СОВРЕМЕННЫЕ ЭКЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ВОРОНЕЖСКОМ ПОДОНЬЕ
В.И. Федотов, С.В. Федотов
Воронежский государственный университет
Аннотация: рассматриваются экзодинамические процессы, активно протекающие на территории Воронежского Подонья -- овражная, плоскостная, тоннельная эрозии, равнинные сели, солифлюкция, оползни, камнепады, меловой карст. Определены четыре ведущих фактора, играющих первостепенную роль в возникновении экзодинамики; 1) тектонико-геоморфологический; 2) гидрогеологический; 3) геолого-литологический; 4) климатический. Особое внимание обращено на связь фактора и экзодинамического процесса. При условии наложения нескольких факторов возникает кумулятивный эффект. Так, при наложении геолого-литологического и гидрогеологического факторов образуются активные овражно-оползневые комплексы и солифлюкция, а при взаимовлиянии фактора геолого-литогенного и климатического развиваются равнинные сели. Материалы статьи -- результат многолетних наблюдений на четырех полустационарных полигонах -- Семилуки, Донское Дивногорье, Евдаково, Лискинский террасовый.
Ключевые слова: Воронежское Подонье, эрозия, оползни, равнинные сели, солифлюкция.
MODERN EXODYNAMIC PROCESSES IN THE VORONEZH DON RIVER AREA
Abstract: the article discusses exodynamic processes actively occurring in the Voronezh Don River area -- gully, plane, tunnel erosions, plain mudflows, solifluction, landslides, rockfalls, chalk karst. The four key factors are identified that play a primary role in the occurrence of exodynamic: 1) tectonicgeomorphological; 2) hydrogeological; 3) geological-lithological; 4) climatic. Special attention is paid to the relationship between the factor and the exodynamic process. The cumulative effect occurs when several factors are superimposed. The active gully-landslide complexes and solifluction are formed by applying geological-lithological and hydrogeological factors. The plain mudflows are formed under the influence of geological-lithogenic and climatic factors. The article is the result of long-term of observations on four semi-stationary sites -- Semiluki, Donskoye Divnogor 'ye, Evdakovo, Liskinskiy terraced.
Key words: the Voronezh Don River area, erosion, landslides, plain mudflow, solifluction.
К Воронежскому Подонью авторы относят собственно донскую долину, расчленяющую ее эрозионно-балочную сеть, придолинные и приводораздельные склоны и нижние участки долин притоков первого порядка. Территориально Воронежское Подонье на севере граничит с Липецкой административной областью, а на юге с Ростовской. Общая протяженность русла Дона на воронежском участке составляет около 530 км.
Подонье концентрированный узел экзодинамических процессов и их комбинаций, которые часто встречаются в разных частях центра Русской равнины. Здесь одинаково активно протекают такие природой обусловленные процессы, как линейная, плоскостная и тоннельная эрозия, оползни и солифлюкция, равнинные сели и обвалы, камнепады и меловой карст.
Встречаются нередко формы рельефа, связанные с техногеогенезом горнопромышленные мульды и аккумулятивные отвалы, остаточные траншеи, дорожные выемки и насыпи и многое другое [1].
Начало наблюдений за экзодинамическими процессами в Воронежском Подонье с нашим участием относится к лету 1962 г. и с некоторыми перерывами продолжаются до настоящего времени.
Основные природные факторы, влияющие на активизацию экзодинамики в Воронежском Подонье
Активизация экзодинамических процессов следствие целого ряда природных факторов, получивших здесь самое широкое представительство. Определяющими факторами выступают: 1) тектонико-геоморфологический; 2) геолого-литологический; 3) гидрогеологический и 4) климатический.
Тектонико-геоморфологический фактор развития экзодинамических процессов. Воронежское Подонье в тектоническом отношении приурочено к важнейшему докембрийскому структурному элементу Русской платформы Воронежскому авлакогену. Тектоническое строение авлакогена осложнено подвижными зонами разломов, рифтовой зоной и тектоническими блоками [2].
Геолого-геоморфологический анализ показывает существование общей унаследованности между докембрийским структурно-тектоническим строением и структурно-тектоническим строением осадочного чехла платформы, особенно его мезозойского комплекса. Осадочный чехол платформы в Воронежском Подонье, породы которого принимают участие в процессах экзодинамики, состоит из палеозойского, мезозойского и кайнозойского структурных комплексов.
В неоген-четвертичное время в Подонье произошло формирование современных черт рельефа. Так, в миоцене началось формирование Среднерусской возвышенности, в том числе ее восточного, донского склона [3]. В миоцене проявились неотектонические движения, унаследовавшие донеогеновые тектонические структуры, а частично сформировали новые в виде поднятий, структурных террас, прогибов. Например, на правобережье Дона находится Семилукский прогиб, а южнее города Семилуки располагается Еманчинское поднятие [3].
