Генетические комплексы антропогенных отложений на территории Саратова

УДК 551.438.5:550.75

А.С. Шешнёв, М.В. Решетников, П.С. Жучков, В.В. Кузнецов ГЕНЕТИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ АНТРОПОГЕННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ НА ТЕРРИТОРИИ САРАТОВА

Представлены результаты классификации антропогенных отложений на территории Саратова по генетическим признакам.

Урбанизированные территории, трансформация рельефа, антропогенные отложения, территория Саратова

A.S. Sheshnev, M.V. Reshetnikov, P.S. Zhuchkov, V.V. Kuznetsov

GENETIC COMPLEXES OF ANTHROPOGENIC SEDIMENTS ON THE TERRITORY OF SARATOV CITY

The article presents the results of the classification of anthropogenic sediments on the territory of Saratov according to their genetic traits.

Urban areas, changes of the landscape, anthropogenic deposit, the city of Saratov

На современных городских территориях существенно изменяется верхняя часть геологического разреза. Возникает новый генетический тип современных отложений - антропогенные, которые своим происхождением обязаны хозяйственной деятельности человека. Антропогенные отложения влияют на инженерно-геологические и геоэкологические условия, служат почвообразующей породой. Ф.В. Котлов отмечает, что «антропогенные процессы и явления количественно и качественно отличаются от природных», протекающих в земной коре и на ее поверхности [1].

Терминологический аппарат, употребляемый при изучении антропогенных отложений, не унифицирован: одним термином обозначают различные понятия, и, наоборот, одно явление определяется массой дефиниций. Так, в литературе трудно различить термины: антропогенные - культурные - техногенные - искусственные отложения. Употребление указанных терминов широко распространено в науках о Земле, археологии и экологических науках.

В общей классификации грунтов [2], наряду с царством природных, выделяются искусственные грунты. К искусственным грунтам отнесено большое количество геологических антропогенных образований: техногенно измененные грунты, техногенно переотложенные грунты и техногенно образованные грунты. Приведем их определения по указанной работе. Техногенно измененные грунты -бывшие природные образования, измененные в условиях естественного залегания (природные грунты, для которых средние значения показателей химического состава изменены не менее чем на 15%). Техногенно переотложенные грунты представляют собой природные перемещенные образования (природные грунты, перемещенные с мест их естественного залегания, подвергнутые частично производственной переработке в процессе их перемещения). Техногенно образованные грунты - сугубо антропогенные образования (твердые отходы производственной и хозяйственной деятельности человека, в результате которой произошло коренное изменение состава, структуры и текстуры природного минерального или органического сырья).

В грунтоведении под техногенными грунтами понимают «техногенно-созданные образования или измененные горные породы, сформировавшиеся в результате производственной и хозяйственной деятельности человека» [3], включающие техногенно-созданные образования и техногенно-измененные горные породы. При классификации техногенных грунтов выделяют семь таксономических единиц по группам признаков: класс - по происхождению (генетическое подразделение первого порядка); группа - по виду деятельности - источнику формирования (генетическое подразделение

второго порядка); подгруппа - по способу образования (генетическое подразделение третьего порядка); тип - по петрографическому составу и структурно-текстурным признакам; подтип - по дисперсности; вид - по степени самоуплотнения, уплотнения и упрочения, характеру техногенного литогенеза; разновидность - по показателям вещественного состава и физико-механических свойств.

Все современные отложения, представляющие собой антропогенные образования, являются грунтами, т.к. являются продуктом инженерно-хозяйственной деятельности человека [4].

Ф.В. Котловым [1] разработана инженерно-геологическая классификация антропогенных отложений, имеющая в основе генетические признаки. Выделено четыре таксона - группы, генетические комплексы, классы и виды. Групп по условиям образования отложений три: субаэральные (наземные), субаквальные (подводные) и субтерральные (подземные); семь генетических комплексов: 1) насыпные, 2) намывные, 3) отложения искусственных водоемов, 4) искусственные подводные грунты, 5) измененные водные осадки естественных водоемов, 6) породы, искусственно преобразованные в естественном залегании, 7) привнесенные в породы материалы и конструкции и стихийное накопление подземного культурного слоя. Классы, выделяемые по более детальным генетическим признакам в составе семи комплексов, включают 21 наименование. В составе отдельных классов выделены виды антропогенных отложений. Каждое таксономическое подразделение охарактеризовано по способам образования, составу, интегральному баллу однородности, инженерно-геологическим особенностям и интегральному баллу прочности антропогенных отложений.

