Смена трендов антропоморфогенеза староосвоенных районов (на примере Северо-Казахстанской области)

Размещено на http://allbest.ru

Смена трендов антропоморфогенеза староосвоенных районов (на примере Северо-Казахстанской области)

Пашков С.В.

Северо-Казахстанский государственный университет им. М. Козыбаева, Казахстан

Аннотация

Дан пространственно-временной анализ (с 1752г.) антропоморфогенеза типичного аграрного региона - Северо-Казахстанской области. В ходе нескольких волн сельскохозяйственного освоения антропогенный рельеф достиг максимального развития в целинные годы, когда, помимо преобразования рельефа пахотных почв и сопутствующих природно-агрогенных экзогенных процессов (дефляции и водной эрозии), был зафиксирован экспоненциальный рост строительства инженерно-технических (транспортных, гидротехнических, селитебных и др.) объектов. Однако в последнее время наблюдается смена трендов антропогенного рельефообразования - появился ряд объектов геотехноморфогенеза, способных коренным образом изменить не только исходный мезорельеф, но и эколого-геоморфологическую ситуацию в целом. Появление и развитие техногеосистем юга области обусловили усложнение полигенетического антропоморфогенного пространства на фоне контрастности с аграрным рельефом северных районов.

Ключевые слова: антропогенная геоморфология, антропоморфогенез, антропогенный рельеф, артеприродная среда, геотехноморфогенез, гидротехнический рельеф, литогенная основа, рельефоиды, Северо-Казахстанская область.

Change of anthropomorphogenesis trends in the old developed areas (on the example of North Kazakhstan region)

Sergey V. Pashkov

North Kazakhstan State University named after M. Kozybayev

Abstract. The article gives a space and time analysis (since 1752) of anthropomorphogenesis of typical agrarian area, North Kazakhstan region, which is the oldest area of bogharic agriculture of the country. During several waves of agricultural development, anthropogenic relief reached maximum development in virgin development period, when, in addition to the transformation of the relief of arable soils and the accompanying natural and agrogenic exogenous processes (deflation and water erosion), exponential growth in the construction of engineering and technical (transport, hydraulic, selitebic, etc.) facilities was recorded. Recently, however, there has been a change in trends in anthropogenic relief formation: due to the rapid growth of the mining industry in the central and southern regions of the area, a number of objects of geotechnonomorphogenesis have emerged, which can fundamentally change not only the original mesorelief, but also the ecological and geomorphological situation in general. Appearance and development of technogeosystems in the southern part of the region caused the complication of polygenetic anthropomorphogenic space on the background of contrast with the agrarian relief of the northern districts.

Keywords: anthropogenic geomorphology, anthropomorphogenesis, anthropogenic relief, artinatural environment, geotechnonomorphogenesis, hydrotechnical relief, lithogenic base, reliefoids, North Kazakhstan region.

Введение

Антропогенный фактор играет всевозрастающую роль в современном рельефообразовании и трансформации исходного рельефа. Изучению процессов антропоморфогенеза посвящены многочисленные исследования российских и зарубежных ученых. На переход земной поверхности из естественного (природного) состояния в искусственное одним из первых указал американский географ Д. Марш [Marsh, 1864]. Из множества трудов советских и российских геоморфологов по данной проблематике наиболее примечательными, на наш взгляд, являются публикации Л.Л. Розанова, который сформулировал понятийно-терминологический аппарат учения о геотехноморфогенезе, методологически фундировал классификацию антропогенных форм рельефа [Розанов, 1990; 2013; 2014; 2019]. На основе и в связи с территориальными исследованиями, в том числе крупнейших и старейших в Европе природно-техногенных комплексов Рурского и Верхнесилезского горнопромышленных районов, эволюционировали научные идеи и концепции европейских ученых, связанные с изменением подходов к изучению морфометрических характеристик антропогенного рельефа, оценки степени антропогенной денудации, имеющие важное прикладное значение [Fischer, 1915; Fels, 1954, 1957; Dulias, 2016].

