Поиск по базе сайта:
О роли эрозионного расчленения в формировании гигантской ряби в Курайской котловине горного алтая icon

О роли эрозионного расчленения в формировании гигантской ряби в Курайской котловине горного алтая




Скачати 105.8 Kb.
НазваО роли эрозионного расчленения в формировании гигантской ряби в Курайской котловине горного алтая
Дата конвертації15.02.2013
Розмір105.8 Kb.
ТипДокументи




О роли эрозионного расчленения в формировании гигантской ряби в Курайской котловине горного алтая


Хон А.В.


Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, Томск, avkhon@yandex.ru


About the Role of erosional dissection IN GIANT ripples FORMATION within the Kurai BASIN, Altai Mountains


Khon A.V.


Institute of monitoring of climatic and ecological systems SB RAS, Tomsk, avkhon@yandex.ru


На основании закономерностей динамики русловых потоков и распространения волны опорожнения показано, что значение средней скорости потока над полем гигантской ряби, необходимое для грядового движения, недостижимо при данных гидравлических и геоморфологических условиях. Представлен один из вариантов эрозионного расчленения слабо наклонной поверхности флювиогляциальных отложений и механизм сортировки крупнообломочных грунтов, способствующий субпараллельному заложению временных водотоков.


Based on the patterns of channel-flow dynamics and emptying wave propagation is shown that the average flow rate over a field of giant ripples required for the ridge movement is unattainable under given hydraulic and geomorphic conditions. One of the options erosional dissection slightly inclined surface of fluvioglacial deposits and coarse-ground sorting mechanism contributing to subparallel laying of temporary streams are presented.


Вопрос о происхождении полей грядового рельефа на дне Курайской котловины по-прежнему остается дискуссионным. Главной причиной сохранения остроты спора является отсутствие свидетельств, однозначно указывающих на справедливость какой-либо из существующих гипотез. Несмотря на это, одна из гипотез получила неоправданно широкое распространение. Это гипотеза, согласно которой поля грядового рельефа на дне Курайской котловины были сформированы как подвижный донный микрорельеф катастрофического палеопотока [1, 2]. На основании этой гипотезы предприняты попытки реконструировать гидродинамические условия формирования этих грядовых полей по морфометрическим характеристикам отдельных, наиболее выраженных элементов. Опорой для таких расчетов стало морфологическое сходство грядовых форм с речными рифелями в совокупности со слабовыраженной слоистостью отложений. Причем, для иллюстрации грандиозности катастрофического спуска Чуйско-Курайской лимносистемы наиболее часто приводится именно поле грядового рельефа на правобережье реки Тюте. На наш взгляд, этот участок является самым неподходящим не только для восстановления гидродинамических характеристик, но даже для доказательства самого катастрофического паводка.

В предыдущих своих публикациях [3,4], большинство замечаний по поводу гипотезы паводкового происхождения участков грядового рельефа Курайской котловины уже нашло отражение. Здесь обратим внимание на самые яркие противоречия, не вдаваясь в дискуссию о том, был ли вообще спуск Чуйско-Курайского озера катастрофическим. Целью данной работы является более подробное изложение наиболее вероятного, на наш взгляд, варианта развития геоморфологических событий.

^ Геоморфологическая ситуация и литология

Наибольшее внимание исследователей привлекают два участка грядового рельефа, находящиеся в днище Курайской межгорной тектонической котловины. Они располагаются вблизи уступов конечных морен; один – на равнине, с абсолютной высотой 1650–1750 м, примыкающей к верхнеплейстоценовой конечной морене ледника Актуру, он назван нами Тюте-Актуринским; другой – на равнине, с абсолютной высотой 1480–1600 м, на юге примыкающей к уступу верхнеплейстоценовой конечной морены ледника Тюте, он назван нами Чуйским (рис.1). Таким образом, участки распространения грядового рельефа располагаются на разных высотах: Тюте-Актуринский участок по сравнению с Чуйским на 50–100 м выше.

Р
ис. 1.
Схема расположения участков грядового рельефа в Курайской котловине. 1–2 – верхнеплейстоценовые конечные морены ледников Актуру и Тюте; 3 – Тюте-Актуринский участок грядового рельефа; 4 – Чуйский участок грядового рельефа; 5 – участки распространения сортированных (структурных) грунтов и форм рельефа; 6 – ирригационные каналы.

