Structure of large flat-bottom depressions on loess interfluves of eastern Azov region (on the example of “Chervonaya Pad'”)

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Междуречные пространства лёссовых равнин Приазовья осложнены крупными депрессиями – западинами. В литературе [1, 8, 10, 13, 14] и на топографических картах используются различные варианты наименования таких форм –западины, пади, падины, лиманы, поды. Их размеры – от нескольких км² до десятков км², а в редких случаях – сотен км². Форма – вытянутая, схожая с каплей или яйцом. Подавляющее большинство западин ориентировано длинной осью по азимуту север–северо-запад (ССЗ) [9].

Анализ литературы [7, 8, 11–13, 17] показал, что происхождение крупно-западинного рельефа не имеет на сегодняшний день однозначного объяснения. Ни одна из гипотез (палеотермокарстовая, эрозионно-суффузионная, просадочная, лиманно-озерная) не находит как полного подтверждения, так и окончательного опровержения. Такая неопределенность связана с недостаточной геолого-геоморфологической изученностью западинного рельефа и слабой обеспеченностью фактическими данными по их строению. Помимо происхождения нерешенной остается и проблема развития западин в будущем: имеют ли формы тенденцию к росту или же являются стабильными? Значение прогноза развития западинного рельефа обусловлено потенциальной угрозой снижения качества сельскохозяйственных земель в случае роста площади западин. Это связано с избыточным увлажнением и формированием в пределах днищ западин уплотненных и плохо дренируемых слитых почв [19].

Большие перспективы изучения геологического строения западин восточного Приазовья открываются благодаря интенсивной абразии берегов Азовского моря, вскрывающей строение отложений в береговых обрывах. На Ейском п-ве, где крупно-западинный рельеф выражен наиболее ярко, не менее трех западин рассечены берегом и имеют представительные геологические обнажения – “Воронцовская падь”, “Червоная падь” (далее ЧП) и “Урочище Маяк”.

В настоящей статье представлены результаты геолого-геоморфологических исследований ЧП – одной из крупнейших западин восточного Приазовья, расположенной между городом Ейском и станицей Должанской (рис. 1). С целью установления механизмов ее образования и реконструкции этапов развития рельефа проведен анализ современной топографии и выполнено исследование геологического строения выбранной западины. На основе новых и ранее полученных [9] данных проведен критический анализ существующих гипотез образования крупно-западинного рельефа восточного Приазовья.

Рис. 1.“Червоная падь” на цифровой модели рельефа SRTM-3. На врезке: белая сплошная линия – обследованный участок берегового обнажения, точки – расчистки обнажения и скважины.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Камеральные исследования включали анализ картографических материалов и данных дистанционного зондирования Земли. Просмотр и обработка данных осуществлялась в свободно распространяемой ГИС QGIS. Основой для анализа топографии послужила цифровая модель рельефа (ЦМР) SRTM-3. Для нее заявлены следующие параметры [22]: пространственное разрешение примерно 60 м (с учетом широты территории), ошибка при вычислении координат – 8.8 м, абсолютная ошибка по высоте – 6.2 м, относительная ошибка по высоте – 8.7 м. С учетом значительных размеров изучаемых объектов, точность SRTM-3 полностью удовлетворяет целям настоящего исследования. С помощью ЦМР получены такие характеристики ЧП, как длина, ширина, площадь, глубина, крутизна поверхности, азимут ориентировки.

В ходе полевых работ выполнялась расчистка и описание геологического обнажения на разных участках берегового обрыва протяженностью 1.8 км. Верхняя часть разреза изучалась в обнажении: стенка обрыва расчищалась, размечалась, производилось послойное литологическое описание, зарисовка и фотографирование. Выполнены две опорные расчистки (C2 – днище западины, C3 – плакор) с подробным изучением разреза, а также 15 маршрутных точек с кратким описанием стенки. Строение отложений, залегающих ниже уровня моря (у.м.) и в отдалении от обнажений (скважина С1) изучалось при помощи ручного бурения. В работе был использован бур ударно-забивного типа марки Eijkelkamp, имеющий полуцилиндрический пробоотборник длиной 0.5 м и диаметром 30 мм. Высотная привязка расчисток и бровки берегового обрыва производились с помощью оптического нивелира. Координатная привязка осуществлялась при помощи GPS навигатора Garmin (точность определения плановых координат около 3 м).

