Трансформация геосистем Предбайкалья
Т.И. Коновалова
Иркутский государственный университет, Институт географии им. В. Б. Сочавы СО РАН, г. Иркутск, Россия
Аннотация
Подчеркивается необходимость решения проблем оценки и прогноза изменений окружающей среды регионов, повышения качества научно-информационной базы для целей управления региональным развитием. Указывается на особую актуальность исследования трансформации геосистем района Предбайкалья, расположенного на стыке Байкальской рифтовой, Алтае-Саянской орогенической зон и Сибирской платформы. Рассматриваются различные представления о трансформации систем, приводятся результаты комплексной реконструкции трансформации геосистем региона с учетом как климатических, так и тектонических преобразований. Показывается, что основные механизмы и особенности трансформации геосистем Предбайкалья связаны с воздействием неотектонических процессов. Отмечается, что преобразование геосистем проходит независимо от расположенных рядом областей платформы, нарушается их подчинение вышестоящей по иерархическому уровню геосистеме. Предлагается расширить площадь, занятую Байкальской природной территорией, за счет включения в ее состав районов платформы, подверженных интенсивной трансформации. Исследование основано на использовании теоретического и практического многолетнего опыта разработок в области системных исследований географической среды геодинамически активных территорий.
Ключевые слова: геосистема, тектонические преобразования, климат, механизмы трансформации, ландшафтные рубежи.
Transformation of Pre-Baikal Geosystems
T. I. Konovalova
Irkutsk State University, V. B. Sochava Institute of Geography SB RAS, Irkutsk,
Russian Federation
Abstract. Solving the problems of assessing and predicting changes in the environment of regions, improving the quality of the scientific and information base for the purposes of managing regional development is the basis of modern geographical research. Identification of the leading factors in the transformation of geosystems is complicated by the need to take into account climatic and geodynamic changes. The study of the transformation of geosystems is particularly relevant for the pre-Baikal region, located at the junction of the Baikal rift, Altai - Sayan orogenic zones and the Siberian platform. The article deals with various ideas about the transformation of systems, and presents the results of a comprehensive reconstruction of the transformation of geosystems in the region, taking into account both climatic and tectonic transformations. It is shown that the main mechanisms and features of transformation of pre- Baikal geosystems are related to the impact of neotectonic processes. It is noted that the transformation of geosystems takes place regardless of the adjacent areas of the platform, and their subordination to the higher hierarchical level of the geosystem is violated. Geosystems are subject to rapid transformations associated with the redistribution of energy and matter occurring in the sphere of influence of geodynamically active zones. It is proposed to expand the Baikal natural territory by including areas of the platform that are subject to intensive transformation. The research is based on the use of theoretical and practical experience of many years of development in the field of system studies of the geographical environment of geody- namically active territories.
Keywords: geosystem, tectonic transformations, climate, transformation mechanisms, landscape boundaries.
Принято считать, что климатические и геоботанические факторы являются ведущими в выявлении особенностей преобразования геосистем. Но изучение на их основе является дискуссионным, когда необходимо установить трансформацию геосистем, расположенных вблизи центров тектонической активности. Особую актуальность исследование приобретает для района Байкальской природной территории. Одним из основных критериев для отнесения оз. Байкал к объектам всемирного природного наследия ЮНЕСКО стали уникальность одноименной рифтовой системы, которая определила его формирование, а также развитие интенсивных неотектонических процессов. В соответствии с требованиями конвенции ЮНЕСКО «Об охране всемирного культурного и природного наследия» был принят Федеральный закон от 01.05.1999 № 94-ФЗ «Об охране озера Байкал», в котором введено понятие Байкальской природной территории (БПТ). На БПТ представлены:
1) центральная экологическая зона - территория, которая включает в себя озеро Байкал с островами, прилегающую к оз. Байкал водоохранную зону, а также особо охраняемые природные территории, прилегающие к оз. Байкал;
2) буферная экологическая зона - территория за границами центральной экологической зоны, включающая в себя водосборную площадь оз. Байкал в пределах территории Российской Федерации;
3) экологическая зона атмосферного влияния - территория вне водосборной площади оз. Байкал в пределах территории Российской Федерации шириной до 200 км на запад и северо-запад от него, на которой расположены хозяйственные объекты, деятельность которых оказывает негативное воздействие на уникальную экологическую систему оз. Байкал.
