CC BY
139
УДК 551.4.042 (571.5)
В.П. Ступин ИрГТУ, Иркутск
КАРТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ МОРФОСИСТЕМ БАЙКАЛЬСКОГО РИФТА
Топографические карты, созданные понимающими рельеф профессионалами, являются мощным орудием исследования [1-4]. Грамотная «укладка» горизонталей, продуманный характер их замыканий и изгибов, использование полугоризонталей, условных знаков, осмысленная генерализация отсутствуют на картах, составленных методами машинной рисовки. Это относится и к анализу карт, выполненному автором при исследовании морфосистем Байкальского рифта - динамичных комплексов рельефа, в которых все компоненты находятся в системной связи друг с другом и окружающей средой [5]. Знание структуры и функционирования морфосистем позволяет прогнозировать их реакцию на антропогенное воздействие и организовать мониторинг таких систем.
Ключевыми таксонами морфосистем регионального уровня являются округа, приуроченные к морфоструктурам. Им присущи единые поля потенциальной денудации, общие базисы эрозии, целостная морфоскульптура, система высотной поясности, каскады потоков вещества и энергии. Методической основой выделения округов является концепция блокового строения земной коры, согласно которой сетка разрывов разного ранга разбивает тектоносферу на отдельные глыбы [6]. Выраженные в рельефе и ограниченные разломами блоки и являются морфоструктурами.
Основные блоки выделяются уже при визуальном анализе серии разномасштабных карт. Блоки выявляются по прямолинейным или слегка искривленным элементам содержания карт - линеаментам. Таковыми являются: подножия склонов; спрямленные участкам долин, перегибы скатов; резкие изменения высот террас; расположение притоков на одной линии; коленообразные изгибы долин; линейное расположение седловин и уступов соседних гряд; резкое увеличение уклонов. Менее надежна конфигурация горизонталей, изгибы рек и ручьев, направление их течения, цепочки озер, болот, ландшафтные выделы. Лучше выделять блоки по ряду признаков -приуроченности русел к линиям, разъединяющим разновысотные участки; различиям рельефа и перепадам высот; разнице высот и приуроченности к одной линии спрямленных русел; разнице высот и рисунку горизонталей; спрямленным участкам, подчеркнутым растительностью и т.п.
Признаки поднятий: сужения долин и террас; уменьшение числа и высот террас; аномально большие уклоны; узкие врезы; положительные перегибы тальвега; уменьшение извилистости; врезанные меандры; появление дополнительных террас; выпуклые деформации террас; антецедентные и висячие долины; центробежный и радиальный рисунок речной сети; крупные изгибы (луки) русел; вложенные троги; высокий крутосклонный рельеф; аномально высокое положение каров; лестницы выровненных поверхностей; увеличение глубины вреза рек, густоты оврагов.
Признаки опусканий: расширение долин и террас; их выклинивание и слияние; уменьшение высоты террас и уклона русла; увеличение извилистости, свободные меандры; центростремительный рисунок гидросети; смещение рек в сторону депрессий; многочисленне озера и болота; аномально низкое положение каров; слияние поверхностей выравнивания; уменьшение глубины вреза и густоты гидросети.
Для выявления неявных разрывных нарушений определены статистические показатели линиаментов [7]:
- Плотность линеаментов kj = nJ/S, где nj - общее количество линеаментов: S - площадь;
- Суммарная длина линиаментов k2 = EL/S, где L - длина линеаментов;
- Плотность узлов пересечения линементов k3 = n2/S, где n2 - общее количество узлов пересечения линеаментов.
По топографическим картам составлены производные карты [8]: базисных поверхностей, проходящих на уровне тальвегов долин; остаточного рельефа - результат вычитания базисной поверхности из гипсометрической; вершинной поверхности, полученные по отметкам водоразделов; сноса -результат вычитания топоосновы из карт вершинной поверхности; разности базисных поверхностей, составленные последовательным графическим вычитанием поверхностей высших порядков из поверхностей низших порядков; морфоизогипс, полученные соединением положительных выступов одноименных горизонталей. Минимальная величина вертикального расчленения, которой можно пренебречь составляет [9]:
- Для молодых горных систем - 200м;
- Для эродированных горных систем и среднегорья - 100м;
- Для всхолмленных возвышенностей и молодых прогибов - 50м;
- Для эрозионных и аккумулятивных равнин -20-25м.
Наложением карты вершинной поверхности на карту базисной
поверхности построены карты экзогенно-активного слоя [10]. В соответствии с предложенной ниже градацией углов наклона, составлены карты крутизны склонов и интегральные карты экспозиции и крутизны склонов, позволяющие рассчитать отклонения распределения солнечной энергии[11].
