Влияние литогенной основы на ландшафтную структуру Передового хребта Карачаево-Черкесской республики

Актуальность исследования. Во второй половине XX века резко возросло негативное антропогенное воздействие на природную среду. Оно распространилось не только на равнинные, но и на горные ландшафты. В конце XX века, когда антропогенная нагрузка превысила восстановительный потенциал биосферы, пришло осознание необходимости совместных усилий мирового сообщества по предотвращению глобального экологического кризиса.

С 1989 г. под эгидой ООН активно пропагандируется выдвинутая Комиссией Брунтланд концепция устойчивого развития, осуществление которой подразумевает участие всей мировой системы. В последующие годы постоянно подчеркивалась важная роль в сохранении глобального экологического равновесия горных территорий, где сосредоточены рудные и рекреационные ресурсы, где расположены истоки большинства крупных рек планеты. Неграмотное или хищническое использование ресурсов гор может произвести опустошающее воздействие на прилежащие низменности. В 1992 г. на Конференции ООН по окружающей среде в Рио-де-Жанейро была принята Горная глава 13, включившая горные территории в программу глобального политического, экономического и социального развития. 2002 год был объявлен ООН Международным годом гор.

В России экологическому состоянию горных территорий уделяется повышенное внимание. Начиная с 1992 г. во Владикавказе проведено несколько конференций, посвященных устойчивому развитию горных территорий. На них обсуждались проблемы регионального сотрудничества и региональной политики, заложены основы формирования научно обоснованных стратегий устойчивого развития горных территорий России.

Для конкретных регионов, в том числе Кавказа, актуальны оценки современного состояния горных ландшафтов и разработка модели развития с соблюдением принципов рационального природопользования. Основным источником информации о природных процессах и состоянии природной 4 среды гор являются ландшафтные и ландшафто-геохимические исследования. Известно, что в горном рельефе при активном проявлении экзогенных процессов возможно образование опасных для здоровья геохимических аномалий не только техногенного, но и природного происхождения. К таким территориям относится южная часть Карачаево-Черкесии и, в особенности, морфоструктура Передового хребта, изобилующая рудопроявлениями и месторождениями цветных металлов. Знания о механизмах функционирования подобных геосистем важны для рационального планирования экономического развития и эффективного осуществления природоохранных мероприятий.

К настоящему времени для горных территорий Большого Кавказа составлены мелкомасштабные (обзорные) ландшафтные карты (В.Н. Шилкин, 1990; В. А. Шальнев, 2007) и карта геохимических ландшафтов Ставропольского края и Карачаево-Черкесии масштаба 1:500 000 (В.А. Алексеенко и др., 1990). На последней карте детально расчленены биогенные (более 70 знаков) и техногенные (около 200 знаков) ландшафты, тогда как все горные абиогенные ландшафты показаны одним знаком. Между тем именно горные территории наиболее богаты рудными и рекреационными ресурсами. Изложенное обосновывает актуальность детального изучения ландшафтов высокогорий. В частности, осуществление районного ландшафтного планирования требует составления среднемасштабных (1:200 000- 1:50 000) и крупномасштабных (1:25 000 и крупнее) карт ландшафтного и ландшафтно-геохимического содержания.

Цель исследования — выявление роли литогенной основы (геологический фундамент, рельеф и склоновые отложения) в формировании структуры горных ландшафтов различного ранга.

Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи исследования:

1. Разработать методические приемы отражения вещественного состава геологического фундамента на ландшафтных картах горных территорий. 5.

2. Составить картографическую модель геологической основы Передового хребта с классификацией горных пород и формаций по петрохимическим признакам.

3. Провести расчленение на генетические типы и картографирование склоновых отложений.

4. Систематизировать эрозионные и аккумулятивные мезои микроформы рельефа Передового хребта на основе концепции пар, триад и катен.

5. Составить комплект ландшафтных карт и картосхем Передового хребта масштаба 1: 200 000 — 1: 10 000 с использованием ранжированной геологической основы (комплексы — формации — породы).

6. Провести сопряженный анализ горизонтальных ландшафтных структур различного ранга со структурами компонентов литогенной основы (геологический фундамент, четвертичные отложения, рельефа и геохимические аномалии).

Объект исследования — высокогорный Передовой хребет, наиболее сложная в геологическом и петрохимическом отношении морфоструктура Северного Кавказа, резко отличающаяся от соседних морфоструктур СевероЮрской (на севере) и Главного хребта (на юге).

