Об уникальных каменных пляжах на арктическом берегу Кольского полуострова

*Геологический институт КНЦ РАН, г. Апатиты, Мурманская обл., Россия; e-mail: , ORCID:

Нерадовский Ю. Н. и др. Об уникальных каменных пляжах на арктическом берегу Кольского полуострова. Вестник МГТУ. 2021. Т. 24, № 1. С. 46–56. DOI:

*Geological Institute KSC RAS, Apatity, Murmansk region, Russia; mail: , ORCID:

Neradovsky, Yu. N. et al. 2021. On unique stone beaches on the Arctic coast of the Kola Peninsula. Vestnik of MSTU, 24(1), pp. 46–56. (In Russ.) DOI:

Мурманский берег Баренцева моря привлекает внимание как район активного промышленного строительства в связи с освоением Арктики, а также как территория развития туризма, поэтому необходимо исследовать особенности его геоморфологии и абразионной устойчивости, которая чрезвычайно неоднородна вследствие воздействия специфических физических и тектонических факторов (Лазаревич, 1989; Введенская и др., 2007; Митяев и др., 2008а; Малавенда и др., 2017; Верзилин и др., 2013; Никонов и др., 2015). В арктической зоне горные породы находятся в экстремальных условиях благодаря круглогодичному абразионному воздействию незамерзающего Баренцева моря и перепадам сезонных температур. Важным фактором денудации является непрерывное поднятие суши, характерное для Балтийского щита вследствие гляциозостазии (Johansson et al., 2002; Корсакова, 2009; Pettersen, 2011; Corner et al., 2001; Колька и др., 2005; Митяев и др., 2008б; Инжебейкин, 2004; Толстобров и др., 2015; 2016) и неотектоники (Митяев, 2014; Зыков и др., 2016; Никонов и др., 2015; Оллиер и др., 2019). Сочетание необычных условий привело к образованию на побережье грубообломочных каменных пляжей. В наибольшем количестве пляжи распространены на участке от острова Малый Олений до острова Малый Зеленецкий. Здесь, вблизи Териберской губы, наблюдаются непрерывные цепочки пляжей (рис. 1). Этот район с недавних пор стал доступен для посещения туристами, поэтому представляет собой удобное место для детального изучения условий образования пляжей с научной точки зрения и просвещения широкой массы любителей отдыха на природе. Здесь в течение 4 лет авторами проводились систематические исследования строения пляжей и условий их образования (Нерадовский и др., 2019; Miroshnikova et al., 2019; Мирошникова и др., 2020) с целью объяснения общих закономерностей распространения и условий формирования слагающего их обломочного материала.

ЦМР на основе ArcticDEM с корректировкой по высоте -15.5 м относительно уреза оз. Батарсйскос (37.5 м) и оз. Секретарское (10.6 м). Точность модели 2 м.

Условные обозначения

Террасы

□ Уровень 1-й террасы 7-20 м ■ Уровень 2-й террасы 20-30 м ■ Уровень 2-й террасы 30-40 м ■ Уровень 3-й террасы 40-60 м □ Пляжи 7-20 м

Рис. 1. Расположение каменных пляжей 1–9 на побережье п-ова Лодейный, вблизи пос. Териберка. Компьютерная графика и условные обозначения авторов

Fig. 1. Location of stone beaches 1–9 on the coast of the Lodeyny Peninsula, near the village of Teriberka. Computer graphics and conventions made by the authors

Материалы и методы

Каменные пляжи являются частью структуры северного побережья Кольского полуострова, но специальных исследований условий их образования не проводилось (Зенкович, 1937; Кошечкин и др., 1971). Однако знание строения и условий происхождения каменных пляжей поможет ответить на ряд важнейших вопросов, связанных с устойчивостью береговой линии побережья. В связи с этим авторами в течение ряда лет изучались пляжи и морские террасы в районе Териберской губы побережья Баренцева моря. Методика работы включала стандартные измерения размеров пляжей и высотных отметок распространения пляжных отложений и морских террас по изолиниям горизонталей, изучение состава и структуры пляжного материала (Рычагов, 2018). В результате впервые получены фактические данные об 11 пляжах, располагающихся на п-ове Лодейный и в губе Завалишина.

