Геолого-геоморфологические аспекты изменений уровня Каспийского моря в голоцене

Ковалев Владимир Владимирович; Астахов Владимир Владимирович; Нечипорова Тамара Павловна

УДК 551.461

ГЕОЛОГО-ГЕОМОРФОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЯ КАСПИЙСКОГО МОРЯ В ГОЛОЦЕНЕ

Южный федеральный университет, Southern Federal University,

ул. Зорге 40, г. Ростов-на-Дону, 344090, Zorge St., 40, Rostov-on-Don, 344090,

Последние трансгрессии и регрессии Каспийского моря показали, что не во всех случаях водно-балансовая теория объясняет резкие (по геологическим понятиям) повышения и понижения уровня моря. По-видимому, решение этого вопроса следует искать в комплексном подходе, рассматривая, кроме водно-климатических факторов, и другие возможные причины. В частности, вызывает интерес всем известный прогноз М.С. Эйгенсона (1963), основанный на совпадении изменений уровня и солнечных циклов. Предлагаемый нами вариант возможных причин колебаний уровня Каспия основан на влиянии солнечных магнитных потоков на астеносферный слой каспийских впадин.

Ключевые слова: астеносферный слой, изменения уровня, магнитный поток, регрессии, солнечный цикл, трансгрессии.

The last transgressions and regressions of Caspian Sea have shown that the water-balance theory explains abrupt (in geological understanding) rises and falls of sea level not in all cases. Obviously, solving of this question ought to be found in a complex approach, concerning, besides water-climatic factors, also other possible causes. In particular, there evokes an interest the well known forecast of M.S. Eigenson (1963) based on coincidence of level changes and solar cycles. The proposed by us variant ofpossible causes of the Caspian Sea level oscillations is based on the influence of solar magnetic flows on the astenospheric layer of Caspian depressions.

Keywords: astenospheric layer, changes level, magnetic flows, regressions, solar cycles, transgressions.

Наибольший интерес с точки зрения установления причин современных колебаний уровня Каспия представляют работы, в которых устанавливается связь между колебаниями уровня и солнечной активностью. Впервые эта закономерность была отмечена М.С. Эй-генсоном [1].

В изменении солнечной активности, выражаемой числами Вольфа, существует определенная периодичность в 9-13 (в среднем 11), 80-90 и 250 лет. Периодичность в 80-90 лет многими учеными ставится под сомнение, поэтому здесь и далее рассматривается только периодичность в 11 и 250 лет. Изменения уровня Каспийского моря также испытывают аналогичную периодичность, причем гидрологические параметры лучше коррелируются с двойными солнечными циклами (22-23), чем с 11-летними.

Таким образом, мы имеем определенные ритмы в колебании Каспия и совпадающие с ними солнечные циклы, т.е. прослеживается связь солнечных циклов с колебаниями уровня моря. Колебания с периодом в 250 лет отнесены к долгопериодическим, в 11 лет - к короткопериодическим.

Большинство ученых причину долгопериодиче-ских колебаний объясняют влиянием солнечной активности на климат. По-видимому, на данный момент исследований это единственное удовлетворительное объяснение, так как имеющиеся археологические, исторические, геологические данные подтверждают именно эту версию. Отсутствие инструментальных исследований в этот период не позволяет достоверно применять другие теории. Согласно климатической гипотезе, усиление солнечной активности вызывает увеличение разности температур воздуха между различными широтными зонами земного шара и усиление атмосферной циркуляции. В северных районах это сопровождается усилением циклонической деятельности, в южных - антициклонической.

Короткопериодические колебания с интервалом в 11 лет не могут быть объяснены с точки зрения водно-балансовой теории и обусловлены климатическими факторами лишь частично. Доказано, что климатическими условиями нельзя объяснить последнее катастрофическое повышение уровня Каспия, так как водно-балансовые характеристики, за исключением 1979 г., оставались практически неизменными. В данной работе доказывается связь короткопериодических колебаний с солнечной активностью, но не через атмосферные процессы, а через влияние магнитного потока солнечных циклов на подкоровый, астеносферный слой впадин Каспийского моря. Для описания воздействия солнечной активности на уровень моря необходимо обосновать несколько положений.

