Проект 19-77-10061

Название: Ландшафтная память междуречий в области последнего среднеплейстоценового оледенения Русской равнины: компоненты, методология, реконструкция

Руководитель: Шоркунов Илья Германович, кандидат географических наук

Организация финансирования, регион: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт географии Российской Академии наук, г. Москва

Года выполнения: 2019 – 2022

Конкурс: Конкурс 2019 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора: 07 — Науки о Земле, 07-702 – геоморфология, 07-701 – палеогеография

Ключевые слова: возвышенность, палеоархив, память почв, погребённый рельеф, покровные суглинки, криогенный горизонт, московское оледенение, поздний плейстоцен, голоцен, радиоизотопное исследование, морфологический анализ рельефа, иерархическое морфогенетическое исследование

Код ГРНТИ: 39.03.19

Аннотация

Предлагаемый Проект направлен на разработку и апробацию универсальной методологической системы дешифрирования комплексной памяти ландшафта междуречий. Несмотря на то, что междуречные пространства занимают бо́льшую часть общей площади суши [Рычагов, 2006], классическими объектами для глобальных палеогеографических реконструкций широкого ряда разрешений являются осадочные серии дна морей и океанов, отложения, выполняющие долины рек и озёрные котловины, а также ледниковые керны и годичные кольца деревьев. Обязательным свойством этих архивов палеогеографической информации является ритмичная и иерархически многопорядковая горизонтальная слоистость, где каждый последовательный слой (группа, пачка, горизонт) имеет характерное время накопления (роста, экспонирования) и является последовательным членом хроноряда. Такой тип памяти принято называть книгоподобным [Таргульян, 1983, 2008]. Похожий тип записи в первом приближении характерен и для специфического архива - лёссово-почвенной формации Северного полушария, складывающей здесь весомую долю междуречных пространств аккумулятивных равнин умеренных и субтропических широт [Kukla, An, 1989; Величко, 1990, 1997; Додонов, 1991, 2001; Bronger et al., 1995; Bronger, 2003 и др.]. Однако, слоистость лёссово-почвенных серий, как правило, однопорядковая и отвечает лишь общей ритмике климатически обусловленных эволюционных стадий "холодной" биосферы [Макеев, 2009]. Расшифровка почвенной и седиментационной памяти в возрастающем ряду временно́го разрешения неизбежно сталкивается с проблемой длительного субаэрального экспонирования почв и лёссов, многократно наложенной и уничтоженной записи в ходе последовательной эволюции междуречного ландшафта, проявляющейся в полигенезе почв и глубокой диагенетической трансформации всей осадочной толщи. Такой палеоархив обладает низким временны́м, при этом существенно более высоким - пространственным разрешением, что делает его незаменимым для восстановления параметров конкретного ландшафта in situ. Подобный тип записи принято называть палимпсестовым [Таргульян, 1983, 2008], проблема «чтения» которого особенно остра для обширных междуречных пространств, где в записана уникальная история непрерывного субаэрального экзогенеза.

В качестве объекта настоящего Проекта выбрана область последнего среднеплейстоценового оледенения центра Русской равнины. Здесь современный рельеф представлен сложным и слабо изученным с точки зрения пространственного соотношения сочетанием моренных, водно- и озерно-ледниковых равнин, в различной степени измененных более поздними процессами, в первую очередь – эрозионно-аккумулятивными и криогенными. Поэтому ледниковый рельеф морфологически здесь выражен значительно менее четко, чем в расположенной севернее зоне валдайского оледенения, однако представления о соотношении вклада ледниковых и постледниковых процессов в современный геоморфологический ландшафт носят только самый общий характер. Более того, на данный момент остается спорным возраст ряда конечно-моренных образований, относимых отдельными исследователями к ранневалдайскому ледниковому покрову. Не разрешено и несоответствие полноты книгоподобной геологической, палеопочвенной и палеокриогенной летописи в долинном, овражно-балочном и озёрно-котловинном комплексах – с одной стороны, и палимпсестовой палеопочвенной записи междуречных пространств - с другой, что затрудняет корреляцию событий и формирование общих представлений об эволюции ландшафта в целом. Недостаточно исследованы степень унаследованности, соотношение глубины и густоты проникновения современной и древней эрозионной сети в пределы междуречий, взаимосвязь флювиальных процессов с криогенными, в особенности в период относительно быстрой деградации криолитозоны в конце валдайской эпохи.