Установлено, что большинство пляжей имеют одинаковые элементы строения и близкие параметры, свидетельствующие о едином механизме образования (рис. 2). Первое, что мы видим, – это скопления галечника и валунов из светлых пород (преимущественно, плагиогранитов, гранитогнейсов и кварцевых диоритов), начинающиеся на каждом пляже от уровня моря и поднимающиеся вверх в сторону суши. Галечник продолжается иногда и под воду, поэтому непосредственно к пляжу относится вся прибрежная полоса (литораль), которая включает приливную и прибрежную зоны. Галечник и валуны лежат на основании из красных гранитов, резко отличающихся от пляжных пород. Основание пляжа имеет форму корыта, наклоненного в сторону моря. По морфологии оно ближе всего соответствует мелкому каньону, поэтому мы используем термины: ложе и борта. Ложе в основном скрыто слоем галечника и валунов. Борта каньонов хорошо видны и чаще представляют собой невысокие скалистые выступы (10–15 м, рис. 3), но иногда поднимаются до 100 м.

Рис. 2. Общая схема строения каменных пляжей и примыкающих террас

Fig. 2. General scheme of the structure of stone beaches and adjoining terraces

Рис. 3. Характерная форма каменных пляжей в восточной части п-ва Лодейный: белое – прибойная зона, выступы гранитов – остаточный бенч

Fig. 3. The characteristic shape of stone beaches in the eastern part of the Lodeyny Peninsula: white – the surf zone, granite protrusions – the residual bench

Размеры пляжей на п-ове Лодейный небольшие: протяженность вдоль берега варьирует от 50 до 400 м, ширина – от 40 до 80 м. Крупность обломков пород в основном соответствует валунам (100–1 000 мм), в меньшей мере гальке (10–100 мм) и редко гравию (1–10 мм) ¹ . Отдельные валуны достигают 2000 мм. Песчаные фракции в составе пляжных отложений практически отсутствуют. Окатанность обломков высокая: преобладают полуокруглые и округлые валуны со степенью окатанности от 21,4–45,9 до 45,9–100 % (Ухов, 2013). По нашим данным наиболее совершенная форма окатанных обломков – двухосный эллипсоид (Нерадовский и др., 2019; Miroshnikova et al., 2019; Мирошникова и др., 2020). Крупнообломочный состав пляжных отложений и высокая степень окатанности свидетельствуют о мощных абразионных процессах, действующих на побережье.

Прослеживая пляж от уреза моря вверх на сушу, мы видим, что он полого поднимается, метров через 50–70, на высоту до 5–10 м. На этой высоте наблюдается появление серого галечника и валунов, сложенных теми же породами, что и светлый галечник – преимущественно, плагиогранитами и гранитогнейсами. Серый цвет обусловлен присутствием на поверхности лишайников и продуктов окисления минералов. Граница перехода светлого галечника в серый отмечена на пляжах резким уступом (обрывом). В основании уступа, как правило, наблюдаются скопления морского плавника. Этот уступ является "тыловым швом" первой морской террасы. Терраса, в отличие от пляжа, сложена грубоокатанными валунами. Она постепенно разрушается морем и является источником пляжных отложений. Продолжая путь вверх по каменным россыпям первой террасы, на удалении от моря до 200 м и более, на высоте около 40 м можно встретить тыловой шов второй террасы. Еще выше, на склонах и вершинах сопок, над каньонами можно обнаружить многочисленные глыбы светлых пород, аналогичных породам светлого галечника на пляжах и лежащих на красных гранитах, – "верховые валуны". Террасы и верховые валуны являются свидетельством длительной эрозии побережья в постледниковое время.

Уникальность каменным пляжам придает форма валунов и галек. Идеально окатанные валуны и гальки преимущественно имеют форму яйца (рис. 4). Характерно, что эта форма имеет параметры "золотого сечения" и соответствует теоретически наиболее прочному состоянию обломка. Она не зависит от размеров: на пляжах Териберки встречаются экземпляры яиц от 8 см до 1 м.

Рис. 4. Идеально окатанный валун среди менее окатанных валунов в пляжных отложениях и его "золотое сечение"

Fig. 4. Perfectly rounded boulder among less rounded boulders in beach sediments and its "golden ratio"

На некоторых участках пляжей валуны в форме яйца составляют до 30 % отложений (рис. 5). Они являются наиболее активными абразионными участками на пляжах и представляют большой научный интерес как геологические образования и объекты для туризма. По нашим данным участки приурочены в основном к восточным частям пляжей.

Данные исследований показывают, что обломочный материал под воздействием морских волн подвергается постоянному перемещению, в процессе которого разрушается и одновременно разрушает породы основания. В местах с высоким содержанием хорошо окатанной гальки борта каньона также наиболее сглажены. В целом породы в основании пляжа эродируются с более высокой скоростью относительно окружающих скал, и пляжи "опускаются" между выступами остаточного бенча. При этом как обломки пород пляжа, так и коренные породы разрушаются дифференцированно в зависимости от физических свойств (Митяев и др., 2008а; Малавенда и др., 2017; Лащук и др., 2013).

