ІНСТИТУТ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК

Огородніков Володимир Іванович

УДК 551.35.2: 552.54

СУЧАСНИЙ СУБАКВАЛЬНИЙ СЕДИМЕНТОГЕНЕЗ

У ВНУТРІШНЬОКОНТИНЕНТАЛЬНИХ БАСЕЙНАХ ГУМІДНОЇ ЗОНИ

Спеціальність: 04.00.10 геологія океанів і морів

04.00.21 літологія

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора геологічних наук

КИЇВ 2001

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка

Офіційні опоненти : доктор геолого-мінералогічних наук, професор Ларченков Євген Павлович

Одеський державний університет ім. І.І. Мечникова, завідувач кафедрою

доктор геолого-мінералогічних наук Ємельянов Володимир Олександрович

Інститут геологічних наук НАН України, головний науковий співробітник

доктор географічних наук Тимченко Володимир Михайлович

Інститут гідробіології НАН України завідувач відділом

Провідна установа - Відділення морської геології і осадочного рудоутворення

ННПМ НАН України

Захист відбудеться 29 листопада 2001 р. о 10 00 годині

На засіданні спеціалізованої вченої ради Д.26.162.04 при Інституті геологічних наук НАН України

за адресою 01601 Київ, вул. Олеся Гончара, 55-б

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Інституту геологічних наук НАНУ:

01601 Київ, вул. Олеся Гончара, 55-б

Автореферат розісланий 29 жовтня 2001 року

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради Д.26.162.04

кандидат геолого-мінералогічних наук І.М. Байсарович

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Сучасний субаквальний седиментогенез – один з основних природних процесів, який відбувається в усіх водоймах нашої планети.

Як встановлено численними вітчизняними та зарубіжними дослідженнями, склад і властивості похідних седиментогенезу – субаквальних донних відкладів є відображенням усієї сукупності фізичних, хімічних та біологічних процесів, які відбуваються в сучасних водоймах. Знаходячись під впливом цілого комплексу природних факторів, донні відклади є складною динамічною системою, в якій забезпечується кругообіг головних компонентів, здійснюється взаємозв'язок процесів у різних геоекологічних зонах. Тому дослідження процесів седиментогенезу і особливостей формування донних субаквальних відкладів є актуальним завданням сучасних геолого-літологічних і геоекологічних досліджень будь-якої водойми земної кулі. Особливу актуальність ці дослідження набувають у морських і континентальних басейнах, які знаходяться під активним антропогенно-техногенним навантаженням. У зв'язку з цим не викликає сумніву необхідність поглибленого й комплексного дослідження донних відкладів і процесів субаквальної седиментації у великих рівнинних водосховищах, типовим представником яких є водосховища Дніпровського каскаду ГЕС України.

Проблема ролі ґрунтового комплексу або сучасних субаквальних відкладів у формуванні геосистеми водосховищ є не тільки найбільш важливою, а й найменш вивченою. Досі не створено схем районування за седиментаційними процесами, які протікають у водосховищах, не вирішено ряд питань геоекологічного моніторингу седиментогенезу, як складової частини водогосподарського і екологічного моніторингу водних мас дна й берегів водосховищ, не розроблені основні положення теорії субаквального седиментогенезу для водойм природно-техногенного походження.

На тлі слабкої вивченості сучасних субаквальних відкладів водосховищ, виникла також необхідність у визначенні методичної бази дослідження донних комплексів для їхньої об'єктивної оцінки, як однієї з основних характеристик паспортизації сучасних водойм із метою вирішення багатьох питань раціонального природокористування і охорони водних об'єктів України.

Не менш актуальною є проблема аналізу седиментогенезу в різних типах внутрішньоконтинентальних водойм гумідної зони, причому такий аналіз у геосистемі: каскад водосховищ - відкритий лиман - шельф проводився вперше. Це дало можливість дослідити еволюцію процесу осадконакопичення у просторі, а саме, визначити особливості формування основних компонентів донних відкладів в басейнах з різними умовами осадконакопичення в межах гумідної зони та в перехідних південних районах з поступовою аридизацією клімату, що є вагомим внеском у подальший розвиток теорії сучасного субаквального седиментогенезу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Результати досліджень автора запроваджувались при виконанні державних бюджетних та господарсько-договірних наукових тем в рамках програм ДКНТ при Раді Міністрів УРСР, Президії АН УРСР, Мін Геології та охорони надр (1978-1988 рр.), МінЧорнобилю, Держкомгідромету, Держводгоспу України (1989-1999) і впроваджені в цих установах або їх закладах. Виконано 11 тем, в яких автор був безпосереднім та відповідальним виконавцем або науковим керівником: “Літолого-геохімічні особливості і рудоносність донних відкладів чорноморського шельфу УРСР” (держбюджетна тема № 42-72 ІГН АН УРСР, 1972 - 1979 рр.), “Літологія, стратиграфія і рудоносність Чорного та Азовського морів” (держбюджетна тема № 42-81 ІГН АН УРСР, 1981-1985 рр.), “Детальні геолого-гідрологічні дослідження східної частини Каркінітської затоки Чорного моря, з метою вивчення літодинаміки та корисних копалин” (госпдоговірна тема № 77-83 ІГН АН УРСР, 1983 - 1986 рр.), “Дослідження умов осадконакопичення і речовинного складу донних відкладів з метою визначення зон перспективного накопичення і літодинамічної міграції радіоактивних відкладів у водосховищах Дніпровського каскаду, Київське водосховище” (госпдоговірна тема № 71-89 КДУ, 1989 - 1990 рр.), “Дослідження геолого-геоморфологічних умов і особливостей формування донних відкладів з метою визначення зон накопичення та шляхів міграції радіоактивних осадків в Канівському та Кременчуцькому водосховищах” (госпдоговірна тема № 83-91 КДУ, 1991 р.), “Керівництво по водогосподарсько-екологічному моніторингу водної маси, ложа та берегів водосховищ, екологічний моніторинг седиментогенезу” (госпдоговірна тема №10-91/4 КДУ, 1991р.), “Літолого-геохімічні дослідження донних відкладів Кременчуцького та Дніпродзержинського водосховищ , з метою визначення умов осадконакопичення і шляхів міграції радіогенних елементів в осадках” (госпдоговірна тема № 79-92 КДУ, 1992 р.), “Дослідження умов осадконакопичення і речовинного складу донних відкладів Каховського водосховища, в зв'язку з особливостями розподілу та захоронення радіонуклідів в осадках” (госпдоговірна тема №72-94 КНУ, 1994 - 1995 р.), “Комплексна оцінка забруднення водних мас та донних відкладів дніпровських водосховищ важкими металами, радіонуклідами та пестицидами” (по результатах участі у міжнародній українсько-канадської наукової експедиції по каскаду дніпровських водосховищ у вересні 1994 р.) (Звіт по контракту з IDRC, Канада), “Комплексний екологічний моніторинг різних природних середовищ району розміщення Запорізької АЕС” (госпдоговірна тема № 1-94, ЗАЕС - УкрНДГМІ, 1994 р.), “Вивчення процесів формування речовинного складу донних відкладів, їх вплив на якість води водосховищ Дніпра і розробка рекомендацій по водокористуванню” (госпдоговірна тема № 72-96 КНУ, 1996 - 1997 рр.), “Екологічна оцінка відновлення будівництва Канівської ГАЕС” (госпдоговірна тема № 17/99/3013 ІГБ НАНУ ВАТ Укргідропроект, 1999 р.)