Главная задача исследования заключалась в формировании представления о механизмах трансформации геосистем Предбайкалья, в пределах которого расположена экологическая зона атмосферного влияния. Она совпадает с окраиной Сибирской платформы (Иркутский амфитеатр) и находится на границе Байкальской рифтовой зоны (БРЗ) и Восточного Саяна. На этой территории сочетаются разнообразные геодинамические режимы, а именно: слабоактивной платформы, типичной области материкового рифто- генеза, предрифтового режима, а также орогенической области [Солоненко, 1990]. Здесь ранее были проведены палеогеографические, неотектониче- ские, геоморфологические, геоботанические, ландшафтные исследования, мелкомасштабное и локальное крупномасштабное картографирование ландшафтов, их компонентов и антропогенных нарушений. Наряду с этим практически не установлены факторы, специфика и направление трансформации геосистем района изучения, модификация которых может усилить негативное воздействие на окружающую среду БПТ.
В основу работы положены материалы многолетних исследований геосистем Сибири. Выявление характера трансформации геосистем в позднем кайнозое базировалось на синтезе опубликованных данных о тектоническом строении и развитии территории рассматриваемого района, изменении климата (в том числе и с учетом итогов реализации международного проекта «Байкал-бурение»). Научные изыскания проведены на основе методов комплексных физико-географических исследований, сравнительно географического, полевых маршрутных наблюдений, дешифрирования космических снимков с искусственных спутников Земли Landsat 8 (OLI), Quick Bird, данных теплового спектрального канала i4 радиометра VIIRS спутника NOAA-20. При анализе воздействия тепловых эндогенных потоков на геосистемы района использована опубликованная информация о результатах измерения температур в скважинах и определения величин геотермических градиентов. Также применен картографический метод (анализ геологических карт, карт неотектоники) и т. д.
Объект исследования - территория Предбайкалья.
Современное состояние исследований трансформации геосистем
В настоящее время понятие «трансформация» связано с представлением о преобразовании, изменении вида или существенных свойств. Отмечается, что трансформация геосистем свойственна всем иерархическим уровням, имеет временной и пространственный характер и определяется свойством связей [Ноговицын, 2016].
В исследовании трансформации геосистем геодинамически активных регионов существенным, на наш взгляд, является суждение о трех типах связей: вещественном (при котором происходит трансформация системой полученного вещества), энергетическом (выраженном в форме химических связей, тепла и др.), информационном. Связь элементов и подсистем обеспечивается посредством физических полей (гравитационного, электромагнитного), волновых процессов (в газообразных, жидких, твердых средах и на их границах), давления (например, литосферных плит или ледников), переноса вещества [Арманд, 1988; Ретеюм, 1981]. Основное значение имеют процессы, возникающие при передаче энергии с помощью волн и массопереноса, особенно в тектонически активных районах.
Информационная связь, в отличие от первых двух, не зависит от количества вещества и энергии; решающим здесь оказывается внутреннее разнообразие системы [Wilson, Wilson, 1965]. Утверждается, что информация - мера упорядоченности структуры. Передача информации происходит по направлению сверху вниз, по уровням иерархии [Арманд, 2003], в результате чего все подчиненные геосистемы изменяются согласно преобразованию вышестоящей геосистемы. К примеру, признаки геома (ландшафта) сохраняются во всех группах фаций и качественно изменяются в процессе эволюции [Сочава, 1978]. Во время проявления сверхбыстрых процессов за конечный промежуток времени (время обострения) неограниченно возрастает энергия и концентрация вещества и энергии. В этих условиях строгое подчинение вышестоящей структуре нарушается.
Преобразование природных систем имеет волновой характер: стационарные периоды сменяются резкими, относительно короткими промежутками времени, когда происходит новое видообразование. Учеными рассматриваются вопросы влияния 3 70-45 0-тысячелетнего гравитационного цикла обращения Солнечной системы вокруг ближайшего центра звездного скопления [Benson, Rakis-Elbied, Bonaduce, 1991; Шабельников, 1992], который проявляется в колебаниях (до сотни метров) уровня океана. Доктор геологоминералогических наук, заведующий отделом климата и биосферы Государственного научно-исследовательского института охраны природы Арктики и Севера В. А. Зубаков выдвигает предположение об эрозионнотектонических рубежах, которые являются причиной изменений глобального климата и эволюционных взрывов в развитии органического мира. Он выделяет пять таких рубежей в интервале от 10 до 1,5 млн лет, которые представлены как гиперледниковьями, так и гипермежледниковьями длительностью в 1,6-2,2 млн лет [Зубаков, 2009].