Предмет исследования — структуры ландшафтов различных иерархических уровней и современные процессы механогенеза в среднеи высокогорных поясах Передового хребта Карачаево-Черкесии.

Методологическую основу исследования составляют: системный подход, базирующийся на представлении о наличии в ландшафтной оболочке Земли соподчиненных географических систем различных ранговгеоморфологический подход, позволяющий выделять элементарные формы рельефа, характеризующиеся индивидуальными особенностями миграции веществагеохимический подход, различающий четыре основные типа миграции вещества — механический, физико-химический, биогенный и техногенныйэкологический (геоэкологический) подход, предусматривающий б оценку состояния природной среды.

Теоретической основой исследования является учение о природных ландшафтах как совокупности геосистем различного иерархического уровня, состоящих из взаимосвязанных компонентов. Углубленное исследование литогенной основы, включающй три компонента: геологический фундамент, рельеф и процессы механической миграции вещества, позволяет более полно охарактеризовать генезис сложной пространственной структуры горных ландшафтов в различных высотных поясах.

Методы исследования представляют совокупность полевых и камеральных приемов исследования горных ландшафтов, разработанных географами и ландшафтоведами различных научных школ (И.С. Щукин, А. Г. Исаченко, А. Н. Ласточкин, Ю. П. Селиверстов, H.A. Солнцев, В. В. Сочава, В. А. Николаев и др.) и геохимиками (А.И. Перельман, М. А. Глазовская, В. А. Алексеенко и др.). В полевой период применялись: 1) системный метод физико-географического описания по маршрутам и в опорных точках- 2) метод ландшафтного профилирования вкрест простирания высотных зон на склонах различной экспозиции. В камеральных условиях проводились: анализ топографических карт и космоснимков, дешифрирование аэрофотоснимков с выделением элементарных ландшафтов. При составлении ландшафтных карт и картосхем учитывалась геологическая основа, предварительно преобразованная в петрографические формации (химические классы) и формационные комплексы. Составление детальных картосхем ключевых участков Передового хребта базировалось в основном на данных полевых наблюдений, при которых заверялись схемы дешифрирования аэрофотоснимков и наземных панорамных фотоснимков с выделением элементарных ландшафтов, представляющих низшие таксоны в принятой иерархической схеме. Анализ плановой (горизонтальной) структуры выполнялся по структурно-морфологическим признакам, отражающим морфогенетические особенности чехла рыхлых четвертичных отложений.

Использованный фактический материал. В основу работы положены полевые ландшафтно-геохимические исследования (266 пог. км. маршрутов) и дешифрирование аэрофотоснимков (116 шт.), проводившиеся в период 2001;2010 гг. и охватывающие типовые участки ПХ. Наряду с собственными данными при составлении петрохимической (химических классов горных пород) и ландшафтной карт использовались картографические материалы геологических организаций Северного Кавказа — ФГУГП «Кавказгеолсъемка» (В.Н. Шилкин, В. И. Черных и др.). Результаты спектрального анализа донных проб морфоструктуры Передового хребта заимствованы в виде карт геохимических аномалий, составленных Центральной геологосъемочной экспедицией Северо-Кавказского геологического управления за период с 1955 по 1995 г. г.

Этапы исследования. Работа выполнялась в три этапа. Первый этап (2001;2006 гг.) — изучение и анализ состояния разработанности проблемы, определение ее теоретических основ, разработка методики экспериментальной работы, проведение полевых работ на территории объекта исследования. Второй этап (2006;2008 гг.) — полевые работы, дешифрирование аэрофотоснимков, опробование методических и научных приемов исследований на конференциях, совещаниях, дискуссиях. Третий этап (2009;2010 гг.) — анализ и обобщение полученных результатов, моделирование структуры ландшафтов, оформление картографического материалавнедрение полученных результатов в учебный процесспроведение практических занятий по геохимии окружающей среды на естественно-географическом факультете КЧГУ.

Научная новизна исследования. Впервые для изученной территории составлена иерархическая система деструктивных (эрозионных) и аккумулятивных мезои микроформ рельефаосуществлена группировка горных пород в 6 химических классов и 12 петрохимических формацийвыполнена факторальная типизация склоновых отложений с составлением карт соответствующего содержания. Впервые составлена ландшафтная карта Передового хребта с соблюдением принципа таксономической 8 соразмерности. Сопряженный анализ всего комплекта карт позволил выявить роль литогенной основы в формировании ландшафтной структуры Передового хребта.