В формуле потенциальной энергии морфосистем Wd= htga совместно учтены высота элементарного склона h и его крутизна а. За единицу измерения h удобнее принять 1 м, тогда полученные величины Wd сопоставимы с единицей Бубнова (Б), равной скорости денудации в один мм за тысячу лет. Высоты распределены по следующей шкале [12]:
0-200 м. Днища котловин и крупных долин, также участки выровненных вершинных поверхностей;
200-500 м. Низкогорья с мягко очерченными вершинами и абсолютными высотами 500-1000 м;
500-800 м. Средние горы с абсолютными высотами 1000-2000 м, глубоко расчлененные с отдельными ледниковыми формами.
800-1000 м. Высокие горы с абсолютными высотами более 2000 м, глубоко расчлененные и с многочисленными ледниковыми формами.
Шкала крутизны склонов составлена нами с учетом ведущих экзогенных процессов [13] и включает:
склоны до 2°: мобилизация и местное перемещение вещества; очагами -процессы эоловой дефляции и аккумуляции;
2°-8°: медленные массовые движения грунтов; очагами - эоловые процессы, наледи; локально - аккумуляция рек и временных водотоков;
8°-15°: плоскостной смыв, медленные массовые движения грунтов; очагами - наледи; локально - водная эрозия и аккумуляции;
15°-25°: медленные массовые смещения грунтов, очагами - быстрые склоновые процессы, локально - водная эрозия, сели;
25°-35°: гравитационно-склоновая аккумуляция, массовые смещения грунтов, очагами - гравитационно-склоновая денудация, блоковые оползни,
локально - водная эрозия, сели;
>35°: гравитационные, нивальные; локально - ледниковые процессы. Результаты расчетов сведены в таблицу: ______________________
Тип рельефа И а tg а Wdср Wdср
Днища котловин и 100-200 до 2° 0,04 4 8 6
долин, вершинные 2°-8° 0,14 14 28 21 22
поверхности 8 О 1 5 О 0,27 27 54 40
Низкие горы 200-500 2°-8° 0,14 28 70 49
500-1000 м 8°-15° 0,27 54 135 94 102
5 О 1 2 <^1 О 0,47 94 235 164
Средние горы 500-1000 8°-15° 0,27 135 270 202
1000-2000м 5 О 1 2 <^1 О 0,47 235 470 352 360
25°-35° 0,70 350 700 525
Высокие горы Более 2000м 1000-1500 15°-25° 25°-35° > 35° 0,47 0,70 1,00 470 700 1000 706 1050 1500 588 675 1250 838
Из таблицы видно, что потенциальная энергия денудации изменяется от равнин к горам от величин близких к нулю до 1000 и более единиц, а в среднем варьирует от 22 до 838. Такой диапазон имеет хорошую корреляцию с вычисленными в единицах Бубнова средними скоростями денудации для различных районов мира. По С.Шумму [14] скорость денудации равнин равна 72 Б, а горных областей 915 Б; по Б.А.Юнгу [15] - соответственно 46 и 500 Б; Р.Олиеру [16] - 50 и 500 Б. По данным Б.П.Агафонова [17] денудация в горах Прибайкалья достигает 1 мм/год (1000 Б).
Наложение карты крутизны склонов на карту вертикального расчленения позволило составить итоговую карту изопотенциалов поля денудации. Матричной легендой этой карты является приведенная выше таблица.
Округа морфосистем подразделены на районы по бассейновому признаку. Бассейны представляют собой условно автономные системы нисходящего литопотока, являющегося сущностью экзоморфогенеза [18]. В пределах бассейнов расположены парагенезы склонов долин [19] и стволовые водотоки, выносящие поступающий материал за пределы района.
Анализ морфометрии бассейнов удобен для количественного описания и сопоставления бассейнов, исследования закономерностей их формирования, функционирования и развития. [20, 21]. Их ранжирование выполняется способами Хоротона [22], Штралера [23] или Шреве [24] из которых мы предпочли второй. Успех ранжирования зависит от исходных карт. Так, на картах масштабов 1:50 000 показаны все реки, на картах 1:100 000 уже с разрежением, 1:200 000 - только реки более 2км, 1:500 000 - более 7,5 км. На картах масштаба 1:100 000 показано только 60-70% водотоков I порядка, на карте 1:200 000 нет водотоков I порядка, а на карте 1: 500 000 большинства водотоков II порядка.
После ранжирования выполнен Хортон-анализ бассейнов [25]. Определены первичные и производные характеристики бассейнов - площадь, длина, ширина, сумма длин водотоков, ориентация, уклоны, а также их различные коэффициенты - формы, компактности, удельной длины, однородности, изрезанности. Анализ выполнялся как в плоском, так и в трехмерном пространстве. В первом случае бассейны сравнивались по отношению числа потоков одного порядка к числу потоков более высокого порядка, отношению средних длин потоков бассейнов и отношению средней площади. Все три отношения близки к геометрическим прогрессиям, что позволило определить коэффициенты зависимостей. Построены усредненные бассейны для разных округов и оценены сходства и различия между ними [26]. Горизонтальное расчленение бассейнов позволило определить обратное отношение - постоянную русловой непрерывности, необходимую для определения площади водосборов, приходящихся на единицу длины русла. Получены длины поверхностного стока - двойные значения дренажной плотности. Форма бассейнов оценивалась сравнением кругом.