Мета і задачі досліджень. Головною метою проведених досліджень є вивчення особливостей седиментаційного процесу у великих рівнинних водосховищах гумідної зони та виявлення закономірностей формування складу і властивостей сучасних субаквальних відкладів, проведення аналізу басейнового осадконакопичення в різних типах водойм гумідної зони, а також оцінка впливу седиментогенезу на геоекологічну обстановку водойм, що досліджуються.

Для досягнення цієї мети необхідно було вирішення наступних задач:

-

-

-

-

-

-

Об'єктом дослідження є субаквальний седиментаційний процес, який відбувається в сучасних континентальних і морських водоймах гумідної зони.

Предметом дослідження є сучасні донні відклади водосховищ Дніпровського каскаду ГЕС, Дніпро-Бузького лиману та континентального шельфу Чорного моря.

Методологічну основу роботи становлять концепції сучасної літології (седиментології), а також концептуальний апарат теорії літогенезу, в застосуванні його для вивчення процесів седиментації та закономірностей формування гранулометричного та речовинного складу донних відкладів сучасних континентальних та морських водойм Л.Б. Рухин, 1961, 1969; Н.М. Страхов, 1960-1962, 1961, 1968, 1976; Ю.П. Казанский, 1976, 1983 та ін.

Наукова новизна одержаних результатів полягає у вирішенні вперше актуальних питань сучасного субаквального седиментогенезу в басейнах гумідної зони:

1. Було досліджено і встановлено закономірності сучасного субаквального седиментогенезу у великих рівнинних водосховищах України (на прикладі Дніпровського каскаду ГЕС)

2. Проведено аналіз і встановлено особливості формування основних складових донних відкладів у різних типах континентальних, перехідних та морських басейнів гумідної зони (на прикладі водосховищ, відкритого лиману та шельфу Чорного моря), що є внеском в розробку теоретичних основ сучасного субаквального седиментогенезу.

3. Визначено роль, яку посідають процеси седиментогенезу у формуванні геоекологічної обстановки водойм та проаналізовано можливості впливу донних відкладів, як джерела вторинного забруднення різними речовинами, що розглядається з боку питань водокористування, розподілу, міграції та накопичення радіонуклідів, а також подальшого прогнозування природного стану водойм, їх раціонального використання та проведення водоохоронних заходів.

Основні положення проведених досліджень складають предмет захисту дисертаційної роботи:

1. Сучасний седиментаційний процес у великих рівнинних водосховищах визначається комплексом природних та природно-техногенних умов водойм, що були створені штучно, й починається з часу їхнього заповнення та триває на протязі всієї експлуатації даних об’єктів. Фізико-географічні умови певної ландшафтно-кліматичної області, її геолого-геоморфологічні особливості, літолого-петрографічний склад порід та твердий стік річок визначають дію основних джерел живлення водосховищ алохтонним матеріалом. Прояв внутрішньоводойменних процесів визначається взаємодією водних мас з елементами рельєфу берегів і дна новостворених водойм. Перш за все відбувається поступова трансформація покривних покладів долини головної водної артерії та прилеглих терас, починається інтенсифікація абразійної діяльності берегів. За рахунок цих джерел відбуваються процеси формування автохтонної складової донних відкладів. Під дією алохтонного та автохтонного матеріалу йде процес формування сучасних субаквальних відкладів водосховищ. Їхнє розповсюдження контролюється гідродинамічною обстановкою та новоутвореним рельєфом дна водойм.