Культурный слой в археологии определяется Д.А. Авдусиным как «исторически сложившаяся система напластований, состоящая в основном из органических и строительных остатков, образовавшихся в результате деятельности человека» [5]. В «Археологическом словаре» [6] культурный слой определяется как «слой со следами деятельности человека». Д.Ю. Здобин рассматривает культурный слой как геологическое образование верхней части литосферы и предлагает следующее определение: «полигенетическое, исторически сложившееся образование (искусственное геологическое тело), включающее в себя антропогенные образования (археологические артефакты), техногенный грунт и палеопочвы» [7].

При длительном процессе накопления культурного слоя системы напластований все время изменяются, но в целом сохраняют между собой определенные соотношения. Каждый слой отражает общее направление хозяйственной жизни поселения. Внутрислойные включения и прослойки отражают хозяйственный эпизод, как правило, кратковременный. Состав, структура, сложение и включения в культурном слое отражают исторический процесс бытования населения. Главной целью изучения культурного слоя являются исторические выводы, которые можно сделать на основании его изучения [5]. Таким образом, культурный слой - понятие весьма близкое к антропогенным отложениям, но несущее, прежде всего, историко-археологическую нагрузку.

Признаками культурного слоя, согласно Д.Ю. Здобину [7], являются: 1) наличие археологических артефактов; 2) локальность (изолированность как по латерали, так и по разрезу); 3) повышенное содержание фосфора и органического углерода; 4) геохимические и механические барьеры; 5) выдержанные по всему горизонту значения pH и БЬ; 6) особый режим влажности-плотности. В настоящее время систематика отложений культурного слоя слабо разработана. Д.Ю. Здобиным представлена одна из первых классификаций антропогенных образований (археологических артефактов -объектов, предметов, отходов и следов производственной, хозяйственной, военной, культовой, бытовой и иной деятельности человека).

В почвоведении также отмечается роль техногенеза, который воздействует на почвы в глобальном масштабе. Почвообразовательный процесс в условиях влияния антропогенной деятельности предложено обозначать технопедогенезом, который в настоящее время преобладает над «чисто» природным почвообразованием [8]. Воздействие со стороны человека приводит к образованию специфических естественно-антропогенных почвенных и почвоподобных тел, именуемых соответственно антропогенно-преобразованными почвами и техногенными поверхностными образованиями (технозе-мами) [9]. Рассматриваются и вопросы развития почв на техногенных субстратах [10, 11].

Вместо широко употребляемого термина «антропогенные почвы» предложено обозначение ««техногенные» или «техногенно-измененные» почвы, поскольку «во-первых, как известно, термин «антропогенный» (антропогеновый) занят в геологии и литологии для обозначения определенного исторического периода, который существенно не совпадает по длительности с этапом заметного преобразования почв человеком. Кроме того, данный термин может ассоциироваться с человеком вообще и поэтому имеет некоторый биологический оттенок. Между тем основные трансформации почв и почвенного покрова, так или иначе связанные с человеком, вызваны, строго говоря, его производственной деятельностью - теми или иными орудиями труда (примитивными или современными), т.е. техникой в ее широком понимании» [12].

Под антропогенными отложениями понимаются «все типы литологических разностей, образовавшихся под воздействием человека, при его участии или созданных человеком с использованием технических средств» [13]. Техногенные отложения представляют собой «слои толщи наносов, возникшие при участии людей, созданные при участии техники, по определенной технологии, отвечающие определенным технологическим требованиям» [13). Таким образом, техногенные отложения, являясь частью антропогенных, представляют собой целенаправленно, технологически определенные, созданные человеком образования. Процесс накопления техногенных осадков (техногенный литогенез, включающий техногенный седиментогенез и техногенный диагенез) отличен от природных процессов как качественно, так и количественно. Качественная разница заключается в специфике вещественного состава и генезиса отложений, количественная - в темпах осадконакопления, которые сравнимы со скоростью развития природных катастроф. В настоящее время формируется понятийный аппарат геологии антропогенных (в том числе техногенных) отложений, разрабатывается классификация техногенных формаций и фаций [14]. Следует отметить, что в понятие «антропогенные» отложения вкладывается генетическое содержание, в отличие от «антропогеновых» (четвертичных) с их возрастным понятием.