Третье измерение - высота позволило рассчитать вертикальное расчленение и уклоны, и выявить их зависимость от порядка рек. Эти показатели в целом логарифмически обратно-пропорциональны порядку реки.
Использование усредненных бассейнов упрощает вычисления объемов остаточного и снесенного рельефа в бассейнах для оценки динамики системы, совмещение интегральных графиков разных систем позволяет выполнить их сравнительный анализ. По крупномасштабным картам далее выделяют подрайоны морфосистем - водосборные, долинные и, наконец, самые дробные таксоны - элементарные морфодинамические поверхности.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Спиридонов А.И. Рельеф и его изображение на топографических картах. - М.: Изд-во РИО ВТС, 1953. - 147 с.
2. Спиридонов А.И. Основы общей методики полевых геоморфологических исследований и геоморфологического картографирования.- М., 1970.- 456 с.
3. Берлянт А.М. Образ пространства: карта и информация. - М., 1986. - 240 с.
4. Берлянт А.М. Картографический метод исследования. - 2-е изд. - М.: Изд-во МГУ, 1988. - 252 с.
5. Симонов Ю.Г. Региональный геоморфологический анализ. - М.: Изд-во МГУ, 1972. - 252 с.
6. Хаин В.Е. Общая геотектоника. - М.: Недра, 1973. - 512 с.
7. Ревзон А.Л. Камышев А.П. Природа и сооружения в критических ситуациях. -М.: «Триада, Лтд», 2001. - 207 с.
8. Философов В.П. Краткое руководство по морфометрическому методу поисков тектонических структур. - Изд. Саратовск. ун-та, 1960. - 125 с.
9. Орлова А.В. Подвижная мозаика планеты. - М.: Недра, 1981. - 119 с.
10. Леви К.Г. Вертикальные движения земной коры в Байкальской рифтовой зоне // Проблемы разломной тектоники. - Новосибирск: Наука, 1981. - С. 142 - 170.
11. Червяков В.А. Современная морфометрия как метод изучения горных стран (состояние и перспективы) // Горы и человек. В поисках путей устойчивого развития. -Барнаул, 1996. - С. 42 - 44.
12. Ступин В.П. Оценочное экологическое картографирование экзоморфосистем острова Ольхон. - Новосибирск: Изд-во СГГА, 2003. - С. 45 - 46.
13. Выркин В.Б. Классификация экзогенных процессов рельефообразования суши // География и природ. ресурсы. - 1986. - №4. - С. 20 - 24.
14. Schumm S.A. The disparity between present rates of denudation and orogeny // U.S. Geol. Surv. Prof. Paper. - 1963. - 454 -H.
15. Young A. Present rate of land erosion. - Nature, 224. - 1969. - Р. 851 - 852.
16. Олиер К. Тектоника и рельеф. М.: Недра, 1984. - 460 с.
17. Агафонов Б.П. Экзолитодинамика Байкальской рифтовой зоны. - Новосибирск: Наука, 1990. - 176 с.
18. Флоренсов Н.А. Очерки структурной геоморфологии.- М.: Наука, 1978.-238 с.
19. Ивановский Л.Н. Парагенез и парагенезис горного рельефа юга Сибири. -Иркутск: Изд-во Института географии СО РАН, 2001. - 142 с.
20. Хортон Р.Е. Эрозионное развитие рек и водосборных бассейнов. - М., 1948. - 158 с.
21. Червяков В.А.Количественные методы в географии-Барнаул,1998.-259 с.
22. Horton R.E. Erosional development of streams and their drainage basins: hydrological approach to quantitative morphology // Bull. geol. Soc. Am., 1945.-56. - pp. 275-370.
23. Strahler A.N. Hypsometric analysis of erosional topography // Bull. geol. Soc. Am., 1952.- 63. - pp. 923-938.
24. Shreve R.L. Infinite topologically random channel networks // J. Geol., 1975. - 75. -pp. 178 - 186.
25. Симонов Ю.Г. Морфометрический анализ рельефа. - М.-Смоленск: Изд-во Смоленск. гуманитарн. ун-та, 1998. - 272 с.
26. Selby M.J. Aspects of the geomorphology of the greywacke ranges bordering the lower and middle Waikato basins // Earth Sci. J., 1967. - 1. - pp. 1-22.
© В.П.Ступин, 2005