2. У водосховищах гумідної зони України найбільшого розповсюдження набули теригенні відклади всіх основних гранулометричних типів. По мірі аридизації кліматичних умов (степова зона) біогенна складова (біогенне карбонатонакопичення) зростає у південних водосховищах. Біогенно-теригенні відклади розповсюджені в основному у Каховському водосховищі й їхнє накопичення визначається денудацією порід прилеглої території й абразійною діяльністю берегів, що складені вапняками неогенового віку. Геохімічні особливості донних відкладів водосховищ залежать від літолого-геохімічного складу порід областей живлення, включаючи антропогенно-техногенне навантаження території, й контролюється гідрологічними, гідрохімічними й гідробіологічними умовами, що існують у водоймі.

3. Про-ве-де-ні до-слі-джен-ня вка-зу-ють на скла-д-ність про-це-сів оса-д-ко-на-ко-пи-чен-ня в гу-мі-д-ній зо-ні: з од-но-го бо-ку, ці про-це-си ма-ють за-га-ль-ні для ці-єї зо-ни вла-с-ти-во-с-ті, а з ін-шо-го – на во-до-йми впли-ва-ють ре-гі-о-на-ль-ні фі-зи-ко--ге-о-г-ра-фі-ч-ні умо-ви кон-к-ре-т-них об-ла-с-тей жи-в-лен-ня, що ви-зна-чає спе-ци-фі-ку ре-чо-вин-но-го скла-ду дон-них від-кла-дів. Най-більш яск-ра-вим при-кла-дом цьо-го є те, що на тлі ши-ро-ко-го роз-по-всю-джен-ня те-ри-ген-них ти-пів від-кла-дів, з пів-но-чі на пів-день зро-с-тає роль біо-ген-но-го ка-р-бо-на-то-на-ко-пи-чен-ня, ся-га-ю-чи сво-го ма-к-си-му-му на пі-в-ні-ч-но-за-хі-д-но-му ше-ль-фі Чо-р-но-го моря. По мірі аридизації клімату роль біогенного карбонатонакопичення починає переважати над теригенною складовою, а у районах з аридним кліматом з'являється хемогенний карбонат, який переважає над біогенною формою карбонатів (Аральське море). Розповсюдження уламкових форм цього компоненту має азональний характер і визначається геологічним розвитком і палеогеографічними особливостями конкретного регіону.

4. Зарегулювання стоку великих річок басейну Чорного моря істотно знижує вплив річкового стоку у передгирлових областях і відкритих лиманах. При цьому посилюється роль механічної диференціації речовини, тобто відбувається седиментація тієї менш значної частини матеріалу, яка не відклалася з різних причин у водосховищах. При змішуванні річкових вод із морськими інтенсифікується розділення хімічних елементів, що знаходяться в зависі та в розчиненому стані, разом із зміною форм їхньої міграції. Значну участь у цих процесах приймає біос, роль якого в південних районах зростає. В умовах зарегульованості стоку і наявності перехідного лиману, безумовно, що при збільшенні розмірів й глибин на шельфі, залежність осадкоутворення від умов мобілізації осадочного матеріалу на водозборах стає менш очевидною, і провідна роль у цьому переходить до інших джерел. В даному випадку таким джерелом може бути дія апвелінгу центрального типу. За даних умов цей фактор може посилити підйом глибинних сірководневих вод із Західної котловини Чорного моря та їхнє подальше розповсюдження по чаші басейну, що призведе до істотних змін в екологічному стані регіону.

5. Десорбційні процеси, які відбуваються у водоймах, визначаються гідрохімічним режимом придонного шару й присутністю у воді комплексоутворюючих агентів. Діагенетичні зміни в донних утвореннях можуть призвести до трансформації важкорозчинних сполук у легкорозчинні з подальшим дифундуванням їх у воду. Самоочищенню може сприяти науково обґрунтований режим попусків, який може забезпечувати додатковий вихід забруднюючих речовин, що надійшли до водної товщі з донних відкладів за період стагнації водойми. Було проведено аналіз можливих зв'язків радіоактивних елементів із різними компонентами донних відкладів для вирішення питання їхнього розподілу й накопичення та подальшої міграції в басейнах седиментації. Найбільш чітка залежність вмісту радіонуклідів від певного параметру донних відкладів спостерігається у розподілі по акваторії водосховищ абсолютних мас пелітової складової.

Теоретичне й практичне значення. Теоретичне значення полягає в тому, що вивчення сучасного субаквального седиментогенезу базується на комплексному підході, із детальним аналізом ключових факторів осадконакопичення, які впливають, або зможуть у майбутньому впливати, на природний стан басейнів й які складають основу для вибору найбільш вірних підходів стосовно розв’язання питань раціонального використання водойм і успішного проведення необхідних природоохоронних заходів.

Опубліковані результати проведених досліджень використані авторами наукових монографій та підручників для вузів, як в Україні так і за кордоном: (Ю.С. Долотов, 1989; А.С. Ионин, В.С. Медведев, Ю.А. Павлидис, 1987; Ю.П. Казанский, 1983; С.И. Романовский, 1977; Ю.Д. Шуйский, 1986; Радиогеоэкология водных объектов зоны влияния аварии на Чернобыльской АЭС, 1997 та інші).

Практичне значення полягає у можливості на основі даних наукових розробок проводити моніторинг впливу донних відкладів на геоекологічний стан басейнів седиментації, прогнозування за даними седиментологічних спостережень, а також вирішення питань гідротехнічного та водогосподарського будівництва, навігації, водопостачання та рекреації.