1. Водно-балансовая теория не в состоянии объяснить короткопериодические колебания. Этот тезис не поддерживается значительной частью географов, гидрологов и океанологов. Несмотря на нестыковку водного баланса Каспия в конце ХХ в., они все же пытаются найти причину катастрофического повышения уровня именно в изменении климатических условий, объясняя случившееся несовершенством методики расчетов. Существование определенных устоявшихся мнений приводит к тому, что ученые рано или поздно оказываются в плену собственных концепций. Они видят в реальных объектах только подтверждение своих идей и моделей, а факты, противоречащие им, считают несостоятельными.

Скорость подъема уровня Каспия (1978-1984) составила 137 мм/год, и она не согласуется с величинами поверхностного стока, осадков и испарения. Приток воды в море выше нормы наблюдался только в 1978, 1979 и 1981 гг. В 1982 г., когда приток и осадки были ниже нормы, а испарение в ее пределах, уровень Каспийского моря должен был понизиться на 40 мм, но повысился на 30 мм. В 1980 г. он должен был по-

выситься на 38 мм, фактически повышение составило 110 мм. В 1983 г. поверхностный приток и осадки были ниже нормы, уровень моря должен был понизиться на 103 мм, а он повысился на 20 мм. Это повышение кажется странным и потому, что оно, во-первых, совпало с периодом заполнения Нижнекамского и Чебоксарского водохранилищ в 1977-1979 гг., которые придерживали часть речного стока в море. Во-вторых, подъем уровня Каспия начался до перекрытия в 1980 г. пролива Кара-Богаз-Гол. Но даже возведение дамбы могло обеспечить подъем уровня моря не более чем на 2-3 см в год. В-третьих, средние колебания речного стока за эти годы были такими же, как в период падения уровня. Резкие повышения и понижения уровня Каспия как бессточного водоема не находят объяснения соотношением приходной и расходной составляющей водного баланса, и потому следует искать ответ в какой-то другой, малоисследованной области вне зависимости от режима поверхностных вод и атмосферных осадков.

2. Короткопериодические колебания и солнечные циклы имеют высокую степень корреляции. Эта взаимосвязь была обнаружена в начале XIX в. В 1830 г. были проведены первые инструментальные наблюдения за уровнем Каспия, первым индексом солнечной активности было число солнечных пятен на видимом диске Солнца. Несколько позднее этот индекс был заменен относительным числом солнечных пятен, или числами Вольфа.

Анализ материала показал, что интегральные кривые чисел Вольфа и среднего уровня Каспийского моря имеют зеркальный ход. Это подтверждает полученный ранее вывод М.С. Эйгенсона о том, что для вековых колебаний в периоды ослабления солнечной активности средний уровень Каспийского моря находится выше, и наоборот, в период усиления солнечной активности - ниже своего среднего многолетнего положения.

А.Д. Шевниным [2] по данным временных рядов среднегодовых значений солнечной активности (чисел Вольфа магнитной активности (аа) и абсолютных значений уровня (Н) Каспийского моря выделены долговременные вариации с периодами более 21 года. Коэффициенты корреляции между Н и W достигают 0,92 и между Н и аа - 0,97. Полученные оценки коэффициентов корреляции свидетельствуют о наличии тесной статистической связи между короткопе-риодическими колебаниями и солнечной магнитной активностью.

3. Уникальность тектонического строения допускает кратковременные, незначительные подъемы дна. Восточный Кавказ на протяжении новейшего этапа развития и в современное время развивается в условиях тангенциального сжатия, следствием чего является, в частности, выдавливание Дагестанского структурного выступа по обрамляющим его сдвигам в сторону Каспийской впадины - области наименьшего горизонтального сжатия. Судя по положению наиболее погруженных участков дна моря, максимальное тектоническое напряжение Каспийская впадина испытывает в центральной и южной частях

Уникальность тектонического строения впадин Каспийского моря подтверждается следующими фак-