Реконструкция истории развития рельефа и условий осадконакопления в настоящей работе опирается на литологические и палеопочвенные индикаторы, распознаваемых в кернах скважин и стенках разрезов. К наиболее значимым литологическим индикаторам в изучаемых разрезах относятся механический состав, текстура (в том числе наличие и характер слоистости), включения и новообразования.

При палеогеоморфологических реконструкциях в лессовых областях большое значение имеет анализ палеопочв [5, 18, 24]. Особый интерес представляют палеопочвы, имеющие стратиграфическое значение, то есть те, которые являются устойчивыми геохронологическими реперами, распознаваемыми по набору морфологических признаков (почвенная структура, цвет, характер новообразований и др.) в удаленных друг от друга разрезах. К стратиграфически значимым в лёссовой серии Приазовья можно отнести плакорные ПК межледниковых и интерстадиальных этапов, формирование которых происходило в условиях продолжительной стабилизации поверхности (первые тысячи лет и более) и относительно высоких показателей тепло- и влагообеспеченности. Морфологические признаки для разновозрастных ПК Приазовья, а также диагностика палеопочв (т.е. отнесение их к тому или иному почвенному типу) были детально разработаны Т.Д. Морозовой и А.А. Величко [15, 26, 27]. Они предложили [3, 4, 6, 30] педостратиграфическую схему для Доно-Азовского региона, которая базируется на комплексе данных: соотношении лёссово-почвенной серии с подстилающими лиманно-аллювиальными осадками известного возраста, палеофаунистических определениях, палеомагнитных данных, а также результатах радиоуглеродного и ОСЛ датирования [20, 21]. Согласно этой схеме, основные фазы формирования палеопочв и ПК соотносятся со следующими термохронами неоплейстоцена и морскими изотопными стадиями [25]: брянская палеопочва – брянский интерстадиал, МИС 3, 57–29 тыс. л.н.; мезинский ПК – микулинское межледниковье–ранне валдайский интерстадиал, МИС 5c-5e, ~130–96 тыс. л.н.; каменский ПК – каменское межледниковье, МИС 7, ~191–243 тыс. л.н.; инжавинский ПК – лихвинское межледниковье, МИС 9, ~300–337 тыс. л.н.; воронский ПК – мучкапское межледниковье, МИС 13-15, ~478–563 тыс. л.н.; ржаксинская палеопочва, МИС 17, ~676–712 тыс. л.н.; балашовская палеопочва, МИС 19, ~761–790 тыс. л.н. Опираясь на указанные построения, нами проведена идентификация палеопочв в расчистках и кернах буровых скважин.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Морфологическая характеристика

ЧП (N46.601389°, E37.966667°) расположена в северо-западной части Ейского п-ва в 12 км к востоку от ст. Должанская. Западина имеет вытянутую с юга на север (азимут 350°) каплевидную форму, причем “заостренная” северная оконечность пади частично срезана обрывистым берегом Таганрогского залива. Это одна из крупнейших западин восточного Приазовья. Ее площадь 16 км², глубина – 8–10 м, протяженность – 6.4 км, в наиболее широкой части падь имеет размах 3.4 км. Плоское субгоризонтальное днище западины расположено на высоте 4–5 м над у.м. Фоновые высоты поверхности междуречья, в которую вдается западина, составляют 13–15 м над у.м. Склоны несимметричны. Восточный склон – прямой, относительно короткий и имеет падение в среднем 4 м на 100 м, что соответствует крутизне –2.3°. Южный склон вогнутый и имеет среднюю крутизну 2.1°. Западный склон имеет ступенчатую форму профиля: ступень высотой 4–5 м над днищем и шириной 300–500 м. Выпуклый профиль ступени делает ее похожей на гряду. Она вытянута вдоль западного склона, и схожа с грядами западного борта “Воронцовской пади”[9].

В ЧП с разных направлений впадает 13 ложбин-притоков, которые образуют своеобразный радиально-центростремительный плановый рисунок сети малых эрозионных форм. При ширине в сотни метров глубина ложбин составляет всего лишь первые метры, что делает их слабозаметными на местности. Протяженность их колеблется от 0.5 до 3.0 км. Причем наиболее длинные формы приурочены к восточному борту, что соответствует общему слабому наклону фоновой поверхности междуречья с востока на запад.