Для современного уровня исследований, согласно С.А. Несмеянову [15], допустим наиболее общий термин «антропогенные или культуросодержащие отложения», которые делятся на три разновидности - отложения культурных слоев, техногенные отложения и естественно перемещенные культуросодержащие отложения и образования.

Специфичность отложений позволяет выделять их в качестве самостоятельного антропогенно-техногенного генетического комплекса. Процесс образования антропогенных отложений, или геологическая породообразующая деятельность человека - антропогенный литогенез (антрополитогенез). При стратификации отложений геолого-палеонтологические признаки малоинформативны, ведущее значение приобретают историко-археологические и техногенные. В образованных в древности разрезах техногенных накоплений выделяются, как правило, две пачки грунтов, существенно различающие составом, строением и свойствами [16]. Верхняя пачка - песчано-глинистые грунты с большим количеством строительного мусора, нижняя пачка - толща черных и бурых обильно гумусиро-ванных, часто органоминеральных грунтов.

Преобразование отложений под воздействием человека или окружающей среды - антропогенный диагенез. Для характеристики формы и условий залегания применимы традиционные геологические приемы. Скорость формирования материала и его преобразования в условиях техногенеза многократно ускоряется.

Согласно классификации А.А. Каздыма [14], выделяются линейные и площадные фации. Техногенная фация определяется как группа техногенных отложений, сформировавшихся в определенной геологической, физико-химической и биоклиматической обстановке, отличной по определенным показателям от естественных горных пород.

Ф.В. Котлов [1] выделяет укрупненно в составе антропогенных отложений три группы фаций: 1) грунтовые, 2) искусственно созданные, 3) отходы жизнедеятельности человека; отмечая, что наиболее однородными являются первые две группы фаций.

Проблему фациального анализа антропогенных отложений по ряду параметров обозначает С.А. Несмеянов [15]. Первый - вопрос иерархии фациальных образований. Если традиционно фаци-альные соотношения выделяются на уровне свит, толщ и пачек, то при палеогеоэкологических исследованиях необходим микрофациальный анализ с соотношениями на уровне отдельных пластов, слоев и прослоев. Второй - о фациальной интерпретации некоторых видов отложений (например, палеопочв). Третий - о стадиях формирования и преобразования антропогенных отложений, который тесно связан с минеральными новообразованиями, влияющими на современное экологическое состояние.

Комплекс микростратиграфических, микролитологических и микрофациальных исследований позволяет выявлять неоднородность даже наиболее дробных стратиграфических подразделений и обнаружить: 1) скрытые размывы и несогласия (например, горизонты повышенной концентрации культурных остатков и, наоборот, «немые» горизонты в культурных слоях), 2) зоны вторичного и первичного вертикального и горизонтального перемещения культурных остатков (зоны различных вторичных - диагенетических - преобразований), 3) зоны иллювиального вмыва палинологических материалов (величину стратиграфического несоответствия геохронологических (литологических) и палинологических (биостратиграфических) границ) и т.д.

250

К этапности формирования и преобразования антропогенных отложений существует два основных подхода. Почвоведы и археологи предлагают выделение следующих этапов [17]: 1) предшествующий этап (предыстория) - природное состояние ландшафта, 2) подготовительный этап (начало преобразования территории), в профиле культурного слоя часто выражающийся строительным слоем в городах, 3) функциональный или основной этап - время бытования, за которое накапливается основная часть отложений; 4) заключительный этап включает преобразование отложений после ухода населения вплоть до погребения в геологическом разрезе, 5) метаморфический этап, на котором происходят диагенетические и почвообразовательные процессы и погребенном культурном слое.