тами: 1) в Южно-Каспийской впадине отсутствует гранитный слой, что свидетельствует об океаническом типе земной коры; 2) впадины Каспийского моря находятся под действием сильнейшего трехстороннего горизонтального сжатия; 3) дно Каспийского моря разбито на вертикальные блоки, которые могут перемещаться независимо друг от друга; 4) астеносфер-ный слой расположен достаточно близко от поверхности, о чем свидетельствует повышенный тепловой фон. Все это указывает на то, что с точки зрения геологического строения котловина Каспийского моря является активной тектонической зоной, находящейся в напряженном, неустойчивом состоянии. Любое воздействие извне, в том числе воздействие мощного магнитного потока на астеносферу дна Каспия в периоды солнечной активности, может привести к дестабилизации неустойчивого тектонического равновесия, изменению его конфигурации, подъему или опусканию отдельных блоков дна, т.е. расширению и сжатию дна [3]. На это указывает и Е.Е. Милановский [4]: расширение и сжатие Земли не проявляются на ее поверхности равномерно, а осуществляются в отдельных благоприятных для этого зонах.

4. В результате возникающих напряжений возможен дополнительный приток или отток подземных вод в Каспий из осадочных пород берегов и дна. Этот тезис, т.е. поступление воды в морской бассейн снизу, через донные отложения, большинством лито-логов и океанологов до последнего времени не рассматривался вообще, т.е. субмаринная разгрузка подземных вод как геологический процесс, оставалась вне круга геологических интересов. А между тем подземный сток в морские и океанические впадины -одна из самых фундаментальных проблем водообмена в планетарном масштабе.

Одной из реальных причин колебаний уровня Каспийского моря является подземный сток в море. Традиционно начиная с 50-х гг. ХХ в. объем подземного стока различными авторами в расчетах принимался равным 3-4 км3, что составляет 1-3 % общего объема вод, поступающих в Каспийское море, причем, как правило, один автор ссылается на другого. Как и при подсчетах испарения, объем подземного стока рассчитывается, поэтому получаемые цифры весьма субъективны и зависят от методики расчета и расчетных данных.

Доказано, что мощный осадочный чехол Каспийской впадины содержит значительные количества химически и физически связанных и свободных подземных вод, общая масса которых, по разным подсчетам, составляет несколько объемов Каспийского моря. Предполагается, что приток подземных вод в бассейн Каспия в периоды тектонического напряжения берегов и дна осуществляется за счет поступления запасов из зон изолированных блоков пластовой системы при наличии АВПД, а также при выдавливании закарсто-ванных вод. Разгрузка подземных вод осуществляется по тектоническим разломам и открывающимся эрруп-тивным каналам грязевых вулканов. Подтверждением сказанному является зафиксированная в 1980-1982 гг. невероятно высокая активность грязевого вулканизма в Среднем Каспии, прежде не наблюдавшаяся в этом районе.

Механизм передачи воздействия солнечной активности на уровень Каспия включает в себя в качестве одного из звеньев геомагнитную возмущенность. Начало четного 11 -летнего солнечного цикла означает, что усиление солнечной активности приводит к усилению магнитной активности на поверхности Земли. Это связано с тем, что из активных областей Солнца испускаются корпускулярные потоки солнечной плазмы, которые достигают Земли через несколько суток.

Усиление или ослабление магнитного поля Солнца приводит к усилению или ослаблению магнитного поля Земли и вызывает активизацию магнитного поля астеносферного слоя. Начало процесса трансгрессии Каспия отвечает моменту выброса термогравитационного потока в подкоровую область плито-блочной структуры дна моря в результате воздействия мощного магнитного потока. Высокое исходное давление является причиной подъема отдельных блоков дна, выдавливанию из осадочных пород подземных вод и высоких начальных скоростей повышения уровня моря в течение 11 лет. Последующее за максимумом снижение скоростей и относительная их стабилизация отвечает спаду давления в подводящем канале, опусканию дна и захвату части вод осадочным чехлом. Смена знака в верхней точке амплитуды колебания соответствует моменту равенства силы остаточного давления потока. Смена знака означает начало регрессии, длительность и равномерность которой зависят от уровня и постоянства давления в термогравитационном потоке. Процесс периодически повторяется через неполные 11 лет. Выводы А.Г. Шадрина [5] подтверждаются только в части механизма колебаний. Причины, вызывающие движение термогравитационного потока в подкоровую область плитоблочной структуры дна моря, связаны с изменением солнечной активности и соответственно геомагнитного поля.

