Author conveys the right for publishing and distribution of his/her Article to the «Nauka» Publishing House on a royalty-free basis. Author confirms he/she never published over 50% of the Article volume in other printing and/or online issues, except the Article preprint publication; and author agrees: 1) Not to publish over 50% of the Article volume in other printing and/or online issues before publishing the journal issue with the Article; 2) Not to use the Article’s digital layout original, made by the Publishing House, in commercial purposes or in other issues without permission of the «Nauka» Publishing House.
RECENT DEBRIS FLOW DYNAMICS IN SENGISJOK VALLEY (LOVOZERSKIYE TUNDRY, KOLA PENINSULA)
Postglacial debris flow landforms are widespread in the Lovozerskye Tundry. However, there is almost no data on the recent debris flow dynamics. In 2009–2010 and 2017–2018, we investigated debris flow topography and conditions of debris flow formation in the Sengisjok Valley on the western slopes of the Lovozerskye Tundry applying satellite imagery interpretation, field geomorphological survey, UAV survey, and 14C-dating of sediments. Footprints of debris flow activity were revealed along the entire valley: the modern valley bottom is completely reworked by the recent debris flows while in the transit zone, older debris flow terraces reach up to 20–30 m high. A debris flow fan has an area of about 0.48 km2, with only 17% occupied by the Late Holocene accumulation. On July 3, 2017, we observed a high-energy debris flow. Following the long and snowy spring and cold June, the rapid snowmelt triggered the event as positive air temperatures had settled round-the-clock. The event started as a hydraulically driven slushflow when a snow dam at the threshold of the Sengisjavr Lake’s outflow was breached. In the transit zone, the slushflow gradually saturating with debris transformed into a typical debris flow with an estimated velocity of 3.4–4.1 m/s and discharge of 75–90 m3/s. Total debris flow volume can be assessed up to 320 000 m3 with the volume of a clastic load of up to 80 000 m3. The debris flow passed 6.5 km. The timing of another two high-energy debris flows that occurred in the last 150 years has been determined. The estimated frequency of such flows is 1 event per 15–20 years. Snow dam breaches with the subsequent partial drainage of the Sengisjavr Lake are the key debris flow drivers in the Sengisjok Valley.
SURFACE RUNOFF TRANSFORMATION BY A FORTIFICATION RAMPART AND ITS APPLICATION TO ASSESS HISTORICAL AND MODERN SEDIMENT ACCUMULATION RATES
The article presents the assessment of modern and historical denudation rates in the fortification from the end of the 17th century – a section of the Karpov rampart of the Belgorod Line (Belgorod Oblast, Russia), and in a ravine that was formed in the same period as a result of the surface runoff transformation. The study object includes a ditch associated with a rampart (catchment area of 0.49 ha), which accumulated sediments over 344 years under natural sod cover, and a ravine of comparable age with a catchment area of 18.1 ha. The research methodology combined instrumental topographic survey, analysis of cartographic and satellite data, soil-genetic studies of vertical profiles of pedosediments in the ditch and ravine, as well as an assessment of modern accumulation rates using the chronomarker of the 137 Cs isotope. It was established that the average rate of pedosediments accumulation in the ditch was 0.26 cm per year, which corresponds to the average annual rate of erosion from slopes with high soil-protective efficiency of 2.5 t per ha. In general, since the second half of the 20th century (20% of the duration of the existence of the rampart), the maximum accumulation rates for the entire historical period have been observed: during this time, a third of the thickness of pedosediments was formed, and the rate was almost two times higher than the long-term average. Estimates of the modern rates of sediment accumulation in the ditch have shown a significant change in the accumulation rate over the past 70 years: before and after the Chernobyl accident in 1986, it decreased from 0.56 cm per year to 0.32 cm per year. The same tendency is characteristic for the rates of linear erosion. During the same periods, the growth of the ravine slowed down by 8 times (from 0.8 to 0.1 m per year), and its transformation into a dry valley occurred. The distribution of the percentage of particles less than 0.01 mm in size in the pedosediments profiles as an indicator of the variability of the water erosion intensity over the past 50 years shows the same nature of the formation of suspended sediment runoff both in the ditch and in the ravine, despite the significant differences in the area of the catchments. The features of a half-century period are shown, which was characterized by a sharp reduction in the snowmelt runoff layer from the 1970s against the background of an 8% reduction in rainstorm precipitation with a layer less than 10 mm.
