Возможности решения проблемы водоснабжения Крыма за счет подземных вод на дне Азовского и Черного морей
В статье рассматривается возможность поиска месторождений пресной воды на полуострове Крым с помощью инновационного картографического метода пластики рельефа. Учеными Пущинского научного центра по горизонталям топографической карт Восточного Крыма и изобатам батиметрических карт Азовского и Черного морей была составлена карта, на которой показаны литодинамические тела-потоки. Эти потоки представляют собой палеодельты Салгира, Дона и Кубани. Палеодельты являются потенциальными резервуарами подземных пресных вод.
Ключевые слова: Крым, вода, картография, пластика рельефа, палеодельты.
В настоящее время перед населением и промышленностью Республики Крым остро стоит проблема дефицита воды. Особенно это выражается в обеспечении: питьевой водой населения Керченского полуострова и района Большой Ялты, а также сельского хозяйства всего Крыма. Ранее эти проблемы решались за счет использования подземных резервуаров артезианских вод Северного и Центрального Крыма, рек и водохранилищ Горного Крыма, Северо-Крымского канала. Перекрытие вод Северо-Крымского канала (СКК) украинской стороной привело к обострению ситуации.
Следует отметить, что еще с середины 90-х гг. воды СКК использовались малоэффективно. Ввиду отсутствия ремонтных работ ложа основного канала и его отводов обострялись проблемы с вторичным засолением земель из-за возросшей фильтрации вод с канала. Параллельно шел рост цен на использование вод СКК, что сказалось на развитии процветавшего ранее сельского хозяйства. Многие сельхозпредприятия вынуждены были отказаться от орошения, из-за чего были исключены из посевов влагозатратные овощные и фруктовые культуры. Все это привело к тому, что уже к 2000 году 60-70% вод СКК сбрасывались в залив Азовского моря Сиваш, соленость вод которого значительно уменьшилась. Это отрицательно сказалась на биосфере северо-востока Крыма и на уровне добычи соли всего Присивашья. Современная сложившаяся ситуация также неоднозначна. С одной стороны, прекращение использования сильно разрушенного ложа канала остановило процессы вторичного засоления и возобновило процессы естественного формирования почв Крыма, в т.ч. уникальных крымских каштановых почв. С другой стороны, отсутствие воды в СКК привело к ее нехватке в отдельных регионах и крупных населенных пунктах (Керчь, Феодосия, Ялта и др.) и невозможности восстановления сельского хозяйства полуострова.
В настоящее время предлагается множество вариантов улучшения ситуации: использование вод рек Горного Крыма, увеличение добычи подземных вод из резервуаров северо-востока Крыма, строительство предприятий по фильтрации вод Черного моря и др. Однако при этом практически не рассматривается возможность использования потенциала подземных резервуаров Азовского и Черного морей.
Из геологической истории известно, что этот бассейн часто был сухопутным, т.е. мало чем отличался от нынешней суши Крыма и Кубанского края. Так, в конце карангатского периода море ушло с азовской территории и на месте акватории возникла болотистая равнина. Среди болот текли полноводные реки, щедро питаемые талыми ледниковыми водами - палео-Дон, палео-Кальмиус, палео- Берда, палео-Корсак, палео-Молочная и другие. Реки выносили огромные массы твердого стока, чаще всего песков. На месте древних русел остались мощные песчаные тела, зафиксированные в илистых осадках и лессовых толщах. Эти аллювиальные (речные) отложения обладают высоким потенциалом содержания подземных пресных вод.