Реконструкция истории трансформации ландшафтов междуречий основана на комплексном подходе к исследованию рельефа и рельефообразующих процессов, толщи рыхлых отложений и развитых в ней криоструктур и криогенных горизонтов, а также признаков почвообразования для восстановления ископаемого ландшафта на разные временные срезы, – в единой системе подходов и методов, в последовательном ряду пространственных масштабов и для разных типов ландшафтной памяти. Авторская методология иерархического морфогенетического исследования включает применение комплекса морфологических, физико-химических и (радио)изотопных инструментальных методов исследования организации твердофазного вещества с привлечением методик определения ассоциаций биоморфов и детального морфологического и морфометрического анализа рельефа с использованием современных геодезических и дистанционных съемочных технологий для нескольких ключевых и контрольных объектов в последовательном ряду морфологического разрешения от макро- до микро- и субмикроуровня.

Это позволит впервые выявить последовательность этапов трансформации рельефа возвышенностей в постледниковье в ее связи с эволюцией позднеплейстоценового почвенного и растительного покровов, пульсационным развитием валдайской криолитозоны и циклами врезания и заполнения эрозионной сети и первичных неровностей ледниковой топографии. Также будет разработана концептуальная модель морфо-, лито- и педогенеза междуречий за последние 150 тысяч лет, реализованная в виде серии крупномасштабных морфогенетических карт и схем актуальной и погребенных поверхностей для ключевых участков.

В ходе выполнения Проекта творческим коллективом будет создана и опубликована база данных радиоизотопного (14С – сцинтилляционный метод и ускорительная масс-спектрометрия) и оптически стимулированного люминесцентного расчётного возраста для различных типов записи и её носителей на ключевых участках междуречного комплекса краевой зоны московского оледенения.

Результаты работы будут опубликованы в периодических рецензируемых изданиях, индексируемых в системах РИНЦ, Scopus и WoS, в том числе в журналах первого квартиля (Q1). Основной массив результатов исследования будет организован в структуру базы данных и опубликован на собственном web-портале коллектива в виде интерактивного ГИС-проекта. По итогам работы (за пределами выполнения настоящего Проекта) творческий коллектив планирует разработать программное обеспечение – приложение для мобильных устройств, имеющее онлайн-доступ к созданной структуре базы данных и позволяющее любому пользователю самостоятельно работать с организованной информацией как в удалённом режиме, так и непосредственно на местности (в поле). Система визуализации и презентации материалов комплексного, междисциплинарного исследования, включающая структуру базы данных, план web-портала и мобильное приложение, является универсальным продуктом и может быть использована для организации результатов работы исследовательских групп широкого профиля, проведения образовательных программ и популяризации научного знания.

Ожидаемые результаты

1. Будут выделены диагностические признаки современных и погребенных форм рельефа и слагающих их отложений, достоверно позволяющие определять их генезис, возраст и стратиграфическую позицию на ключевых и контрольных участках исследования на основе сопряженного анализа морфологии, морфометрических характеристик, литостратиграфической и посткриогенной организации осадочных толщ, их педогенной проработки.

2. Будут определены ведущие механизмы морфолитогенеза в последовательной серии этапов формирования и трансформации облика междуречий, установлены стадии и хронология активизаций денудационных и аккумулятивных процессов, а также этапы наиболее длительного экспонирования стабильных поверхностей, связанные с изменениями ландшафтно-климатических условий и зафиксированные в детальной записи о процессах диагенеза, почвообразования и криогенеза на междуречьях.

3. Будет уточнена хроностратиграфическая схема эрозионно-аккумулятивных циклов в пределах малых эрозионных форм; предполагается связать объемы и скорости осадконакопления на разнопорядковых участках эрозионной сети с динамикой процессов на их водо- и литосборах; будет произведена корреляция групп признаков почвообразовательных и криогенных процессов между вершинными поверхностями и днищами малых эрозионных форм.