Морфология и особенности развития суффозионных форм рельефа в Воткинском районе Удмуртии
Суффозия может сама по себе вызывать негативные последствия и, кроме того, нередко она провоцирует такие процессы, как оврагообразование и оползание. Учитывая эти обстоятельства и тот факт, что ее изученность на территории Удмуртии крайне мала (имеются лишь единичные сообщения), необходимость исследований этого процесса вполне очевидна. Изложены методы и результаты полевых наблюдений за развитием процессов суффозии, проведенных на двух стационарах, расположенных в Воткинском районе Удмуртской Республики. В пределах обоих участков суффозионные формы развиты на перигляциальных отложениях (суглинках, супесях и песках), видимая мощность которых составляет более 12 м на абразионном уступе водохранилища и более 20 м на бортах балки. Наблюдения включали в себя высокоточную тахеометрическую съемку контуров и высотных отметок рельефа днищ суффозионных просадок с заранее закрепленных грунтовых реперов и съемку с беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Это позволило оценить изменение объемов суффозионных просадок и осажденного в зоне осушки водохранилища вынесенного тоннельной эрозией материала. Выявлено значительное количество суффозионных образований, которые можно подразделить на несколько морфологических типов. Первый тип – округлые в плане просадки диаметром от 0.5 до 2.5 м и глубиной от 0.15–0.20 до 1.5 м, встречающиеся одиночно или группами на небольшом расстоянии от бровки балки. На склоне балки они сопровождаются обычно суффозионными нишами и со временем переходят в оползни или овраги. Второй тип – вытянутые линейные просадки длиной первые десятки метров и глубиной от 0.20–0.30 до 1.5 м, шириной от 0.60–0.80 до 2.5 м. У подножий висячих устьев этих форм в зоне осушки периодически формируются конусы выноса радиусом до 2 м. Третий тип – суффозионные формы, внешне напоминающие овраг, глубиной более 2.5 м и шириной более 10 м. Ежегодный прирост объема такого оврага составляет в среднем 10 м3. Максимальный прирост наблюдался после зимы 2021 г. – 105 м3. Четвертый тип – суффозионные конусы выноса в висячих створах балок без видимых (пока) просадок в их днищах. Такие конусы выноса стали появляться в последние 2 года. Материалы тахеометрических съемок позволили выявить изменение контуров просадок и высотных отметок рельефа по проложенным продольным и поперечным профилям. В целом в береговой зоне водохранилища проявление процессов суффозии усиливается, в районе д. Фертики суффозионные образования более стабильны.
Пространственная изменчивость мутности воды в бассейне р. Лены
Сток наносов является важной характеристикой, отражающей интенсивность денудации в речном бассейне. Его оценка проводится на основе данных о стоке и мутности воды, доступных по ограниченному числу гидрометрических постов. В статье проведено обобщение информации с 53 гидрометрических постов (с продолжительностью измерений не менее 8 лет) в бассейне Лены. Выполнена оценка факторов формирования мутности для их водосборов (характеристики потери почвы, морфометрии рельефа, стока воды, антропогенной нарушенности русел). На этой основе получены регрессионные зависимости формирования мутности, пересчет которых на 700 водосборов средних рек бассейна позволил воспроизвести пространственное распределение мутности воды в пределах бассейна Лены за два отрезка времени, соответствующих всему периоду инструментальных наблюдений и современному климатическому периоду (после 1978 г.). Распределение мутности воды наглядно отражает контрастный режим эрозионно-аккумулятивных процессов в речном бассейне. Области эрозии с 2–3-кратным усилением денудации в последние десятилетия приурочены к горным районам, располагающимся по периферии водосбора. Средняя мутность воды в бассейне достигает максимальных значений >50 г/м3 на притоках Витима (Муя, Таксима, Бамбуйка, Мама), где ведется разработка полезных ископаемых, на притоках Олекмы-Чара и Дырын-Юрях, в восточной и южной частях бассейна Алдана. Полученные данные являются основой в дальнейших балансовых оценках перераспределения вещества в речном бассейне и могут быть использованы для определения стока наносов на неизученных участках речной сети.
Районирование территории России по условиям формирования и морфодинамике речных русел
Геолого-геоморфологические особенности территории, различные характеристики стока и состава руслообразующих наносов, распространение широкопойменных, адаптированных или врезанных типов русел, а также особенности водного режима, условий прохождения руслоформирующих расходов воды, создают огромное разнообразие условий руслоформирования и, как следствие, особенностей морфодинамики речных русел. Это позволило предложить новый подход к районированию территории России, в котором, в отличие от ранее предложенных схем, рельеф и геологическое строение, являющиеся ведущими (наряду со стоком воды и наносов) факторами русловых процессов, занимают первое место в выделении территориальных единиц, поскольку именно от них зависят условия взаимодействия водных потоков и подстилающей поверхности. Дальнейшая детализация районирования основывается уже на прочих факторах, определяющих морфодинамику русел и русловой режим рек, как важнейшие части гидрологического режима. Представленная схема не противопоставляется разработанной ранее (Чалов, 1999, 2011), в которой главная роль отведена стоку воды и наносов, их режиму, зональным и региональным особенностям проявлений в руслоформирующей деятельности рек, а рассматривается как дополнение, поскольку вся совокупность природных факторов и условий формирования русел лежит в основе выделения регионов и областей, районов и подрайонов. Подобный подход к районированию должен учитываться для решения водохозяйственных и водотранспортных проблем особенно на больших и крупнейших реках и для обеспечения гидроэкологической безопасности.