С
ледует обратить внимание на гранулометрический состав и характер распределения обломков в отложениях гряд. Гряды выработаны в рыхлых флювиогляциальных отложениях, представленных преимущественно крупной галькой и валунами, с примесью грубозернистого песка и дресвы. Чуйский участок грядового рельефа характеризуется следующим гранулометрическим составом: валуны диаметром 150-300 мм - 11%, крупная галька (10-150 мм) – 47,7%, мелкая галька и гравий (0,7-10 мм) - 7,7%, крупный песок (0,5-0,7 мм) - 4,7%, мелкий песок (0,3-0,5 мм) -7,7% и супесь (<0.3 мм) - 20,7%. Особенностью отложений на Тюте-Актуринском грядовом поле является повсеместное распространение крупноглыбового материала, размером до 1,5 м. Лишь на северном окончании грядового поля преобладает окатанный валунно-галечниковый материал. Характерный гранулометрический состав отложений таков: валуны –200–500 мм -47%; фракция 10–150 мм – 44%; 0,7-10 мм – 1%; 0,5 – 0,7 мм – 1%; 0,3 – 0,5 мм – 1,5%; фракция размером менее 0,3 мм – 5%.

Рис. 2 Разрез на восточном склоне гряды

Установлено, что в отложениях гряд крупно-глыбовый материал встречается как в основании разрезов, так и по всей их высоте. Так же, по всей высоте наблюдается перемешивание частиц всего диапазона размеров (рис. 2). Причем это свойственно как для Тюте-Актуринского так и для Чуйского участка грядового рельефа.

^ О противоречиях паводковой гипотезы

В паводковой гипотезе утверждается, что главная ось потока, входившего в Курайскую котловину с востока, располагалась у правого борта современной долины Чуи. А все левобережье было занято формируемой этим потоком водоворотной зоной. Обратные течения водоворотной зоны и должны были сформировать наблюдаемый грядовый рельеф.

Первое противоречие при такой трактовке возникает уже при более внимательном анализе изменения в пространстве размеров грядовых форм на Чуйском участке. Cкорости в водовороте должны были увеличиваться с севера на юг по направлению к морене Тюте. Но в этом же направлении происходит быстрое уменьшение всех геометрических размеров грядовых форм с одновременным увеличением количества гребней и тальвегов (рис.1). Ни чем не может быть обусловлено и резкое уменьшение морфометрических характеристик с запада на восток, если принять эти гряды как рябь течения.

Наиболее спорным является сопоставление предполагаемой скорости течения над грядовым полем и того минимального значения, которое требуется для грядового движения частиц наблюдаемого диапазона. В случае нормального распределения скоростей с максимумом на поверхности, скорость течения, необходимая для грядового движения обломочного материала, может быть оценена с использованием формул Гончарова В.Н [5]. Если принять глубину потока h=80м, а диаметр обломков d=0.07м, тогда осредненная по глубине скорость, максимального развития гряд, составит 12 м/с. Выбор формул обусловлен необходимостью получения средней скорости течения, при которой высота гряд достигает максимума. Принятие такой скорости течения в циркуляционной зоне означает, что скорость транзитного течения при глубине над Чуйским участком 80 м, должна составлять 52 м/с. Такое большое значение средней скорости объясняется необходимостью вовлечения в движение всей массы воды в Курайской котловине. Вместе с тем, такой предполагаемый поток способен обеспечить на Чуйском участке четко выраженное грядовое движение частиц размером не крупнее 7 см. Массовая доля более крупного материала в отложениях гряд составляет не менее 40% . Можно было бы сделать предположение о придонном течении в циркуляционной зоне, которое характеризовалось бы уменьшением скоростей обратного течения как в сторону транзитной струи так и в сторону Северо-Чуйского хребта,. Но в этом случае очертания гряд представляли бы собой дуги изогнутые в одном и том же направлении по всей длине грядового участка. На Чуйском участке такой согласованности изгибов гребней не наблюдается.

Оценим, теперь, физическую возможность достижения скоростью течения величины 52 м/с в пределах Курайской котловины. Для этого следует учесть ряд особенностей движения потока в самом подпрудном водоеме при его прорыве. В случае быстрого разрушения плотины на большей части ее высоты, процесс опорожнения водоема будет представлять собой сочетание положительной прямой волны наполнения и обратной отрицательной волны излива, фронт которой будет распространяться вверх по озеру. Учитывая пологие очертания восходящей волны излива, можно полагать, что максимальными значениями скорость течения будет характеризоваться в окрестности плотины в момент ее прорыва. Выше по течению скорости будут заведомо ниже, чем скорость фронта волны наполнения. Приблизительная скорость течения в первый момент после прорыва плотины будет определяться зависимостью [6]:

.

