Зональность и структура донных отложений

Донные грунты озёр и водохранилищ состоят из коренных кристаллических или осадочных пород, частично или полностью погребённых аллювиальными отложениями или почвами, на поверхности которых накапливаются донные отложения. Отложения образуются в водоёме с момента его возникновения в результате седиментации, биоседиментации и трансседиментации терригенных минеральных веществ и органических взвесей, садки хемогенных солей.

Толщина накопившихся донных отложений определяется отбором кернов (проб в виде столбика грунта диаметром 5−10 см) грунтовыми трубками или бурением до поверхности коренных грунтов озерной котловины или ложа водохранилища. Толщина отложений может составлять от сантиметров до сотен метров в зависимости от возраста водоёма и скорости накопления донных отложений.

При отборе проб делают их описание: общая толщина, наличие или отсутствие полужидкого наилка, толщина отдельных слоёв, их состав и консистенция (песок и заиленный песок различной зернистости, песчанистый ил, пластичный ил, плотный ил, глина, ракушечник и т. д.), их окраска, запах, включения растительных остатков и пр. В лабораторных условиях определяют влажность, фракционный состав для уточнения названия образовавшегося донного грунта, содержание в нем органического вещества по потере при прокаливании фунта (п. п. п.) в процентах от массы высушенной части пробы, прокаленной в муфельной печи, и другие показатели химического состава, используемые в палеолимнологических исследованиях. Зольность ила — это разность значений сухой массы пробы, принимаемой за 100%, и значения п. п. п.

Озёрные отложения. В распределении по поверхности дна большинства водоёмов современных осадков хорошо выражена зональность фракционного состава отложений. Крупность осадков убывает от берега к центральной части котловины (рис. 10.5), что определяется доступностью участков береговых склонов воздействию волнения, течений и перемешивания воды.

Соотношение размеров таких зон зависит от возраста, размеров и формы озёрных чаш, от структуры седиментационного баланса, гидродинамической активности водной массы и биопродуктивности планктона и макрофитов.

В Байкале волноприбойная прибрежная зона сложена песчаными отложениями (рис. 10.5 а), нередко — с включением гальки, гравия, валунов и осколков скал. В этой зоне доля глинистых частиц пелитовой фракции менее 30% массы донного грунта. В промежуточной зоне, на глубинах, превышающих слой воды, охваченный ветроволновым перемешиванием в шторма, накаплиРис. 10.5. Зональность донных отложений озер: а— Байкал (1- песок, гравий, осколки; 2 — крупноалевритовый ил;

• 3 — мелкоалевритовый ил; 4- пелитовый ил; по: Атлас, 1993); б- Ладожское озеро (1 — алевритово-глинистые илы; 2 — алевриты; 3 — пески мелкои среднезернистые; 4 — пески крупнои грубозернистые; 5 — гравийногалечные и валунные отложения; 6 — номера кернов; по: Субетто,
• 2002); в — Переславское озеро (1 — черный ил;
• 2 — оливковый ил; 3 — песок; 4 — ракушечник; по: Богословский, 1960)

ваются на дне алевритовые илы, а еще большие глубины занимает зона пелитовых тонкодисперсных илов, в которых доля глинистых частиц более 50%. В северной котловине¹ озера их толща достигает около 2 м.

В асимметричной чаше Ладожского озера донные отложения подразделяют на четыре зоны, разграничивая очень широкую южную часть озерного дна на зону песков крупнои грубозернистых и песков мелкои среднезернистых (рис. 10.5 б). В центре озера их сменяют алевритовые илы, а в северной, самой глубоководной части, дно устлано пелитовым илом, скорость накопления которого оценена" в 0,1−1 мм/год.

В небольшом Переславском (Плещееве) озере (длина 9,5 км, глубина до 25 м) с самой прозрачной водой (SD до 8 м) среди озер Подмосковья, между зонами песчаной и алевритового оливкового ила имеется на глубине 5−12 м зона ракушечника, образованная створками моллюсков-фильтраторов воды (рис. 10.5 в), которые очищают ее от мелкой взвеси и выделяют более крупные органоминеральные алевритовые частицы пеллеты.

Такая пространственная дифференциация крупности частиц осадочного материала по глубинным зонам — результат периодически возникающей трансседиментации при смене волнового взмучивания и переноса течениями в водоёмах взвеси, осевшей на дно в^[1][2]

предшествующий штиль, и её нового осаждения по мере ослабления ветроволновой активности в водоёме. На участках литорали, защищенных от волн изгибами берега, островами, косами, нередко формируются макрофитные отложения. В мелководных озерах, сильно заиленных и заросших вдоль берега широким поясом макрофитов, который гасит волнение, зональность современных отложений отсутствует, и дно полностью покрыто илами.