С.А. Несмеянов [15], выделяет три этапа: 1) этап формирования (часто включающий ряд подэта-пов), 2) этап погребения (во многих случаях практически не обособляется), 3) этап диагенетического преобразования погребенных отложений (может иметь подэтапы), на котором происходят значительные диагенетические изменения минерального и химического состава отложений. В технолитогенезе, на примере намывных отложений, Ю.И. Кутепов и Н.А. Кутепова [18] выделяют три этапа: разрушение материнских пород  перемещение разрушенного материала  новое породообразование. Все стадии осадочного породообразования (от суспензий в плотные литифицированные отложения) протекают очень быстро, в течение нескольких десятков лет.

Распространение антропогенных отложений имеет связь с элементами рельефа, геологическим строением коренных отложений и функциональными зонам территории. Ф.В. Котлов [19] различает формы накопления антропогенных отложений: повсеместное (широко площадное) на староосвоенных землях; линейное - связанное с авто- и железными дорогами, валами, овражно-балочной сетью; очаговое (локальное) - засыпанные болота, пруды, отдельные стройплощадки.

Для территории Москвы корреляционный анализ показал, что мощности техногенных отложений практически не зависят от морфометрических характеристик рельефа и литологического состава четвертичных отложений [20, 21]. Отмечается слабая тенденция увеличения мощностей техногенных отложений с ростом глубины расчленения и мощностей четвертичных отложений, т.е. наибольшие мощности тяготеют к долинам, где рельеф максимально изменен [22]. При этом «различают «сознательное преобразование» природного рельефа, стихийное преобразование рельефа в результате нерационального ведения хозяйства, нежелательные формы рельефа - неизбежный результат некоторых видов горных и строительных работ» [23].

С.Н. Ковалев [24] считает «свалкоопасными» около 2/3 длины балок. Как правило, наиболее трансформированными оказываются верхние звенья эрозионной сети, формы более высоких порядков уничтожаются позже. Подземные воды способствуют как цементации техногенных отложений, так и развитию суффозии и карста, оседаний поверхности. Засыпанные кладбища и свалки могут быть отнесены к геопатогенным зонам [22].

Антропогенные отложения на городских территориях, представляя собой новейший покровный и, как правило, рыхлый материал, в подавляющем большинстве случаев никак не связаны с областями своего образования. Таким образом, данный тип отложений никак не сопряжен с зонами разрушения (денудации), и не коррелятен каким-либо геоморфологическим формам. Э.А. Лихачева и др. приходят к выводу, что «мощность антропогенных отложений скорее можно рассматривать как показатель глубины поверхностного воздействия градостроительства на геосреду» [21, с. 74].

Таким образом, в настоящее время вопросы изучения антропогенных отложений находятся в стадии формирования, объект и предмет изучения требуют детального научно-практического осмысления.

Историю накопления антропогенных отложений на территории Саратова можно вести со времени его основания в 1590 году. За более чем 420-летний период практически на всей площади города сформированы многометровые толщи, разнородные по своему составу и свойствам [25].

На территории Саратова распространены все семь генетических комплексов антропогенных отложений, выделенных в классификации Ф.В. Котлова [1] (таблица).

Формирование антропогенных отложений и изменение рельефа приводит к негативным геоэкологическим последствиям, основные из которых следующие: 1) перестройка водосборных бассейнов, оформление бессточных районов; 2) химическое загрязнение почвогрунтов; 3) изменение инженерногеологических свойств грунтов; 4) активизация опасных экзогенных процессов; 5) заиление водоемов (в районе Саратова - Волгоградского водохранилища).

Генетические комплексы антропогенных отложений на территории Саратова

Генетический тип Особенности формирования Распространение Показательные примеры

Насыпные Ликвидация отрицательных форм рельефа, инженерная подготовка территории Повсеместно в зонах застройки Долины Белоглинского и др. оврагов, полигон в пос.Октябрьском, железнодорожные насыпи

Намывные Дренажные, транспортные и берегозащитные функции Устьевые части приволжских балок и оврагов Устье Глебучева, Залетаевского и др. оврагов

Отложения искусственных водоемов Механическое осаждение Волгоградское вдхр., пруды Донные отложения прудов в Горпарке

Искусственные подводные грунты Грунтовые основания Волгоградское вдхр. Берегоукрепительные и берегозащитные сооружения

Измененные водные осадки естественных водоемов Следствие изменения гидрологического режима Волгоградское вдхр., гидросеть в городской черте Донные осадки Волгоградского водохранилища, р. Елшанки и др.