Updating the geomorphological zoning of the West Siberian Plain based on the AW3D30 DEM
Geomorphological zoning is routinely used to properly organize the available data on the landform type and genesis in large areas. Most of the existing geomorphological zoning charts for the West Siberian Plain were developed back in the 1970s. They have significant drawbacks in terms of boundary position accuracy and accounting and lack the latest data and are hardly suitable for research purposes. This study updated the geomorphological region boundaries of the West Siberian Plain. We used the ALOS World 3D digital surface model (30 m resolution) and the existing charts by S. Voskresensky, M. Gorodetskaya, Yu. Mescheryakov, V. Nikolayev, G. Richter, V. Trofimov, and G.A. Lazukov. It was a combined approach with manual and automatic interpretation. The visual features are slope breaks, terrace ledges, and watersheds. We applied object-oriented segmentation with k-means clustering for automatic classification. As a result, the boundary of the West Siberian Plain was corrected (its area is 2.93 mln. km2). 74 geomorphological regions were found. The average region area is 39,600 km2, and the average absolute elevation is 88.1 m. The region boundaries can be reproduced and verified with any detailed digital surface model provided that it is created by continuous instrumental measurements of the surface elevations. We also estimated the average morphometric indices for each region (average elevation, slope angle, total curvature, thalweg density, and the share of land covered by lakes). Generally, there is a sustainable trend: the landform uniformity of the West Siberian Plain increases from north to south while the share of lakes decreases. We assumed that the most probable cause of the geomorphological differences between the northern and southern parts is the impact of the blanket glaciations on the northern part of the plain.
Эволюция рельефа и речной сети Западного Кавказа и Предкавказья в неогене–квартере
Динамика новейших орогенических движений и трансгрессивно-регрессивных циклов Понто-Каспия предопределила развитие горного рельефа Западного Кавказа и суши – Предкавказья. Обобщены данные о строении и корреляции сводных разрезов моласс Западного Предкавказья, составленных на основе многолетнего изучения, а также био- и магнитостратиграфического датирования. Выделены циклы накопления континентальных отложений Западного Предкавказья, коррелятные основным этапам формирования орогена. Оценена динамика новейших поднятий Западного и Северо-Западного сегментов орогена, разделенных Пшехско-Адлерской зоной разломов. Приводятся данные о существовании суши Западного Кавказа в среднем и Северо-Западного – в позднем миоцене. Установлено, что первый импульс горообразования Западного Кавказа относится к сармату, а его резкое ускорение – к квартеру. Составленная серия палеогеографических карт Западного Кавказа и Предкавказья в неогене–квартере отражает динамику кавказской орогении, береговых линий Предкавказских морей и историю формирования речной сети территории. Установлено, что неоген-четвертичная речная сеть Западного Кавказа и Предкавказья выстроена в виде трех зон, отвечающих по возрасту различным этапам становления орогена. Каждой из них свойственна собственная ориентировка палеодолин, связанная с конфигурацией поднятых на разных этапах водораздельных поверхностей в их истоках и береговых линий, принимающих морских или озерных бассейнов – в устьях.
