Эколого-геодинамическая характеристика территории Центрально-Черноземного региона

Район исследований находится в южной части Центральной России и имеет внутриконтинентальное географическое положение. В состав Центрально-Черноземного региона входят: Белгородская, Воронежская, Курская, Липецкая, Орловская и Тамбовская области. Его общая площадь составляет 192,4 тыс. км 2 [3].

Район имеет индустриально-аграрную экономическую специализацию, представленную машиностроительной, горнорудной, металлургической, химической и пищевой промышленностью. Аграрный сектор специализируется на производстве зерна, технических культур и животноводческой продукции [4].

Климат Центрально-Черноземного региона умеренно-континентальный, рельеф представлен Среднерусской и Калачской возвышенностями, располагающимися на западе и юго-востоке, и Окско-Донской низменностью - на востоке. Возвышенности имеют частое и глубокое расчленение, водоразделы залегают на абсолютных отметках 200-250 м, абсолютные отметки низменности не превышают 150-180 м, рельеф плоский, слабо изрезан балками и оврагами [5].

Необходимо отметить значительное влияние рельефа на распределение атмосферных осадков и формирование почвенно-растительного покрова. Генетические связи почвенного покрова с рельефом и климатическими особенностями отражены в почвенноклиматическом районировании Центрально-Черноземного региона (рис. 1) [6].

В характеризуемом районе отмечается значительная антропогенная нагрузка на природную среду и, соответственно, высокая экологическая напряженность [7, 8]. Эколого-геодинамическая характеристика территории ЦЧР производилась нами на основе бассейнового подхода, позволяющего рассматривать бассейны рек одновременно как естественные природные ячейки экогеосферы, в которых происходит формирование водных и земельных ресурсов, и как природно-хозяйственные системы, контурами которых следует считать границы водосборов малых и средних рек [9, 10].

При эколого-геодинамической характеристике района исследований использовались следующие данные: тектонические особенности территории, характер и свойства рельефообразующих пород, геоморфологические условия, водный режим территории, наличие экзогенных процессов, использование земель в хозяйственной деятельности человека.

Рис. 1. Почвенно-климатические районы ЦЧР [6]. Условные обозначения: I - серые лесные и оподзоленные черноземы; II - выщелоченные черноземы; III - выщелоченные черноземы; IV - слабовыщелоченные типичные и выщелоченные; V - типичные среднемощные и выщелоченные черноземы; VI - типичные среднемощные и выщелоченные; VII - типичные мощные и среднемощные; VIII - обыкновенные; РК - обыкновенные; Х - обыкновенные; Х! - обыкновенные; ХИ - обыкновенные маломощные и южные черноземы.

Результаты исследований и их обсуждение

Изучение проявления возможных кризисных экологических ситуаций природного характера в Центрально-Черноземном регионе позволяет отнести их к типу "непреднамеренные", классу "природные" и выделить подклассы: литосферные, атмосферные, гидросферные, включающие в себя группы и виды кризисных экологических ситуаций. По масштабу природные опасности подразделяются на уровни: локальный, муниципальный, межмуниципальный, региональный, межрегиональный, федеральный (табл. 1).

К эколого-геодинамическим факторам формирования экологической ситуации в Центрально- Черноземном регионе относятся: овражная эрозия, оползни, карстовые провалы, просадка грунтов, переработка берегов водохранилищ, заиливание русел рек.

Природные опасности в Центрально-Черноземных областях

Таблица 1

Примечание: в классификации ЧС - трансграничных на сегодняшний день нет (упразднили).

Анализ Центрально-Черноземного региона по условиям развития эколого-геодинамических факторов позволил сгруппировать их в 10 районов (рис. 2). В основу выделения каждого района положена информация по литологическому составу рельефообразующих пород, густоте балочного расчленения территории, облесенности и распаханности земель, водопроницаемости, величине увлажнения, глубине местного базиса эрозии (табл. 2).

Рельефообразующие породы представлены широким возрастным спектром - от девонских до современных. Среди них: карбонатная серия -известняки, мела и мергели, а также пески, суглинки и глины. По анализируемым критериям имеет место дифференциация показателей по выделенным районам. Коэффициент увлажнения изменяется от 0,8 до 1,3. Глубина базиса эрозии ориентирована на тектонические особенности территории, наиболее высокие значения характерны для Среднерусской и Калачской возвышенностей. Максимальная густота долинно-балочного расчленения приурочена к пескам и глинам мелового возраста, известнякам верхнего девона.