Породы, искусственно преобразованные в естественном залегании Следствие механических и динамических нагрузок со стороны города Повсеместно в зонах застройки Земли НИИ СХ Юго-Востока, породы Елшанской ПХГ

Привнесенные в породы материалы и конструкции и стихийное накопление подземного культурного слоя Подземные виды работ Повсеместно в зонах застройки Штольни г. Увек, фундаменты зданий, кладбища

Полигоны, на которых в наиболее показательном виде представлены геоэкологические проблемы, связанные с антропогенными отложениями, представлены на схеме.

Показательные полигоны распространения антропогенных отложений Цифрами на схеме обозначены: 1 - отвалы карьерной разработки (окрестности пос. Елшанка); 2 - тело железнодорожной насыпи в районе станции Трофимовской; 3 - насыпные грунты на месте заболоченных территорий; 4 - складирование грунтов в верховье р. Гуселка-1; 5 - цепь дамб в верховье Г лебучева оврага; 6 - насыпь автомобильного моста через Алексеевский овраг; 7 - складирование отходов в верховьях Маханного оврага; 8 - полигон намывных и насыпных грунтов в Глебучевом

овраге; 9 - Набережная Космонавтов; 10 - дамбы в Горпарке; 11 - полигон складирования отходов в пос. Октябрьском; 12 - полигон в карьере Заплатиновка; 13 - намывное тело грузового порта; 14 -намытые грунты в устьевой части Залетаевского оврага; 15 - намытые грунты в устьевой части Ток-маковского оврага, 16 - устьевая часть р. Увековки; 17 - насыпи в районе железнодорожного моста через Волгу; 18 - выравнивание рельефа на промышленной площадке ООО »Саратоворгсинтез».

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 12-05-31260 мол_а.

ЛИТЕРАТУРА

1. Котлов Ф.В. Изменение геологической среды под влиянием деятельности человека / Ф.В. Котлов. М.: Недра, 1978. 263 с.

2. Грунтоведение / под ред. В.Т. Трофимова. М.: Изд-во МГУ, 2005. 1024 с.

3. Афонин А.П. Классификация техногенных грунтов / А.П. Афонин, И.В. Дудлер, Р.С. Зиан-гиров и др. // Инженерная геология. 1990. №1. С. 115-121.

4. Огородникова Е.Н. Формирование современных отложений в условиях техногенного лито-

генеза / Е.Н. Огородникова, С.К. Николаева // Квартер во всем его многообразии. Фундаментальные проблемы, итоги изучения и основные направления дальнейших исследований: материалы

VII Всерос. совещания по изучению четвертичного периода. Апатиты; СПб, 2011. Т. 2. С. 119-121.

5. Авдусин Д.А. Полевая археология СССР / Д.А. Авдусин. М.: Высш. шк., 1980. 335 с.

6. Матюшин Г.Н. Археологический словарь / Г.Н. Матюшин. М.: Просвещение, 1996. 304 с.

7. Здобин Д.Ю. О классификации грунтов культурного слоя / Д.Ю. Здобин // Российская археология. 2008. № 1. C. 48-52.

8. Глазовская М.А. Технопедогенез: формы проявления / М.А. Глазовская, Н.П. Солнцева, А.Н. Геннадиев // Успехи почвоведения. М.: Наука, 1986. С. 108-114.

9. Лебедева И.И. Классификационное положение и систематика антропогенно-преобразованных почв / И.И. Лебедева, В.Д. Тонконогов, Л.Л. Шипов // Почвоведение. 1993. № 9. С. 98-106.

10. Lehmann A. Soil development in young soils from technogenic substrates / A. Lehmann. Abstracts SUITMA. Beiging, 2007.

11. Shoba S. Urban soils of floodplains in the City of Moscow / S. Shoba, T. Prokofieva, O. Kruglova. Session 77-1: Site disturbance: The role of soil morphology in its assessment. Proceedings from the 18 World Congress of Soil Science, Philadelphia, PA, 2006.