б

а

Рис. 5. Скопления валунов и галек на пляжах п-ова Лодейный: а – скопление крупных яйцевидных валунов в отложениях пляжа 6. Фото Е. Борисенко;

б – скопление яйцевидных галек и валунов в отложениях пляжа 8. Источник:

Fig. 5. Accumulations of boulders and pebbles on the beaches of the Lodeyny Peninsula: а – an accumulation of large egg-shaped boulders in the Beach 6 sediments. Photo by E. Borisenko;

б – an accumulation of egg-shaped pebbles and boulders in the Beach 8 sediments.

Internet resource:

Согласно геологическим данным, на побережье преобладают прочные кристаллические породы: гранодиориты, диориты и эндербиты, в подчиненном количестве присутствуют менее стойкие к абразии породы: гнейсы и плагиограниты ² . Породы в основании пляжей являются преимущественно более прочными, а слабые породы слагают обломочный материал пляжей. Анализ распространения пляжей показал, что их количество увеличивается на участках побережья с выходами гнейсов и плагиогранитов. Контрастное изменение типа горных пород можно наблюдать, сравнивая породы гальки и основания (рис. 6).

Рис. 6. Текстуры пород основания (микроклиновый гранит) и яйцевидных валунов (плагиограниты) с каменного пляжа на п-ве Лодейный

Fig. 6. Textures of base rocks (microcline granite) and egg-shaped boulders (plagiogranites) from the stone beach on the Lodeyny Peninsula

Галька и валуны пляжных пород в свою очередь воздействовали на породы основания, поэтому в гранитах ложа и бортов образовались различные абразивные и денудационные формы: останцы, котлы, колодцы, траншеи и волноприбойные ниши (Нерадовский и др., 2019).

Волноприбойные ниши являются одним из ярких примеров абразионных форм, обусловивших окатанность валунов и галек. Они образуются в коренных породах побережья и характеризуют наиболее масштабное воздействие морских волн. Ниши присутствуют в скалах, на границе с морем, по всему побережью на разных уровнях относительно линии прилива. Наиболее крупные ниши встречаются в области крутых высоких береговых уступов. Они достигают нескольких десятков метров по глубине и высоте (рис. 7). Менее крупные ниши наблюдаются на линии уровня моря, в области выполаживания берегового уступа (рис. 8).

Рис. 7. Крупная волноприбойная ниша на уровне линии прилива: граница прилива светлого оттенка, заросли морских водорослей на валунах Fig. 7. Large wave-breaking niche at the level of the tide line: the boundary of the tide of a light shade, thickets of seaweed on the boulders

Рис. 8. Волноприбойная ниша на уровне заплеска: в подошве – котлы с валунами

Fig. 8. Wave-breaking niche at the splash level: in the bottom there are boilers with boulders

Особенностью ниш, располагающихся на уровне прилива, является наличие каменного пляжа и нависающего клифа (рис. 9). Самые мелкие волноприбойные ниши наблюдаются на уровне верхней кромки штормового заплеска. В подошве всех типов волноприбойных ниш развиты глубокие котлы, в которых находятся крупные хорошо окатанные валуны, обросшие морскими водорослями. Это указывает на то, что ранее валуны активно перемещались и истирались, но в результате изменения уровня моря они оказались в литорали и прекратили движение.

Рис. 9. Схема строения одной из волноприбойной ниш в коренных породах на п-ове Лодейный:

1 – клиф; 2 – волноприбойная ниша; 3 – пляж; 4 – бенч; 5 – прислоненная подводная аккумулятивная терраса; I–III стадии отступания берега (Рычагов, 2018)

Fig. 9. Diagram of the structure of one of the wave-breaking niches in bedrocks on the Lodeyny Peninsula: 1 – cliff; 2 – wave-breaker niche; 3 – beach; 4 – bench; 5 – leaning underwater accumulative terrace;

I–III stages of coastal retreat (Rychagov, 2018)