Послеледниковые изменения природных условий в северо-западной части Земли Норденшельда (о-в Западный Шпицберген) по результатам исследований отложений в долине Грендален
Результаты изучения разреза в приустьевой части долины Грендален (Земля Норденшельда) в условиях ограниченности объектов, пригодных для изучения, показали сравнительную палеогеографическую информативность четвертичных отложений аллювиального генезиса и позволили уточнить представления о природных обстановках в районе долины в послеледниковое время. Возраст и континентальный генезис нижней части разреза позволяют предположить более раннюю дегляциацию (около 14500 л. н.) и меньшую мощность оледенения последнего ледникового максимума в районе исследования, чем предполагалось раньше. Морские воды могли достигать здесь максимальных отметок ~10000–9000 л. н., эти отметки, по-видимому, были значительно ниже предшествующей оценки в 64 м для соседних районов. Последующее падение относительного уровня моря способствовало размыву отложений раннего–среднего голоцена в изученном разрезе. В ходе нового подъема морских вод до отметок около 10 м примерно с 6500 до 5000 л. н. накапливалась аллювиальная гравийно-галечная толща разреза. Климатические условия способствовали дегляциации ~14500–14000 л. н., были относительно холодными примерно с 3900 до 1500 л. н. и, вероятно, около 700–200 л. н. во время малого ледникового периода; незначительные похолодания имели место ~5000–4700 и ~1500–1000 л. н.; относительные потепления происходили ~4400–3900 и около 900 л. н.; теплые условия развивались немногим ранее 5000 и ~4700–4400 л. н. В течение последних 5000 лет ландшафты в точке исследований сильно менялись. Мелкий холодноводный водоем (озеро?) около 5000–4700 л. н., окруженный осоково-злаковыми моховыми тундрами, сменяется ~4700–4400 л. н. на периодически затапливаемую речными водами пойму с развитием кустарничков. Менее благоприятные климатические условия после ~4400 л. н. обусловили уменьшение доли кустарничков в растительном покрове. Относительное похолодание ~3900 л. н. и снижение базиса эрозии привели к перерыву в осадконакоплении. Около 2000 л. н. развивается зеленомошная осоково-злаковая тундра с ивой полярной, территория заболачивается. После предполагаемого похолодания в ходе малого ледникового периода в районе развивается современная растительность.
Ранний голоцен – время формирования лесной зоны в средней полосе Восточно-Европейской равнины (реконструкция по палинологическим данным)
Основные этапы развития растительности в позднеледниковье и раннем голоцене реконструированы по данным палинологических исследований разреза SP-2 (оз. Селигер) с разрешением повремени менее 80 лет и их сопоставления с данными по 9 разрезам, расположенным на сопредельных территориях. Первый этап формирования лесных сообществ из холодостойких и экологически пластичных пород (ели, сосны и березы) начался в условиях прохладного континентального климата в аллерёде, когда леса занимали наиболее защищенные местообитания в окружении перигляциально-степной растительности. Похолодание в позднем дриасе сопровождалось повышением континентальности и иссушением климата, что привело к сокращению доли лесов. Ведущую роль ели в лесных фитоценозах позднеледниковья можно объяснить наличием многолетней мерзлоты. Новый этап расширения березовых и сосновых лесов был связан с быстрым потеплением на переходе от позднеледниковья к голоцену. Их состав стал более разнообразным при сокращении роли ели. Началось проникновение широколиственных древесных пород в средние широты Восточно-Европейской равнины. Разнообразие пыльцы трав при участии ксерофитов и криофитов указывает на сохранение участков перигляциальной растительности в раннем пребореале. Похолодание около 11.4 тыс. кал. л.н. (т.н. пребореальная осцилляция) на короткое время прервало или замедлило распространение березовых и сосновых лесов и вызвало новое расширение площади пространств, занятых безлесными сообществами. В начале позднего пребореала потепление возобновилось и продолжалось в течение раннего бореала, вызвав новую экспансию березовых и сосновых формаций, расселение ели и внедрение широколиственных пород в состав лесов. Березняки в это время были близки к современным предлесо-степным березовым лесам Южного Урала. Обогащение видового состава лесных, луговых, прибреж но-водных и водных сообществ отражает смягчение континентальности климата. Кратковременное похолодание около 9.3 тыс. л.н. не вызвало существенных изменений в составе растительных сообществ. В позднем бореале залесенность территории достигла максимума при дальнейшем увеличении доли еловых, широколиственных и ольховых лесов в растительном покрове. Описанные изменения отражают теплые климатические условия, снижение континентальности климата и повышение увлажнения в конце раннего голоцена. К этому времени в средней полосе Восточно-Европейской равнины сформировались смешанные широколиственно-хвойные леса, близкие по составу к современным.
Динамика экосистемы островного озера Куйккалампи во время регрессии Ладожского озера в позднем голоцене
Формирование оз. Куйккалампи, расположенного на о-ве Лункулансаари в СВ части Ладожского озера, связано с началом регрессии озера в позднем голоцене после завершения Ладожской трансгрессии. Изучение донных отложений озера путем анализа спорово-пыльцевых спектров, растительных макроостатков, раковинных амеб и кладоцер позволило реконструировать динамику наземной растительности и этапы формирования и зарастания озера. Изоляция оз. Куйккалампи (17 м над у. м.) в связи с понижением уровня Ладоги произошла ~3200 кал. л. н. После стадии зарастания водоема на рубеже ~2200 кал. л. н. начала формироваться прибрежная сплавина, в последние ~700 лет отмечается усиление эвтрофирования озера. Результаты кладоцерного и ризоподного анализов подтвердили возможность использования пыльцы макрофитов для индикации изменений уровня озер.