Особистий внесок автора. В основу дисертації покладені матеріали, зібрані безпосередньо автором під час комплексних океанографічних та спеціалізованих експедицій: Азово-Чорноморського НДІ рибного господарства та океанографії (затоки, лимани, шельф Чорного моря, 1978 р.), Інституту геологічних наук АН УРСР (шельфи України, Грузії, 1979 р., шельфі Румунії, Болгарії 1980 р.), Морського гідрофізичного інституту АН УРСР (Чорне море, 1985 р.), Гідрографічної служби Чорноморського флоту (Чорне море, 1986 р.), УкрНДГМІ Держкомгідромету України (Київське водосховище, 1989, 1990 р., Канівське водосховище, 1990, 1991 р., Кременчуцьке водосховище, 1991, 1992 р., Дніпродзержинське водосховище, 1992 р., Каховське водосховище, 1993, 1994, 1995 р., Дніпровський каскад водосховищ, 1991 - 1995 рр.), Інституту гідробіології НАН України (Кременчуцьке водосховище, 1993 р., Дніпровський Каскад водосховищ, 1994 р.), Канівське та Київське водосховище (райони ГАЕС), 1999.

Теоретичні та методичні положення дисертації розроблені автором. Інтерпретація результатів лабораторних досліджень із пробами донних відкладів, що були зібрані під час експедицій також виконана безпосередньо автором. Основні наукові розробки й висновки, викладені в дисертації, належать автору.

Результати проведених досліджень впроваджені в навчальний процес, зокрема, використовуються в спецкурсах “Геоморфологія берегів і дна морів, озер та водосховищ”, “Динамічна геоморфологія”, “Основи літології та фаціальний аналіз” та ін., які читаються автором на кафедрі геоморфології і палеогеографії Київського Національного університету ім. Тараса Шевченка.

Фактичний матеріал. В основу роботи покладені результати аналітичних досліджень кількох тисяч проб донних та прибережних відкладів водосховищ дніпровського каскаду, приморських лиманів і лагун та континентального шельфу Чорного моря. Як порівняльні чи узагальнюючі залучались також опубліковані автором матеріали седиментологічних досліджень по інших сучасних басейнах. Аналітичні роботи з пробами донних відкладів проводились в лабораторіях Інституту геологічних наук, Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАНУ, УкрНДГМІ Держгідромету України, Київського Національного університету імені Тараса Шевченка та інших організацій.

Апробація результатів дослідження. Основні положення дисертації та матеріали проведених досліджень доповідались та обговорювались на Республіканській нараді “Осадочні породи і руди” (м. Керч, 1978 р.); Всесоюзній нараді “Геологія та корисні копалини Світового океану” ( м. Київ,1979 р.); Міжнародному симпозіумі “Вивчення геологічної історії і процесів сучасного осадкоутворення Чорного та Балтійського морів (м. Київ, 1983 р.); Всесоюзному симпозіумі за міжнародним проектом “Седимент” (Осадочний чохол Світового океану), (м. Одеса, 1985 р.); III з'їзді радянських океанологів (м. Ленінград, 1987 р.); Всесоюзній нараді “Екзогенний морфогенез у різних типах природного середовища”,II Щукінські читання (м. Москва, 1989 р.); VI , VII і VIIІ з'їздах Географічного товариства України (м. Одеса, 1990 р., м. Київ, 1995 р., м. Луцьк, 2000 р.); Міжрегіональній конференції з проблем екологічної оптимізації землекористування і водогосподарського будівництва в басейні Дніпра (м. Київ 1992 р.); II Всеукраїнській науковій конференції “Сучасний розвиток берегової зони морів в межах України” (м. Херсон, 1995 р.); Науковій нараді “Екологічні та теоретичні проблеми сучасної геоморфології”, III Щукінські читання (м. Москва, 1995 р.); Науково-практичній конференції “Проблеми ефективного використання водних ресурсів та меліорації земель” (м. Київ, 1996 р.); Міжнародному симпозіумі “Агроекологічні і економічні проблеми хімізації АПК України” (м. Умань, 1997 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції “Українська геоморфологія, стан і перспективи” (м. Львів, 1997 р.).

Результати наукових досліджень автора також обговорювались на вчених радах Інституту океанології БАН (м. Варна, 1980 р.), Інституту геологічних наук НАН України (м. Київ, 1980, 1983, 1986 рр.), УкрНДГМІ Держкомгідромету України (м. Київ, 1992 - 1995 рр.), на засіданні відділення геології океанів та морів ІГН НАНУ (м. Київ, 2000 р.), на розширеному засіданні кафедр географічного і геологічного факультетів Київського Національного університету імені Тараса Шевченка (м. Київ, 2000 р.), на засіданні Вченої ради Відділення морської геології та осадочного рудоутворення ННПМ НАН України (м. Київ, 2001 р.)

Публікації. Матеріали дисертації опубліковані автором в двох колективних монографіях по геології шельфу України, в 37 статтях та в 10 тезах доповідей.

Структура та об'єм дисертації. Дисертація складається із вступу, до якого входить загальна характеристика роботи, основного змісту (7 розділів, об'єднаних у 3 частини,) висновків і списку використаних літературних джерел.

Обсяг роботи 365 стор., з яких 295 стор. тексту, рисунків 44, таблиць 40. Список літератури налічує 341 найменуваня.

Основний зміст роботи

ТеОРЕТИЧНІ передумови ВИВЧЕННЯ ДОННИХ ВІДКЛАДІВ в СУЧАСНИХ басейнових геосистемах

Седиментаційна специфіка великих рівнинних водосховищ як природно-техногенних геосистем, стан вивченості донних відкладів

та медодика досліджень

Під сучасними субаквальними, або донними відкладами водосховищ ми розуміємо різний за складом, властивостями і походженню шар осадочного матеріалу, який утворився в річковій долині після її затоплення, і який визначається дією усього комплексу процесів знов утвореної водойми.