По генезису озерные илы делят на:

• • терригенный (алевритовый и глинистый);
• • хемогенный (известковистый, если в илу содержание СаСОз >10%, и кремнезёмистый — при SiC>2 >10%),;
• • биогенный (сапропель, торфянистый ил).

Сапропель (гшптия) — гнилостный липкий ил, содержащий более 10 % органического вещества, состоящего преимущественно из детрита, переработанного микроорганизмами и беспозвоночными зообентоса. Его верхний разжиженный желеобразный слой называют пелоген. В верхних 3−4 см ила число бактерий, превращающих органические частицы в коллоиды, достигает миллиардов экземпляров в 1 грамме сырого сапропеля (10^[3] экз./г) (Кузнецов, 1970). Среди этих бактерий нет болезнетворных, наоборот, они выделяют антибиотики, витамины, гормоны¹.

Пелоген уплотняется с глубиной в студневидную и пластичнооднородную массу, аэробная микрофлора в ней сменяется анаэробной. В плотном сапропеле по оттенку нередко различаются сезонные микрослои. Летние слои — более светлые, обогащенные органическими веществами, и зимние — более темные с большей зольностью. Сапропели озёр в лесной зоне имеют меньшую зольность, чем в степной зоне.

Торфянистые илы (гуминовые, или дью) образуются в днетрофных озёрах, когда начинается их заболачивание. В отличие от сапропеля, такие илы имеют минимальную зольность и более 90% п. п. п., а их иловые воды — кислые. В составе торфяной массы — большое количество трудно разлагающихся растительных остатков.

В известковистых, или карбонатсодержащих илах, образующийся СаСОз в хорошо прогревающихся летом прибрежных зарослях макрофитов, дробясь и растворяясь, превращается в тонкозернистый кальций. Его чистые отложения образуют мел, а загрязненные глинистым илом — мергель, толщина которого местами достигает в Цюрихском озере 9 м, в Онтарио — 15 м (Богословский, 1960). Таких донных отложений нс образуется в холодноводных озёрах с малой минерализацией.

Из биогенных озёрных отложений в результате жизнедеятельности бактерий, выделяются озерный газ, состоящий из смеси нескольких газов, и озерная руда. Она образуется в озёрах, в воде которых имеется повышенное содержание растворенного железа. Рудоносных озёр в Карелии — более 150. Развивающиеся в их донных илах железобактерии способствуют образованию озерных конкреции (шарообразные стяжения окислов железа с высоким его содержанием). Их добыча при Петре I стала сырьевой базой чугунолитейного производства на берегу Петрозаводской губы Онежского озера.

К озёрным ресурсам относят и сапропель. Общий запас выявленных сапропелевых отложений в более чем тысяче озер России превышает 40 млрд. м³. Наиболее крупные залежи — в озёрах Неро (270 млн. т сырца) и Чухломском (140 млн. т). Добываемый из озёр сапропель используют в качестве огородного удобрения, минерально-витаминной подкормки коров, свиней, кур и уток, в медицине и ветеринарии — как химическое сырьё для производства бензина, керосина, технических масел и лаков (см. ссылку на стр. 274).

Грунты водохранилищ. В годы сооружения гидроузла первичные грунты ложа будущего водохранилища локально преобразуются при подготовке его к затоплению. В приплотинном участке разрабатывают карьеры для добычи строительных материалов при возведении земляной плотины, нарушается растительный покров при вырубке деловой древесины и её вывозке, при сжигании порубок кустарника и снесении строений, дезинфекции местности. При заполнении водой водохранилища происходит интенсивное насыщение водой разнообразных по составу первичных грунтов, слагающих дно возникающего водоёма.