ЧП, как и большинство других западин восточного Приазовья, слабо выражена в рельефе на местности. Стоя в ее центре, трудно сразу понять, что находишься внутри отрицательной формы рельефа. При этом ЧП хорошо различима на космических снимках, топографических картах и цифровых моделях рельефа. Такой эффект обусловлен огромной разницей плановых размеров ЧП относительно ее глубины (на несколько порядков). Наличие западины не сказывается на размещении объектов инфраструктуры (дорог, ферм и пр.) и границ полей. Вместе с тем центральная часть днища ЧП, ввиду повышенной влажности почвы, менее пригодна для выращивания культур и возделывается не каждый год. Периодически возникающая залежь в днище ЧП прослеживается по разнице фототона на архивных снимках Landsat (с 1984 г.) и подтверждается полевыми наблюдениями за последние 5 лет.

Геологическое строение

Разрез C3 (рис. 2, 4) характеризует строение фоновой междуречной поверхности высотой 13.1 м над у.м. Ниже приводятся основные черты строения разреза С3, где повышенное внимание уделено рассмотрению погребенных ПК, на основании которых выполнена корреляция с педостратиграфической схемой А.А. Величко.

Рис. 2. Фотография стенки берегового обрыва в пределах междуречья к западу от “Червоной пади”. Соответствует расчистке C3. Индексы педокомплексов: Hol – голоценовый, Mz – мезинский, Km – каменский, In – инжавинский, Vr – воронский.

Рис. 3. Фотография стенки берегового обрыва в пределах днища “Червоной пади”. Соответствует расчистке C2. Индексы педокомплексов: Hol – голоценовый, Mz – мезинский.

Рис. 4. Литологические колонки.

Условные обозначения: 1 – гумусовые горизонты почв и палеопочв; 2 – карбонатные горизонты почв и палеопочв; 3 – лёссы и лёссовидные суглинки; 4 – лёссовидные суглинки (слева) и палеопочвы (справа) с признаками гидроморфизма; 5 – ритмично-слоистая толща субаквальных отложений (переслаивание суглинков и супесей); 6 – проработанные почвенными процессами субаквальные отложения; 7 – железо-марганцевые новообразования; 8 – карбонатные новообразования; 9 – кротовины. Индексы педокомплексов: Mz – мезинский, Km – каменский, In – инжавинский, Vr – воронский.

В разрезе С3 с поверхности залегает чернозем южный (0.0–2.0 м) с гумусовым горизонтом мощностью 0.9 м. Под современной почвой, до глубины 3.5 м, залегает слой лёсса, в верхней части которого наблюдаются современные кротовины и карбонатные конкреции. По стратиграфической позиции лёсс соотносится с валдайской ледниковой эпохой.

В строении ПК 1 (3.5–5.8 м), залегающим под валдайским лёссом, четко выделяются два частично наложенных друг на друга почвенных профиля. Гумусовый горизонт верхней палеопочвы имеет буроватый оттенок и сильно разбит трещинами, которые заполнены светло-палевым материалом из горизонта валдайского лёсса. Карбонатный горизонт верхней палеопочвы, где карбонаты представлены, в основном, в виде пленок и корок по трещинам и порам, накладывается на гумусовый горизонт нижней палеопочвы. Последний заметно темнее, чем у верхней палеопочвы, он имеет насыщенный серо-бурый цвет. Карбонатный горизонт нижней палеопочвы содержит карбонатные новообразования в виде плотных конкреций, схожих по своей структуре с конкрециями современного чернозема. На основании стратиграфической позиции и морфологических признаков данный ПК идентифицируется нами как мезинский с двумя фазами почвообразования: поздняя–крутицкая (МИС 5c) и ранняя–салынская (МИС 5e).

ПК 2 (5.8–8.0 м) в стенке обнажения выражен заметно хуже по сравнению с ПК 1. Он залегает непосредственно под ПК 1 (без разделяющего лессового прослоя), из-за чего ПК 2 достаточно трудно дифференцировать в нерасчищенной стенке. Гумусовый горизонт ПК 2 имеет светло-бурый оттенок. Его кровля разбита трещинами, разделяя гумусовый горизонт на субвертикальные столбчатые отдельности. Нижняя часть ПК 2 представлена карбонатным горизонтом с новообразованиями в виде мелких конкреций. ПК 2 идентифицируется нами как каменский (МИС 7).

ПК 3 (9.0–11.3 м) отделен от ПК 2 слоем лёсса, слабо переработанного почвенными процессами. Верхняя часть ПК 3 представлена ярко выраженным темно-серым (до черного) гумусовым горизонтом, который разбит глубокими субвертикальными трещинами с заполнением из вышележащего палевого лёсса. Светлые трещины контрастируют на фоне гумусированного материала и придают ПК 3 специфический облик, за который его иногда называют “расклиненная почва” [16]. Нижняя часть ПК 3 представлена растянутым по вертикали карбонатным горизонтом, насыщенным крупными карбонатными конкрециями. ПК 3 идентифицирован нами как инжавинский (МИС 9).