Показатели облесенности значительно изменяются по территории Центрально-Черноземного региона. В целом, площади, занятые лесами, незначительны и варьирую от 5 до 14 %. Данный показатель относится к группе экологических и во многом определяет эколого-геодинамическую характеристику региона в целом. Распаханность земель в регионе высокая и составляет от 55 до 68 %. Максимально распаханы земли в Курской и Орловской областях.

Литологические особенности рельефообразующих пород определяют форму балок и оврагов, густоту расчленения, форму склонов, размеры водосборов.

Рис. 2. Схема дифференциации районов Центральночерноземного региона по комплексу эколого- геодинамических показателей. Районы: 1 - северный; 2 - северо-западный; 3 - верховье рек Оки и Сосны; 4 - западный; 5 - центральный; 6 - южный; 7 - центральный (правобережье Дона); 8 - юго-восточный; 9 - район песчаных террас Дона и Воронежа; 10 - северо-восточный.

Таблица 2

Природные и техногенные факторы, формирующие эколого-геодинамическую характеристику ЦЧР

Примечание: Ф 2 - коэффициент увлажнения; Ф 3- глубина базиса эрозии, м; Ф 4 - густота долинно-балочного расчленения, км/км 2; Ф 5 - облесенность территории, %; Ф 6 - распаханность земель, %.

Характер и интенсивность эколого-геодинамичес- ких процессов на водосборах рек ЦЧР показаны в табл. 3.

Среди опасных природных процессов Центральночерноземного региона наиболее масштабным и значимым является овражная эрозия. Факторами развития этого процесса, являются:

- климатические условия формирования весеннего стока с коротким периодом снеготаяния, когда до 70 % этого стока скатывается с поверхности речных водосборов, создавая условия для развития эрозии;

- рельеф и крутизна склонов.

В характеризуемом регионе наибольшая овраго-опасность при густоте оврагов более 0,8 км/км 2 и их плотности более 0,5 шт/км 2 отмечается в Белгородской, Воронежской, Курской, Липецкой, Орловской областях. Тамбовская область характеризуется малой оврагоопасностью.

В Центрально-Черноземном регионе рельефообразующие породы представлены, в основном, карбонатами, в связи с чем на данной территории хорошо развиты карстовые процессы (рис. 3). При этом здесь обычно наблюдается так называемый покрытый карст, образование которого связано с верхнедевонскими известняками, а также мелом и мергелями верхнемелового возраста, покрытыми песками и глинами четвертичного возраста и почвенно-растительным покровом.

Опасность развития карстовых процессов отмечается в Орловской области и на северо-западе Липецкой, где пораженность территории карстом превышает 25 %, скорость карстовой денудации - до 5 м 3/м 2, диаметр поверхности карстовых форм достигает 30 м, местами - до 150 м, а риск провалов составляет: один провал на 1 км 2 в 10 лет. В этом районе отмечается разрушение промышленных и гражданских сооружений, повреждение коммуникаций.

В районе распространения верхнедевонских известняков выявлено около 1000 карстовых форм рельефа. Среди них наиболее распространены карстовые воронки, которые часто покрыты лесом и кустарником, а также заросли разнотравно-злаковой растительности. Здесь также имеет место значительное развитие циркумментов-форм эколого-геодинамической активности территории.

Карстовым процессам особенно подвержены балки и придолинные склоны рек Дон, Воргол, Большая Чернава, Сосна, Вязелка, Еманча, Красивая Меча и Пальна, где насчитывается до 20-30 карстовых форм рельефа на 1 км 2. В западных районах Липецкой области на днищах балок нередко карстовые воронки образуют длинные цепи взаимосвязанных карстовых ландшафтов.

Таблица 3

Характеристика природных процессов на водосборах средних и малых рек Центрально-Черноземного региона

Примечание: I, II, III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, X - районы с разными условиями развития природных процессов. В скобках цифрами показана степень интенсивности этих процессов: 1 - сильная; 2 - средняя; 3 - слабая и очень слабая.