Для обнаружения перспективных палеодельтовых структур авторами была использована методика пластики рельефа. Ее возможности позволяют по горизонталям топографической карты и изобатам батиметрической карты преобразовать статический рельеф земной поверхности в динамический, дифференцированный на протяженные выпуклые литологические тела и вогнутые долины. Литологические выпуклые тела, согласно концепции пластики рельефа, названы литодинамическими потоками. Берущие начало из единой возвышенной отметки потоки образуют потоковую структуру, а совокупность однонаправленных соседних структур - потоковую систему. По ним идет вынос литологического материала как далее по склону, так и в области понижений, образуя области дивергенции. Каналы понижений также образуют собственные структуры и системы. Это области конвергенции и транспортировки литологического материала и сток поверхностных вод. Скорость выноса материала зависит от градиента высот, но в понижениях, отрицательных структурах она выше, чем в пределах литодинамических потоков. Помимо экзогенных процессов на динамику вещества в пределах этих систем влияют и эндогенные процессы - тектонические и вулканические. Образованные эндогенными процессами крупные положительные формы рельефа в дальнейшем подвергаются воздействию экзогенных факторов. В дальнейшем осадочный и вулканический материал, а также поверхностные и подземные воды подвергаются распределению в гравитационном поле Земли. Вещество всегда будет стремиться в области впадин, где формируется области аккумуляции. Такие впадины на математическом языке можно назвать аттракторами. Таким образом, метод пластики рельефа позволяет увидеть точки начала движения вещества, его каналы миграции и области аккумуляции. Нередко литологические потоки сталкиваются с механическими барьерами, обходя которые один поток разветвляется на несколько. Такие области названы точками бифуркации. Пример такой карты пластики рельефа с элементами показан на рис. 1.
Потоки земной поверхности показаны объемно серым цветом. Ключевые точки территории: R - репеллер (начальная точка движения потоковповышений); A - аттрактор (область аккумуляции геологического, геохимического и водного вещества); b - точка бифуркации (точка разветвления крупного потока-повышения на несколько потоков). Стрелками показано направление движения геовещества по потокам-повышениям (оранжевый цвет) и понижениям (синий цвет).
Важную роль в формировании положительных потоковых структур играют реки, которые переносят огромные массы осадочного материала. Часть из них отлагается непосредственно в русле реки или пойме, образуя протяженные положительные аллювиальные потоки, а часть выносится в точке устья или более крупную водную артерию, или же в районе морского (океанического) шельфа.
По горизонталям топографической карт Восточного Крыма и изобатам батиметрических карт Азовского и Черного морей была составлена карта, на которой литодинамические тела-потоки показаны коричневым цветом (рис. 2).
Рисунок литодинамических потоков позволил увидеть, как одни и те же потоки Таманского полуострова продолжаются на Керченском полуострове, направляясь к Крымским горам. Этот факт доказывает генетическую принадлежность Таманского полуострова, Кавказского региона и Крымского полуострова к единой геологической структуре. Только в южной части Керченского пролива они разрываются ввиду формирования мощного конуса выноса (дельты) палео-Дона. По обе стороны от Керченского полуострова потоки расходятся в направлении Азовского и Черного морей, являясь естественным продолжением основных структур, сформированных в пределах суши. Устремляются потоки к впадинам морей, в пределах которых идет осадконакопление. Каждой из впадин-аттракторов (А) дано условное название: Аз - Азовская; Кз - Казантипская; Сал - Салгирская; Дж - Джанкойская (рис. 3).
Часть потоков образует протяженные дельтообразные структуры. Часть из них начинает формироваться в пределах суши, Арабатской стрелки или в морях и устремляется к вышеназванным впадинам. Это наглядно показывает, как за последние сотни тысяч лет изменялась береговая линия полуострова. Из восьми выявленных палеодельт наибольший интерес представляет дельтапалео-Дона, которая неожиданно «вытекает» из Керченского пролива, не имея подходящих к ней крупных потоковых систем. Такая аномалия объясняется историей региона: в послекарангатский период не только осушилась Азовская акватория, но и понизился уровень Черного моря - примерно на 70 м. Последнее утратило связь со Средиземным морем, перестало быть проточным. Пересохли Босфор и Дарданеллы, а Керченский пролив превратился в обобщенную устьевую зону палео-Дона и других азовских рек. Все более древние отложения - чаудинские, древнеэвксинские, карангатские - подверглись очередному мощному размыву, сохранившись лишь в виде небольших останцев.