В строении ПК 4 (11.3–15.0 м) прослеживаются как минимум две наложенные друг на друга палеопочвы. Верхняя имеет мощный серовато-темно-бурый гумусовый горизонт, разбитый глубокими трещинами, которые заполнены материалом из вышележащего слоя. Карбонатный горизонт верхней палеопочвы вскрыт в скважине (так как залегает ниже у.м.) и представлен пятнистым буроватым суглинком с крупными и плотными карбонатными конкрециями в виде продолговатых нодулей. Нижняя палеопочва ПК 4 – серовато-темно-бурым гумусовый горизонт до глубины 15.0 м, плавно переходит в неоднородно-окрашенный буровато-серый суглинок, по-видимому, субаэрального происхождения. ПК 4 идентифицирован нами как воронский педокомплекс (MIS 13-15).

Ниже отметки 17.6 м (примерно 4 м ниже у.м.) залегает толща отложений, отличающаяся по механическому составу и текстуре от вышележащих лёссовидных суглинков. Осадок здесь представлен ритмичным тонким переслаиванием суглинка и супеси с мощностью отдельных прослоев 3–5 мм. Между ними фиксируются резкие контакты. Средняя крупность частиц с глубиной возрастает, а с 18.6 м увеличивается доля песка. Слоистая толща вскрыта скважиной до глубины 20.4 м (от бровки обрыва).

В разрезе С2 (рис. 3 и 4) вскрыто строение северной части днища ЧП. Бровка обрыва на данном участке имеет высоту 7.5 м над у.м. Верхняя часть разреза С2 (до 3.0 м), включающая чернозем южный и валдайский лёсс, близка по строению к верхней части С3. Ниже, в интервале глубин 3.0–6.7 м, залегает мощный ПК 1, имеющий в строении своего профиля растянутый (мощностью 2.4 м) серовато-темно-бурый гумусовый горизонт, переходный горизонт АВ и карбонатный горизонт, насыщенный крупными карбонатными конкрециями. ПК 1 коррелирует с мезинским ПК, идентифицированным в разрезе С3, на основании непрерывной визуальной фиксации в стенке обнажения. В отличие от плакорного варианта, мезинский ПК в разрезе северной части днища ЧП сильно растянут и не обнаруживает выраженной двучленности. Такое растянутое строение профиля, вероятно, связано с транзитно-аккумулятивной позицией разреза C2 в рельефе, предполагающей дополнительное поступление наносов с вышележащего склона.

В интервале глубин 6.7–10.7 м вскрываются разности неслоистого среднего суглинка желтовато-бурого цвета, местами имеющего сизоватый оттенок, пятна гумуса, редкие карбонатные новообразования и включения Fe–Mn конкреций. При этом полноценные почвенные профили с гумусовыми горизонтами не выражены в рассматриваемом интервале разреза. По своим характеристикам описанные отложения отнесены нами к лёссовидному суглинку с локальными признаками гидроморфизма, с одной стороны, и семиаридного почвообразования – с другой. Такое совмещение в одном интервале разреза противоположных по отношению к гидрологическому режиму признаков, при отсутствии гумусово-аккумулятивных горизонтов палеопочв, дает основание предполагать неполноту геологической летописи, связанной с эрозионным воздействием.

На глубине 10.7 м (около 3.5 м ниже у.м.) вскрыта кровля ритмично слоистой толщи отложений аналогичная нижней части разреза С3. На глубинах 12.55–13.5 м обнаружен суглинок, проработанный почвенными процессами и насыщенный карбонатными новообразованиями в виде плотных конкреций, покрытых Fe–Mn кутанами. Ниже, до глубины 14.7 м, продолжаются ритмично-слоистые супесчано-суглинистые отложения.

Маршрутные исследования вдоль геологического обнажения

В результате маршрутных исследований выявлено стратиграфическое несогласие в строении берегового разреза (рис. 5). В пределах междуречья (С3) обнаруживается полная последовательность ПК, состоящая из четырех уровней почвообразования. А в днище западины (С2) вскрыт только один верхний уровень – мезинский ПК. Педокомплексы более древние, чем мезинский ПК, поочередно выпадают из разреза (выклиниваются) между точками С3 и С2 и точками С2 и С10. Причем выклинивание ПК не сопровождается резкими контактами. При движении вдоль обнажения, от краев западины к ее оси, гумусовые горизонты плавно “растворяются”, замещаясь материалом из вышележащего слоя. Выявлено, что замещение происходит путем постепенного увеличения размеров и густоты трещин, разбивающих ПК сверху.