Антропогенная геоморфология в Казахстане, несмотря на высокую степень агрогенной и техногенной преобразованности рельефа (первые рудники по добыче полиметаллических руд появились на Алтае еще в конце XVIII в.), в советский период не получила должного развития, хотя именно на это время пришелся пик геотехноморфогенеза центральных и восточных областей. Лишь в постсоветский период в свете продолжающегося развития горнодобывающей промышленности и усугубления эколого-геоморфологических проблем стали появляться публикации по данной тематике, посвященные локальным проявлениям экзоморфогенеза и формированию природно-техногенных систем горнопромышленных центров Центрального и Западного Казахстана [Алиаскаров, 2009; Алиаскаров и др., 2012; Веселова, 2018].

На территории страны функционирует порядка 450 полигонов с техногенными формами рельефа, где сосредоточено свыше 22 млрд тонн твердых техногенных отложений, большая часть из которых размещена в Карагандинской области. Среди техногенных форм рельефа преобладают шахты, стволы, отвалы, хвосто- и пульпохранилища, карьеры, котлованы, выемки с доминированием обширных экзодинамических процессов: обвалы, проседания, сдвиги, суффозия и др. Техногенные объекты мезорельефа Центрального Казахстана - пульпохранилища - достигают 4 км в длину, 2,5 км в ширину и 100 м в высоту [Веселова, 2018]. В то же время остаются мало- или вовсе неизученными процессы антропогенной трансформации рельефа остальных регионов, особенно староосвоенных сельскохозяйственных районов, к коим относится Северо-Казахстанская область.

Объекты и методы исследования

Результаты и их обсуждение

Принятие казахами Младшего и Среднего жузов российского подданства (1731 и 1740 гг. соответственно) обусловило острую необходимость строительства Российской империей пограничной линии инженерно-оборонительных сооружений. Через современную территорию области прошла Новоишимская (Горькая) линия, включавшая 8 крепостей и несколько десятков редутов, что вызвало появление как положительных, так и отрицательных беллигеративных форм рельефа в виде рвов, насыпей, земляных валов, надолбов и др. Наиболее крупные из них возникли при создании в 1752 г. крепости Св. Петра (с 1807 г. - г. Петропавловск), в 1765-1772 гг. были осуществлены крупные инженерные работы по замене бревенчатых стен земляным валом высотой 12 футов, в 1769 г. крепость была обведена рвом [Семенов, 2010]. Беллигеративный рельеф изменялся и дополнялся до 1876 г., пока Петропавловская крепость вместе со всей Сибирской линией не была упразднена в силу утраты оборонного значения. Некоторые беллигеративные формы сохранились до сих пор и отчетливо видны на космических снимках (рис. 1).

Наиболее масштабная пространственно-временная антропогенная трансформация рельефа связана с сельскохозяйственным освоением региона. Говоря об аграрном морфогенезе, необходимо выделить как целенаправленное (прямое) преобразование рельефа в виде распашки, так и косвенное (природно-агрогенное), выражающееся в активизации дефляции и водной эрозии на распаханных землях. В результате нескольких волн сельскохозяйственного освоения рассматриваемый локалитет являет собой пример образцового региона аграрного палимпсеста, когда одни и те же земли распахивались и забрасывались по 2-3 раза, формируя интерферированную аграрную морфоскульптуру северных (старооосвоенных) районов. На протяжении всей своей истории область была и остается наиболее земледель- чески освоенной в Казахстане, лишь за целинную кампанию в рекордно короткие сроки было распахано 26,5 % территории, доля пашни на момент завершения в 1962 г. составила 47 % от общей площади региона.

