Карстовые ландшафты Тёше-Серёжинского природного района Нижегородской области

В юго-западной части Нижегородской области расположен обширный и относительно малонаселенный Тёше-Серёжинский природный район с хорошо сохранившимися лесными, а также специфическими карстовыми ландшафтами. Район включает территории междуречья Тёши (правый приток Оки) и Серёжи (правый и самый крупный приток Тёши), а также южной и северной частей долин указанных рек соответственно.

Научные исследования, связанные с глубоким изучением Тёше-Серёжинского и прилегающих районов проводились, начиная с XVIII века. Первые упоминания об этом связаны с посещением и подробным описанием Борнуковской пещеры П. С. Палласом (1768), а также исследованиями И. И. Лепехина (1771), который изучал карст Поволжья.

Наиболее полные и детальные исследования района были выполнены в 80-х годах XIX века экспедицией, возглавляемой В. В. Докучаевым. Результаты работы экспедиции представлены в Материалах к оценке земель Нижегородской губернии (Отчет Нижегородскому губернскому земству). Наибольший интерес и в современных условиях представляет Геологическое описание Нижегородской губернии с очерком полезных ископаемых и геологической картой (1886), где дается характеристика каменноугольной и пермской систем (Амалицкий В.П.), современных образований, орои гидрографии, озер Нижегородской губернии (Докучаев В.В.), а также подробное описание природных компонент Арзамасского (Сибирцев Н.М., 1884), Ардатовского и Горбатовского уездов. В них приведено подробное описание гидрографии Нижегородской губернии, рек Тёши и Серёжи, их притоков. На основе описания отложений на обрывистых берегах указанных рек и в междуречье, а также анализа огромного материала, дана характеристика каменноугольной и пермской систем, выделен южный гипсовоизвестняковый район и его границы. Особый интерес представляют сведения относительно многочисленных провалов в пределах Ардатовского и Горбатовского уездов и роли в их образовании пород, содержащих гипс.

В.В.Докучаев впервые охарактеризовал роль отдельных природных компонентов в процессе образования карста, а также выявил особенности влияние карста на природные условия территории, и, по словам.

А.Г.Чикишева [113], наметил новый, ландшафтно-географический подход к изученшо карста.

Исследования данного и прилегающих районов продолжались и в более поздний период. В частности, Н. А. Варпаховский (1888, 1891) обследовал ряд озер бассейнов рек Тёши, Серёжи, Пьяны и сделал сравнение ихтиофауны провальных озер и озер-болот [5]. В начале XX века А. Н. Мазарович подробно описал карст долины р. Пьяны на участке между деревней Воронцова и селом Ичалки, обратив внимание на интенсивное его развитие в окрестностях Еделево, Борнуково и Ичалки. Он выполнил наблюдения и описал Бор-нуковскую пещеру, а также две небольшие пещеры в Ичалковском бору.

Системные исследования карста в данном районе проводились в советский период. Карстовые явления в южной части Нижегородской губернии изучали В. И. Монахова и А. С. Булочкина (1926). В ходе работ они выполнили геоморфологические исследования, провели промеры глубин, разработали термические разрезы озер Вадское, Святое Пустынское, Большое (Пустынное), Мухтоловское [5]. Особый интерес представляют ландшафтные исследования, выполненные в восточной части Тёше-Серёжинского природного района (Арзамасский уезд) Т. Н. Гунбиной (1928). Ею даны описания ландшафтов, в том числе карстовых, Арзамасского уезда, многих карстовых озер района, выдвинут ряд интересных гипотез относительно генезиса и возможных сценариев трансформации некоторых природных объектов. Основные результаты исследований приведены в [29].

В.И.Игнатьев (1952) дал подробную характеристику морфологии, генезиса и эволюции карстовых образований в междуречье низовьев рек Оки и Тёши, выявил особенности распространения карстовых форм рельефа и их связь с геологическим строением территории.

Несколько позже (1962;1964) А. Н. Ильин выделил девять районов развития карста в пределах Алатырско-Горьковских поднятий, выполнил анализ гидрологических условий областей питания, стока и разгрузки в пределах Алатырско-Горьковских поднятий и их влияния на развитие карста.

Н.А.Гвоздецкий и А. И. Спиридонов (1971) привели данные о карсте правобережья Оки и междуречья Тёши и Серёжи (Дедово, Коробково, Мухтоло-во и Венец), где они выявили многочисленные карстовые воронки, котловины и блюдца, на месте которых образовались карстовые озера. На основе результатов выполненных исследований Ступишин А. В., осуществил физикогеографическое районирование (1964), выявил закономерности развития равнинного карста на территории Среднего Поволжья, выделив Тёше-Серёжинский карстовый район, оценил степень влияния карста на географический ландшафт и охарактеризовал типы карстовых ландшафтов (1967).