Многие ученые считают, что скорость движения на границе ядра и мантии процесс медленный, и, следовательно, резкие изменения весьма проблематичны. Однако последние исследования показали, что это совсем не так. Современные данные о быстрых геомагнитных инверсиях, событиях, отклонениях и отчетливых короткопериодных магнитных вариациях указывают на то, что наряду с общими длиннопери-одными изменениями фактически происходят и быстрые колебания.

Корреляция между геомагнетизмом и активностью эвстатических изменений геоидного происхождения хорошо согласуется с гипотезой о связи с изменениями в области перехода между ядром и мантией. Кроме того, есть корреляция между тектоноэвстазией, активным ростом срединно-океанических хребтов и спредингом океанического дна. Достаточно много сведений о незакономерных изменениях уровня моря, которые действительно фиксируют высокоамплитудные эвстатические изменения геоидального происхождения. Предполагают, что эти изменения по времени совпадают с изменением геомагнитного поля, так как и те, и другие происходят под действием изменений на границе ядра и мантии [6].

Поступила в редакцию_

Итак, доказано, что в результате воздействия магнитных потоков на астеносферный слой каспийских впадин усиливается или ослабляется движение термогравитационных потоков, соответственно усиливается или ослабляется тектоническое напряжение. При усилении напряжения во впадинах начинается период сжатия, блоки начинают двигаться вверх. И необязательно, что их движение должно вызывать синхронный подъем берега, как считалось раньше. Предыдущие исследователи исходили из однородности и жесткости берегов и дна, не учитывая мозаичности и гетерогенности дна. Конечно, поднятия дна будут сопровождаться поднятием берегов, однако их амплитуды могут не совпадать. С 1979 г. начался подъем дна под действием тектонических напряжений, что и нашло свое отражение в усилении вертикальных движений берегов, о чем было сказано выше.

Подъем блоков дна вызывает напряжение в осадочной толще. Б.Н. Голубов [7] утверждает, что Каспийское море - крайне неустойчивая гидродинамическая система и даже незначительное естественное или искусственное воздействие на нее может вызвать значительное возмущение. При сжимающих напряжениях осадочные толщи отдают межкапиллярную воду в Каспий, а при растягивающих напряжениях или ослаблении напряжений сжатия они отбирают воду из Каспия. Следовательно, фазе растяжения соответствует снижение уровня, фазе сжатия - подъем.

Отсутствие непосредственных измерений напряжений в земной коре обусловливает необходимость привлечения косвенных данных, подтверждающих эффекты вытеснения и поглощения воды из осадочных толщ. Индикаторами напряжений в земной коре являются землетрясения, с которыми хорошо коррелируют невязки водного баланса Каспийского моря.

Таким образом, в пределах осадочного бассейна побережья и в пределах акватории Каспийского моря возможно действие пульсационного механизма сжатия-растяжения, зависящего от солнечной активности. Он способен влиять на объем осадочного бассейна и вызывать изменение высотного положения уровня моря.

Литература

1. Эйгенсон М.С. Проблемы Каспийского моря. Баку, 1963.

С. 24.

2. Шевнин А.Д. Долговременные вариации солнечной и

магнитной активности и уровня Каспийского моря

// Водные ресурсы. 1994. Т. 21, № 4. С. 405-409.

3. Мернер Н.А. Эвстазия, изменение геоида и взаимодейст-

вие многих геофизических факторов // Катастрофы и

история Земли. М., 1986. С. 394-412.

4. Милановский Е.Е. Пульсация и расширение Земли - воз-

можный ключ к пониманию ее тектонического развития и

вулканизма в фанерозое // Природа. 1978. № 7. С. 22-34.

5. Шадрин А.Г. К вопросу колебания уровня Каспийского

моря // Геодезия и картография. 2000. № 4. С. 26-30.

6. Ковалев В.В. Возможные причины эвстазии Каспийского

моря на современном этапе развития // Изв. вузов Сев.-

Кавк. регион. Естеств. науки. 2003. № 3. С. 98-103.

7. Голубов Б.Н. Аномальный подъем уровня Каспийского

моря и техногенная дестабилизация недр // Изв. РАН.

Сер. географ. 1994. № 1. С. 59 -74.

11 марта 2011 г.

Текст научной работы на тему «Геолого-геоморфологические аспекты изменений уровня Каспийского моря в голоцене»