Рис. 1. Космический снимок земляных валов Становой крепости [Overview - Google Earth] Fig. 1. Space image of ground embankment of the Stanovaya Fortress [Overview - Google Earth]

В кризисный период (1992-1999 гг.) в результате смены общественно-экономической формации и дигрессивного развития земледелия площадь залежей увеличивалась до исторического максимума в 1,1 млн га. В настоящее время доля пашни (в разрезе административных районов) колеблется от 29 % в Уалихановском до 75 % в районе Габита Мусрепова. Выделы пашни являются самыми крупными (в пространственном отношении) площадными формами антропогенного рельефа. Максимально подверженными экзогенным процессам агрогенного характера оказались участки гривно-ложбинного рельефа левобережной части области севернее г. Сергеевка. Гривы (гряды высотой 3-15 м и длиной 214 км при ширине 500-1500 м) отличаются минимальной устойчивостью к экзогенным воздействиям вследствие изолированного (инсулярного) месторасположения и уникального строения: вершины и склоны сложены средними и легкими суглинками, песками, супесями. Благодаря этому незадернованные, быстро прогреваемые и лучше высыхающие в весенний период почвы вершин и склонов грив, в сравнении с окружающей территорией - межгривьями, озерными котловинами, - в постцелинный период оказались максимально подвержены оврагообразованию и дефляции [Пашков, Пигалев, 2016; Пашков, Тайжанова, 2016]. Итогом континуального вмешательства агрохозяйственной деятельности в природный экзоморфогенез стала активизация эрозионных процессов и формирование денудационного микро- и мезорельефа, образование овражно-балочной сети.

В последнее время в связи с интенсификацией земледелия и переходом от целинной планировки и прямоугольно-прямолинейной конфигурации полевых выделов (400-гектарные клетки) к адаптивно-ландшафтному земледелию и уменьшением среднего контура пашни, зафиксировано повсеместное затухание агрогеоморфогенеза, что соответствует литературным данным [Дьяченко и др., 2018]. Однако в области сохраняются значительные ареалы антропогенной (точнее, агрогенной) морфоскульптуры в районах с наименьшей геоэкологической устойчивостью - на распаханных склоновых землях (с уклоном местности более 2°) речных долин Ишима, Иманбурлука, Аканбурлука, а также озер, особенно в левобережной части области (Жамбылский и Мамлютский районы), где густота эрозионного расчленения достигает 100 м/км² [Пашков, Тайжанова, 2016].

Переход целинных зерновых совхозов с 60-х гг. от почвощадящих гусеничных тракторов (ДТ-54, ДТ-55), преобладавших к моменту завершения целинной кампании в структуре тракторного парка (60 %) [Атлас Целинного края, 1964], к тяжелой колесной технике (трактора К-700 и К-701) спровоцировал ухудшение общей дренированности, нарушение инфильтрации осадков и поверхностных вод, что в итоге обусловило поднятие уровня грунтовых вод. Это вызвало формирование подпахотного водонепроницаемого горизонта (вследствие подплужного уплотнения почвы), перераспределение поверхностного стока и активизацию выше указанных геоэкологических проблем.

Важную роль в агрогеоморфогенезе региона издавна играло скотоводство, обусловившее самые первые изменения исходного (природного) рельефа. Северный Казахстан исторически являлся частью дальнекочевого пастбищного цикла, куда на жайляу (летние пастбища - каз.) временно перегонялись огромные стада. Приграничное положение региона предопределило и прохождение крупнейшего в стране торгового транзита: скотопрогонные тракты пересекали современную территорию области с юга на север (Таиншыкульская (Петропавловский уезд) и Кояндинская ярмарки - до 1924 г. скот перегонялся из Кар- каралинского уезда в Европейскую часть России), параллельно долины р. Ишим. Ко второй половине XIX в. Петропавловск сам превратился в крупнейший в Казахстане центр торговли скотом, куда в отдельные годы из казахской степи сгонялось на продажу свыше миллиона голов лошадей, крупного рогатого скота и баранов [Семенов, 2010]. Помимо этого, вплоть до начала 60-х гг. прошлого столетия через восточные районы области скот из МНР перегонялся на один из крупнейших в СССР Петропавловский мясокомбинат. Все это априорно привело к переуплотнению грунтов скотопрогонных трактов, интенсификации склоновых процессов озер (степных блюдец) и озерных впадин-грабенов, деградации микро- и нанорельефа местности (особенно нивелирование территории закочкаренных пастбищ юго-востока региона), а также к трансформации промоин в овраги, унаследованно растущих по «козьим тропам» и скотопрогонным трактам. В настоящее время наиболее острой является проблема растущей пасквальной деформации береговой линии лесостепных и степных озер области, характерной для подавляющего большинства водоемов, расположенных вблизи населенных пунктов и используемых для водопоя выпасаемого скота частных подворий.

