Статья: Реконструкция развития долинно-балочной системы Мамонтов - Бараний (Братское водохранилище): первые результаты

Институт земной коры СО РАН

Реконструкция развития долинно-балочной системы Мамонтов - Бараний (Братское водохранилище): первые результаты

О.А. Мазаева, А. А. Рыбченко, Е. А. Козырева

В.А. Пеллинен, А. А. Светлаков, Ю. С. Тарасова

Аннотация

Получены новые данные о циклах эрозионно-аккумулятивных процессов в верхних звеньях эрозионной сети Южного Приангарья. На основе комплексного детального изучения отложений в разрезах древней долинно-балочной сети и радиоуглеродного датирования выявлены этапы почвообразовния и выполнена реконструкция формирования долинно-балочной системы Мамонтов - Бараний.

Ключевые слова: донный овраг, делювиально-пролювиальные отложения, эрозионно-аккумулятивные циклы, радиоуглеродное датирование.

Введение

Долинно-балочные системы - это формы сложного длительного многоэтапного развития, в морфологии которых хорошо проявляется цикличность процесса. В настоящее время в делювиально-пролювиальных отложениях днищ древних долинно-балочных систем активно развиваются вторичные донные овраги. В поперечном профиле долин современных эрозионных форм цикличность выражена в виде ступеней, плечей - сохранившихся фрагментов днищ первичной формы, а также наличия погребенных почвенных горизонтов [7].

Таким образом, разрезы делювиально-пролювиальных отложений отражают влияние природных (климатических, сейсмических, тектонических) и антропогенных факторов и являются информативным объектом для различных реконструкций.

В пределах исследуемой территории долинно-балочные системы находятся в прибрежной зоне, но наибольшее распространение получили на выпуклых склонах правобережных массивов залива Унга. Протяженность их составляет от 1,5 до 7-9 км. В плане образуют перистую, квадратносетчатую древовидную форму [13]. Долинно-балочные системы имеют четко выраженную связь с густой сетью тектонических нарушений, унаследованной от предыдущих эпох и обновленной в процессе неотектонических движений [4]. Цель работы - выявить этапы эрозионно-аккумулятивных процессов в первичных эрозионных формах перигляциальной зоны.

Методика

Реконструкция развития долинно-балочной системы проводилась с использованием результатов радиоуглеродного анализа и комплексной оценки состава, микроструктуры и свойств отложений. Для определения возраста погребенных почвенных горизонтов и остатков фауны выполнено радиоуглеродное датирование на комплексе ускорительного масс-спектрометра в Институте ядерной физики (В. В. Пархомчук), химическая пробоподготовка в Институте археологии и этнографии (В. С. Панов). Возраст рассчитывался исходя из периода полураспада 14С, равного 5568 лет. Календарные даты получены с использованием калибровочной кривой Int Cal 13: Northern Hemisphere [15] в программе OxCal v 4.2.4. Лабораторный анализ состава, структуры и свойств грунтов выполнен в Институте земной коры (М. В. Данилова). Определения ископаемой териофауны, собранной в разрезе, проводились А. М. Клементьевым и А. В. Сизовым.

Методика исследований включает несколько этапов. Для комплексной оценки состава, микроструктуры и свойств отложений выполнено детальное опробование разрезов в трех расчистках бортов и двух шурфах в днище вторичных донных оврагов.

Всего отобрано 50 проб нарушенных структуры и свойств; 26 проб на определение влажности. При проходке расчисток обнаружены многочисленные кости животных (мамонта, шерстистого носорога, лошади). На радиоуглеродное датирование направлены 12 образцов почв и 9 образцов костей.

Далее производится комплексное изучение состава, структуры и свойств грунтов лабораторными методами. Определения гранулометрического состава грунтов выполняются с микроагрегатной, стандартной (полу- дисперсной) и дисперсной подготовкой образцов. При дисперсной подготовке образца происходит максимальное разрушение агрегатов, в результате получают содержание первичных частиц, при микроагрегатной подготовке разрушаются только водонеустойчивые агрегаты. Для оценки микроструктуры по результатам гранулометрического анализа используются классификационные таблицы [9; 12].

На третьем этапе анализируется характер накопления осадков (гранулометрический состав, содержание агрегатов, органического углерода, карбонатов, водорастворимых солей и др.) и выделяются интервалы, где он различен или резко меняется. Изменение по разрезу содержания различных фракций также говорит об изменении условий осадконакопления, а присутствие погребенных почвенных горизонтов - о его перерывах.