А.Г. Чикишев (1978) дал подробные описания участков наиболее интенсивного развития карста Серёже-Окского, Тёшского, Пьянского и Мокша-Алатырского карстовых районов.

Детальные исследования карстового процесса в интересах разработки инженерно-геологических основ проектирования промышленного и гражданского строительства в карстовых районах проводились в различные годы сотрудниками Дзержинской карстовой станции (в настоящее время Государственное предприятие «Противокарстовая и береговая защита»). Результаты указанных исследований приведены в ряде научно-технических отчетов, в частности в [45], а также в трудах ученых станции.

Отдельно следует выделить результаты, полученные в ходе групповой геологической, гидрогеологической съемок и геологического доизучения масштаба 1:200 000 листов N-38−1,-11,-VII,-XII, произведенных Горьковской геологической партией в 1975;80 гг. (Бобров С.П., Кузнецов Н. И. и др.).

Необычайно интересна история исследования озер Нижегородской области, в том числе карстовых озер Тёше-Серёжинского природного района. История изучения, сведения о типах, происхождении озер и особенностях их флоры, а также подробные описания озер, имеющих статус памятников природы, изложены в книге «Озера Нижегородской области» (Ф.М.Баканина, В. П. Воротников, Е. В. Лукина, Б. И. Фридман, 2001), которая стала итогом многолетних исследований авторов.

Здесь приведены только некоторые вехи в исследовании Тёше-Серёжинского природного района и прилегающих к нему территорий южной части Нижегородской области. Следует отметить, что большинство исследований были в той или иной степени связаны с анализом условий протекания карстового процесса в районе и оценкой влияния природных компонент на его интенсивность. При этом к собственно ландшафтным можно отнести исследования, выполненные экспедицией В. В. Докучаева (80-е годы XIX столетия), Т. Н. Гунбиной (1928) и Б. И. Фридманом. Кроме того, в известных автору работах отсутствуют данные относительно схем районирования природных ландшафтов, в том числе карстовых, Тёше-Серёжинского природного района. В последние годы из-за отсутствия финансирования исследования в районе практически свернуты, вместе с тем, образование крупных карстовых провалов в непосредственной близости от объектов транспортной инфраструктуры (Чернуха), ухудшение экологической обстановки, связанное с массовой хищнической вырубкой наиболее ценных пород деревьев и рядом других факторов, указывают на необходимость их выполнения. Немаловажным представляется познавательный фактор, поскольку изучение различных источников, характеризующих природные компоненты района, указывает на существенные различия в степени изученности отдельных его участков, что объективно зависит от сложности проведения исследований в сильно облесенном районе. С другой стороны, повторные исследования, выполненные на одних и тех же участках через значительные интервалы времени, позволяют проследить динамику развития карстовых ландшафтов, обоснованно подойти к разработке модели, описывающей этот процесс, а также составлению прогнозов их развития в будущем. Указанные выше аспекты определяют актуальность работы и ее практическую значимость.

Целью диссертационной работы является исследование природных ландшафтов Тёше-Серёжинского природного района, разработка модели протекания карстового процесса и его влияния на формирование карстовых ландшафтов на основе проведения факторного анализа результатов полевых наблюдений, картографического материала и других научных данных, а также построение прогностической модели на основе статистического моделирования на ЭВМ.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Анализ особенностей протекания карстовых процессов на территории Тёше-Серёжинского природного района, выявление ведущих факторов, определяющих условия формирования и трансформации карстовых ландшафтов.

2. Разработка описательной и математической модели карстового процесса на территории Тёше-Серёжинского природного района.

3. Обоснование количественных критериев для классификации ландшафтов, составление на их основе карт природных и карстовых ландшафтов, а также карт, характеризующих степень измененности структуры природных ландшафтов хозяйственной деятельностью человека в районе исследований.

4. Проведение сравнительного анализа динамики карста на основе современных и предыдущих исследований.

5. Обоснование подходов к построению прогностической модели, позволяющей оценить степень изменения ландшафтов под воздействием карстовых процессов.

6. Оценка степени антропогенного воздействия на природные ландшафты и обоснование мер по защите экосистем на территории Тёше-Серёжинского природного района.

В процессе исследований использовались материалы наших полевых наблюдений, картографический материал и другие научные данные, характеризующие природные компоненты района, методы математической статистики, факторный и кластерный анализ, а также моделирование на ЭВМ. Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Впервые обоснованы подходы и разработана математическая модель протекания карстового процесса на территории Тёше-Серёжинского природного района, реализующая процедуры факторного анализа.