Наиболее масштабные литолого-геоморфологические изменения геологической среды территории области пришлись на целинное строительство, когда только в течение 1954-1955 гг. было создано 19 зерновых совхозов, что повлекло за собой усложнение транспортной инфраструктуры, модернизацию сети автомобильных и строительство новых железных дорог.

Освоение новых земель вызвало оживление железнодорожного строительства в Северном Казахстане, в связи с бурным развитием зернового хозяйства возникла острая необходимость вывоза зерна из отдаленных районов, вследствие чего был построен ряд узкоколейных линий. В 1956 г. была сдана линия «Кокчетав - Володарское», в 1957 г. - «Булаево - Молодогвардейская». Помимо этого, в 1958 г. подошло к концу строительство железной дороги «Кокчетав - Кзылту», в результате чего приобрел завершенный облик казахстанский участок Среднесибирской магистрали. Железнодорожные насыпи, благодаря отсыпке склонов щебнем, водоотводным и укрепительным устройствам, малоподверженны воздействию склоновых процессов, но при этом сами являются искусственным водоразделом и барьером для поверхностного стока.

Совершенствование старых линейно-транспортных объектов (в постсоветский период) связано с модернизацией транспортной сети, особняком стоит масштабная реконструкция областных участков международной автомагистрали М-51 - «Петропавловск - Петерфельд» и республиканской - «Петропавловск - Бесколь». Дорожное полотно расширено более чем в 2 раза с увеличением общей высоты насыпи земляного полотна (дорожной одежды, грунта насыпи) и асфальтового покрытия до 250 см. Это повлекло перемещение около 1,5 млн м³ почвогрунта и различных строительных материалов, создание системы водоотводных сооружений и устройств, боковых сточных канав с резко возросшей активизацией склоновых процессов.

Все автомобильные дороги, связывающие областной центр с центральными и южными районами области (Петропавловск - Явленка, Петропавловск - Сергеевка и т.д.), а также участок Трансказахстанской железнодорожной магистрали, проложены вдоль долины р. Ишим. Их расположение в данном случае имеет определяющее значение, поскольку ложбинки, овраги и балки вследствие уклонов местности подходят к ним перпендикулярно. Данные дороги служат искусственными водоразделами для них, поэтому в отрицательные формы рельефа (кюветы и канавы) происходит регулярный сброс вод, стекающих со склонов дорожного полотна.

Четвертичные озерно-аллювиальные и лессовидные глинистые и песчаные осадки, залегающие покровно, имеют рыхлую структуру, легко подвергаясь размыву. Особенно чутко реагируют на воздействие временных водотоков четвертичные супеси и лессовидные суглинки на незадернованной поверхности даже с незначительным уклоном [Пашков, Тайжанова, 2016]. При отсутствии дренажной системы эрозионные процессы активизировались на неукрепленных откосах земляного полотна модернизированной автомагистрали «Петропавловск - Бесколь», усугубляясь ливневым характером осадков с образованием микроструйчатыми потоками промоин глубиной до 60-80 см (рис. 2).