По мере повышения уровня воды в заполняемом водохранилище расширяются и удлиняются плёсовые участки, где активизируются абразия берегов, формирование абразионных взвесей и заиление ими и аллохтонными взвесями поверхности первичных донных грунтов. При осенней сработке части объема воды происходит ветроволновое взмучивание с мелководий отложившихся взвесей. В процессе их трансседиментации идет дифференциация вторичных отложений по фракционному составу: с удалением от мелководий к глубоководным участкам затопленного дна сначала оседают крупнозернистые взвеси, затем — алевритовые и глинистые. С заболоченных участков ложа всплывают торфяные сплавины (участки верхнего слоя торфяного болота), которые дрейфуют по акватории с ветровыми и стоковым течениями. Они дробятся штормовыми волнами и добавляют к минеральным частицам, оседающим в приурезовой полосе берега, торфяную крошку — источник органического вещества во вторичных торфянистых илах. Эти илы образуются на дне в последующие годы в результате постепенной деструкции органических частиц бактериями и беспозвоночными зообентоса в глубинной зоне постоянного затопления (см. раздел 4.4).

В зонах ежегодного и периодического обсыхания акватерритории водохранилища (см. рис. 4.7 на стр. 134) при частичной сработке полезного объёма ветроволновое перемешивание достигает дна. Поэтому илистые частицы взмучиваются и переносятся на дно зоны постоянного затопления и в русловые ложбины. На дне обеих зон АТВ (выше по склону ложа водохранилища) первичные грунты высокой поймы или террасы — почвы, длительное время находящиеся под водой, — трансформируются. Изменяются их химический состав и физические свойства. Почвенные частицы разбухают, из них вымываются и выдавливаются вышележащей водной толщей растворимые органические и минеральные биогенные вещества. Эта поверхность АТВ представляет собой так называемую разбухшую почву. Постепенно трансформируясь, она превращается в участки плотных вторичных донных отложений, лишённых органических веществ. Они заполняют западины и при высыхании становятся растрескивающимися глинистыми поверхностями, нередко покрытыми небольшим слоем песка. Таковы теперь обширные обсыхающие участки в Рыбинском водохранилище.

Остатки древесной растительности (плавник, заиленные стволы, коряги и пни) покрываются колониями моллюска дрейсссны и другими организмами перифитона, которые активно фильтруют воду, интенсифицируют биоседиментацию и самоочищение воды.

Серые глинистые илы накапливаются в русловых ложбинах под толщей воды, в которой периодически происходит встроволновое перемешивание. Слагающие эти илы глинистые частицы имеют разное происхождение: аллохтонные, принесенные стоком с водосбора и из вышележащих водохранилищ в каскаде, и автохтонные — тонкодисперстные продукты абразии и взмучивания первичных грунтов ложа. Максимальная толщина илистых отложений в водохранилищах Волжского каскада^[4] составляет 65−85 см в проточных Саратовском, Угличском и Волгоградском водохранилищах, 95−120 см — в Горьковском, Чебоксарском, Иваньковском и Куйбышевском и 300 см — в Рыбинском водохранилище. В них постепенно сокращается суммарная по каскаду доля площади разбухших почв, превращающихся в трансформированные первичные грунты (рис. 10.6). Увеличивается доля донной поверхности (до 54%), покрытой песками. Сначала растет, а затем уменьшается доля поверхности, занятой песчанистыми илами (серыми и торфянистыми) из-за их трансседиментации в зону постоянного затопления, всё более заполняя в ней русловые ложбины.

Рис. 10.6. Изменение соотношения площадей разнотипного осадконакопления в водохранилищах Волжского каскада (Fсуммарная площадь их лож) с увеличением времени заиления и трансформации донных отложений: 1 — пески крупнозернистые и илистые; 2 — илы песчанистые; 3 — почвы, трансформированные грунты. Периоды: 0 — первый год затопления,.

I- 1950;е годы; II- 1960;е; 111- 1970;е и 1990;е годы (но: Законное, 2007).

Каждый тип донных отложений в водохранилищах характеризуется большим диапазоном вариации % содержания органического вещества, чем в озерах. Это объясняется большим разнообразием первичных грунтов в равнинных водохранилищах и относительно малым вкладом детритных частиц, не подвергшихся выеданию организмами-бентофагами.

• [1] Байкал. Атлас. — М.: СО РАН, ФСГиКР, 1993. — 160 с.
• [2] Субетто Д. А. Строение, особенности и история формирования донных отложений //Ладожское озеро — прошлое, настоящее и будущее. — СПб.: Наука, 2002. — С. 122−136.
• [3] Сапропелевые месторождения СССР (справочно-инструктивные материалы). — М.:ИГ РАН, Ин-т Гипрторфразведка, 1964. — 336 с.
• [4] Законной В. В. Осадкообразование в водохранилищах Волжского каскада: авто-реф. дисс… д. г. н. — М., 2007. — 39 с.