Інтенсивність накопичення, потужність, гранулометричний та хімічний склад донних відкладів залежать від фізико-географічних умов басейну та сукупності процесів, які відбуваються в самих водоймах. На тлі господарського освоєння водозборів та водойм, все більшого значення у формуванні донних відкладів набуває антропогенний вплив (розораність водозборів, скидання стічних вод, промислових відходів тощо).

Після створення водосховищ – у зв'язку зі зменшенням швидкості течії та формуванням застійних зон, утворюються умови для седиментації завислих часток різного походження. Внаслідок заповнення котловану водосховища, в контакт з водними масами вступають ґрунти та відклади заплави, надзаплавних терас і схилів річкової долини. Одночасно відбувається трансформація первинних ґрунтів і відкладів на ділянках долини, що стали дном водосховища, які також беруть участь в формуванні донних відкладів.

У більшості рівнинних водосховищ донні відклади спочатку формуються переважно за рахунок продуктів руйнації берегів і дна; на протязі часу їх кількість зменшується, і починають переважати наноси, які потрапляють з поверхневим стоком.

Необхідно відмітити, що водосховища перш за все слід розглядати, як природно-техногенні або природно-антропогенні системи. Взаємодія природного та антропогенного факторів відрізняють водосховища від інших водойм. При цьому слід враховувати, що керованими об'єктами водосховища можна вважати лише частково. Безпосередньо і повністю людина керує лише запасами води, а еко- і геосистемами водосховищ частково і посередньо А.Б. Авакян, 1982.

При утворенні водосховищ відбуваються різноманітні та істотні зміни природних та господарських умов на територіях, як безпосередньо прилеглих до нової водойми, так і на відстані від неї, вниз за течією річки (інтенсифікація розвитку синьо-зелених водоростей, процесів, що пов'язані з переформуванням берегів і дна, підвищенням рівня ґрунтових вод, зміною клімату, рослинного покриву тощо). Масштаби, глибина, й напрямок цих змін визначаються розмірами нової водойми (площа, об'єм водної маси, довжина, ширина) та своєрідністю природних умов району, які в змозі послабити, чи, навпаки, посилити вплив водосховища.

Водосховищам притаманна особлива система внутрішньоводоймених процесів, яка виражена в тому, що властиві їй гідрологічні, гідрохімічні та гідробіологічні процеси не ідентичні тим, які спостерігаються в інших водних об'єктах – озерах, річках, морях. Провідними факторами, що визначають специфіку взаємопов'язаних і взаємообумовлених внутрішньоводоймених процесів у водосховищах, є водообмін та рівневий режим водойми. Проявляється це в тому, що у водосховищах утворюються гідродинамічні зони активного стоку, тобто, направленого руху води до греблі, та з'являються зони коловоротних циркуляцій, коли частки води переміщуються за дуже складними замкненими траєкторіями. Наявність такої складної гідродинамічної структури визначає багато важливих для водойм особливостей: формування та рух водних мас; термічний, газовий і біогенний режими, переміщення і осадження мінеральних та органічних суспензій; процеси самоочищення води і, нарешті, життєво важливі умови існування бактерій, планктону, бентосу, водної флори та фауни.

Проблема дослідження процесів осадконакопичення продиктована не тільки тим, що водосховища – це багатокомпонентні системи, де донні відклади стають як би кінцевим результатом прояву всіх складових цих систем, але можливістю якісної і навіть кількісної оцінки тих негативні явищ, які можуть спостерігатися в наслідок різноманітного антропогенного впливу на водойму і котрі, як в дзеркалі, знаходять своє відображення у донних відкладах.

Одним з перших звернув увагу на важливість досліджень донних відкладів і процесів седиментації в озерах і водосховищах відомий лімнолог Л.Л. Россолімо (1937).

В 1939 році Г.І. Шамовим проведене узагальнення матеріалів досліджень по замуленню водосховищ, які були зібрані на той час. Це стало своєрідним поштовхом до вивчення процесів седиментації в цьому типі водойм.

Початок комплексним дослідженням донних відкладів водосховищ було покладено Інститутом біології внутрішніх вод АН СРСР на волзькому каскаді ГЕС. В.П. Курдин, 1959, 1961; Н.А. Зиминова, В.П. Курдин, 1968, Н.В. Буторин и др. 1975; Н.А. Зиминова и др. 1979; В.В. Законнов, Н.А. Зиминова 1981, 1982; М.В. Мартынова 1981, 1984.

Пізніше дослідженнями донних відкладів були охопленні і інші водосховища на Дону, Дністрі, Камі, в Сибіру С.Л. Вендров, В.А. Клюева, 1972; С.Л. Вендров, И.Н. Стеженская, 1962, 1971; В.П. Власов 1964; В.А. Клюева 1968,1970; В.А. Клюева, Г.П. Долженко, 1983; Л.А. Кузнецова, 1981; Ю.М. Матарзин и др. 1968; В.М. Широков 1966, 1968, 1969, 1972, 1974, 1976; М.Ф. Ярошенко и др., 1960.

Дослідженню осадконакопичення в малих водосховищах лісостепової і степової зони присвячені роботи М.Я. Приткової (1981,1986).