Рис. 2. Эрозионно-денудационный рельеф на неукрепленных откосах земляного полотна Fig. 2. Erosion and denudation relief on unfortified slopes of road embankment

Крупными рельефоидами (по Розанову [2013]: трансформированный и искусственный рельеф вместе со слагающими его отложениями и расположенными в (на) нём инженерными сооружениями) являются объекты дорожного строительства - путепроводы и подходные насыпи к ним, периодически встречающиеся на пересечении автомобильных дорог и областных участков Транссибирской, Трансказахстанской и Среднесибирской железнодорожных магистралей. Вследствие недоуплотнения грунта и избыточного увлажнения из- за протечки воды в местах сопряжения мостов и подходных насыпей происходит их трансформация и проседание почвогрунта, важным фактором развития денудационных процессов и образования осыпей являются также незатеррасированные склоны или отсутствие их отсыпки дренирующим материалом.

Геоморфологический облик территории областного центра, г. Петропавловска, начал меняться со времен закладки на правом берегу р. Ишим крепости в 1752 г. в результате трансформации исходного рельефа второй надпойменной террасы и последующей переработки микро- и мезорельефа. Со временем объекты беллигеративного морфогенеза крепости (насыпи, валы, рвы) были заположены, задернованы и снивелированы. В ходе застройки и освоения территории они были интерферированы рельефоидами промышленногражданского строительства, техногенно-накопительного (бывший и действующий полигоны твердых отходов, пруд-отстойник), гидротехнического рельефа (система дамб и гидроузла), накопления золоотвалов близ ТЭЦ-2 на северо-востоке города. Неблагоприятными геоэкологическими последствиями стали изменение базиса эрозии и формирование денудационного рельефа - овражной сети на склоновых землях долины р. Ишим. Наиболее крупным ее объектом со сформированными склонами и морфологическим обликом является овраг в Рабочем поселке, протяженностью более 3 400 м. Детерминирующим фактором овра- гообразования в городской черте является расположение Петропавловска на правом высоком берегу с абсолютной высотой в 135 м при глубине базиса эрозии - 45 м.

Этап целинного освоения земель ознаменовался началом интенсивного гидротехнического строительства, продолжавшегося вплоть до развала СССР. Значительно усилилась активизация геолого-геоморфологических процессов после запуска в 1969 г. крупнейшего объекта гидротехнического рельефа Северного Казахстана - Сергеевского водохранилища (Целинного моря) площадью в 117 км², объемом 695 млн м³, средней глубиной 5,9 м и длиной береговой линии 246 км. Его строительство не только повлекло перемещение огромного объема почвогрунта, строительного камня и бетона, но и спровоцировало сопутствующие оползнеобразование и активизацию эрозионных процессов на склоновых землях. Наибольших масштабов эти процессы достигли на участке береговой линии водохранилища между селами Коноваловка и Баганаты, интенсивно расчлененного оврагами с отвесными и обвально-осыпными склонами шириной 4-8 и длиной до 50 метров.

Помимо этого, геодинамика экзогенных процессов рассматриваемого локалитета усиливается абразией (волновой, термической, ледовой), а также дефляцией и интенсивными гравитационными процессами. Вследствие абразионной деятельности волн значительно изменена морфология пойменного рельефа, происходит переформирование берегов водохранилища. Трансформация берегового рельефа протекает не только под воздействием волнения, но и в результате взаимодополняемого действия флювиальных и склоновых процессов. Подъем уровня вод до высоты верхнего бьефа плотины водохранилища ожидаемо привел к подъему уровня грунтовых вод и смещению границы верховодки, обусловил подтопление и заболачивание прилегающей местности, что соответствует литературным данным [Хрисанов, Колмыков, 2017].

Характеристика важнейших объектов гидротехнического строительства региона представлена в таблице.