Рис. 5. Геологический разрез на обследованный участок берегового обнажения.

1 – Индексы педокомплексов: Hol – голоценовый, Mz – мезинский, Km – каменский, In – инжавинский, Vr – воронский; 2 – опорные расчистки; 3 – точки маршрутного описания; 4 – бровка обнажения; 5 – денудационная поверхность; 6 – лёсс и лёссовидные суглинки субаэрального происхождения; 7 – ритмично-слоистая толща суглинков и супесей субаквального происхождения; 8 – гумусовые горизонты почв и палеопочв; 9 – карбонатные горизонты почв и палеопочв.

Скважина С1 (рис. 4) пробурена в центральной части днища ЧП, где высотные отметки колеблются в интервале 4.5–5.0 м над у.м. Верхняя часть разреза (до глубины 4.1 м от поверхности днища) представлена легким лёссовидным суглинком, имеющим гидроморфный облик. В интервале 4.1–5.25 м обнаружена палеопочва, в строении профиля которой выражены гумусовый и глеевый горизонты. Гумусовый горизонт представлен бледным серовато-бурым суглинком с сизоватыми пятнами и Fe–Mn конкрециями. Вскрытая палеопочва определена нами как гидроморфная разность мезинского ПК.

В интервале глубин 5.25–10.1 м залегает легкий желтовато-серый суглинок с пятнами гумусированного материала, железистыми примазками и марганцевыми конкрециями. Слой интерпретируется нами как лёссовидный суглинок субаэрального происхождения с признаками гидроморфизма. Выраженных палеопочв в слое не встречено. В нижней части С1, глубже 10.1 м (примерно 5.0 м ниже у.м.), вскрыта ритмично-слоистая толща, состоящая из чередования тонких супесчаных и суглинистых прослоев.

ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Интерпретация фактических данных

Морфологические характеристики ЧП (плановая форма, площадь, глубина, ориентировка длинной оси, крутизна склонов, форма профиля) позволяют говорить о том, что данная западина обладает характерными признаками объектов крупнозападинного комплекса рельефа восточного Приазовья [9]:

• Крупные западины распространены только в пределах субгоризонтальных или слабонаклонных водораздельных пространств, покрытых лёссовым чехлом.
• Имеют вытянутую каплевидную или яйцевидную плановую форму, плавные (без фестонов) закругленные контуры, плоское днище и пологие склоны. Острый конец западин направлен на север, а тупой – на юг.
• Характерна высокая согласованность ориентировки длинных осей западин: около 95% форм ориентировано на ССЗ.
• Являются обособленными замкнутыми формами.
• Малые эрозионные формы, впадающие в западины, представлены балками и ложбинами, с радиально-центростремительным плановым рисунком эрозионной сети.

Все это дает основание предполагать общую с другими западинами природу ЧП. Вместе с тем она принадлежит к особой группе крупнейших западин, для которых характерно наличие продольных гряд у западного борта, наряду с “Воронцовской падью”, “Падью Крикунова”, “Кугейской падью” и “Лиманом Большим”. Это накладывает определенные ограничения, но в целом все же позволяет рассматривать ЧП в качестве модельного объекта для исследования механизмов и времени образования крупных западин восточного Приазовья.

Результаты бурения позволили установить, что в рассматриваемом районе лёссовый чехол повсеместно подстилается слоистыми супесчано-суглинистыми отложениями. Для этой толщи характерна ритмичная тонкая (1–10 мм) горизонтальная слоистость с четкими контактами между прослоями. Абсолютные отметки кровли слоистой толщи в скважинах, удаленных друг от друга даже на несколько километров, очень близки между собой: С1 – 5.0 м ниже у.м., С2 – 3.5 м ниже у.м., С3 – 4.0 м ниже у.м. Это говорит о субгоризонтальном и, возможно, слабоволнистом характере залегания кровли слоистых отложений. Все эти признаки указывают на субаквальный генезис слоистой толщи, которая могла быть сформирована в относительно спокойных мелководных условиях лагун или эстуариев. Таким образом, рельеф кровли субаквальных отложений не обнаруживает общих черт с современным западинным рельефом. Это указывает на отсутствие какой-либо связи происхождения западин с процессами формирования субаквальных слоистых отложений, подстилающих лёссовый покров.