Практическая значимость. Составленные карты, полученные данные и выводы могут быть использованы в геоэкологических целях при переходе к количественной оценке эколого-геохимического состояния и при мониторинге природной средыдля оптимизации использования природных ресурсовпри планировании рекреационного и горно-промышленного освоения высокогорного пояса Передового хребта и подобных ему морфоструктур.

Разработанная методика группировки горных пород в химические классы пригодна для использования в областях высокогорного механогенеза Северного Кавказа и за его пределами. Материалы исследования представляют интерес и частично уже внедрены в учебный процесс при подготовке специалистов по географии и экологии (Карачаево-Черкесский госуниверситет им. У.Д. Алиева).

На защиту выносятся следующие положения:

1. Передовой хребет имеет наиболее сложную на Северном Кавказе по составу и структуре литогенную основу (геологический фундамент, рельеф и склоновые отложения). Геологический фундамент образуют геологические тела трех иерархических уровней: 1) формационные комплексы трех типовгеосинклинальные (РЯ, Р2]. 2), орогенные (PZз) и плитные (МЪ) 2) петрохимические формации (12 единиц) и 3) множество разновидностей горных пород, сгруппированных в шесть химических классов.

2. Компоненты литогенной основы (геологический фундамент, рельеф и склоновые отложения) складчато-глыбового высокогорного Передового хребта характеризуются резко различающимися рисунками горизонтальных структур.

3. Влияние отдельных компонентов литогенной основы на ландшафтную структуру неодинаково на разных иерархических уровнях.

Горизонтальная структура типов ландшафтов (спектр высотных геоботанических поясов от субнивального до горных степей) определяется морфологией речной сети и имеет извилисто-полосчатый рисунок. Структура родов ландшафтов фиксирует поля развития формационных комплексов. Горизонтальная структура видов ландшафтов, образованная пересечениями контуров высотных поясов и петрохимических формаций, отражает неоднородность тектонической структуры фундамента.

4. На внутриландшафтном уровне мозаика растительных ассоциаций определяется пространственным положением климатических ниш, созданных сочетаниями пар, триад и катен эрозионных и аккумулятивных мезои микроформ рельефа, где скальные фации созданы наиболее устойчивыми к экзогенным процессам горными породами (известняки, конгломераты, базальты).

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные результаты исследований опубликованы (см. список публикаций) и докладывались автором на конференциях регионального и международного уровня: Всероссийской конференции «Геохимия биосферы» (к 90-летию А. И. Перельмана, Москва, 15−17 ноября 2006 г.- VI Международной конференции «Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий», Владикавказ, 28−30 мая 2007 г., первой всероссийской научно-практической конференции «Экологическое образование и просвещение в интересах устойчивого развития» в рамках III Международной акции «Спасти и сохранить», Ханты-Мансийск, 2006 г.- Международной конференции, посвященной 100-летию со дня рождения Б. Г. Ананьева «Современные проблемы развития фундаментального образования в национальных регионах России», пос. Нижний Архыз, КЧР, 26−28 октября 2007 г.- Межвузовской научно-практической конференции «Информационные технологии в учебном процессе», Карачаевск, 23−25 октября 2009 г., «Селиверстовские чтения», г. Санкт-Петербург, ноябрь, 2009 г.

Классификация элементарных форм рельефа для зон механогенеза и ю приемы их индикации на аэрофотоснимках используются с 2008 г. в учебном процессе (дисциплины ландшафтоведение и геохимия окружающей среды) на естественно-географическом факультете Карачаево-Черкесского госуниверситета.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, общим объемом 173 стр. в том числе 12 таблиц и 79 рисунков. Список использованной литературы содержит 144 наименований.

Выводы по главе 4.

1. Использование принципа рангового соответствия зональных и азональных единиц физико-географического районирования позволило рассмотреть горизонтальные ландшафтные структуры ПХ на 4-х иерархических уровнях: типов, родов, видов ландшафтов и внутриландшафтном. На этих уровнях роль отдельных компонентов литогенной основы в ландшафтной дифференциации различна.

2. Структура типов ландшафтов имеет извилисто-полосчатый рисунок, образованный наложением высотных растительных поясов на субширотный ПХ, прорезанный сетью субмеридиональных (поперечных) речных долин. Спектр высотных поясов представлен двумя доминантными поясами — горнолуговым и лесным и тремя прерывистыми — субнивальным, остепненных лугов и горных степей.