Рис. 3. Опасность возникновения карстовых процессов (общее количество карстовых форм). Условные обозначения: 1 - площади, на которых опасность, формируемая карстующимися породами, весьма незначительна; 2 - опасность незначительная; 3 - умеренная; 4 - сильная.

В Орловской и Липецкой областях карст является мощным ландшафтообразующим фактором и оказывает негативное воздействие на гидротехнические объекты, так как за счет фильтрации из строя выходят пруды и водохранилища. На правобережье реки Дон пораженность территории карстом достигает 50 %, в центре Липецкой области - 30 %, в бассейне реки Воронеж - 10 %.

Возможность возникновения кризисных экологических ситуаций, связанных с карстовыми процессами, в настоящее время отмечается также на западе и юге Воронежской области, в Курской и Белгородской областях, где рельефообразующими породами являются мела и мергели верхнемелового возраста, а пораженность территории составляет 10-25 %. Здесь несколько ниже скорость карстовой денудации, меньше диаметр поверхности карстовых форм, а риск провалов составляет 0,5-1,0 на км 2 за 10 лет. Однако и в этих районах бывают случаи разрушения отдельных промышленных и гражданских сооружений, что негативно сказывается на уровне комфортности жизнедеятельности населения.

На Русской платформе лессовые просадочные грунты распространены к югу от 56 с.ш., поэтому Центрально-Черноземный регион полностью входит в зону их распространения с опасностью возникновения кризисных экологических ситуаций. Здесь отмечаются две степени опасности просадок лессовых грунтов.

Первая - опасная, которая встречается на северо-западе Орловской области, западе Курской, востоке и юге Воронежской области.

Вторая - умеренно опасная степень просадки грунтов, распространенная в Курской области на юге, Белгородской - пересекает (почти по центру) область с севера на юг, Воронежской - занимает центральную часть и юго-восток.

Третья - c весьма незначительными локальными включениями просадочных грунтов, распространена на остальной части региона: восточных частях Орловской и Белгородской, северо-западной части Воронежской, Липецкой и Тамбовской областях (рис. 4).

При оценке условий возникновения экологических кризисных ситуаций в Центрально чернозёмном регионе необходимо учитывать количество и состояние русловых водоемов и прудов, построенных в балочной сети. Объем зарегулированного поверхностного стока прудами и водохранилищами составляет 1990 млн м 3. Большинство прудов построено в балках, сложенных слабоводопроницаемыми породами, и имеет емкость до 500 тыс. м 3. Крупные русловые водохранилища вмещают в себя более 100 млн м 3 воды. Например, Воронежское водохранилище имеет емкость 204 млн. м 3 [4].

Также, значительное количество плотин и гидроузлов на прудах и водохранилищах частично или полностью разрушены, что создает опасность для населенных пунктов, находящихся в зоне их влияния.

Рис. 4. Схема просадочности лессовых грунтов (км 2). Условные обозначения: 1 - высокий уровень просадочности; 2 - средний уровень просадочности; 3 - низкий уровень просадочности.

Рис. 5. Схема заиления русел малых рек. Условные обозначения: 1 - возможно среднее заиление; 2 - сильное; 3 - значительное заиление.

Центрально-черноземный регион практически целиком входит в зону повышенной опасности переработки и разрушения берегов водохранилищ. Протяженность разрушаемых берегов в этом регионе составляет от 30 до 70 %, удельный объем переработки - от 12 до 70 тыс. м 3/км/год, средняя скорость развития процессов по отдельным водохранилищам - более 3 м/год. Разрушение земель за 20 лет эксплуатации водохранилища площадью менее 2 км 2 достигает 0,2 км 2. Разрушение побережий большей части периметра водохранилища влечет значительные экологический и экономический ущербы.

В характеризуемом регионе наблюдается сильное и полное заиление русел малых и средних рек, а также повсеместный размыв берегов рек в условиях свободного развития русловых деформаций (рис. 5).

Размыв берегов русла реки Дон происходит со скоростью порядка 2 м в год, механическое изменение русла наблюдается на 25-50 % длины реки.