Наиболее значимые для генетической интерпретации результаты получены в ходе изучения берегового обнажения, вскрывающего строение ЧП в поперечном сечении. Установлена дифференциация лёссового чехла по мощности и числу погребенных ПК. Так, на междуречье мощность лёссового чехла составляет 17 м, и в разрезе зафиксировано четыре погребенные ПК – мезинский, каменский, инжавинский, воронский. В днище западины мощность лёссового чехла составляет 10 м, и в разрезе зафиксирован только один ПК – мезинский. Такое строение разреза прямо указывает на наличие стратиграфического несогласия в днище западины, что можно объяснить только локализованной денудацией части лёссовой толщи.

При обследовании берегового обнажения выявлено последовательное выклинивание каменского, инжавинского и воронского ПК в направлении от междуречья к днищу западины. Оно не сопровождается наличием резких эрозионных границ, срезающих палеопочвы. При движении к центру западины обнаружено плавное истончение гумусовых горизонтов палеопочв вместе с их замещением на светлый лёссовый материал в результате увеличения густоты палео-трещинной сети. Наблюдаемая картина указывает на процессы деградации палеопочв в результате постепенного выноса материала в субаэральных условиях при существенной роли растрескивания поверхности и отсутствии следов водной эрозии. Таким образом, зафиксированные несогласия и характер контактов в разрезе ЧП позволяют утверждать, что западина представляет собой денудационную форму, образованную локализованным выносом материала сверху в субаэральных условиях.

Верхний (мезинский) ПК зафиксирован на всем протяжении разреза: в пределах междуречья, бортов и днища. Он залегает с угловым несогласием по отношению к трем нижним ПК, но в то же время согласуется с рельефом дневной поверхности. Это указывает на то, что западина уже была сформирована к началу микулинского межледниковья (~130 тыс. л.н.). Этот вывод не противоречит представлению о плейстоценовом возрасте западин, основанном на анализе структуры сети балок и ложбин [9]. Согласно недавним исследованиям [24], в Приазовье такие формы являются реликтом позднеплейстоценовой овражно-балочной сети.

Критический анализ гипотез происхождения западин

Большинство исследователей, освещавших в разные годы проблему происхождения крупных западин восточного Приазовья, придерживались просадочной гипотезы образования этих форм в различных ее вариантах [1, 7, 8, 11–13, 17]. В общем виде образование замкнутых депрессий на данной территории связывалось с особой пористой структурой лёссовых пород и их способностью уменьшаться в объеме при намокании и приложении нагрузки. Однако многие авторы, соглашаясь с ведущей ролью просадочного механизма, склонялись к полигенетической природе западин. По представлениям Н.И. Кочетова [12]формирование крупных западин (подов) – процесс поэтапный. На первом этапе, на участке с повышенной влажностью почвы образуется небольшое понижение, называемое степным блюдцем. Затем депрессия, в которой скапливается и застаивается вода, разрастается за счет дополнительного уплотнения лёссовых пород, эрозии, осыпания, обваливания, оплывания и других процессов на берегах образовавшегося водоема. Западины восточного Приазовья, согласно этим представлениям, в настоящее время сохраняют тенденцию к своему расширению и, вместе с этим, происходит возникновение новых западин.

В отдельных работах говорится о том, что просадочный механизм может быть дополнен суффозионными процессами в условиях, когда лёссовая толща подстилается фильтрующими воду породами (песками или известняками). Так Т.С. Кавеев [10], происхождение западин объяснял растворением солей в лёссовой толще и их подземным выносом с грунтовыми водами, что в свою очередь приводит к уплотнению и просадке лёссового покрова. Локализация же западин, согласно [10], привязывается к “ложбинам стока”, где повышенная влажность должна стимулировать миграцию растворимых солей и глинистых частиц.

Слабость “просадочных” гипотез заключается в недоучете реальной формы западин. Просадочность никак не объясняет каплевидность плановой формы западин и их линейную ориентированность. Кроме того, наблюдаемое в разрезах геологическое строение не соотносится с теоретическими ожиданиями в рамках этих гипотез. Так, стратиграфическое несогласие в днище ЧП, где из разреза выклиниваются три нижних педокомлекса, проблематично объяснить с позиции просадочной гипотезы. Субгоризонтальное залегание подошвы лёссовых отложений в районе ЧП противоречит ожидаемому ее положению в условиях протекания суффозионных или карстовых процессов. При участии таких процессов вся толща, залегающая над фильтрующими породами, должна быть деформирована (прогнута). Но этого не наблюдается – мы видим субгоризонтальное залегание кровли субаквальных слоистых отложений, подстилающих лёссовую толщу.