Изучение волноприбойных ниш показывает, что их образование происходило под воздействием весьма мощных волн, способных перемещать крупные валуны и разрушать самые прочные кристаллические породы. Во всех случаях в образовании абразионных форм принимали участие волны и обломки пляжных пород. Наиболее глубокие ниши наблюдаются там, где присутствуют пляжные отложения. Наблюдения за одной из ниш в течение 4 лет показали, что морские волны могут свободно вкатываться в нее и выходить обратно. Так и происходит в настоящее время. В штормовую погоду морские волны приводят в движение валуны пляжа. Под воздействием волн валуны ударяют в стенки ниш и разрушают их. Овальные формы ниш однозначно свидетельствуют о преобладании вращательной формы движения валунов при ударе о поверхность ниши. Доказательством движения валунов является то, что их положение на пляже постоянно меняется. Это установлено на примере волноприбойной ниши на пляже 5 (рис. 10). Наблюдения за 4 года показали, что наиболее сильные шторма были в осенне-зимний период 2017 и 2019 гг.: в этот период положение валунов изменилось очень заметно.

Грот 2017

Грот 2016

Грот 2018

Грот 2019

Рис. 10. Положение крупных валунов в волноприбойной нише на пляже 5 в летние месяцы 2016, 2017, 2018, 2019 годов: видно, что положение валунов постоянно меняется

Fig. 10. The position of large boulders in the wave-breaker niche at Beach 5 in the summer months of 2016, 2017, 2018, 2019: it can be seen that the position of the boulders is constantly changing

Другим примером перемещения галек и валунов под воздействием штормовых волн является забрасывание их с пляжа на прибрежные скалы бортов каньона. При этом часть валунов и галек остается в выемках и трещинах, а часть сбивается волнами обратно на пляж. Такие явления наблюдаются практически повсеместно (рис. 11, 12).

Рис. 11. Яйцевидные валуны, заброшенные прибоем на скалы на высоте 5 м. Пляж 2

Fig. 11. Egg-shaped boulders thrown by the surf on the rocks at the height of 5 m. Beach 2

Рис. 12. Гальки, заброшенные на скалы, пляж 44: а – июнь 2018 г., б – август 2019 г. Fig. 12. Pebbles thrown on the rocks, Beach 44: а – June, 2018, б – August, 2019

Результаты и обсуждение

Исследования побережья Териберской губы показали, что здесь развиты оригинальные каменные пляжи, характеризующиеся высокой степенью окатанности обломков, в результате чего сформировались яйцевидные валуны и гальки. Источником материала пляжей являются отложения морской террасы. Экспериментальные исследования устойчивости обломков пород разной степени окатанности к истиранию показали, что по мере увеличения окатанности возрастает сопротивление к разрушению (Митяев и др., 2008а). Таким образом, можно предполагать, что более совершенной окатанностью обладают валуны и галька, находящиеся более длительное время в процессе морской абразии. С другой стороны, экспериментальные данные свидетельствуют о том, что на истирание сильно влияет штормовое волнение, поэтому наиболее окатанные валуны и галька концентрируются в зоне заплеска и в тех областях пляжей, где происходят наиболее активные накатные волны.

По нашим данным первоначальную грубую обработку все обломки пород проходили в контакте с гранитами основания, поэтому последние покрыты многочисленными выбоинами (котлами) и волноприбойными нишами. Затем частично окатанные обломки попадали в общую массу каменного пляжа, где происходило их окончательное формирование и совершенствование формы, поэтому в пляжных отложениях присутствуют валуны и гальки разной степени окатанности.

Установлено, что наиболее высокой степенью окатанности обломков на пляжах побережья Териберской губы является яйцевидная форма. Замеры параметров яйцевидной гальки показали, что они близки параметрам

"золотого сечения" яйца, т. е. отвечают наиболее прочной форме, устойчивой к разрушению. Таким образом, процесс истирания обломков пляжа направлен к приобретению ими наиболее энергетически устойчивого состояния. Это позволяет предполагать, что изначальная форма обломков содержала прочное ядро в виде двухосного эллипсоида. Данному вопросу будут посвящены наши дальнейшие исследования.

Заключение

На побережье Баренцева моря в районе Териберской губы установлено развитие каменных пляжей, образованных в результате разрушения морской террасы. Наибольшее количество пляжей наблюдается в области распространения относительно слабых по физическим свойствам пород (гранитогнейсов и плагиогранитов), являющихся главными породами в пляжных отложениях. В результате активной абразии обломки пород приобрели высокую степень окатанности. Наиболее совершенная форма окатанности представлена яйцом. Предполагается, что эта форма отражает наиболее прочное ядро первичных блоков разрушенных пород.

Авторы благодарят Е. Борисенко за предоставленные фотографии. Работа выполнена в рамках поисковых исследований темы НИР ГИ КНЦ РАН № 0226-2019-0053.