2. На основе статистического материала с использованием разработанной модели выявлены основные закономерности и факторы, определяющие развитие карстового процесса в долинах рек на территории района.

3. Изучены и описаны новые участки распространения карста в междуречье Тёши и Серёжи, а также в южной части долины Тёши, на основе проведения исследований вскрыты основные механизмы трансформации карстовых ландшафтов на территории района.

4. Обоснованы критерии классификации, составлены карты природных и карстовых ландшафтов, а также карты, характеризующие степень изменен-ности структуры природных ландшафтов под воздействием хозяйственной деятельности человека.

5. Обоснованы подходы к построению прогностической модели, позволяющей оценить степень изменения ландшафтов под воздействием карстовых процессов.

Достоверность полученных результатов обеспечена использованием значительного объема исходной информации, полученной из различных источников и в результате полевых исследований, выполненных за период с 1997 по 2002 годы, удовлетворительным согласованием основных результатов с выводами и оценками других исследователей, а также полученных другими методами.

Практическая ценность работы.

Разработанные математическая модель протекания карстового процесса на территории Тёше-Серёжинского природного района, реализующая процедуры факторного анализа, а также прогностическая модель, позволяющая оценить степень изменения ландшафтов под воздействием карстовых процессов, могут быть использованы для выявления закономерностей развития карста и получения количественных оценок в других регионах. Карты природных и карстовых ландшафтов, а также карты, характеризующие степень измененности структуры природных ландшафтов под воздействием хозяйственной деятельности человека в районе, могут использоваться в учебном процессе в интересах углубленного изучения географии региона. На защиту выносятся следующие положения:

1. Результаты анализа особенностей протекания карстовых процессов на территории Тёше-Серёжинского природного района, ведущих факторов, определяющих условия формирования карстовых ландшафтов.

2. Статистическая модель карстового процесса на территории Тёше-Серёжинского природного района.

3. Критерии классификации, карты природных и карстовых ландшафтов района исследований.

4. Механизмы трансформации карстовых ландшафтов на территории Тёше-Серёжинского природного района.

5. Оценка степени антропогенного воздействия на природные ландшафты и обоснование мер по защите экосистем на территории Тёше-Серёжинского природного района.

Результаты диссертационной работы докладывались на научно-практических конференциях (Владимир, Пенза и Курск, 2001 г), на заседаниях секции Московского отделения Русского географического общества (2000, 2001 и 2002 г. г.).

По теме диссертационной работы опубликовано 6 научных статей. Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения. Работа изложена на 238 листах, включает 27 таблиц и 73 рисунка.

Список литературы

содержит 119 наименований.

Основные результаты исследований по теме диссертационной работы опубликованы в следующих научных статьях:

1. Шильнов А. А. Влияние карста на формирование природных ландшафтов Тёше-Серёжинского природного района //Вестник МПУ № 5. Серия «Экология и охрана природы». М.: Изд-во МПУ «СигналЪ», 2002 — с. 96−99.

2. Шильнов А. А. Эволюция карстовых ландшафтов в районе поселка Чернуха Нижегородской области //Вестник МПУ № 5. Серия «Экология и охрана природы». М.: Изд-во МПУ «СигналЪ», 2002 — с. 100−103.

3. Шильнов А. А. Карстовые ландшафты и их место в школьном курсе краеведения (на примере изучения географии Нижегородской области).

Географическое краеведение. Материалы Всероссийской научно-практической конференции по географическому краеведению. ВГПУ. Владимир, 2001;с. 257−262.

4. Шильнов А. А. Некоторые подходы к решению экологических проблем на территории Тёше-Серёжинского природного района Нижегородской области //Проблемы социально-экономической устойчивости региона: Сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. Часть Ш. Пенза, 2002, — с. 126−128.

5. Шильнов А. А. Изучение карстовых ландшафтов в школьном курсе краеведения //Образование в решении экологических проблем: Материалы международной научной конференции. — Курск: изд-во Курского ГПУ, 2001.-с. 88−90.

6. Шильнов А. А. Разработка содержания и методики проведения компьютерного практикума с использованием геоинформационных систем //Народное образование в XXI веке. Тезисы научных докладов Международной научно-практической конференции, посвященной 70-летию МПУ. Выпуск 6.-М.: Изд-во МПУ «СигналЪ», 2001, — с. 56−57.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В результате исследования карстовых ландшафтов Тёше-Серёжинского природного района, расположенного в южной части Нижегородской области получены новые научные результаты, позволяющие сделать следующие выводы:

1. На основе анализа основных природных компонент, влияющих на развитие карста в Тёше-Серёжинском природном районе, показано, что описательная модель не позволяет получить количественные оценки степени влияния природных условий на протекание карстового процесса в районе, выявлять ведущие факторы, определяющие развитие карстовых ландшафтов. Для решения указанной проблемы обоснованы подходы и разработана математическая модель протекания карстового процесса на территории района, реализующая процедуры факторного и кластерного анализа.