У вивченні донних відкладів дніпровських водосховищ значний внесок був зроблений співробітниками Інституту гідробіології АН УРСР з часу введення до експлуатації Запорізького водосховища [Д.О. Свіренко (1938), Л.С. Калітаєва (1938), Г.Б. Мельников та ін. (1948), А.І. Імшенецький (1960), Ю.Г. Майстренко (1965), І.К. Паламарчук (1971,1972), Є.П. Нахшина (1973, 1978, 1983), А.И. Денисова и др. 1975, 1977, 1979].

З 1972 року для складання комплексної характеристики донних відкладів як абіотичного компоненту екосистеми дослідження дніпровського каскаду проводить відділ гідрології Інституту гідробіології АН УРСР [Т.М. Синайская, А.И.Иванов, 1973; И.А. Запольский, 1974; И.А. Запольский и др. 1976; Ж.С. Василенко и др. 1976; Б.И. Новиков,1977, 1979, 1980, 1981, Б.И. Новиков, П.А. Гладкая, 1982, Б.И.Новиков, П.В. Сипченко, 1982].

Матеріали цих досліджень за період 1972-1980 років були узагальнені Б.І. Новіковим в монографії “Донные отложения днепровских водохранилищ” К., Наукова Думка, 1985. Пізніше, в 1987 році, ці матеріали стали основою ще однієї монографії “Донные отложения водохранилищ и их влияние на качество воды” авторы А.И. Денисова, Е.П. Нахшина, Б.И. Новиков, А.К Рябов К., Наукова Думка,1987, а також увійшли окремим розділом в узагальнюючу монографію з гідрології та гідрохімії Дніпра і його водосховищ А.И. Денисова и др. 1989.

В цей період було проведене узагальнення матеріалів з замулення водосховищ дніпровського каскаду в монографії “Гидрометеорологический режим озер и водохранилищ СССР: каскад днепровских водохранилищ” Н.И. Дрозд, 1976, а також виконано порівняльний аналіз водно-фізичних властивостей глинистої складової донних відкладів в умовах Чорного моря, деяких водосховищ і річкових стариць. Б.Г. Еськов, А.Ю. Митропольский, 1978; А.Ю. Митропольский, Б.Г. Єськов, 1976.

Новий етап досліджень почався в 1987 році після аварії на Чорнобильській атомній електростанції (26 квітня 1986).

УкрНДГМІ Держкомгідромету України розпочав планові комплексні дослідження водосховищ дніпровського каскаду у зв'язку з радіоактивним забрудненням території республіки. До складу цих досліджень, які проводилися спільно з Київським університетом імені Тараса Шевченка та іншими організаціями, увійшло вивчення ґрунтового комплексу, як найважливішого елементу геосистеми водосховищ.

Були проведені зйомки і виконані літолого-геохімічні і мінералогічні дослідження донних відкладів, які поклали початок детальним дослідженням процесів осадконакопичення і формування донних субаквальних комплексів водосховищ дніпровського каскаду В.И. Огородников, 1992, 1994, 1995, В.И. Огородников, В.В. Канивец, 1993, 1995.

Представлена робота і є результатом цих досліджень. В ній окрім матеріалу, який отримав автор по водосховищах (1989-1999), як порівняльні та узагальнюючі увійшли матеріали по лиманах, та чорноморському шельфу України, також зібрані за участю автора цієї роботи в 1977-1987 рр. Е.Ф. Шнюков, В.И. Огородников и др. 1981; 1984а; 1987а; В.И. Огородников 1988, 1990,1995; Геология шельфа УССР 1983, 1985, тобто період проведених досліджень охоплює останні 20 років.

Вивчення донних відкладів дніпровських водосховищ було б не можливо без ґрунтовних робіт з літології, геохімії, інженерно-геологічних властивостей алювіальних відкладів Дніпра і його приток А.А. Лазаренко, 1964; Б.Г. Еськов, 1970, 1977; В.А. Кузнецов, 1979, з гідроекології та гідрохімії поверхневих вод В.М. Тимченко 1990, 1992; В.И. Пелешенко, 1975; Л.А. Журавлева, 1989; П.Н. Линник, Б.И. Набиванец, 1978, 1986, з гідробіології водойм К.С. Владимиров, 1978; К.К. Зеров, 1976; А.Д. Приймаченко, 1981; Л.А. Сиренко, 1989, та динаміки берегів водосховищ Б.А. Пышкин, 1973, фундаментальних робіт з геології, геоморфології, ландшафтознавства, кліматології, ґрунтів і рослинності України, проблем шельфу, лиманів та берегової зони Чорного моря, фізико-географічного районування, раціонального природокористування і охорони оточуючого середовища В.Н. Бабиченко и др., 1984; В.Г. Бондарчук, 1963; М.Ф. Веклич, 1958; Н.Б. Вернандер та ін., 1986; П.Ф. Гожик та ін., 1984; П.К. Заморій, 1961; А.М. Маринич, 1963; А.М. Маринич и др. ,1985, 1988; И.М. Рослий и др., 1990; І.Л. Соколовський, 1973 ; П.Г. Шищенко, 1988; Е.Ф. Шнюков, 1982, 1983, 1985; Ю.Д. Шуйский, 1986, а також монографічних робіт по інших континентальних та морських водоймах, які пов'язані або із загальними проблемами седиментогенезу, або з регіональними дослідженнями процесів осадконакопичення в конкретних водоймах. До таких досліджень слід віднести роботи: М.І. Андрусова, О.Д. Архангельського, Г.М. Батурина, М.М. Єрмолаєва, Ю.П. Казанського, М.В. Кльонової, О.К. Леонтьєва, О.П. Лісицина, М.В. Логвіненка, В.В. Лонгінова, К.К. Лукашева, Я.В. Самойлова, М.М. Страхова, П.П. Тимофєєва, В.М. Холодова та інших. Значним внеском в розвиток регіональних седиментологічних досліджень стали роботи М.О. Айбулатова, А.А. Аксьонова, П.Л. Безрукова, М.О. Бєлова, Ю.О. Богданова, В.Х. Геворкяна, Д.Є. Гершановича, І.С. Грамберга, Є.М. Ємельянова, О.Ю. Митропольського, Є.М. Невеського, Ю.А. Павлидиса, Ю.П. Хрустальова, О.О. Чистякова, К.М. Шимкуса, Є.Ф. Шнюкова, Ф.А. Щербакова та інших дослідників.