Академик Ф. А. Летников [2012] подчеркивает, что на протяжении 4 млрд лет на процесс развития планеты Земля дополнительно накладываются внешние гравитационные силы, порожденные взаимодействием гиперсистемы Солнце - Земля - Луна. В результате этого Земля испытывает воздействие извне, следствием которого становятся процессы перемещения и напряжения общепланетарного масштаба в верхней части мантии и земной коре. Отмечается, что климатические и неотектонические преобразования, как правило, происходили синхронно с климатическими, вызывали развитие резонансных явлений и в конечном итоге привели к эволюционным преобразованиям геосистем [Коновалова, Ноговицын, 2017].
Исследованию взаимодействия колебаний с близкой частотой и их влияния на формирование ландшафтной структуры посвящены работы Н. А. Гвоздецкого, А. Д. Арманда, Ю. Г. Пузаченко, Б. В. Виноградова. Так, А. Д. Арманд [1996] полагал, что ритм колебаний генетически связан с прогрессией размеров отдельных горных пород, разбитых трещиноватостью, а также габаритов тектонических блоков кристаллического фундамента платформ, ограниченных линиями разломов. Указывается [Гвоздецкий, 1977], что если у систем, связанных между собой физически или информационно, осцилляции близки по частоте, то происходит их синхронизация. Пучок близких по частоте колебательных процессов переходит к единому ритму, взаимно усиливаясь.
По наблюдениям авторов [Neef, 1967; Исаченко, 1991], характер системных взаимоотношений меняется в ходе исторического развития. Любое преобразование дает некий импульс, который приводит к усилению воздействия предшествующего изменения. Это остается в новом облике геосистемы, образуя условие для следующего импульса независимо от того, куда был направлен предыдущий. Попадая под влияние этих преобразований, даже обратимый процесс может приобрести несвойственное ему направление развития и в результате не вернуться к исходному состоянию. Благодаря пространственной мобильности вещества побочные последствия такого развития могут быть обнаружены даже в отдаленных окрестностях. Для менее долговечных геосистем топологического уровня вековые и внутривековые циклы оказываются необратимыми.
Возможность необратимых изменений определяется положением ландшафта в пространстве «бассейна устойчивости». Чем ближе к границе, тем меньше усилий потребуется для осуществления необратимых изменений, поэтому одинаковое антропогенное воздействие на различные ландшафты вызывает разные последствия. С точки зрения трансформации геосистем процессы изменений рассматриваются на поверхностном и на глубоком уровнях [Dilts, 1998]. Необратимые преобразования связаны с глубоким уровнем и вызваны, как правило, изменением литогенной основы, климата, активности тектонических процессов. Такого же мнения придерживаются и другие авторы [Vos, Meekes, 1999; Marcucci, 2000], которые отмечают, что трансформация геосистем связана с преобразованием макрочерт литогенной основы, неоднократной сменой ландшафтов под влиянием существенного изменения климата, а также с современной модификацией литогенной основы под воздействием экзогенных и эндогенных процессов.
Иную позицию представляют В. Б. Сочава и А. А. Крауклис. Они считают, что поступление солнечной радиации и влаги является необходимым условием сохранения или изменения геосистемы, поскольку за их счет происходят преобразования ее структуры [Сочава, 1974]. Для геосистем планетарной и региональной размерности солнечное излучение выступает доминирующим источником прихода энергии. Однако значение радиационного баланса значительно меняется в геосистемах топологической размерности из-за воздействия мезо- и микрорельефа, петрологического состава горных пород, особенностей растительного покрова, почв [Крауклис, 1979]. Дополнительное поступление энергии происходит за счет внутреннего тепла Земли, но этот источник может учитываться на топологическом уровне только в районах крупных разломов, проявления вулканической деятельности, выхода термальных вод.
Таким образом, существуют различные представления о механизмах трансформации геосистем. Вместе с тем ряд ведущих географов и геологов отмечают существенную роль тектонических процессов в трансформации геосистем геодинамически активных регионов, влияния космических факторов на активизацию тектонических и климатических преобразований.
Обсуждение результатов исследования
Анализ научных публикаций показал, что большинство исследователей связывают происходящие изменения природной среды территории южной части Сибирской платформы с развитием процессов аридизации и усилением континентальности климата. Этот подход согласуется с общепринятым представлением о том, что в пределах платформ трансформации климата и растительного покрова более значительны по своим масштабам, чем изменения в крупных формах рельефа, поэтому их учет имеет особое значение. Вместе с тем расположение района исследований на границе геодинамически активных зон обусловило необходимость комплексной реконструкции трансформации геосистем региона с учетом как климатических, так и тектонических преобразований.