АНАЛИЗ  ЦИКЛОВ  МИГРАЦИИ ВЕЩЕСТВА В СТЕПНЫХ ГЕОСИСТЕМАХ ЗАБАЙКАЛЬЯ

ANALYSIS OF THE MIGRATION CYCLES OF AGENTS IN STEPPE GEOSYSTEMS

TRANSBAIKALIA

В.А.Снытко, О.И.Баженова, Г.Н.Мартьянова, С.С.Дубынина

V.A.Snytko, O.I.Bazhenova, G.N.Martyanova, S.S.Dubynina

Институт географии имени В.Б. Сочавы СО РАН

(Россия, Иркутск )

Institute of Geography named after V.B. Sochava,

Siberian Branch of Russian Academy of Sciences

(Russia, Irkutsk)

e-mail: snytko@yandex.ru

Cинтез материалов изучения степных геосистем во времени на базе Харанорского физико-географического стационара в Забайкалье  позволил выявить закономерности временной организации  процессов миграции вещества. Чередование во времени перигляциальных и аридных экстремальных фаз транспорта вещества позволяет сохранять динамическое равновесие в ландшафте.

Synthesis of materials of studies of Steppe Geosystems over time period in Kharanor phisico-geographic base in Transbaikalia revealed patterns of chronological organization of agents migration processes. The alternation in time of periglacial and arid extreme phases of agents transport allows to save dynamic balance in the landscape. 

Холодные степи Юго-Восточного Забайкалья, относящиеся к Центрально-Азиатской физико-географической области, в первом приближении можно считать аналогом перигляциальных степей плейстоцена. Познание временной организации степных геосистем Центральной Азии представляет большой интерес для палеореконструкций эволюции природной среды и прогнозных оценок хода природных процессов. Большую роль в изучении эволюции геосистем играет анализ циклов миграции вещества, которая происходит здесь  в условиях повышенной аридности (индекс аридности по Кеппену 0,7 – 1,0) и крайней континентальности (коэффициент континентальности Конрада 79-93) климата. Средние годовые температуры воздуха варьируют от – 0,2 до – 4,2 ^оС, амплитуды колебания годовых сумм атмосферных осадков изменяются от 150 до 457 мм. Для степей свойственна значительная временная изменчивость объемов, дальности, направленности и механизмов миграции вещества.  

Географический синтез  материалов изучения    степных геосистем   во времени на базе Харанорского физико-географического стационара  [1-3, 6] позволил выявить закономерности временной организации  процессов миграции  вещества в степном ландшафте. Установлено, что перемещение вещества  происходит строго определенным образом в соответствии со структурой климатических колебаний.  Для  исследуемой территории  характерен противофазный ход тепла и влаги, который проявляется в структуре климатических колебаний различного иерархического уровня. Среди них наиболее хорошо выражены  циклы Брикнера с частотой колебаний от 27 до 38 лет, которыми описываются вековые колебания холодных – влажных и теплых – сухих фаз климата на протяжении XIX–XX вв. и за более продолжительный 1900-летний интервал времени [3-5].  В круговороте вещества также четко выделяются внутривековые циклы  продолжительностью 27-35 лет, включающие  зональную фазу интеграции вещества в системах и   фазы экстремального выноса вещества из элементарных геосистем (малых литосборных  бассейнов).  Они проявляются в микроморфологии почв,   диагностируются по смене комплексов микрорельефа, характеру биомассы, по колебанию уровня бессточных Торейских озер.  Уровень этих озер представляет естественную разностную интегральную кривую изменения увлажнения территории степного Забайкалья и сопредельных районов Китая и Монголии.  Приуроченность  фаз к определенным сочетаниям тепла и влаги позволяет  прогнозировать вероятность и последовательность  их появления в соответствии с ходом климатических колебаний.