12. Геннадиев А.Н. О принципах группировки и номенклатуры техногенно-измененных почв / А.Н. Геннадиев, Н.П. Солнцева, М.И. Герасимова // Почвоведение. 1992. № 2. С. 49-60.

13. Лихачева Э.А. Экологическая геоморфология: словарь-справочник / Э.А. Лихачева, Д.А. Тимофеев. М.: Медиа-ПРЕСС, 2004. 240 с.

14. Каздым А. А. Техногенные отложения древних и современных урбанизированных территорий: палеоэкологический аспект / А.А. Каздым. М.: Наука, 2006. 158 с.

15. Несмеянов С.А. Техногенные образования как геологическая формация / С.А. Несмеянов, О.А. Воейкова, А.А. Каздым и др. // Геоэкология. 2009. № 5. С. 387-398.

16. Пашкин Е.М. Инженерно-геологическая стратификация техногенных накоплений как основа оценки дефицита несущей способности оснований памятников / Е.М. Пашкин, О.В. Домарев // Геоэкология. 1999. №4. С. 328-332.

17. Сычева С.А. Эволюция культурных слоев эпохи голоцена / С.А. Сычева, Н.Б. Леонова,

A.А. Узянов и др. // Известия РАН. Сер. географ. 2000. №4. С. 29-37.

18. Кутепов Ю.И. Техногенез намывных отложений / Ю.И. Кутепов, Н.А. Кутепова. // Геоэкология. 2003. №5. С. 405-413.

19. Котлов Ф.В. Антропогенные изменения рельефа на примере г. Москвы / Ф.В. Котлов // Вопросы географии. 1961. Сб. 52. С. 134-150.

20. Зеегофер Ю.О. Инженерно-геоморфологический анализ рельефа города (на примере Москвы) / Ю.О. Зеегофер, Э.А. Лихачева, И.К. Сипягина и др. // Вопросы географии. 1979. № 111. С. 48-59.

21. Лихачева Э.А. Опыт оценки изменения рельефа городской территории (на примере г. Москвы) / Э.А. Лихачева, Ю.О. Зеегофер, А.Ф. Краснов и др. // Новейшие методы геоморфологических исследований, 1981. С. 72-84.

22. Геоэкология Москвы: методология и методы оценки состояния городской среды / отв. ред. Г.Л. Кофф, Э.А. Лихачева, Д.А. Тимофеев. М.: Медиа-Пресс, 2006. 200 с.

23. Лихачева Э.А. История формирования направления и терминология / Э.А. Лихачева,

B.П. Палиенко, М.Е. Кладовщикова и др. // Антропогенная геоморфология. М.: Медиа-ПРЕСС, 2013. С. 33-43.

24. Ковалев С.Н. Овражно-балочные системы в городах / С.Н. Ковалев. М.: Компания Принт-КоВ, 2011. 138 с.

25. Шешнёв А.С. Антропогенные отложения и формы рельефа городских территорий: формирование, развитие, геоэкологическая роль (на примере Саратова) / А.С. Шешнёв; под ред. А.В. Иванова. Саратов: СГТУ, 2012. 287 с.

Шешнёв Александр Сергеевич -

кандидат географических наук, ассистент кафедры «Геоэкология и инженерная геология» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Решетников Михаил Владимирович -

кандидат географических наук, доцент кафедры «Геоэкология и инженерная геология» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Жучков Павел Сергеевич -

аспирант «Геоэкология и инженерная геология» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.

Alexander S. Sheshnev -

Ph. D., Assistant

Department of Geoecology and Engineering Geology,

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Mikhail V. Reshetnikov -

Ph. D., Associate Professor

Department of Geoecology and Engineering

Geology,

Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Pavel S. Zhuchkov -

Postgraduate

Department of Geoecology and Engineering Geology Yuri Gagarin State Technical University of Saratov

Кузнецов Виталий Владимирович -

студент кафедры геоэкологии Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского

Vitaly V. Kuznetsov -

Student

Department of Geoecology Chernyshevsky Saratov State University

Статья поступила в редакцию 21.11.13, принята к опубликованию 15.12.13