В начале голоцена море не выходило из пределов современного Азово-Черноморского бассейна. 11-10 тыс. лет назад, когда наступил так называемый новоэвксинский этап, дно будущего Азовского моря стало сушей, которую прорезали долины крупных рек. На смену новоэвксинскому этапу 8-7 тыс. лет назад пришел древнечерноморский. В это время происходит трансгрессия, т.е. наступление моря, и там, где были глубокие долины, образовались заливы, глубоко врезавшиеся в сушу. Затем, 5 тыс. лет назад, начался новочерноморский этап развития Азовского моря, который принято делить еще на ряд стадий. В начале этапа уровень моря поднялся на 2,5-3 м выше современного, а 3-2 тыс. лет назад, когда наступила так называемая фанагорийская стадия, уровень воды моря понизился на 3-5 м ниже современного. Поверхность дна в то время представляла собой низкую, орошаемую многочисленными реками равнину. Вдоль речных долин тянулись заболоченные сырые леса, а остальная площадь равнины была занята степной растительностью. По бывшему дну моря текли полноводные реки - палео-Дон со своими притоками - палео-Молочной и палео-Бейсбугом. Палео-Дон впадал тогда прямо в Черное море, его устье находилось в Керченском проливе. Возникла внушительная по размерам, выступающая в Черное море палеодельта, сложенная внушительными массамикварцевых аллювиальных песков. В середине-конце прошлого века ученым удалось идентифицировать саму дельту и ее генезис. Однако пренебрежительное отношение большинства геологов к топографическим картам не позволило провести в то время анализ литодинамической ситуации.
Второй по площади дельтой является одна из дельт Салгира - Салгирская. Сейчас в ее наносах текут реки Восточного Крыма - Биюк-Карасу, Бурульча и Мокрый Индол. Севернее расположена еще одна крупная дельта Салгира, условно названная Джанкойская. Образованная в один из периодов веерной миграции Салгира, она обладает высоким потенциалом содержания подземных пресноводных резервуаров. Джанкойская дельта выходит за пределы Арабатской стрелки, что говорит о более раннем формировании дельты, чем коса, первые упоминания о которой, как группе протяженных островков, появились лишь тысячу лет назад. Продолжением Джанкойской палеодельты является Арабатская дельта. Ее концевые части «впадают» в Азовский аттрактор. Возможно, так Салгир достигал центра всего Азовского бассейна в период регрессии моря. Между Салгирской и Джанкойской дельтами были выявлены еще две, расположенные друг за другом, дельты Салгира. Их малые размеры объясняются слабым питанием самой реки, что, скорее всего, относится к засушливому периоду в истории полуострова. Еще одной дельтой, заслуживающей внимания, является Кубанская. Она берет начало на Таманском полуострове и впадает в Азовский аттрактор, соприкасаясь на западе с Казантипской дельтой. По гидрогеологическому районированию Кубанская дельта входит в состав Азово-Кубанского артезианского бассейна, являясь обширной зоной разгрузки (рис. 3).
Каждая из вышеперечисленных дельт обладает высоким потенциалом содержания пресных вод. Огромные массивы палеодельтовых структур сложены массами песчаных и глинистых пород. Первые являются местом миграции и аккумуляции пресных вод, стекающих с горных рек, а вторые служат им водоупором. Поскольку сохранность потоковых структур обеспечивается более плотными породами, то перспективы обнаружения в их пределах резервуаров подземных вод очень высоки. Так, в пределах Салгирской и Джанкойской дельт уже полвека идет активная эксплуатация артезианских резервуаров.
Однако сейчас наибольший интерес представляют дельтовые образования в пределах Азовского моря. Несмотря на то, что территория эта недостаточно изучена, потоковые структуры могли бы существенно уменьшить дефицит водоснабжения населения Керченского полуострова. При незначительной глубине водоема (в среднем - 7,4 м, максимум - 14-15 м) техническое осуществление проекта добычи не составит труда. В то же время близость к Керченскому полуострову Кубанской водонасыщенной дельты и общность значительной территории Азовского моря дает возможность использовать и ее потенциал. Особняком стоит палео-Донская дельта, расположенная в Черном море. Глубины здесь не идут в сравнение с глубинами Азовского моря - начинается дельта с глубин 10-30 м, а заканчивается на глубине около 2100 м. При этом известно, что глубже 100 м в Черном море начинается слой сероводорода. Но есть и положительные стороны объекта - опытным путем доказано наличие самой дельты. Ранее доказан и состав дельты - кварцевые пески. Площадь структуры превышает половину площади всех выше перечисленных дельт Азовского бассейна. Эти факты позволяют отнести палео- Донскую дельту к категории высоко перспективных объектов будущего.
В пределах самой дельты карта пластики рельефа позволяет выявить более перспективные зоны, которые приурочены к местам разветвления литодинамического потока-повышения (рис. 4).