И.И. Молодых [14], работая на междуречье Днепра и Молочной, изучал украинские поды. Эти многочисленные крупные депрессии имеют морфологическое сходство с западинами восточного Приазовья. Ведущую роль в образовании степных блюдец – начального этапа развития пода – он отводил термокарсту холодных эпох плейстоцена. Образование таких первичных западин связывалось с вытаиванием повторно-жильных и сегрегационных льдов. Рост депрессии и формирование крупного пода происходит по мере разрастания и слияния степных блюдец и объясняется уже просадочным механизмом. Термокарстовая гипотеза формирования первичных западин, описанная И.И. Молодых [14], предполагает существование в прошлом на рассматриваемой территории области сплошной многолетней мерзлоты с высокольдистыми грунтами и жильными льдами. Следами существования этой области должны быть криогенные деформации в осадочной толще (в том числе клиновидные псевдоморфозы по повторно-жильным льдам). Положение южной границы области многолетней мерзлоты в плейстоцене – вопрос дискуссионный. Согласно [2], южная граница многолетней мерзлоты в позднем валдае (МИС 2 – наиболее холодное время в плейстоцене) проходила севернее современного Азовского моря. Позднее на основании палеотемпературного моделирования [29] для восточного Приазовья была реконструирована зона островной мерзлоты. Дискуссию вокруг криогенеза вызывает также наблюдаемая густая “расклиненность” палеопочв. Чаще всего это явление связывают с древними трещинами усыхания [2], которые можно наблюдать здесь и у современных почв. Существует и другая версия [5], объясняющая “расклиненность” процессами глубокого сезонного промерзания. Однако крупных регулярных клиновидных деформаций, однозначно относимых к криогенным образованиям зоны многолетней мерзлоты, в разрезах Приазовья выявлено не было. Все это указывает на отсутствие здесь в плейстоцене сплошной многолетней мерзлоты с высокольдистыми грунтами и жильными льдами, а, следовательно, и условий для интенсивных термокарстовых процессов.

В.П. Булавин и А.В. Клещенков [1, 23] придерживались лиманно-озерной гипотезы, согласно которой западины являются реликтами озер или мелководных морских заливов – лиманов. В качестве доводов приводится сопоставление западин с плавнями Кубанской низменности, которые имеют многочисленные заливы, лиманы и мелководные озера. Эти условия, по мнению А.В. Клещенкова [23], могут иллюстрировать начальный этап формирования западин восточного Приазовья. В.П. Булавин [1] полагал, что крупные западины восточного Приазовья – это реликтовые формы плювиальной (т.е. влажной) эпохи. Как аргумент в пользу существования озер на месте современных западин, он приводит серый цвет и плотное сложение осадочных отложений (озерных, по его мнению) в разрезе днища “Воронцовской пади”. Примечательно, что собственно сам механизм формирования депрессий в представленных работах никак не объясняется.

Продолжительное существование мелководных полуизолированных морских заливов или озер противоречит как морфологии западинного рельефа, так и геологическому строению. Все западины – замкнутые изолированные формы, они не имеют естественных каналов или соустьев, соединяющих соседние западины между собой, что следовало бы ожидать в условиях прибрежных мелководий. В днище ЧП (сходной по размерам с Воронцовской) до глубины 10.1 м вскрывается серый неслоистый лёссовидный суглинок, вмещающий палеопочву. Комплекс этих признаков указывает на его субаэральный генезис. Серый цвет материала обусловлен закисной обстановкой в условиях высокого уровня грунтовых вод в днище западины и не связан с механизмом осадконакопления. То есть признаков продолжительного существования водоема в разрезе днища ЧП обнаружено не было. Из вышесказанного следует, что лиманно-озерная гипотеза также не подтверждается.