Характеристика исследуемой территории

Исследуемая территория, расположенная на стыке юго-западной части Лено-Ангарского моноклинального плато и краевой северо-восточной части Предсаянского прогиба, сложенных сульфатно-карбонатными и терригенно- красноцветными породами кембрия, терригенно-угленосными породами юрской системы, характеризуется высокой интенсивностью линейной эрозии, неравномерным распределением по площади и разнообразием форм [5; 8].

Заложение современных речных долин произошло в эоплейстоценовый этап развития рельефа Иркутского амфитеатра. В плейстоцене под воздействием эрозионных, оползневых, карстовых, суффозионных, просадочных, мерзлотных процессов сформировался морфоскульптурный план территории.

Эволюция эрозионных форм в течение четвертичного периода контролировалась развитием рельефа и речных долин, изменениями климата [3]. В антропогене в долине р. Ангары происходило медленное прерывистое поднятие, что приводило к закономерной активизации эрозионной деятельности, формированию комплексов террас и через глубинный врез рек - оживлению процессов овражной эрозии в целом [4].

На всех этапах развития исследуемой территории преобладающим рельефообразующим процессом являлась денудация. Вследствие этого в современном рельефе наблюдаются преимущественно структурно-денудационные и эрозионно-денудационные формы. Значительная часть территории представляет собой сочетание различных по крутизне склонов, расчлененных долинами ручьев, падей и распадков.

Типичным примером долинно-балочных систем является система оврагов Мамонтов - Бараний, расположенная на правобережье залива Унга (рис. 1).

Рис. 1. Схема района исследований. На верхнем рисунке справа сплошной линией выделена водосборная площадь долинно-балочной системы оврага Мамонтов - Бараний. На нижнем рисунке справа показано положение разрезов 1-3 на схеме водосборного бассейна Мамонтов - Бараний

Коренные отложения берегового склона представлены породами красноцветной терригенно-карбонатной формации нижней подсвиты верхоленской свиты среднего-верхнего кембрия - красноцветными мергелями, аргиллитами и известковистыми песчаниками с линзами и прослоями гипсов. почвообразование мамонт голоценовый приангарье

По морфологии это пологий, выпуклый эрозионно-денудационный склон северо-восточной экспозиции. Делювиально-пролювиальные отложения представлены переслаивающимися лессовидными супесями и суглинками мощностью 5-10 и более метров [13; 14].

Абсолютная отметка (высота) водораздельной поверхности долины оврага Мамонтов - 450-504 м. Поперечный профиль долины асимметричный. Правый борт долины более крутой, чем левый. По левому борту развивается четыре первичных боковых оврагов-отвершков. К правому коренному склону долины примыкает фрагмент террасовидного уступа того же уровня, что и за бровкой левого борта.

В продольном профиле долины наблюдаются врезы донных оврагов. Поперечный профиль донного оврага и-образный.

Протяженность долины оврага Бараний составляет 2,6-3 км. Поперечный профиль долины асимметричный. Левый борт - пологий слабовыпукловогнутый, правый - крутой, изрезан многочисленными промоинами и рытвинами, вершины которых имеют коррозионно-эрозионный генезис. По левому борту наблюдается три сглаженных террассовидных уступа. В продольном профиле по руслу основной долины наблюдается пять донных оврага. Вершинные врезы их активные с отвесными стенками.

Первые исследования долинно-балочной системы Мамонтов - Бараний были начаты в 1997 г. [8]. Далее были продолжены исследования среды и динамики линейного роста донных оврагов [6]. Уникальность объекта, связанная с длительной историей формирования оврага, и находки остатков мамонта определили круг дальнейших исследований.

Результаты

Разрез 1 начинается с расчистки по правому борту оврага Мамонтов и заканчивается шурфом в днище, вскрывающем современные делювиальнопролювиальные отложения. Современный донный овраг в месте расчистки врезан на 3,05 м.

В разрезе найдены многочисленные кости и зубы лошади, шерстистого носорога и мамонта (рис. 2).

Рис. 2. Костные остатки ископаемой териофауны долинно-балочной системы Мамонтов - Бараний

По глубине их обнаружения в разрезе можно выделить три костеносных горизонта. В шурфе на глубине 4,35 м были обнаружены кусочки угля.