Геотехноморфогенез до недавних пор не находил развития на территории области, несмотря на наличие балансовых 34 металлических, 2 неметаллических и 217 месторождений строительного и технологического сырья [Инвестиционный портал ..., 2020]. Вблизи Петропавловска с 60-х до середины 90-х гг. располагались карьеры по добыче песка и глины на местный кирпичный завод. С 2019 г. завод мощностью 30 млн штук/год возобновил работу, используя ту же ресурсную базу, в расконсервированном карьере уже отмечены интенсивные оползневые процессы. Долгое время (свыше 60 лет) единственным местом по добыче строительного камня (гранита) оставалась г. Орлиная в Есильском районе, где открытая добыча, прекратившаяся лишь в 2017 г., значительно изменила морфологический облик склонов.

Геолого-геоморфологическая характеристика гидротехнических объектов Северо-Казахстанской области

Geological and geomorphological characteristics of hydrotechnical objects in North Kazakhstan region

Первая крупная техногеосистема формируется с 2014 г. у аула Булак (в 11 км от г. Орлиная) на месторождении Аулие, где начата добыча золота открытым способом (рис. 3). Поскольку золотосодержащая руда залегает вблизи поверхности, на глубине 6-7 м, только в ходе вскрышных работ к контуру карьеров объем перемещенного грунта составил более 0,5 млн м³. Это вызвало переуплотнение грунта в местах работы тяжелой гусеничной техники (бульдозеров и экскаваторов), а также спровоцировало просадку отвалов, интенсивные дефляционные и денудационные процессы, оползнеобразование с четко выраженными отложениями потокового деляпсия (коллювия) у подножия.

Общая площадь карьеров составляет 400 га, при этом ежегодный накапливаемый объем породных отвалов с момента начала добычи увеличился с 130 тыс. до 600 тыс. тонн, сопровождающийся процессом оползнеобразования и усложнением рисунка водороин на склоновых участках. Увеличение количества рабочих участков, а также площади карьерного поля вкупе с отсутствием сколько-нибудь значимых рекультивационных работ на внешних отвалах закономерно вызовут в ближайшем будущем усиление вышеупомянутых экзодинамических процессов на отработанных участках.

Куда более масштабный объект техноморфолитогенеза начал формироваться в 2019 г. в Айыртауском районе, где развернута добыча открытым способом олова на Сырымбетском месторождении.

Рис. 3. Космоснимок Аулиеской техногеосистемы [Overview - Google Earth]

Fig. 3. Space image of the Aulia technogeosystem [Overview - Google Earth]

Вскрышными работами на первом этапе отработки центральной части месторождения охвачено свыше 100 га, а всего (по плану) проектируемый диаметр центрального карьера превысит 1 км при глубине добычи в 230 м (общая площадь рудного тела - 2 х 9 км и глубина - до 600 м).Объемы добытой руды только за 15 лет эксплуатации месторождения составит 2,4 млн тонн, что неизбежно вызовет масштабный геотехноморфогенез в связи с началом создания денудационных (карьеры, пруд-накопитель и др.) и аккумулятивных (породные отвалы, ограждающие дамбы для первичного обвалования) форм рельефа при разрушении (смещении), передвижении и складировании (накоплении) почвенного покрова и горных пород.

Все вышеизложенное позволяет нам с полной уверенностью утверждать, что уже в ближнесрочной перспективе рассматриваемый локалитет эволюционирует в антропогенно-геоморфологическую систему [Лихачева, 2012] и будет представлять собой наиболее динамичное геотехноморфогенное пространство области.

Плотность (густота) антропогенного рельефа, дефинируемая нами как отношение суммы всех линейных (линейно-транспортных, линейно-гидротехнических и линейно-площадных) антропоморфных форм к площади территории, разнится от 2,6 км/км² (г. Петропавловск) и 0,12 км/км2 (Кызылжарский район) на севере до 0,06 км/км2 (Уалихановский район) на юге региона при среднеобластном показателе в 0,091 км/км2.

геоморфологический антропогенный рельефообразование казахстанский

Заключение