геосистем надпойменно-террасовых поверхностей с темно-серыми лесными почвами, черноземами оподзоленными и выщелоченными черноземами долинных ландшафтов.

Проведенный геоэкологический анализ и оценка устойчивости литогенной основы лесостепных ландшафтов Мордовии являются составной частью общей оценки устойчивости геоэкосистем Республики Мордовия и уже сейчас на данном этапе исследований позволят судить о территориально-дифференцированном подходе к их освоению и прогнозированию неблагоприятных геоэкологических процессов.