Таким образом, на территории Центрально-Черноземного региона Среднерусская и Калачская возвышенности относятся к наиболее оврагоопасным территориям, с сильной степенью опасности возникновения кризисных экологических ситуаций федерального и регионального уровней, а Окско-Донская низменность - имеет незначительную степень опасности. Плотность оврагов на опасных территориях сейчас составляет 2,1-5,0 шт./км 2; прогнозная: 5,1-10,0 шт./км 2, а густота овражной сети: 0,5-1,3 км/км 2; прогнозная: 1,5-3,0 км/км 2. Средняя скорость роста оврагов - около двух метров в год. Овраги создают значительную расчлененность сельскохозяйственных угодий, что мешает работе сельскохозяйственных машин и выпасу скота, разрушают экологические ниши природных экосистем; вызывают заиление прудов и речных русел; разрушение промышленных, жилых и строительных объектов.

Также на территории исследуемого региона значительно развиты карстовые процессы, наибольшая интенсивность которых отмечена в Орловской и, частично, Липецкой областях.

Опасная степень просадки лессовых пород встречается на северо-западе Орловской области, западе Курской, востоке и юге Воронежской области.

Центрально-черноземный регион почти полностью входит в зону повышенной опасности переработки и разрушения берегов водохранилищ.

В характеризуемом регионе наблюдается заиление русел малых и средних рек, которое оценивается как сильное и полное.

Эколого-геодинамическая характеристика Центрально-Черноземного региона должна стать одним из ведущих элементов методологии оценки и прогноза развития геоэкологических рисков территорий [7].

Заключение

Литература

1. Ashikhmina, T. V. Ecological safety - the main trends in the modern world / T. V. Ashikhmina, T. V. Ovchinnikiva, A. M. Ashi- khmin // Safety of a person and society as a problem of social sciences and humanit: materials of the V international scientific conference on 5-6. Desember. - Prague: Vedeckovydavatelske centrum "Sociosfera-CZ", 2018. - P. 17-25.

2. Организация Объединенных Наций, Международная стратегия уменьшение опасности бедствий. Рамки для действий по осуществлению международной стратегии уменьшения опасности бедствий (МСУОБ) OCHA/ISDR/2001/13. GE.0102322(R) 100901.120901. - 25 с.

3. Смольянинов, В.М. Географические подходы при землеустроительном проектировании в регионах с интенсивным развитием природных и техногенных чрезвычайных ситуаций": монография / В.М. Смольянинов, Т.В. Овчинникова. - Воронеж: Издательство "ИСТОКИ", 2010. - 230 с.

4. Адерихин, П.Г. Агрохимическая характеристика почв Центрально-Черноземной полосы / П.Г. Адерихин, Е.П. Тихова // Агрохимическая характеристика почв СССР. - М.: АН СССР, 1963. - С. 5-130.

5. Косинова, И.И. Особенности формирования донных отложений искусственных водоемов и методика их экологогеологической оценки / И.И. Косинова //В сборнике: Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы Материалы третьей Международной научно-практической конференции. Воронежский государственный университет и др.; под редакцией И.И. Косиновой, 2013. - С. 126-130.

6. Кузнецов, М.С. Эрозия и охрана почв: Учебник / М.С. Кузнецов, Г.П. Глазунов. - М.: Изд-во МГУ, 1996. - 335 с.

7. Косинова, И.И. Теория и методология геоэкологических рисков / И.И. Косинова, Н.Р. Кустова // Вестник Воронеж. гос. ун-та. Сер.: Геология. - 2008. - № 2. - С. 189-197.

8. Куприенко, П.С. Оценка антропогенной нагрузки на окружающую природную среду Воронежской области / П.С. Куприенко, Т.В. Овчинникова, Т.В. Ашихмин // Ecological education and ecological culture of the population: materials of the V international scientific conferenceon, 25-26 February 2017. - Prague: Vedeckovydavatelske centrum "Sociosfera-CZ", 2017. - 173p.

9. Условия возникновения и особенности чрезвычайных ситуаций в Центрально-Черноземном регионе": монография / Т.В. Овчинникова [и др.]. - Воронеж: Издательство "ИСТОКИ", 2007. - 230 с.

10. Шаги решения концепции "Безопасный регион" монография / Т.В. Овчинникова [и др.]. - Воронеж: Издательство "Цифровая полиграфия", 2018. - 334 с.

Размещено на Allbest.ru