Дефляционная гипотеза

Рассмотрев предлагавшиеся ранее гипотезы происхождения крупно-западинного рельефа восточного Приазовья, приходится констатировать, что ни одна из них полностью не согласуется с наблюдаемыми особенностями морфологии западин и геологическим строением ЧП. Вместе с тем, новые геологические данные позволили сформулировать ряд важных (в генетическом отношении) следствий. Так, западины – это формы денудационные, выработанные в субаэральных условиях в толще лессовых отложений направленным потоком вещества сверху. С учетом каплевидной формы и линейной ориентированности западин единственной правдоподобной гипотезой представляется эоловая. Ветровая эрозия (дефляция) – самый непротиворечивый механизм, при имеющемся наборе фактов. Однако, на данном этапе исследований, трудно реконструировать конкретную механику дефляционного процесса, позволяющую понять причины локализации западин, корректно объяснить их форму и определить направление и силу ветра. Для таких построений требуется детальное исследование геологического строения целого ряда западин разных размеров и формы, массовое применение датирования отложений, привлечение моделирования ветровых потоков и поиск аналогичных форм на лессовых равнинах Земли.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенных исследований получены новые данные по геологическому строению и морфологии ЧП – одной из крупнейших западин восточного Приазовья. Опираясь на эти данные, можно сформулировать ряд генетически значимых следствий:

– Происхождение ЧП не связано с процессами формирования аллювиально-морских отложений, подстилающих лёссовый покров.

– ЧП выработана в лёссовых отложениях, и ее происхождение обусловлено процессами преобразования лёссового покрова.

– Формирование ЧП происходило в субаэральных условиях с участием направленного потока вещества.

– ЧП представляет собой денудационную форму, образованную локализованным сносом материала с поверхности.

Также по положению погребенных педокомплексов в разрезе ЧП удалось оценить возраст этой формы. Согласованность залегания мезинского ПК с рельефом дневной поверхности указывает на то, что в своих главных чертах ЧП была сформирована уже к началу микулинского межледниковья (около 130 тыс. л.н.). На древность западины указывает также морфология обрамляющих малых эрозионных форм, по сути, реликтовых. Все это говорит об отсутствии угрозы роста площади западины и связанной с этим деградации земель в ближайшем будущем.

Морфологический анализ ЧП показал типичность ее формы для объектов крупнозападинного комплекса восточного Приазовья. Это позволяет (с определенным допущением) рассматривать ЧП как модельный объект и распространять полученные выводы на весь комплекс форм.

Новые данные позволили провести критический анализ представленных в литературе гипотез происхождения западин. Анализ показал несостоятельность предлагавшихся ранее механизмов формирования западин: просадочного, суффозионного, лиманно-озерного, термокарстового. Все они сталкиваются с неразрешимыми противоречиями при фактологической верификации. В результате предложен дефляционный механизм, который не противоречит имеющимся фактическим данным по строению западин и позволяет объяснить их свойства, в частности, каплевидную форму и морфологическую ориентированность.

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Исследования выполнены при финансовой поддержке проекта РФФИ №16-35-60069, геодезические работы - в рамках проекта РФФИ №16-35-00345, а камеральная обработка – по теме госзадания №0148-2019-0005.

FUNDING

The study was supported by the Russian Foundation for Basic Research, project no. 16-35-60069 (geological and geomorphological surveys), by the Russian Foundation for Basic Research, project no. 16-35-00345 (geodetic works), within the framework of the state-ordered research theme of the Institute of Geography of the Russian Academy of Sciences, no. 0148-2019-0005 (cameral works).

About the authors

A. L. Zakharov

Author for correspondence.
Email: alzakharov@igras.ru
Russian Federation, Moscow

E. A. Konstantinov

Email: alzakharov@igras.ru
Russian Federation, Moscow

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1. “Red Pad” on the digital terrain model SRTM-3. On the inset: a white solid line — the surveyed section of the coastal outcrop, points — clearing of the outcrop and the well.

Download (186KB)

Indexing metadata

3. Fig. 2. A photograph of the wall of the coastal cliff within the interfluve west of the “Chervona Padi”. Corresponds to clearing C3. Indices of pedocomplexes: Hol - Holocene, Mz - Mezinsky, Km - Kamensky, In - Inzhavinsky, Vr - Voronsky.

Download (238KB)

Indexing metadata

4. Fig. 3. Photo of the wall of the coastal cliff within the bottom of the “Chervona Padi”. Corresponds to clearing C2. Indices of pedocomplexes: Hol - Holocene, Mz - Mezinsky.

Download (166KB)

Indexing metadata

5. Fig. 4. Lithological columns.

Download (179KB)

Indexing metadata

6. Fig. 5. Geological section of the surveyed section of coastal outcrop.

Download (440KB)

Indexing metadata