Известия Русского географического общества, 2020, T. 152, № 2, стр. 31-42

ВВЕДЕНИЕ

В течение последних двух–трех десятилетий сформировались представления о береговой зоне Мирового океана как о единой природной (физико-географической) системе на активном контакте между сушей и океаном. При этом важнейшим элементом данной системы выступает масса наносов прибрежно-морского происхождения, но не столько сама по себе, сколько в режиме обмена между сушей и океаном. В составе морских побережий встречаются районы и участки, где типичным является обилие наносов, которыми сложены многочисленные аккумулятивные формы рельефа. Однако для тектоно-гляциальных морских побережий, в том числе берегов фьордового типа, аккумулятивные формы не характерны [4–6]. На них береговые аккумулятивные формы встречаются редко и имеют небольшие размеры. Поэтому таким формам рельефа не уделялось должного внимания, и они исследованы гораздо меньше, чем формы другого происхождения.

Целью данной статьи является изучение аккумулятивных форм рельефа фьордового побережья Кольского полуострова (рис. 1), состава их наносов и общих черт их динамики с целью обеспечения оптимального природопользования и охраны соответствующих природных систем.

Рис. 1.

Местоположение районов исследований на северном берегу Кольского полуострова (в границах западного четырехугольника). Внутри восточного четырехугольника распространены малые фьорды. ПК – Полярный Круг. Fig. 1. Research areas location on the Northern shore of the Kola Peninsula (within the boundaries of the Western quadrilateral). Small fjords are common within the Eastern quadrilateral. ПК – the Arctic Circle.

Для достижения поставленной цели решаются следующие основные задачи: а) анализ истории исследований фьордовых побережий в северной части Кольского полу-острова; б) анализ природных условий формирования береговых аккумулятивных форм рельефа; в) выявление особенностей морфологии и динамики береговых форм рельефа; г) анализ наносов, слагающих аккумулятивные формы прибрежно-морского генезиса.

МЕТОДЫ И МАТЕРИАЛЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В сентябре 2018 г. были проведены маршрутные исследования террасы в устье реки Териберка, отобраны пробы наносов по поперечному профилю пляжа и начала эоловой зоны в характерных точках (приурезовая полоса, средняя часть пляжа, верхняя часть пляжа, начало эоловой зоны, эоловая зона). Для исключения случайности в каждой точке пробы дублировались на расстоянии 1 м одна от другой (рис. 2). Всего отобрано 12 проб. Был выполнен их гранулометрический анализ в учебной лаборатории кафедры физической географии и природопользования Одесского национального университета им. И.И. Мечникова на десяти фракционных ситах, что традиционно общепринято в береговедении [6, 16, 18]. Гидрометеорологические условия анализировались по данным метеостанций Мурманск и Териберка [12]. Работы выполнены по стандартной методике полевых береговых исследований с соответствующей камеральной и аналитической обработкой, включая статистическую обработку. Дополнительно к полученным материалам и для сравнений привлекались данные, опубликованные в работах других авторов [4–8, 11, 13–15, 18, 19].

Рис. 2.

Космопланы губ северного фьордового берега Кольского полуострова: а – Воронья губа; б – губа Териберка. На плане (б) нанесены диаграммы среднемноголетнего ветрового режима по данным гидрометеорологических станций Териберка и Мурманск. Fig. 2. Satellite maps of the Northern fjord coast of the Kola Peninsula: а – Voron’ya Bay; б – Teriberka Bay. Inside map (б) long-term wind regime diagrams are located (according to Teriberka and Murmansk weather stations data).

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ БЕРЕГОВЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Опубликованные материалы по изучению побережий Баренцева моря в пределах Кольского полуострова крайне малочисленны, что подтверждают результаты XXVII Международной научной конференции, проведенной в Мурманске осенью 2018 г. [1, 7, 10]. Северная часть Кольского полуострова сложена прочными породами, относящимися к I классу по степени сопротивляемости абразии [4, 18], т.е. слабо поддающимися волновому разрушению. Эта часть побережья Баренцева моря относится к первично тектоническим мало измененным побережьям [17, 18]. Наиболее полные и разнообразные исследования проводились восточнее мыса Святой Нос. Кольский берег Мурмана исследован слабее, особенно современные литодинамические объекты и процессы. Кроме того, в зарубежной литературе сложилось мнение, что на фьордовом побережье мало наносов, и по этой причине повсеместно отсутствуют аккумулятивные формы прибрежно-морского генезиса и связанные с ними эоловые образования [1, 15, 17, 21].

Поскольку районы побережий, исследованные авторами сейчас и В.П. Зенковичем ранее [4, 6] в целом совпадают, а в 2020 г. исполняется 110 лет со дня рождения этого ученого, то авторы считают возможным посвятить эту статью памяти В.П. Зенковича (1910–1994) – признанного основателя современного береговедения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Почти весь северный берег Кольского полуострова характеризуется отсутствием крупных накоплений рыхлых обломочных пород на открытом морском берегу и в устьях рек [5, 8]. Однако некоторые заливы, такие как губы Лодейная, Воронья, Климовка и ряд менее крупных, являются исключением. Из рис. 3 видно, что подводный склон этих губ не резко, а ступенеобразно опускается к подножью до глубины 100–200 м и, как следствие, в их вершинах в приурезовой части сформировались относительно отмелые участки дна, благоприятные для аккумуляции поступающих в береговую зону крупных речных наносов. Поступившие из речного русла наносы разного гранулометрического состава под действием волн и волновых течений проходят процесс прибрежно-морской дифференциации и разделяются на наносы волнового (≥0.1 мм) и неволнового (≤0.1 мм) поля [5, 17]. Наносы волнового поля остаются в береговой зоне и аккумулируются в виде приливных осушек, пляжей и небольших террас прибрежно-морского генезиса. Размеры этих террас контролируются не только уклонами подводного склона, но и величиной твердого стока рек.

Рис. 3.

Характерные поперечные профили подводного склона Баренцева моря вдоль фьордового Мурманского берега: а – район бухты Вороньей; б – район залива Териберка; 0 – средний уровень моря. Fig. 3. Typical cross profiles of the Barents sea underwater slope along the Murmansk fjord coast: а – the area of the Voron’ya Bay; б – the area of the Teriberka Bay; 0 – the average sea level.

Одной из крупных рек Кольского полуострова является река Воронья. Ее длина 210 км, а площадь водосбора 12500 км². В ее устьевой области сформирована одна из самых больших песчаных террас на северном побережье Кольского полуострова, площадью 2.1 км². В плане она представляет собой монолитное песчаное тело в виде неправильной трапеции на левом берегу реки (рис. 2а). В этом заливе сформировались наиболее благоприятные условия для аккумуляции наносов в береговой зоне, в месте впадения реки в Баренцево море. Вдоль всего морского края устья уклон подводного склона до глубины 10 м умеренно приглубый и равен в среднем 0.027. Длина фронтальной береговой линии террасы равна 1.23 км.

Териберская терраса сформировалось в месте впадения реки Териберка в губу Лодейная. По площади водосбора и длине р. Териберка значительно уступает Вороньей, и ее площадь водосбора и длина соответственно равны 2400 км² и 120 км. Такая разница в размерах рек нашла отражение и в площади террас. Площадь Териберскoй террасы в 1.43 раза меньше площади террасы р. Вороньей. В плане она представляет собой неправильный четырехугольник, расчлененный рекой Териберка и сопкой на три неравнозначных участка (рис. 2б). Самый крупный (0.94 км²) из них располагается на открытом правом берегу реки в форме равнобедренного треугольника. Он отгораживает долину реки от вершины губы (фьорда). Два других участка значительно меньше, их площади соответственно 0.33 и 0.16 км². Они расположены в вогнутостях коренного рельефа на левом берегу реки.

На поперечном профиле морского края террасы и вкрест береговой линии четко прослеживаются следующие морфологические элементы снизу вверх: приливная осушка, крутой пляж и эоловая зона. Отобранные на каждом из них пробы наносов на Териберской террасе показали, что они сложены хорошо отсортированным (S0 = = 1.15–1.60) разнозернистым песчаным материалом (Md = 0.30–0.75 мм), с примесью гравия от 0.49% в эоловой зоне и до 29.02% в приурезовой. Поверхность оказалась плоской у террасы, на которой местами возвышаются невысокие (до 0.5–1.0 м) одинокие эоловые холмы и гряды. Местами она покрыта травянистой и кустарниковой растительностью. Вне зоны влияния приливных и сгонно-нагонных вод проективное покрытие растительности может достигать 100%, хотя чаще всего составляет 40–60%.

Столь заметное скопление песчаного материала в виде устьевых террас бывает потенциальным источником для возникновения и развития эолового рельефа. Чаще всего он отсутствует. В общем его размеры несоизмеримы с теми, что встречаются, например, на берегах Бискайского залива, Северного и Балтийского морей [2, 6, 18, 20, 23]. Каковы причины таких различий?

Как следует из теории эолового морфогенеза [2, 3, 22], формирование эолового рельефа на морском берегу зависит от многих природных факторов. Главным источником наносов на морском берегу для формирования эолового рельефа повсеместно служит морской пляж [2, 22], с которого наносы поступают в эоловую зону (рис. 4). На исследованных террасах ширина пляжей и их площади достаточны для насыщения ветрового потока наносами и перемещения его на значительные расстояния.

Рис. 4.

Типичный эоловый рельеф на песчаных террасах во фьордах Кольского побережья Баренцева моря: а – сетка рифелей (“песчаной ряби”) после действия умеренных ветров; б – крупные эоловые холмы в центральной части террас. Fig. 4. Typical aeolian terrain on sand terraces in the fjords of the Kola coast of the Barents sea: а – a grid of riffles (“sand ripples”) after the moderate winds impact; б – large aeolian hills in the central part of the terraces.

Ветровой режим имеет важное значение в формировании ветропесчаного потока и в образовании эоловых форм рельефа. Он служит движущей силой эолового морфолитогенеза как на морском берегу, так и в континентальных условиях [2, 22]. Из всех параметров ветра (скорость, продолжительность действия, направление, повторяемость) его направление по отношению к простиранию береговой линии аккумулятивной террасы имеет важное, часто определяющее, значение в образовании эоловых форм рельефа на морском берегу. В зависимости от преобладающего переноса наносов вдоль или вкрест простирания береговой линии возможно несколько вариантов развития эолового рельефа.

Во-первых, если ветровой и, соответственно, ветропесчаный поток, имеет береговую составляющую, т.е. преобладают подвижки наносов со стороны суши, то ведущим окажется процесс сдувания наносов с поверхности аккумулятивной формы в море. В таких условиях эоловые формы не успевают адаптироваться к режимным характеристикам ветра и имеют небольшую высоту – до 1.0 м. Во-вторых, возможны ситуации, когда ветровой поток преобладает со стороны моря. Тогда, при прочих равных условиях, с пляжа постоянно идет подача материала в его тыльную часть и далее на береговую сушу. В этом случае возможно формирование крупных форм эолового рельефа холмистого и грядового типа, как, например, на восточных и южных берегах Балтийского моря. В-третьих, очень часто ветер по всем показателям преобладает вдоль аккумулятивной формы или близко этому направлению, что чаще всего благоприятствует формированию крупного эолового рельефа грядового типа.

Режимные характеристики ветра анализировались по данным метеостанций “Мурманск и Териберкa”. В исследованном районе Баренцева моря ветровой режим находится в соответствии с барическим рельефом и положением относительно центров Исландской и Алеутской депрессий, Сибирского и Полярного максимумов [9, 12]. В среднем за год за многолетний период преобладают ветры с южной стороны горизонта. На их долю приходится 60% в Мурманске и 56% в Териберке (рис. 2б). Ветры противоположных северных румбов имеют значительно меньшую повторяемость – 31 и 27% соответственно в Мурманске и Териберке.

Универсальным показателем, отражающим тенденции развития эоловых процессов, является коэффициент эолового сноса (Кэол = Пб/Пм). Он представляет собой отношение ветровых (эоловых) подвижек от берегового (Пб) и морского (Пм) секторов. На Териберской террасе коэффициент равен 2.07 (Пб/Пм = 56/27). Такая величина указывает на то, что поверхность террасы испытывает заметно более сильное влияние ветровой энергии со стороны суши и при этом возрастает роль эолового сноса на морской пляж и подводный склон за счет непрерывной дефляции поверхности террасы. Несмотря на постоянное сдувание наносов в море с поверхности террасы, эоловые формы в виде отдельных низких холмов и их гряд, высотой до 1.0 м, встречаются в верхней части пляжа и примыкающей к нему террасе. Встречаются все разновидности эолового рельефа: от песчаной ряби (рис. 4а) до крупных холмов и гряд (рис. 4б). На левом (западном) берегу реки терраса прикрыта сопками от воздействия ветров южных румбов, и здесь на нее оказывают влияние ветры преимущественно северного и северо-восточного направлений. Их повторяемость в 3.7 раза ниже, чем у ветров южных направлений. Из рис. 2б видно, что в этой части террасы ветры первой четверти являются морскими, подающими наносы с пляжа и поверхности террасы к подножью сопки. Поэтому здесь, в отличие от основной части террасы, в соответствии с ветровым режимом сформировались небольшие, высотой до 1.5–2.0 м, эоловые холмы и гряды, вытянутые по направлению действия ветра (рис. 5). Такие образования встречаются редко: это так называемые прислоненные береговые дюны.

Рис. 5.

Общий вид приливной песчаной осушки перед прибрежно-морской террасой в Териберском фьорде Баренцева моря. Fig. 5. General view of tidal sandbank in front of the coastal-marine terrace in the Teribersky fjord of the Barents sea.

Не менее важным параметром ветра является его скорость. От нее зависит степень насыщения ветрового потока наносами [3]. Чем больше скорость ветра, тем больше перемещается наносов при прочих благоприятных условиях.

Ветровой режим района исследований отличается суровостью. Средняя годовая скорость ветра по метеостанции Териберка составляет 7.1 м/с [12]. Бóльшую часть года (с октября по апрель) средняя месячная скорость больше среднегодовой и изменяется от 7.1 м/с в апреле до 8.4 м/с в декабре и январе. Ветры с перемещающими скоростями (более 8 м/с) для наносов на террасе дуют 338 дней в среднем за многолетний период. В холодный период года с октября по март они бывают в 1.77 раза чаще (210 дней), чем в теплый период с апреля по сентябрь (118 дней). Наиболее суровым режимом характеризуется конец осени, зимние и первый весенний месяц. В это время года число дней с сильными ветрами (≥15 м/с), способными массово переносить в ветропесчаном потоке песчаные и даже гравийные наносы, достигает 7.6–12.1 дня в месяц. В летний период года сильные ветры бывают реже – всего от 0.9 до 1.4 дня в каждом месяце. Начало осени характеризуется бóльшим числом дней с сильными ветрами (3.0–6.1 дней) в сравнении с серединой и окончанием весны (2.3–4.5 дня).

Повторяемость градаций скоростей ветра характеризуется значительными отличиями по направлениям. Ветры со скоростью ≥10 м/с имеют наибольшую повторяемость от южного и юго-западного румбов. На их долю приходится соответственно 2.0–1.9% годового времени, что в сравнении с ветрами других направлений в 2 раза больше. Сопоставление сильных ветров противоположных береговых и морских румбов показало, что южные ветры в 2.43 раза чаще дуют в сравнении с северными, а юго-западные в 9.18 раз чаще северо-восточных. Ветры со скоростью ≥18 м/с возможны только от южного, западного, северо-западного и северного секторов горизонта. Их повторяемость изменяется от 0.002% у южного и западного румбов до 0.009% у северо-западного и 0.025% у северного румбов. Из приведенного следует, что такие высокие среднегодовые и среднемесячные скорости ветра способствуют тому, что практически в течение всего года на Териберской и Вороньей террасах наносы находятся в движении и подвергаются процессу ветровой дифференциации [17, 18]. Многолетние наблюдения показали [17], что ледовые выносы доминирующими ветрами в открытое море могли достигать до 20 т/км², при мощности припайного льда до 0.5 м в течение морозного периода.

Наряду с ветровыми характеристиками, существенное влияние на перемещение наносов и мощность ветропесчаного потока оказывает влажность наносов на пляже и на всей поверхности террасы в целом. На большей части террасы, исключая пляж, она зависит от атмосферных осадков. К тому же сильные ветры очень быстро выдувают влагу с поверхности, а отрицательные температуры в малоснежные зимы приводят к ее вымораживанию в верхних горизонтах. Поэтому песок чаще всего бывает сухим, подвижным под влиянием ветра.

Отобранные пробы наносов на типичном поперечном профиле пляжа и в начале эоловой зоны Териберской террасы показали, что в их составе выделяется не более четырех фракций, но преобладают средне- и крупнозернистые пески. На долю всех вместе взятых песчаных фракций приходится 77.92–89.8% в разных точках террас. На этом фоне самое низкое содержание песчаных фракций (77.92%) было обнаружено в приурезовой зоне, откуда они во время шторма вымываются прибойным потоком. На других участках содержание этих фракций более высокое и достигает 85.1–89.8%. Медианный диаметр (Md) наносов меняется от 0.3 мм в средней части пляжа и эоловой зоне на левом берегу до 0.75 мм в приурезовой зоне. Верхняя часть пляжа и начало эоловой зоны террасы характеризуются переходными значениями диаметра частиц, равными 0.60 мм (табл. 1).