Получено восемь радиоуглеродных дат костей (С¹⁴ AMS) (табл.).

Таблица

Возраст погребенных почвенных горизонтов и остатков макротерио фауны в разрезах делювиально-пролювиальных отложений долинно-балочной системы Мамонтов - Бараний в интервале глубин 4,22-2,33 м представлен черно-коричневыми, черно-бурыми, буро-черными пылеватыми тяжелыми, легкими и средними суглинками. Может быть разделен на две части. В нижнем интервале 4,22-3,1 м по текстурным признакам выявляются следы криотурбаций, об-валов или других гравитационных событий. Эта часть разреза на глубине 3,99 м датируется 4744±183 л. н. (№кА-00853). Здесь зафиксирована высокая гумусированность (до 4,92-6,75 %). Вторая часть цикла (3,1-2,33 м) на-чинается с тонкого переслаивания красно-коричневых и гумусированных прослоев, нарушенных деформациями. Далее происходило накопление красно-бурого коричневого легкого пылеватого суглинка и буро-черного гумусированного (3,1-4,42 %) пылеватого среднего суглинка.

Второй и третий этапы характеризуются увеличением накопления гли-нистой фракции и снижением песчаной. На рубеже 3-го и 4-го циклов про-изошло резкое изменение гранулометрического состава - уменьшение гли-нистости и увеличение содержания песчаной фракции;

Самой «молодой» оказалась кость левой задней ноги мамонта Mammuthus primigenius 19 876±280 л. н. (NskA-00866).

По остаткам костей шерстистого носорога получены даты от 32 745±570 л. н. (NskA-00871) до 52 081± 1019 л. н. (NskA-00868).

Ископаемая макротериофауна Тункинской рифтовой долины Mammuthus primigenius датируется от 33 090±250 л. н. до 46 600±900 л. н. (С¹⁴AMS), Coelodonta antiquitatis - 12 405±125 л. н (С¹⁴) [16].

Судя по хаотичному распределению дат в разрезе, остатки костей были перенесены в разное время с разных мест и могли неоднократно переотлагаться.

В разрезе визуально и по изменению гранулометрического состава предварительно выделено пять циклов накопления снизу вверх (рис. 3):

1 - в интервале глубин 4,68-4,53 м представлен красно-коричневым средним пылеватым суглинком;

2 - в интервале глубин 4,53-4,22 м представлен тонким переслаиванием буро-коричневых и гумусированных слоев легкого пылеватого суглинка. В верхней части осадконакопление было нарушено, присутствуют крупные (до 30 см) гумусированные фрагменты, датированные 5754±362 л. н. (NskA- 00854) (см. табл);

3 - в интервале глубин 4,22-2,33 м представлен черно-коричневыми, черно-бурыми, буро-черными пылеватыми тяжелыми, легкими и средними суглинками. Может быть разделен на две части. В нижнем интервале 4,22-3,1 м по текстурным признакам выявляются следы криотурбаций, обвалов или других гравитационных событий.

Рис. 3. Особенности состава структуры и свойств грунтов разреза 1:

а - вид разреза; б - схема разреза с выделенными погребенными почвенными горизонтами и радиоуглеродными (AMS) датами: 7 - суглинок с включением оолитов; 8 - часть разреза с корнями растений; 9 - костеносный горизонт; 10 - характер слоистости коричневых и ржаво-бурых суглинков; 11 - почвенно-растительный слой; 12 - характер слоистости суглинков; 13 - крупные гумусированные фрагменты; 14 - современный и погребенный почвенные горизонты; 15 - место отбора пробы для датировки; в - литологический состав грунтов: 1 - суглинок средний лессовидный; 2 - суглинок легкий лессовидный; 3 - суглинок тяжелый лессовидный; 4 - супесь тяжелая лессовидная; 5 - супесь легкая лессовидная; 6 - суглинок легкий пылеватый; г - графики изменения свойств грунтов с глубиной: Мпс - содержания песчаной фракции (0,5-0,05 мм), %; Мп - содержания пылеватой фракции (0,05-0,002 мм) %; Мс - содержания глинистой фракции (0,002 - менее 0,001 мм) %; Sвр - общее содержание водорастворимых солей, %; S^ - общее содержание карбонатов, %; Сорг - содержание гумуса, %; А - общее содержание агрегатов, %