Первоначальный напор в момент прорыва (H=440 м) был принят с учетом, того, что разрушение плотины по всей глубине озера (600 м на контакте с плотиной [7]) маловероятен, поскольку в своем основании протяженность плотины по долине р.Чуи намного превосходила ее верхнюю часть. Следует учесть, что данная зависимость была получена для прямолинейного прямоугольного русла. Поэтому значение скорости 43.8 м/с, полученное по этой формуле, нужно расценивать как завышенное, поскольку канал стока имеет в окрестности плотины крутые повороты.

Таким образом, требуемое значение транзитного течения в озере оказывается физически недостижимым в данных условиях.

^ Криогенно-эрозионный механизм появления грядового рельефа

Само предположение об эрозионном расчленении не является новым по отношению к участкам грядового рельефа Курайской котловины. Однако причины упорядоченного расположения гребней и межгрядовых понижений, которые нашли отражение в ряде наших предыдущих публикаций [3,4], оказались искаженными нашими оппонентами до неузнаваемости. В связи с этим требуется акцентировать внимание на том, какой именно гипотезы мы придерживаемся и почему.

Вернемся к морфологическим особенностям правобережного участка с наиболее выраженным грядовым рельефом. В результате анализа аэрофотоснимков и материалов маршрутных экспедиционных исследований установлено, что грядовый рельеф образован густой сетью ложбин, врезанных в слабонаклонную на север, равнинную поверхность. Вершинные поверхности гряд неровные, волнистые; возвышения чередуются с ложбиновидными понижениями. В центре возвышений наблюдается обломочный материал крупностью 10-250 мм. Сеть временных водотоков представлена сочетанием двух типов образования планового рисунка: перистый и бифуркационный (рис. 3). Перистый тип расчленения образован сетью ложбин 1–3 порядков, когда ложбины более низкого порядка впадают в тальвег более высокого порядка как притоки. Бифуркационный тип образован ветвящимися ложбинами, которые вниз по уклону, на север, постепенно сходятся в единый канал. Преобладание бифуркационной структуры в западной части обусловлено, по-видимому, меньшим значением уклона наклонной равнины с юга на север и большей крупностью обломков в поверхностном слое. В этом случае появление параллельных тальвегов более низкого порядка затруднено. В направлении с запада на восток вышеназванный уклон увеличивается с 0,0145 до 0,0271, что создает предпосылки для появления большего количества водотоков, впадающих в ближайший тальвег более высокого порядка на разных расстояниях от его устья. Одновременность выработки и слияния уже существующих тальвегов и появление во всех частях грядового поля новых русел, стало причиной комбинации бифуркационного и перистого типа сети тальвегов в центральной части Чуйского поля.

Р
ис. 3 Сеть тальвегов на Чуйском участке грядового рельефа

Большое количество пересечений и слияний тальвегов на юге и востоке Чуйского грядового поля трудно объяснить с точки зрения движения двумерных гряд с параллельными тальвегами. Для сети временных водотоков и даже для речных рукавов это же обстоятельство вполне естественно и объясняется постоянным перераспределением стока водымежду соседними руслами и появлением новых эрозионных борозд.