Существенные геоморфологические события произошли в четвертичное время в связи с наступлением материковых оледенений. Особенно большие преобразования произошли в связи с наступлением Донского оледенения. Донской ледник, оставляя продукты моренной аккумуляции, существенно поменял очертания гидрографической сети. В верхнечетвертичное время происходит повсеместное поднятие земной коры по всему Подонью и смежным с ним территориям. Как следствие неотектонических поднятий стало углубление речных долин, развитие балочной сети, формирование уступов III, II, I надпойменных террас.
Таким образом, в результате сложившейся тектонико-геоморфологической обстановки в Воронежском Подонье были сформированы базисы эрозии, на севере поднимающиеся на 67-78 м, а на юге до 100 и более метров. Неотектонические структуры предопределили развитие эрозионно-гравитационных процессов, особенно эрозии, оползней и солифлюкции.
Геолого-литологический фактор возникновения экзодинамических процессов. Геологическое строение и литология пород, слагающих территорию Воронежского Подонья, еще один немаловажный фактор, провоцирующий здесь экзодинамические процессы. На Среднерусской возвышенности рельефообразующую роль играют отложения, относящиеся к палеозою, мезозою и кайнозою. Условно севернее широты Воронежа на правобережье Дона получили преимущественное распространение глины, пески и известняки верхнего девона и значительный пласт моренных отложений Донского языка. Мощность обнажающихся отложений девона на правом берегу Дона около 15 метров. Породы нижнего мела (апт, готерив) прикрыты со стороны Дона мореной. Мощность моренных отложений на донской стороне достигает не менее 13 м [4]. Моренный материал состоит преимущественно из суглинков с участием песка, гальки, гравия, глин.
На ведугской стороне под Семилуками доминируют нижнемеловые и верхнемеловые отложения алеврит, песок, глины, известковый песок сурка, песчанистый мел, писчий мел. Повсеместно встречаются разной мощности суглинки.
Южнее широты Воронежа геолого-минералогическая обстановка резко меняется. На дневную поверхность обнажаются почти 90 метровые толщи туронского писчего мела. Приподнятые водораздельные поверхности прикрыты палеогеновыми песками и глинами, на которых залегают слои покровного четвертичного суглинка. Глины палеогена местами сохранились на придолинных склонах Дона. Как и на севере Подонья в его южной половине, приближенной к донской долине, встречаются моренные отложения.
Террасовое левобережье «склад» песчано-глинистого материала, аккумуляция которого связана с материковыми оледенениями осташковским, московским, донским [5].
Итак, распространение по Воронежскому Подонью глин, суглинков, песков, карбонатных и лессоподобных пород в одних случаях оказывают существенное влияние на активность экзодинамики, а в других, отмечается ее затухание.
Гидрогеологический фактор активизации экзодинамических процессов. На активизацию экзодинамических процессов в Подонье оказывают не все здесь известные, а лишь некоторые водоносные горизонты. Так, на правобережье Дона под Семилуками существенное влияние оказывает водоносность девонских отложений. Мощные толщи глин семилукского горизонта служат водоупором для выше лежащих петинских, воронежских отложений и отложений мела и неогена. Насыщенность подземными водами девонских и нижнемеловых отложений влияет на образование оползней в средней части донского склона.
На Среднерусском участке Среднего Дона получил максимальное распространение мезозойский водоносный горизонт. Во многих местах подземные воды через писчий мел прорываются на дневную поверхность в виде родников. В Подонье известно немало источников с обильными расходами Сердюков ключ в Репьевском районе, Серебряные ключи в Каменском, Крапацкая криница в Павловском, Большая криница в Острогожском и многие другие. С мезозойским водоносным горизонтом в Воронежском Подонье связано развитие карстовых явлений в писчем мелу.
Там, где получили распространение моренные отложения, развита верховодка. Водоносными породами в этих местах выступают четвертичные покровные суглинки, а водоупором морена. Если мощность суглинков небольшая, то и водоносным слоем и водоупором выступают моренные отложения.
Главный вывод о влиянии подземных вод и верховодки в развитии экзодинамических явлений заключается в том, что они провоцируют активизацию оползней и солифлюкции на долинных и балочных склонах Среднерусского участка Воронежского Подонья.
Климатический фактор как условие активизации экзодинамических процессов. Климатический фактор единственная не литосферная причина возникновения экзодинамических процессов. Особенности климата часто выступают спусковым механизмом не только для возникновения экзодинамических процессов, но и становятся главной причиной их последующих метрических параметров. Роль климата в развитии эрозии азбучная истина. При прочих равных условиях возникновение эрозионных явлений считается производной от характера выпадения жидких осадков, режима снегоотложения и снеготаяния. Под влиянием климатических особенностей в Подонье находятся не только эрозионные явления, но и оползни, и солифлюкция.
Основные особенности местного климата, участвующего в экзодинамике грунтов, сводятся к двум позициям. 1. Сезонность температурных условий и ливневое выпадение осадков. Жидкие осадки выпадают в течение весны, лета и осени. Нередко на ограниченной территории в виде интенсивных ливней. Твердые осадки зимы не всегда сохраняют устойчивость. Частые оттепели не оставляют снега не только на склонах южных экспозиций, но и на плакорах.
В самые уязвимые периоды, когда почва лишена скрепляющей ее растительности (ранняя весна осень), в Подонье выпадает до 44% осадков от их годовой суммы.
2. Снежный покров и глубина промерзания грунтов и почвы. Устойчивый снежный покров устанавливается в первой половине декабря. Мощность снега варьирует от 10-15 см до 30-40. Но бывают зимы, например, 1956 года, когда высота снега на отдельных участках достигала 299 см. Но во второй половине февраля 2002 года снега не сохранялось, ни на долинных и балочных склонах, ни на водоразделах. С неустойчивостью снежного покрова связана глубина промерзания грунтов. Тяжелый суглинок в среднем промерзает до 62 см, а случается, что на морозобойных местах мерзлые грунты отмечаются на глубине 2,0 м. Мерзлые грунты на глубине 1,0 метра мы отмечали в теплую весну 2002 и 2017 годов по трещинам оседания оползневых тел в Дашином логу под Семилуками.
Таким образом, рассматриваемые по отдельности факторы, оказывающие влияние на активность экзодинамических процессов в Воронежском Подонье, не более как методический прием. В природной обстановке они взаимодействуют чаще всего все одновременно или в разном сочетании, создавая кумулятивный эффект.
Экзодинамические процессы
Наблюдения за экзодинамикой в Воронежском Подонье нами проводятся по двум направлениям полустационарные с периодичностью от 2-3 лет до 5 лет максимум и эпизодические в зависимости от складывающейся обстановки конкретного экзодинамического события. Полустационарные наблюдения организованы на ключевых участках (полигонах) Семилуки, Донское Дивногорье, Лискинский террасовый, Евдаково.
Экзодинамические процессы на ключевом участке Семилуки
подонье воронежский экзодинамика
«Ключ» Семилуки находится на правобережье Ведуги и Дона на севере северо-западе города Семилуки. Ведугский участок «ключа» отличается существованием грандиозных Ендовищенских оврагов, ставших известными в геоморфологической литературе после путешествия на правобережье Ведуги И. С. Щукина. Овраги оказались настолько характерными, что впоследствии им были выделены в особый тип «ендова» [6].
Систему Ендовищенских оврагов образует пять самых развитых эрозионных форм. Все они отличаются ветвистостью вершин, большой (40-50 м) глубиной, V-образным поперечным профилем, значительной крутизной (50° и более) склонов. Длина оврагов изменяется от 150 до 870 м.
Практически до конца 80-х годов склоны Ендовищенских оврагов оставались обнаженными. На дневную поверхность выходили многочисленные разновидности нижнемеловых песков, постепенно скрывающиеся под значительными (1-2,5 м) толщами осыпи из самих песков и выше лежащих отложений из четвертичных суглинков. Деятельные вершины оврагов к 90-м годам стали реально угрожать разрушению автодороги Семилуки-Латная. Предпринятые меры по сдерживанию дождевого стока и стока снеготаяния оказались эффективными приостановился прирост вершин оврагов, склоны начали активно зарастать разнотравно-злаковым травостоем. На склонах северных экспозиций проективное покрытие достигало 95%, а на южных, хотя и меньше (20-25%), но было достаточным, чтобы стабилизировать самые активные осыпи. Видимо эти факты позволили П. С. Русинову с соавторами сделать заключение о том, что западнее Воронежа затухают эрозионные процессы [7]. Однако такое мнение оказалось преждевременным. Предпосылки к развитию эрозионных процессов остались, а значит, при любом неосторожном обращении со стоком может произойти разрушение неустойчивого равновесия. Именно так случилось весной 1999 г. Талая вода прорвалась к левому и правому склонам центрального ствола оврага Пятиглавый, разрушив их двумя глубокими (12 м) размывами. Обильные дожди летом 2002 г. стали причиной появления следов плоскостного смыва на склоне северной экспозиции среднего отвершка оврага Пятиглавый. Травянистая растительность, скрепляющая осыпь, «уехала» вместе со слоем верхнего грунта к подошве склона. В середине склона на дневную поверхность на площади 70 м2 обнажились альбские пески.