2. На основе статистического материала с использованием разработанной модели выявлены основные закономерности и факторы, определяющие развитие карстового процесса в долинах рек района. Доказано, что при наличии карстующихся пород и прочих равных условиях определяющее влияние на развитие карста в долинах рек района оказывают особенности орографии (положение карстовых объектов) и видовой состав древесной растительности, положение карстовых участков относительно ближайших эрозионных врезов, а также общий уклон местности. Следовательно, при решении задачи районирования карстовых ландшафтов в качестве основных признаков классификации необходимо учитывать орографию, растительность и удаление карстовых объектов (участков) от русла реки. Доказано, что есть все основания утверждать о наличии статистических зависимостей между характером протекания карстового процесса в долинах рек и абсолютными высотами участков, величиной общих и местных уклонов местности, удалением карстовых участков от русла реки, характером грунтов и почв. Результаты моделирования показали, что влияние активности лесной растительности на развитие карста носит комплексный характер, реализуется посредством весьма сложного механизма, который требует учета характера почв, абсолютной высоты участков, их превышения над уровнем ближайшего эрозионного вреза, а также величины местных уклонов поверхности. Это подтверждает известный тезис о двойственном влиянии растительности на карстовый процесс.

3. Выявленные ведущие факторы процесса карстообразования в районе и их количественные оценки позволили осуществить задачу классификации совокупности карстовых объектов долины р. Серёжи, выбранной для исследования, методом кластерного анализа. В результате выделено два устойчивых кластера, в которые вошли в общей сложности 100 объектов (73,5% от общего количества). Поскольку существенные различия обнаруживаются только в трех из девяти показателей, характеризующих карстовые объекты, а в части остальных показателей объекты, входящие в разные кластеры, существенных отличий не имеют, то при классификации карстовых ландшафтов долин рек района достаточно учитывать только абсолютную высоту участков, превышение объектов над уровнем ближайшего эрозионного вреза и величину местных уклонов местности. Однако данные показатели тесно связаны между собой и характеризуют приуроченность участков распространения карста к той или иной части долины, что учитывается в ряде разработанных и используемых в настоящее время классификациях.

4. Изучены и описаны новые участки распространения карста в междуречье Тёши и Серёжи, а также в южной части долины Тёши, на основе проведения исследований вскрыты основные механизмы трансформации карстовых ландшафтов на территории района.

5. Обоснованы критерии классификации, составлены карты природных и карстовых ландшафтов, а также карты, характеризующие степень изменен-ности структуры природных ландшафтов под воздействием хозяйственной деятельностью человека в районе исследований.

6. Обоснованы подходы к построению прогностической модели, позволяющей оценить степень изменения ландшафтов под воздействием карстовых процессов. На их основе была разработана прогностическая модель на ЭВМ, которая обеспечивает получение прогноза на заданный период времени величины общей площади участка, измененной за счет образования карстовых провалов, а также среднего количества карстовых провалов заданных размеров и вероятности их образования за период прогноза. Прогноз, составленный на срок от 5 до 100 лет для карстовых участков в районе пос. Мухтолово, показал что за период 30 лет (на 1999 год) среднее число провалов составит 37, из них диаметром более 10, 30 и 50 м — 25, 6 и 1 соответственно. При этом, согласно прогнозу, вероятность образования провала диаметром до 30 м близка к единице, а средняя площадь образовавшихся провалов может составить 1,43 га, что не превышает 0,1% общей площади участка. Следовательно, изменения ландшафтов за счет собственно карстового процесса на порядок меньше возникающих в результате других природных процессов и антропогенного воздействия.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

• Разработанная математическая модель протекания карстового процесса на территории Тёше-Серёжинского природного района, реализующая процедуры факторного и кластерного анализа, в отличие от описательных моделей, позволяет выявить закономерности и ведущие факторы, определяющие развитие карстового процесса в районе, получить количественные оценки выявленных факторов, обоснованно подойти к классификации карстовых ландшафтов.

• Прогностическая модель, позволяющая оценить степень изменения ландшафтов под воздействием карстовых процессов, базирующаяся на статистическом материале относительно размеров и частоты образования карстовых провалов, дополняя существующие и принятые в практике прогнозирования развития карста методики, может применяться для составления предварительного прогноза на начальном этапе принятия решений по хозяйственному использованию закарстованных территорий.

• Полевые исследования позволили выявить и описать новые участки распространения карста в Тёше-Серёжинском природном районе, проследить динамику карстовых ландшафтов на участках, которые были описаны ранее другими исследователями.