Совокупность и ход процессов, которые способствовали развитию грядовых полей на дне Курайской котловины нам представляются следующим образом. Вслед за отступающим озером начала формироваться сеть эрозионных ложбин. Заложение ручьев на одинаковом расстоянии обеспечивалось однородностью структуры грунтов и равномерным делением плоскостного потока на струи. Источником обильного поступления воды являлись обводненные отложения морен Актру и Тюте. Вода поступала также и от таяния сезонного снежного покрова. Заложение борозд могло происходить на мелководье в местах полного промерзания тонкого слоя воды. Потоки талой воды, попадая на лед, равномерно делились на субпараллельные струи, вытапливали русла в ледяном покрове и в таком расположении проецировались на поверхность флювиогляциальной наклонной равнины. Такой мелководной областью могла быть северная часть Чуйского поля. На территории, освободившейся из под уровня озера получил развитие процесс морозной сортировки. При этом происходит постепенное вытеснение крупных обломков в верхние слои. При замерзании содержащейся в отложениях воды идет вытеснение обломков линзами льда. Во время оттаивания некоторый объем мелкого материала попадает под крупный обломок, вытесняя его ближе к поверхности [8,9]. По мере истощения запасов воды в моренных отложениях повышалась значимость сортировки за счет сезонных (лето-осень) колебаний температуры. Механизм такой сортировки заключается в следующем. При повышении температуры валуны, окруженные галечным и гравийным материалом расширяются, оттесняя более мелкий материал в стороны. При последующем охлаждении обломков они сжимаются, освобождая вокруг себя пространство, которое тут же заполняется частицами песка и мелкого гравия. Тот же процесс но в меньшем масштабе происходит с крупной галькой в окружении гравия. В результате многократного повторения этих процессов формируются скопления валунно-галечного материала, которые характеризуются уменьшением крупности от центра к периферии. Концентрация крупных обломков усиливается процессом вымывания мелкого материала в уже сформировавшиеся ложбины и вниз по склону. Важно отметить, что появление полигонов и каменных полос не является необходимым условием для образования сети субпараллельных тальвегов, как это могло бы показаться из наших предыдущих публикаций. Криогенное структурирование подстилающих грунтов стало фактором, усложнения рисунка сети тальвегов и причиной чередования повышений и понижений на вершинах гребней. Кроме деления плоскостного потока на струи, параллельность тальвегов может быть следствием развития трещин усыхания. Поскольку даже сейчас крупный материал прикрыт тонким слоем суглинка, можно полагать, что непосредственно после спуска озера мелкодисперсного материала было намного больше. Таким, образом, даже сценарий эрозионного расчленения мог развиваться различными путями, поэтому исключение одного из них не может автоматически означать справедливость паводковой гипотезы.

Главной претензией к эрозионной гипотезе можно считать утверждение о чуждости петрографического состава отложений грядового рельефа породам долин Актру и Тюте. Ссылка делается на отсутствие в морене Тюте киновари, которая обнаружена в составе гряд. С учетом установления в долине р.Тюте киноварной руды [10], утверждение об отсутствии киновари в моренах утрачивает смысл. Кроме того, постоянно протекавшие в прошлом и протекающие в настоящее время различные экзогенные процессы определяют неизбежность наличия пролювиального шлейфа именно от долин Актру и Тюте. По этой же причине невозможно полностью исключить вклад ручейковой эрозии в формировании современного состояния грядовых полей даже в случае первоначального образования грядового рельефа другим процессом.

Работа выполнена в рамках проекта фундаментальных исследований ИМКЭС СО РАН (Проект №63.1.3.)


^ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Carling P.A. A preliminary paleohydraulic model applied to late Quaternary gravel dunes: Altai Mountains, Siberia // Global Continental Changes: the Context of Paleohydrology, Geological Society Special Publication. 1996. V.115. P. 165–179.

  2. Бутвиловский В.В. Палеогеография последнего оледенения и голоцена Алтая: событийно-катастрофическая модель. Томск: Изд-во ТГУ, 1993. 252 с.

  3. Поздняков А.В., Хон А.В. О генезисе «гигантской ряби» в Курайской котловине Горного Алтая // Вестник ТГУ. – № 274, сентябрь. 2001. С.24-33

  4. Поздняков А.В., Окишев П.А. Механизм формирования донных гряд и возможный генезис «гигантской ряби» Курайской котловины Алтая // Геоморфология. 2002. № 1. С. 82 – 90

  5. Гончаров В.Н. Динамика русловых потоков. Л.: Гидрометеоиздат, 1962. 374 с.

  6. Спицын И.П., Соколова В.А. Общая и речная гидравлика. – Л.: Гидрометеоиздат, 1990 г. – 359 с.

  7. Окишев П.А., Бородавко П.С. Реконструкции «флювиальных катастроф» в горах Южной Сибири и их параметры // Вестник ТГУ. 2001. № 274. С. 3 – 13

  8. Рычагов Г.И. Общая геоморфология: учебник. – М.: Изд-во МГУ: Наука, 2006. - 416 с.

  9. Общее мерзлотоведение (геокриология), изд.2 переработанное и дополненное. Учебник / В.А. Кудрявцев. – М.: изд- во МГУ, 1978 г. -464 с.

  10. Павлова Г.Г., Боpиcенко А.C., Говеpдовcкий В.А., Тpавин А.В., Жукова И.А., Тpетьякова И.Г. Пермотриасовый магматизм и Ag-Sb оруденение Юго-Восточного Алтая и Cеверо-Западной Монголии // Геология и геофизика, 2008, т. 49, № 7. - С. 720—733



Схожі:




База даних захищена авторським правом ©lib.exdat.com
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації