LANDSCAPE OF THE MONGOL-SIBERIAN REGION AS A RESULT OF INTERACTION OF EXTERNAL AND INTERNAL EARTH PROCESSES

РЕЛЬЕФ МОНГОЛО-СИБИРСКОГО РЕГИОНА КАК РЕЗУЛЬТАТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ПРОЦЕССОВ ЗЕМЛИ

Научная статья

Лухнева О.Ф.^1, *, Новопашина А.В.²

¹ ORCID: 0000-0001-9930-1871;

² ORCID: 0000-0003-1138-6706;

^{1, 2} Институт земной коры СО РАН, Иркутск, Россия

* Корреспондирующий автор (olgal[at]crust.irk.ru)

Аннотация

Морфоструктурные особенности Монголо-Сибирского региона представляют большой интерес с точки зрения исследования динамики неотектонического развития, значительный вклад в которое вносят современные вертикальные и горизонтальные движения. В данной работе проведен геоинформационный анализ цифровой модели рельефа, выделены области денудации и аккумуляции осадочных пород. Пространственная конфигурация выделенных областей является результатом комплексного взаимодействия твердой оболочки Земли и ее атмосферы. Объем масс, сгенерированный в областях сноса и аккумуляции, характеризует сложную структуру экзогенно-активного слоя, на который воздействует комплекс экзогенных процессов. Результаты проведенного анализа поверхности позволяют в первом приближении оценить соотношение толщины литосферы и астеносферы в областях с различными условиями седиментогенеза.

Ключевые слова: рельеф, снос, аккумуляция, экзогенно-активный слой. 

LANDSCAPE OF THE MONGOL-SIBERIAN REGION AS A RESULT OF INTERACTION OF EXTERNAL AND INTERNAL EARTH PROCESSES

Research article

Lukhneva O.F.^1, *, Novopashina A.V.²

¹ ORCID: 0000-0001-9930-1871;

² ORCID: 0000-0003-1138-6706;

^{1, 2} Institute of the Earth's Crust, SB RAS, Irkutsk, Russia

* Corresponding author (olgal[at]crust.irk.ru)

Abstract

The morphostructural features of the Mongol-Siberian region are of great interest when it comes to the study of the dynamics of neo-tectonic development, a significant contribution to which is made by modern vertical and horizontal movements. In this work, the geo-information analysis of a digital elevation model is carried out, and areas of sedimentation and denudation are highlighted. The spatial configuration of the selected regions is the result of the complex interaction of the Earth’s hard shell and its atmosphere. The mass volume generated in the areas of drift and accumulation characterizes the complex structure of the exogenously active layer, which is affected by a complex of exogenous processes. The results of the surface analysis allow, to a first approximation, estimating the ratio of the thickness of the lithosphere and asthenosphere in areas with different conditions of sedimentogenesis.

Keywords: landscape, drift, accumulation, exogenously active layer. 

Введение

Монголо-Сибирский регион является на настоящий момент малоизученным в аспекте количественного анализа рельефа и изучения геоморфологических параметров природных изменений.

Целью данного исследования является районирование территории по геоморфологическим признакам и выявления взаимосвязи геодинамических и атмосферных процессов. В работе предпринята попытка исследования рельефа Монголо-Сибирского региона на базе цифровой модели рельефа Азии с разрешением 1 минута, на площадь, ограниченной координатами 40º−60º с.ш., 80º−120º в.д. (GTOPO30) [11]. Рассматриваемый район отличается большим многообразием форм рельефа, как положительных, так и отрицательных. Не вдаваясь в геолого-геоморфологическую эволюцию рельефа, отметим, что в его структурах можно выделить крупные ландшафты высокогорий, плоскогорий (выше 1000 м), невысоких плато (ниже 1000 м) и низменностей. Основными неотектоническими формами изучаемой территории являются Сибирская платформа с Верхоленской высотной ступенью, Патомским поднятием, большими сводами: Становым, Восточно-Саянским, Олекминского Становика, Хэнтэйским, Восточно-Забайкальским, Большого Хангана и Хангайским. Исследуемый регион включает часть Восточно-Монгольской равнинно-платформенной области. Наиболее сложный комплекс неотектонических форм характеризует Байкальскую рифтовую зону (БРЗ) с ее последовательностью впадин, разделенных поднятиями (межвпадинными перемычками) и ограниченных крупными тектоническими разломами, а так же Алтайскую горную область, представляющую собой наиболее высокогорную часть Монголии. Ущелья с отвесными склонами, скалы и осыпи характерны для Прихубсугульского и Хубсугульского районов. Котловина Больших озер, Дархатская котловина и Орхоно-Селенгинский бассейн характеризуются обширными долинами.

Перечисленные разноуровневые морфоструктуры, с характерными особенностями высотной поясности и ярусности, формируют Монголо-Байкальский подвижный пояс. Она является универсальным трехмерным геолого-географическим пространством, с системно дифференцированными планетарно-космическими связями и взаимодействием эндогенных и экзогенных процессов. Методический подход к изучению эволюции развития этой сложноорганизованной системы подразумевает синтез геологии, геоморфологии, климатологии, поиск пространственных и временных методов исследования для обоснования географо-климатических трендов и анализа рельефа и рельефообразующих процессов [6].

Методика

Территория Монголо-Сибирского региона была покрыта системой параллельных субмеридиональных топопрофилей, расположенных на расстоянии 100 км друг от друга. Расположение топопрофилей обусловлено ориентировкой главных структурных элементов рельефа рассматриваемой территории. В результате обработки массива данных получено 3200 топопрофилей протяженностью 100 км. Каждый профиль содержит одну тысячу высотных отметок, которые стали основой для анализа и геопространственных построений. Для отдельного топопрофиля составлено линейное уравнение регрессии и определен коэффициент аккумуляции и сноса: y=bx+а, где y – значение аккумуляции и сноса; а – средняя высота в профиле (м); b – коэффициент регрессии; x – переменная высотная отметка в профиле (м).

Для построения карты изолиний областей сноса и аккумуляции, использовано выражение для определения коэффициента сноса и аккумуляции: k= а–у, где k – коэффициент сноса и аккумуляции.

На рис. представлена карта областей сноса и аккумуляции рассматриваемой территории, составленная по параметру k.

Рис. 1 – Карта областей сноса и аккумуляции Монголо-Сибирского региона

  Результаты

Пространственная локализация областей сноса и аккумуляции имеет свои особенности и закономерности. Их ориентированность обусловлена расположением неотектонических структур, их протяженностью и направлением.

Области сноса на карте приурочены к горным системам с максимальными высотными отметками. Согласно простиранию хребтов Восточного Саяна, Хамар-Дабана, Хангайского хребта и хребтов Монгольского Алтая находятся вытянутые в том же СЗ-ЮВ направлении области сноса. Для них характерна однонаправленность процессов сноса материала со склонов.

Преимущественно на всей рассматриваемой территории развиты зоны аккумуляции. Области с максимальной величиной коэффициента аккумуляции сосредоточены между Гобийским Алтаем и Хангаем в Монголии, в Дархатской котловине и Алаг-Нурской впадине. Высокие значения k на карте соответствуют равнинно-платформенным областям и области пустыни Гоби.

Минимальные значения k (зона I на рис.) локализованы во впадине оз. Байкал, вмещающей мощные толщи осадочных пород. Области голубого цвета (зона II на рис.) соответствуют площадям древних платформ и плитам с максимальной мощностью литосферы (более 60 км [8]). Диапазон значений зоны III на рис. соответствует областям перехода от консолидированных блоков к межблочному пространству [10], с которыми связаны глубинные разломы, характеризующиеся высокими значениями теплового потока [5]. В пределах БРЗ толщина литосферы в зоне III уменьшается, а верхняя граница аномальной мантии поднимается при переходе от горных хребтов к рифтовым впадинам. Максимальные значения областей сноса приурочены к консолидированным блокам земной коры (зона IV на рис.), под которыми литосфера утолщена, а граница астеносферы располагается глубже, чем под впадинами.

Известно, что главная роль в формировании основных черт современного рельефа принадлежит новейшим тектоническим движениям [3]. Областям со слабовыраженными вертикальными положительными тектоническими движениями в рельефе соответствуют равнины, невысокие плато и плоскогорья с тонким чехлом четвертичных отложений. Местам тектонических погружений, как правило, соответствуют низменные равнины с мощной толщей осадков неоген-четвертичного возраста. Областям интенсивных, преимущественно положительных тектонических движений соответствуют горы: хребты Прибайкалья, Забайкалья, Саян и Алтая. Следовательно, рельефообразующая роль неотектонических движений проявилась, прежде всего, в деформации земной поверхности, в создании положительных и отрицательных форм рельефа разного порядка. Через дифференциацию топографической поверхности новейшие тектонические движения "контролируют" расположение на поверхности Земли областей сноса и аккумуляции и, как следствие этого, областей с преобладанием денудационного (выработанного) и аккумулятивного рельефа.

Обсуждение результатов

Вертикальные и горизонтальные движения можно рассматривать как составляющие единого тектонического процесса. Именно они лежат в основе формирования рельефа. Амплитуды вертикальных и горизонтальных движений согласованы между собой и опосредованно связаны с таким геолого-геофизическим параметром, как плотность теплового потока [5], которая, в свою очередь, коррелирует с толщиной литосферы и астеносферы.

Вертикальная составляющая тектонических движений всегда присутствует и часто превалирует при образовании сбросов, надвигов, грабенов и горстов, а, следовательно, и соответствующих этим структурам форм рельефа [9].

Не менее важное значение имеют и горизонтальные деформации литосферы, которые часто рассматриваются как производные горизонтальных смещений астеносферных масс [7] и как результат гравитационного соскальзывания литосферы по склонам астеносферных выступов [1], [2]. Это объясняется избыточным гидростатическим напором аномальной мантии. Изменяя земную поверхность, деформации влияют на пространственное расположение областей сноса и аккумуляции, денудационного и аккумулятивного рельефа.

Область взаимодействия литосферы и атмосферы может быть представлена в виде «экзогенно-активного слоя», под которым понимается объем горных масс, заключенный между вершинной и базисной поверхностями современного рельефа [4]. Примерно такой объем будет преобразован в рыхлые отложения под воздействием комплекса экзогенных процессов. Толщина экзогенно-активного слоя находится в прямой зависимости от плотности активных в кайнозое разломов и глубины их проникновения [9].

Тектонические движения оказывают не только прямое воздействие на рельеф, но и опосредованное, через климат. Вертикальные тектонические движения в большей степени являются первопричиной изменения климата на поверхности Земли. Горные системы с большими перепадами высот влияют на атмосферную циркуляцию, создавая разницу давлений и вызывая перераспределение осадков, что отражается на интенсивности процессов эрозии.

Заключение

Соотношение вертикальных и горизонтальных движений, вызывающих деформации земной поверхности, наряду с экзогенными процессами, сформировали современную морфоструктуру рельефа, который являет собой результат взаимодействия твердых оболочек и атмосферы Земли.

Проведенное исследование позволило ранжировать территорию Байкало-Монгольского складчатого пояса на основании параметра толщины экзогенно-активного слоя, что дает возможность экстраполировать динамику развития рельефа в течение кайнозойского геоморфологического этапа активизации. В выделенных областях с максимальной амплитудой перепадов высот создаются самые благоприятные условия для наиболее интенсивного развития процессов разрушения и быстрого сноса разрушенных материалов в области аккумуляции.

Построение карты областей сноса и аккумуляция также позволяет получить представление о распределении площадей с разным соотношением толщины литосферы и астеносферы. Так, максимальные значения соответствуют областям утолщения литосферы и более глубокому залеганию кровли астеносферы. При переходе от максимальных высотных значений рельефа к областям аккумуляции впадин происходит постепенное поднятие кровли астеносферы. Места аккумуляции впадин БРЗ и долин горно-складчатых областей характеризуются минимальными значениями толщины литосферы и поднятием кровли аномальной мантии, в отличие от областей аккумуляции платформ, характеризующихся утолщенной литосферой.

Финансирование Данное исследование проведено в рамках интеграционной программы № 0341-2016-0001, блок В.	Funding This study was conducted as part of integration program No. 0341-2016-0001, Block V.
Конфликт интересов Не указан.	Conflict of Interest None declared.

Список литературы / References

1. Артюшков Е. В. Геодинамика / Артюшков Е. В. – М.: Наука, 1979.
2. Зоненшайн Л. П. Введение в геодинамику / Л. П. Зоненшайн, Л. А. Савостин. – М.: Недра, 1979. – 311с.
3. Леви К. Г. Тектонофизический анализ неотектонических движений в сейсмоактивных зонах литосферы: дис. док. геол. наук. 00.04 : защищена 31.10.1990: утв. 24.02.1991 / Леви Кирилл Георгиевич. – Новосибирск, 1990. – 298 с.
4. Леви К. Г. Погодно-климатические изменения в Байкало-Монгольском регионе: анализ и прогноз до 2050 г. / К. Г. Леви, А. И. Мирошниченко, Е. А. Козырева и др. // Евразия в кайнозое. Стратиграфия, палеоэкология, культуры. – 2016. № 5. – C. 28–37.
5. Лысак С. В. Тепловой поток в зонах активных разломов на юге Восточной Сибири / С. В. Лысак // Геология и геофизика. – 2002. – Т. 43, № 8. – С. 791–803.
6. Напрасников А. Т. Методические подходы к анализу изменчивости тепла и влаги Байкало-Монгольского региона / А. Т. Напрасников // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 5-1. – С. 69–72.
7. Саньков В.А. Современные и голоценовые горизонтальные движения на Байкальском геодинамическом полигоне / В. А. Саньков, К. Г. Леви, Э. Кале и др. // Геология и Геофизика. – 1999. – Т. 40, № 3. – C. 422–430.
8. Саньков В. А. Позднекайнозойское разломообразование и напряженное состояние юго-восточной части Сибирской платформы / В. А. Саньков, А. В. Парфеевец, А. И. Мирошниченко и др. // Геодинамика и тектонофизика. – 2017. – Т. 8, № 1. – С. 81–105. doi:10.5800/GT-2017-8-1-0233
9. Шерман С. И. Геология и сейсмичность зоны БАМ: (От Байкала до Тынды). Неотектоника / Шерман С.И., Леви К.Г., Ружич В.В. и др. ; Под ред. Н.А. Логачева. – Новосибирск: Наука, 1984. – 207 с.
10. Novopashina A. V. Influence of crustal fracturing on the thermal springs and earthquake swarms distribution in the north-east part of the Baikal rift system (Russia) / Novopashina A. V., Kuz’mina E. A. // Acque Sotterranee – Italian Journal of Groundwater. – 2019. – V. AS29. P. 23–36. doi:10.7343/as-2019-360
11. USGS EROS Archive - Digital Elevation Model - Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO30) [Electronic resource] – 2019. – URL: https://www.usgs.gov/ (accessed: 20.08.2019).

Список литературы на английском языке / References in English

1. Artyushkov Ye. V. Geodinamika [Geodynamics] / Artyushkov Ye. V. – M.: Nauka, 1979. [in Russian]
2. Sonenshine L. P. Vvedeniye v geodinamiku [Introduction to geodynamics] / L. P. Zonenshayn, L. A. Savostin. – M.: Nedra, 1979. – 311 p. [in Russian]
3. Levi K. G. Tektonofizicheskiy analiz neotektonicheskikh dvizheniy v seysmoaktivnykh zonakh litosfery [Tectonophysical analysis of neotectonic movements in seismically active zones of the lithosphere]: dis. of Doc. in Geology and Mineralogy 04.00.04: defense of the thesis: 31.10.1990: approved 24.02.1991 / Levi Kirill Georgievich. – Novosibirsk, 1990. – 298 p. [in Russian]
4. Levy K. G. Pogodno-klimaticheskiye izmeneniya v Baykalo-Mongol'skom regione: analiz i prognoz do 2050 g. [Weather and climate changes in the Baikal-Mongolian region: analysis and forecast until 2050] / K. G. Levy, A. I. Miroshnichenko, E. A. Kozyreva and others // Yevraziya v kaynozoye. Stratigrafiya, paleoekologiya, kul'tury [Eurasia in the Cenozoic. Stratigraphy, paleoecology, culture]. – 2016. № 5. – P. 28–37. [in Russian]
5. Lysak S. V. Teplovoy potok v zonakh aktivnykh razlomov na yuge Vostochnoy Sibiri [Heat flow in zones of active faults in the south of East Siberia] / S. V. Lysak // Geologiya i geofizika [Geology and Geophysics]. – 2002. – T. 43, № 8. – P. 791–803. [in Russian]
6. Naprasnikov A. T. Metodicheskiye podkhody k analizu izmenchivosti tepla i vlagi Baykalo-Mongol'skogo regiona [Methodological approaches to the analysis of heat and moisture variability of the Baikal-Mongolian region] / A. T. Naprasnikov // Mezhdunarodnyy zhurnal prikladnykh i fundamental'nykh issledovaniy [International Journal of Applied and Basic Research]. – 2014. – № 5-1. – P. 69–72. [in Russian]
7. Sankov V.A. Sovremennyye i golotsenovyye gorizontal'nyye dvizheniya na Baykal'skom geodinamicheskom poligone [Modern and Holocene horizontal movements at the Baikal geodynamic testing ground] / V. A. Sankov, K. G. Levy, E. Kale, and others // Geologiya i Geofizika [Geology and Geophysics]. – 1999. – T. 40, № 3. – C. 422–430. [in Russian]
8. Sankov V.A. Pozdnekaynozoyskoye razlomoobrazovaniye i napryazhennoye sostoyaniye yugo-vostochnoy chasti Sibirskoy platform [Late Cenozoic faulting and stress state of the southeastern part of the Siberian Platform] / V. A. Sankov, A. V. Parfeyevets, A. I. Miroshnichenko, and others // Geodinamika i tektonofizika [Geodynamics and tectonophysics]. – 2017. – V. 8, № 1. – P. 81–105. doi:10.5800/GT-2017-8-1-0233. [in Russian]
9. Sherman S. I. Geologiya i seysmichnost' zony BAM: (Ot Baykala do Tyndy). Neotektonika [Geology and seismicity of the BAM zone: (From Baikal to Tynda). Neotectonics] / S. I. Sherman, K. G.Levy, V. V. Ruzhich and others ; edited by. N.A. Logachev. – Novosibirsk: Nauka, 1984. – 207 p. [in Russian]
10. Novopashina A. V. Influence of crustal fracturing on the thermal springs and earthquake swarms distribution in the north-east part of the Baikal rift system (Russia) / Novopashina A. V., Kuz’mina E. A. // Acque Sotterranee – Italian Journal of Groundwater. – 2019. – V. AS29. P. 23–36. doi:10.7343/as-2019-360
11. USGS EROS Archive - Digital Elevation Model - Global 30 Arc-Second Elevation (GTOPO30) [Electronic resource] – 2019. – URL: https://www.usgs.gov/ (accessed: 20.08.2019).