Рассмотрим внутривековую последовательность смены динамических фаз миграции вещества на примере  малого литосборного бассейна,  расположенного в отрогах Нерчинского хребта.  Внутривековой цикл  состоит из трех  динамических фаз, которые следуют друг за другом в определенном порядке и различаются между собой дальним или ближним транспортом вещества, уровнем интенсивности и структурой процессов.   Каждая фаза описывается своим набором признаков или параметров, сохраняющихся некоторое время. Для каждой фазы характерно  свое особое соотношение динамических, литологических и морфологических параметров миграции вещества. Материалы стационарных исследований и данные Росгидромета позволяют  дать подробную характеристику фаз, которые    представлены в таблице. 

В зональную фазу интеграции вещества в системе, составляющую около 70% от продолжительности внутривекового цикла, происходит обмен веществом и энергией между элементами системы, при этом вынос вещества из системы незначителен. Интегрирующим элементом систем выступают днища падей, долин малых рек, бессточных озерных котловин. Фаза  характеризуется умеренной интенсивностью перемещения вещества и большим спектром процессов, участвующих в горизонтальной и вертикальной миграции. Ближний транспорт вещества, свойственный зональным условиям функционирования систем, характеризуется максимальным преобразованием склонового яруса рельефа. Для фазы характерна четко выраженная корреляция  зон смыва, транзита и аккумуляции делювия с морфологическими элементами степных склонов. Снос с привершинных пологих элементов склонов составляет – 0,11…-0,40 мм/год, на уступах денудационных останцов смыв интенсивный (-0,70…-1,50 мм/год), на педиментах, представляющих зону транзита, баланс делювия близок к нулю, и, наконец, в нижней части формируются делювиальные шлейфы со скоростью 0,3…2,6 мм/год. В результате перераспределения вещества плоскостным смывом на склонах в трансаккумулятивных фациях накапливается от 5 до 20 т углерода и от 0,5 до 2 т азота [3]. С наветренных, более крутых склонов северо-западной экспозиции мелкозем переносится в результате эоловой миграции вещества на склоны юго-восточной экспозиции. Эоловыми процессами  за лето перемещается до 10 т органического углерода и до 1 т азота.

Таблица 1

Показатели  миграции вещества в различные фазы цикла

Для фазы характерен активный зоогенный вынос рыхлого материала на поверхность склонов, составляющий в среднем 1-4 т/га в год.  В дальнейшем этот материал участвует в ближнем транспорте вещества.  Для фазы характерна некоторая стабилизация геохимической обстановки в топогеосистемах. В этот период происходит повышение запасов органического вещества в почвах и увеличение мощности  гумусового горизонта. Прирост биомассы заметно превышает над разложением отмершей органики в надземной и подземной частях во всех фациях.  Во многих геосистемах идут обратимые процессы засоления – рассоления, что особенно ярко выражено в почвах озерных котловин; где сальдо годового баланса водно-растворимых солей близко к нулю [2].

Резкий рост увлажненности территории дает импульс для перехода системы в новое качественное состояние – экстремальную  перигляциальную фазу  дальнего транспорта вещества. Фаза занимает около 8%  продолжительности внутривекового цикла. Она приурочена к пикам высокого увлажнения, которые отмечались в 1936-1937, 1941, 1962-1963, 1989-1990 и 1998 гг. Уровень Торейских озер в эти годы был высоким. Вынос вещества из системы осуществляется флювиальными потоками, формирующимися в результате таяния родниковых наледей и ливневого стока при резкой активизации солифлюкционно-наледных процессов. При этом в зоне вогнутых перегибов склонов у подножий уступов педиментов «подновляются» мерзлотные забои и происходит солифлюкционный вынос мелкозема в днища падей. На педиментах активны дефлюкция и струйчатый смыв. В свою очередь, сильный подъем уровня грунтовых вод и массовое развитие наледей практически во всех падях приводят к образованию мерзлотных долинных поясов, при разрушении которых водными потоками выносится большой объем материала, который  поступает в бассейны более высокого порядка бессточных областей Центральной Азии или бассейна Амура.  Объем экстремального твердого стока превышает средние многолетние значения более чем в 15 раз и может достигать 158 т/км ² в год. Вынос из малых  литосборных бассейнов верхних звеньев гидрографической сети, подсчитанный по объему свежих эрозионных врезов, выше фонового на два порядка величин и составляет 60-80 т/га в год. Из-за недостаточных расходов влаги на испарение наблюдается перенасыщение почвы влагой, ее заплывание и обеднение кислородом, что сильно сказывается на растительном покрове,  при недостатке тепла сдерживается рост теплолюбивых растений. Создаются не вполне благоприятные условия для луговых мезофитов и мезоксерофитов. Формирование травостоя происходит на фоне высоких запасов продуктивной влаги. Высокие запасы зеленой массы отмечается за счет усиления злаков до 86%.