Методика вивчення донних субаквальних відкладів сучасних водойм складається з кількох основних етапів досліджень. Ці етапи включають в себе польові (експедиційні) дослідження, головними з яких є проведення літолого-геоморфологічної (ландшафтної) зйомки акваторії, відбір та опис проб донних відкладів та їхня підготовка до аналітичних досліджень. Наступний етап складається саме з аналітичних досліджень, які, як правило, проводяться в стаціонарних умовах лабораторій і включають у себе вивчення гранулометричного, мінералогічного і хімічного складу та отримання додаткових даних про склад і властивості донних відкладів для їхньої комплексної характеристики, як одного з головних компонентів гідроекосистеми водойми. Наступним етапом є камеральна обробка одержаного в результаті польових та аналітичних досліджень фактичного матеріалу, яка передбачає складання карт, схем, графіків, таблиць та таке інше. В цьому розділі на основі аналітичного вивчення матеріалу була розроблена класифікація донних субаквальних відкладів водосховищ, визначені рамки і межи майбутніх теоретичних розробок. Весь цей перелік проведених досліджень запропоновано для використання при розробці моніторингу седиментогенезу у великих рівнинних водосховищах В.І. Огородніков, 1995.

Умови осадкоутворення та характеристика джерел живлення водосховищ осадочним матеріалом (на прикладі басейну Дніпра)

В гумідній зоні, яка розглядається нами, специфічною рисою є умови значного, навіть надлишкового зволоження, тобто тут сума атмосферних опадів, що випадає за рік, завжди більша за випаровування. Цьому сприяє існуючий в цій зоні температурний режим, котрий дозволяє воді знаходитися практично скрізь і впродовж усього року в одному, або одночасно в декількох її станах: рідкому, твердому та газоподібному, і не тільки у вигляді великих скупчень водних мас, а й у розсіяному вигляді. Причому, в рідкій фазі вода може знаходитися впродовж досить тривалого в продовж року відрізку часу.

Міграція і взаємодія вод з різними компонентами літосфери призводить, в свою чергу, до певного фізико-хімічного вивітрювання гірських порід та ґрунтів, до мобілізації й енергійного виносу з них водорозчинних сполук і різних за крупністю часток органічних і мінеральних речовин. Постійний приток води розводить ці розчини і сильно зменшує їхню мінералізацію. Жива речовина, загальна маса й роль якої досить великі, генерує великі кількості органічних сполук, які мають кислу реакцію і високу рухомість, по-своєму і дуже помітно впливає на характер мігруючих вод. Органічні речовини, рухаючись з водними розчинами і частково розчиняючись у них, врешті-решт призводять до загального “підкислювання” вод. Тому в гумідній зоні, звичайно, спостерігається кисла або слабокисла реакція середовища, відсутність в ній, або незначний уміст карбонатів і легкорозчинних солей, збільшення вмісту яких відбувається в більш південніших районах, по мірі аридизації клімату (степова зона).

В цьому розділі розглядаються кліматичні умови басейну, дається його геолого-геоморфологічна та орографічна характеристика, сучасний стан ґрунтового та рослинного покриву. Аналіз умов і дії основних джерел надходження осадового матеріалу свідчать про те, що в дніпровських водосховищах спільна дія “успадкованого” геологічного й нового, тобто того, що був викликаний до життя створенням водосховищ, гідродинамічного фактора, визначає дуже значне переважання у формуючому матеріалі продуктів розмиву (абразії) берегів і дна водойм. Ця закономірність розповсюджується і на надходження органогенного компонента у донні відклади внутрішньокаскадних водосховищ, тільки в головному водосховищі каскаду – Київському, значна доля органічної речовини надходить з алохтонним притоком.

З урахуванням акумулюючої здатності водосховищ підраховано, що у Київському водосховищі седиментується приблизно 72% матеріалу, який надійшов до його чаші, у Кременчуцькому – 93,3%, в Каховському – 99,5%. А.И. Денисова и др., 1989.

За нашими перерахунками, на основі кількісного аналізу основних джерел живлення, це складає, в Київському водосховищі 19,2106 тон/рік, у Кременчуцькому – 48.8106 тон/рік, у Каховському 52,9106 тон/рік

Отримані дані свідчать, що заповнення чаші водосховищ осадочним матеріалом при теперішньому положенні НПР і при сучасному режимі осадконакопичення відбудеться в Київському водосховищі приблизно через 250-300 років, у Кременчуцькому через 400-450 років, в Каховському через 500-550 років.