Соотношение фракций показало, что крупный песок преобладает в приурезовой зоне, в верхней части пляжа и в начале эоловой зоны. В верхней части пляжа и начале эоловой зоны его в 1.52–1.94 раза больше, чем среднезернистого песка. Фракции мелкого песка и алевро-пелита встречаются в ничтожно малых количествах и в сумме на их долю приходится 0.19–1.54%. Аналогичное соотношение отмечается в эоловой зоне на левом берегу реки Териберки у моста.

Об условиях переноса наносов и их отложении можно судить по форме обломков и степени их окатанности. Оценка формы песчинок и степени их окатанности проводилась по пятибалльной шкале путем рассмотрения и оценок по 100 частиц из каждой пробы, согласно методике [16]. Выполненная оценка показала, что во всех пробах наносы окатаны плохо. Преобладают в основном весьма угловатые и угловатые частицы (0–1 балл окатанности). Хуже всего окатаны наносы в мористой части эоловой зоны у верхней части пляжа, а также на террасе у моста. Здесь результат опробования 100 частиц песка показал, что преобладают мелкие весьма угловатые, совершенно неокатанные обломки с острыми режущими краями (0–1 балл). На долю практически неокатанных частиц (0 баллов) приходится от 50 до 57%, а вполне сохранившие первоначальную форму и обладающие лишь слегка окатанными (1 балл) углами и ребрами песчинки составляют 33–37%. Частицы со слегка сглаженными ребрами, в очертаниях которых еще отчетливо заметны прямолинейные отрезки, встречаются в пределах от 8 до 12% случаев. Практически все самые мелкие частицы являются неокатанными.

Лучше всего наносы окатаны в приурезовой зоне пляжа. Здесь в пробах практически отсутствуют (7%) частицы с острыми режущими краями, но зато доля почти окатанных (3 балла) достигает 22%. Средний бал окатанности оказался равным чуть больше 2. Верхняя часть пляжа и начало эоловой зоны, испытывающие влияние ветров всех направлений, сложены слабо окатанными (0–1 балл) наносами.

В работе [17] указывается, что в целом осадки береговой зоны вдоль северной части Кольского полуострова имеют один комплекс минералов и могут быть отнесены к единой минералогической провинции. Основные минералы легкой фракции – это кварц, полевые шпаты и плагиоклазы. Валовое содержание тяжелой фракции составляет от 1 до 20%. В ее составе характерными являются роговая обманка, эпидот, пироксены, гранат, апатит, агирин. Учитывая при этом гранулометрические показатели, можно относить исследованные наносы к группе с замедленной подвижностью в волновом потоке.

Проанализировав распределение наносов на морском крае террасы и в эоловой зоне на фоне действующих режимных характеристик ветра, мы можем утверждать, что на каждой устьевой террасе можно выделять несколько участков с разными морфолитодинамическими процессами. Эоловая аккумуляция характерна для средней части пляжа. На ней отлагаются наносы, поступающие как из прибойной зоны, так и в ветропесчаном потоке, с поверхности террасы. Так же устойчива и эоловая аккумуляция на левом берегу реки у моста. Здесь аккумулируются наносы, поступающие с приливной осушки и перемещаемые ветрами от восточной стороны горизонта. Для нижней полосы прибойной зоны пляжа характерна волновая сепарация наносов, а в верхней части пляжа и начале эоловой зоны преобладает дефляция.

ВЫВОДЫ

Фьорды Мурманского побережья Кольского полуострова исследованы недостаточно полно по сравнению с другими фьордовыми побережьями. Высокая интенсивность ветровых волн на сопредельном море, мощные сгонно-нагонные колебания уровня, сильное влияние приливных волн во фьордах взаимодействуют между собой и с другими компонентами береговых природных систем так, что стало возможным образование устьевых песчаных аллювиально-делювиальных террас в вершинах фьордов.

Основная масса осадочного материала в террасах представлена фракциями от 0.25 до 1.0 мм. Их содержание в сумме равно 77.2% на морском пляжах и 88.78% на эоловых грядах. Содержание зерен наносов крупнее 1.0 мм в среднем не превышает 15.36% на всех террасах внутри фьордов.

В условиях меридионального простирания фьордов происходит интенсивное сдувание наносов с поверхности террасы и верхней части пляжа на подводный склон и, как следствие, эоловые формы рельефа не успевают превратиться в более или менее крупные.