При снижении увлажнения до минимума  система вступает в следующую, заключительную фазу функционирования – экстремальную аридную фазу эолового выноса вещества из системы в условиях разреженного травостоя и сильного иссушения верхнего горизонта почв, чему способствуют суховеи. Эоловый материал поступает в область транзита и аккумуляции вещества обширной восточноазиатской эоловой морфодинамической системы.  В Онон-Аргунской степи, являющейся областью  дефляции вещества, глубокой эоловой переработке подвергаются верхние горизонты отложений вершинных поверхностей и склонов, где резко усиливается защебненность. Ветром моделируются береговые склоны рек и озер, выдуваются соленосные осадки сухих днищ озерных котловин. Отмечается эоловая переработка бортов и днищ промоин и оврагов, размеры которых могут уменьшиться в связи с накоплением в них эолового материала. Аридная фаза составляет около 13% продолжительности внутривекового цикла миграции вещества.  В ХХ столетии  она отмечалась в 1901-1903 гг. (котловины Торейских озер безводны), 1920-1922 (озера безводны), 1945-1946 (озера безводны), 1951 (низкий уровень Барун-Торея, Зун-Торей высох), 1971-1972 (уровень озер очень низкий), 1981-1982 (Барун-Торей высох, уровень Зун-Торея низкий). В XXI в. продолжительная аридная фаза наблюдалась в 2004-2007 гг., когда количество атмосферных осадков снижалось до 150 мм в год и пересыхало большинство соленых озер (Харанор и Барун-Торей безводны, уровень Зун-Торея низкий). В структуре микроморфологических комплексов выделяются эоловые дефляционные и аккумулятивные формы (котловины, ложбины, ветровая рябь, косички, флажки, гряды, дюны). В результате  ксерофитизации меняется видовой состав и внешний вид травостоя. Структура сообществ указывает на недостаток влаги т.к. доступная влага в слое почвы 100 см практически отсутствует. Объем  выносимого эолового вещества с поверхности степных склонов изменяется от 10 до 50 т/га, а с вершинных поверхностей – 100 т/га и более в год.

Таким образом,   в  результате  чередования во времени перигляциальных и аридных экстремальных фаз дальнего транспорта вещества с примерно одинаковым объемом удаленного вещества с привершинных и долинных участков в системе сохраняется динамическое равновесие. Эти фазы следует рассматривать в качестве  инвариантов временного варьирования всего многообразия  взаимодействующих друг с другом в пространстве литодинамических,  геохимических  и биологических потоков вещества. 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Баженова О.И. Внутривековая организация систем экзогенного рельефообразования в степях Центральной Азии // География и природные ресурсы. 2007. № 3. С.116-125.
2. Вещество в степных геосистемах. Новосибирск: Наука. 1984. 159 с.
3. Изучение степных геосистем во времени. Н.: Наука. 1976. 238 с.
4. Обязов В.А. Адаптация к изменениям климата: региональный подход // География и природные ресурсы. 2010. № 2. С.34-39.
5. Птицын А.Б., Решетова С.А., Бабич В.В., Дарьин А.В. и др. Хронология палеоклимата и тенденции аридизации в Забайкалье за последние 1900 лет // География и природные ресурсы. 2010. № 2. С. 85-89.
6. Снытко В.А. Геохимические исследования метаболизма в геосистемах. Новосибирск: Наука. 1978. 149 с.