рЕГІОНАЛЬНИЙ АНАЛІЗ ТА ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ФОРМУВАННЯ СКЛАДУ ДОННИХ ВІДКЛАДІВ СУЧАСНИХ ВОДОЙМ

Морфо- і гідродинамічні умови формування донних відкладів водосховищ, їх гранулометричний та мінералогічний склад, динаміка у часі, потужності та абсолютні маси сучасного субаквального шару

У зв'язку з певним нахилом русла Дніпра, заплав і терас вниз за його течією в різних частинах водосховищ в затоплений стан переходять різні елементи і форми рельєфу річкової долини, що відображується на конфігурації берегової лінії і на характері та інтенсивності геоморфологічних процесів, які відбуваються на дні і схилах затопленої долини. Тому в водосховищах можна розрізнити декілька морфодинамічних зон, в, кожній з яких рівень води стикається з різними елементами й формами рельєфу, а також із неоднаковими за своїм складом гірськими породами. На водосховищах виділяються руслова, заплавна і терасова зони, а також зона корінних берегів, які можуть закономірно змінювати один одного від хвостової до пригребельної частини водосховищ Т.В. Звонкова, 1970; С.В. Лютцау, Г.И. Сафьянов, 1983.

В роботі наводиться детальна характеристика кожної зони та аналіз діючих гідрогенних процесів.

У процесі осадконакопичення гідродинамічні фактори відіграють досить різноманітну роль: рівневий режим являє собою фон, на якому відбувається абразія берегів і дна, дія хвиль є основним фактором руйнації та розмиву порід, водообмін і течії сприяють транспортуванню й розподілу осадочного матеріалу на дні водосховища.

В цьому розділі подано опис рівневого режиму та вітрохвильових явищ, водообміну та існуючих течій, термічного та льодового режиму водосховищ, розглядається динаміка завислих часток (седиментів), визначена їх роль в процесі осадконакопичення і зв'язок із гідродинамічними процесами, що відбуваються у водосховищах.

Складність і різноманітність всього комплексу природних та природно-техногенних умов сучасного осадконакопичення, вплив різних процесів знайшли своє відображення у розподілі по площах, зайнятих водосховищами, основних генетичних типів донних відкладів. Як встановлено попередніми дослідженнями [Н.В.Буторин и др. 1975; В.А. Клюева, Г.И. Долженко, 1983, Б.И. Новиков, 1985; И.А. Запольский, Б.Г. Еськов, 1976; В.И. Огородников, 1992, 1994] найбільш широким розповсюдженням у великих рівнинних водосховищах гумідної зони, до яких належать і дніпровські, користуються різноманітні гранулометричні типи відкладів – теригенного походження. Досить значні площі займають також біогенні осадки, які представлені черепашками або черепашковим детритом. Біогенно-теригенні (уламково-вапнякові) розповсюдженні в основному у Каховському водосховищі, в районах розвитку берегів, що складені вапняковими породами.

За даними гранулометричного аналізу серед теригенних відкладів виділяються наступні їхні різновиди: піски, в тому числі мулисті піски, піщанисті мули, алевритові мули, пелітові мули [В.И. Огородников, 1995].

Проведено детальний аналіз формування гранулометричного складу донних відкладів в кожному водосховищі дніпровського каскаду, було складено схеми розподілу основних гранулометричних типів донних відкладів Київського, Канівського, Кременчуцького, Дніпродзержинського й Каховського водосховищ.

Установлено, що найбільш тонкозернисті пелітові мули лише частково накопичуються на дні водосховищ. Частина пелітів або проходить каскад транзитом, або поступово транспортується по водосховищах у результаті певної активізації гідродинамічних процесів. Найбільш активне накопичення пелітових мулів відбувається в нижніх частинах водосховищ, хоча існують і інші ділянки, де частинки пелітів можуть підлягати седиментації (русло головної ріки та приток, затоплені старичні водойми, різні пониження в рельєфі дна тощо). Піски та алевритові мули в основній масі залишаються у водосховищах, багаторазово перевідкладаючись у процесі транспортування. Алевритові мули, також, є домінуючим типом донних відкладів великих рівнинних водосховищ.

Було виконано порівняльні дослідження і дана регіональна характеристика динаміці основних типів донних відкладів водосховищ за останні 15 років, що дає можливість прогнозування режиму осадконакопичення на майбутнє.

Мінералогічний склад донних відкладів Київського водосховища визначається, з одного боку, літолого-петрографічним складом порід провінцій, що живлять, з деяким їх перетворенням в зоні вивітрювання, а, з іншого, тими змінами, які відбуваються під впливом процесів денудації, транзиту наносів в алювіальних системах і перерозподілом в самому водосховищі, як у басейні седиментації. Відображення різних перетворень гірських порід у зоні вивітрювання досить чітко виражено в речовинному складі покривного комплексу порід басейну верхнього Дніпра А.А. Лазаренко, 1964, Б.Г. Еськов, 1970; В.И. Огородников, В.С. Сукач, 1990.

Аналіз розподілу основних важких мінералів в донних відкладах і визначення складу порід прилеглого суходолу дозволили вперше провести теригенно-мінералогічне районування акваторії, виділити ряд провінцій седиментації і трансседиментації, які пов'язані з основними береговими провінціями живлення, а також намітити шляхи міграції теригенного матеріалу в Київському й Канівському водосховищах.

Серед глинистих мінералів переважає монтморилоніт. В Канівському водосховищі зростає роль каолініту, і відмічається наявність змішанопрошаркових мінералів монтморилоніт-гідрослюдистого ряду, а в Каховському переважають гідрослюди.

Літолого-геохімічне вивчення колонок донних відкладів дозволило виділити основні типи розрізів і встановити потужності сучасного субаквального горизонту осадків, а також побудувати картосхеми їхнього розподілу в Київському, Канівському, Кременчуцькому, Дніпродзержинському й Каховському водосховищах.

Визначення потужностей донних відкладів відіграє велику роль при вивченні процесів замулювання акваторій, для отримання різноманітних