4. Таким образом, окажется возможным оценить вклад как актуальных (голоценовых), в т.ч. современных, воспроизводящихся процессов, так и реликтовых (ледниковых и постледниковых) компонентов в формирование облика междуречий краевой зоны последнего среднеплейстоценового оледенения центра Русской равнины и восстановить соответствовавшие характерные ландшафтные обстановки – на разных временных срезах в ряду увеличения пространственного разрешения.

5. Предполагается разработать детальный сценарий формирования современного рельефа возвышенностей, включающий фазы деградации ледникового покрова и водно-озёрно-ледниковых преобразований в позднемосковское время, стадии морфолитогенеза и наложенные периоды криогенеза, непрерывное полигенетическое почвообразование в позднем плейстоцене и голоцене. Он будет проиллюстрирован серией крупномасштабных морфогенетических карт актуального и палеорельефа ключевых участков, а также более мелкомасштабными итоговыми хрономорфогенетическими картами возвышенностей на ключевых и контрольных участках. Впервые на основании результатов междисциплинарного иерархического исследования будет создана концептуальная модель морфо-, лито- и педогенеза для междуречий Центра Русской равнины за последние 150 тыс. лет.

6. Разработанные модели и авторские подходы позволят рассматривать блоки литостратотипических, (палео)топологических, крио- и педогенных признаков в качестве единого ансамбля признаков памяти ландшафта междуречий. Предполагается типизировать ландшафтную память на основании характерного набора носителей информации, их пространственной и временно́й разрешающей способности, а также длительности и степени непрерывности записи, характерной последовательности, взаимного наложения и степени сохранности признаков. Для ключевых участков исследования будут созданы тематические карты типов ландшафтной памяти, что позволит оценить степень достоверности палеогеографических реконструкций, проведенных ранее на основе ограниченного набора ключевых объектов (разрезов, шурфов, скважин и т.д.) в пределах ландшафтных позиций, обладающих различным потенциалом записи. Предварительное районирование контрольных участков настоящего исследования по типам ландшафтной памяти позволит подобрать необходимое и достаточное число объектов на этапе рекогносцировки и проводить апробацию подхода с более высокой пространственной точностью и более обоснованным набором методических подходов.

7. В ходе выполнения Проекта творческим коллективом будет создана и опубликована база данных радиоизотопного (14С – сцинтилляционный метод и ускорительная масс-спектрометрия) и оптически стимулированного люминесцентного расчётного возраста для различных типов записи и её носителей на ключевых участках междуречного комплекса краевой зоны московского оледенения, что позволит рассматривать ключевые участки в качестве уникальных опорных объектов (территорий) для региональных литостратотипических корреляций и палеогеографических реконструкций.

8. Результаты работы будут опубликованы в периодических рецензируемых изданиях, индексируемых в системах РИНЦ, Scopus и Web of Science, в том числе в журналах первого квартиля (Q1). Основной массив результатов исследования будет организован в структуру базы данных и опубликован на собственном web-портале коллектива в виде интерактивного ГИС-проекта. По итогам работы (за пределами выполнения настоящего Проекта) творческий коллектив планирует разработать программное обеспечение – приложение для мобильных устройств, имеющее онлайн-доступ к созданной структуре базы данных и позволяющее любому пользователю самостоятельно работать с организованной информацией как в удалённом режиме, так и непосредственно на местности (в поле). Система визуализации и презентации материалов комплексного, междисциплинарного исследования, включающая структуру базы данных, план web-портала и мобильное приложение, является универсальным продуктом и может быть использована для организации результатов работы исследовательских групп широкого профиля, проведения образовательных программ и популяризациии научного знания.

Комплексное применение оригинального методологического подхода и современной приборно-технической базы в исследовании позволит полностью выполнить поставленные перед Проектом задачи и получить результаты с высокой степенью достоверности и верифицируемости. Наличие уже сейчас у творческого коллектива свежей публикации предварительных результатов работ на ключевом участке «Поклоны» в зарубежном журнале из топ-25 (Q1) подтверждает мировой уровень проводимых исследований и свидетельствует об актуальности решаемых вопросов на мировой арене.