Эти области называются точками бифуркации. Здесь сконцентрированы значительные массы горных пород, площадь и объем потенциального резервуара увеличиваются. Как видно из карты, самые крупные области разветвления потоков расположены в точке разветвления дельты. Вероятность того, что во время функционирования древней речной системы здесь происходила концентрация большого количества водных масс (как перед естественным механическим барьером), велика. Это могло привести к активному насыщению водопроницаемых пород водой, которые позже были законсервированы перекрывающими водонепроницаемыми породами.
При оптимальном техническом решении проблем добычи воды из палеодельтовых объектов Азовского моря и палео-Донской дельты реально обеспечить водой в достаточном количестве население близлежащих населенных пунктов Керченского и Таманского полуострова (где проблема водного дефицита так же актуальна, как и в Крыму) на многие годы.
Литература:
1. Гидрогеология СССР. - Т. XIII. Крым. - М.: Недра, 1970. - 364 с.
2. Степанов И.Н. Теория пластики рельефа и новые тематические карты. М., Наука, 2006, 230 с.
3. Самвелов Р.Г., Степанов И.Н., Баранов И.П., Степанова В.И., Гудырин М.П. и др.. К созданию геолого- геометрической модели объемного прогноза нефтегазоносности Славянско-Темрюкского лицензионного участка Краснодарского края// Сборник научных трудов по результатам научно-технологических работ, ОАО «Роснефть», Москва 2004 г. С.95-111.
4. Степанов И.Н., Г. В. Воропаев, Н. Лошакова. О бассейновых границах дельт дна Каспийского моря. ДАН. т. 337, №5, 1994.
5. Степанов И.Н., Баранов И.П., Степанова В.И. Опыт картографического изучения пластики рельефа дна Северного Ледовитого океана. Доклады академии наук. 2008. т. 423, №2, с. 257 - 261.
6. Степанов И.Н. Пространство и время в науке о почвах. М. Наука, 2003, 184 с.
7. Степанов И.Н., Баранов И.П. Эволюция морфологических структур дна Азовского моря в неогенплейстоцене //Материалы XXVIII Пленума Геоморфологической комиссии. Новосибирск, 2004, С. 252-253.
8. Баранов И.П., Степанова В.И. Москва на семи холмах. // Геодезия и картография. - №8. - Москва 2007, С. 28-31.
9. Баранов И.П. Метод пластики рельефа - способ отображения динамических почвенных систем Крыма. //Труды II Национальной конференции с международным участием «Проблемы истории, методологии и философии почвоведения», т. 2 «Организация почвенных систем», ИФХиБПП РАН, Пущино 2007, С. 369-373.
10. Степанов И.Н., Баранов И.П., Степанова В.И. Использование метода пластики рельефа при изучении дна Северного Ледо-витого океана. //Труды II Национальной конференции с международным участием «Проблемы истории, методологии и философии почвоведения», т. 2 «Организация почвенных систем», ИФХиБПП РАН, Пущино 2007, С. 364-369.
11. Баранов И.П. Отображение реидности геологического вещества в плане и профиле. //Тезисы докладов международной конференции «Вычислительная геодинамика и мантийные неустойчивости», Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, Суздаль 2009, С. 21-24.
12. Баранов И.П. Кольцевые структуры (структуры центрального типа) территории Крыма. // Учёные записки ТНУ им. В.И.Вернадского. - Т.16 (55). - №1. - География - Симферополь: ТНУ, 2003. - С.16 - 20.
Paleoreconstruction ancient deltas of the Azov and North-eastern part of the Black sea as potential reservoirs of underground artesian waters on the basis of plastics relief
The article discusses the possibility of finding deposits of fresh water on the Peninsula of Crimea using innovative cartographic method of plasty of relief. Scientists of Pushchino scientific center of the contours on topographic maps of the Eastern Crimea isobaths and bathymetric maps of the Azov and Black seas was composed map, which shows lithodynamic body. These flows are paleodelta of the Salgir, the Don and the Kuban. Paleodelta are potential reser- voirs of underground fresh water.
Keywords: Crimea, water, cartography, plastic relief, paleodelta.
Baranov Igor Pavlovich, leading engineer;
Stepanova Vera Igorevna, leading engineer, head of the cartography group
Institute for biological instrumentation of RAS, Pushchino, Russia. E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript..
Журнал «Вода Magazine», №3 (103), 2016 г.