3. Роды ландшафтов представляют части высотных поясов, имеющие геологический фундамент, сложенный одним из 4-х формационных комплексов (РЛ, PZ^.2, PZз, и MZ). Выделено 19 родов ландшафтов. Пространственное соотношение контуров высотных поясов и формационных комплексов образуют два варианта — пересечения и включения.

4. Собственно ландшафтная структура (видов ландшафтов) — конечный шаг районирования, где ландшафтам в фундаменте соответствуют геологические (петрохимические) формации. Выделено 12 формаций, принадлежащих к 6 химическим классам, 44 вида ландшафтов и 281 индивид.

5. Локальные внутриландшафтные структуры подобны структурам современных геоморфологических карт масштаба 1: 50 ООО. Во внутриландшафтной дифференциации участвуют все компоненты литогенной основы: коренные горные породы — эрозионные морфоскульптуры (гребни хребтов, стенки каров, эскарпы, бараньи лбы, эрозионные лотки и борозды), склоновые отложения (шлейфы, веера, языки" и др.), а также их сочетания — парагенетические комплексы (пары, триады, катены).

6. Геохимические аномалии потоков рассеяния тяжелых металлов обнаруживают три варианта соотношения с полями коренных металлоносных вулканитов девона: 1) полное соответствие — перекрытие без смещения (рудные аномалии) — 2) частичное перекрытие — смещение аномалий относительно коренного источника металлов вниз по склону- 3) перемещение за пределы коренного источника (ложные аномалии).

7. На всех иерархических уровнях важным климатоформирующим фактором является рельеф, определяющий спектр высотных поясов и барьерный эффект, асимметрию растительного покрова меридиональных долин, а на внутриландшафтном уровне — характер микроклимата пространственное расположение климатических ниш.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Анализ имеющихся ландшафтных и ландшафтно-геохимических карт горных территорий Северного Кавказа показал, что они не содержат конкретной информации о вещественном составе литогенной основы и о влиянии её на структуру природных ландшафтов. Результаты решения названных проблем позволяют сделать следующие выводы:

1. Передовой хребет Большого Кавказа характеризуется преобладанием механического типа миграции химических элементов, который составил основу систематизации эрозионных и аккумулятивных мезои микроформ рельефа в концепциях о парах, триадах и катенах.

2. Каждый из компонентов литогенной основы горных ландшафтов (геологический фундамент, рыхлые склоновые отложения и геохимические аномалии) содержит собственную химическую информацию и обладает индивидуальной пространственной структурой.

3. Химизм явился основой группировки геологических тел разного ранга (комплексы, формации, породы) в петрохимические группы (химические классы), при картографическом моделировании которых выявлены поля определенного химического состава, образующие линзовидно-полосчатую структуру фундамента.

4. Расчленение рыхлых отложений на типы (десерпций, коллювий и др.) по ведущим факторам механической миграции позволило составить их картографическую модель, структура которой существенно отличается от структурного плана геологического фундамента, но подчинена высотной поясности.

5. Составленные автором ландшафтная карта и картосхемы масштаба от 1: 200 ООО и более детальные картосхемы отвечают принципу рангового соответствия зональных и азональных таксонов, что позволило определить влияние литогенной основы на формирование ландшафтных структур разных иерархических уровней.

На уровне ландшафтных областей и провинций Большого Кавказа литогенный фактор является определяющим при разграничении крупных субширотных морфоструктур (Главный и Передовой хребты, Северо-Юрская депрессия и Северная моноклиналь). В пределах Передового хребта выделено 4 уровня горизонтальных ландшафтных структур и отвечающих им рангов ландшафтов: типов, родов, собственно ландшафтный (виды) и локальный внутриландшафтный (урочища, фации). По мере понижения рангов возрастает влияние литогенной основы на структуру растительного покрова.

6. Выявленные при сопряжённом анализе карт структур компонентов ландшафтов закономерности позволили выйти на определение главных факторов ландшафтной дифференциации и разделение геохимических аномалий на рудные и нерудные.

7. Прикладное значение выполненных исследований имеет следующие три аспекты: а) разработанный комплект покомпонентных и ландшафтных карт повышает уровень использования данных о вещественном составе литогенной основы, что актуально при оценке экологического состояния горных ландшафтов и при проектировании природообустройства геосистем бассейнового типа (например, Архызский рекреационный объект и др.) — б) описания опорных пересечений используются при проведении экскурсий и полевых практик студентовв) составленные карты и картосхемы уже нашли применение в процессе преподавания курса ландшафтоведения на естественно-географическом факультете КЧГУ.