Формирование педолитоседиментов и почвенно-геохимической среды древних городов Европейской России

Долгих, Андрей Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Формирование педолитоседиментов и почвенно-геохимической среды древних городов Европейской России
ВАК РФ 25.00.23, Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Формирование педолитоседиментов и почвенно-геохимической среды древних городов Европейской России"

На правах рукописи

084602703

Долгих Андрей Владимирович

ФОРМИРОВАНИЕ ПЕДОЛИТОСЕДИМЕНТОВ И

ПОЧВЕННО-ГЕОХИМИЧЕСКОЙ СРЕДЫ ДРЕВНИХ ГОРОДОВ ЕВРОПЕЙСКОЙ РОССИИ

25.00.23 - физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва - 2010

Ш-М ¿310

004602703

Работа выполнена в Лаборатории географии и эволюции почв Института географии Российской академии наук

Научный руководитель:

доктор географических наук Александровский Александр Леонтьевич

Официальные оппоненты: доктор географических наук

Лихачева Эмма Александровна доктор биологических наук Демкин Виталий Александрович

Ведущая организация:

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Защита состоится "4" июня 2010 г. в 11 час. на заседании диссертационного совета Д.002.046.03 в Институте географии РАН по адресу: 119017, Москва, Старомонетный пер., 29. Факс (495) 959 00 33. E-mail: direct@igras.geonet.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии РАН. Автореферат разослан "04" мая 2010 г.

Ученый секретарь * '

диссертационного совета

кандидат географических наук

Л.С. Мокрушина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Почвенно-литогенные образования городов (культурные слои) можно отнести к антропогенной разновидности поверхностно-почвенных седиментационных систем, формирующихся при постепенном накоплении мелкозема, поступление которого не прерывает текущий (синхронный) педогенез. В результате такого взаимосвязанного протекания седиментации и педогенеза образуются толщи педолитоседиментов (Глазовская, 2009). В данной работе отложения городов, представленные культурными слоями и включающие признаки почвообразования и диагенеза, названы городскими педолитоседиментами.

Исследования на обширной площади археологических раскопов в центральных частях древних городов, дают возможность охарактеризовать городские педолитоседименты (ПЛС), представленные мощным культурным слоем (до 10 м) с признаками почвообразования, вложенньми слаборазвитыми почвами, и погребенные под ними исходные почвы, а также выяснять историю и характер деятельности человека в прошлом (Рис. I - цветная вставка). В результате получен большой репрезентативный материал по направленности процессов и темпам развития городских толщ и почв, их загрязненности, и по эволюции почвенно-геохимической среды городов; проведены реконструкции палеоэкологических условий исторического периода.

Сейчас почвы городов исследуются главным образом для понимания современного состояния городских систем. Анализируется только верхняя 2-х метровая толща почв и городских отложений. Но понять генезис и экологию почв городов, и городских ландшафтов в целом, можно только изучив всю историю их развития, с момента появления поселения. Для этого необходимо исследование всей городской толщи, включая исходную погребенную почву.

В связи с вышесказанным, исследования процессов формирования городских педолитоседиментов и почв, а также эволюции геохимической среды городов являются важной и актуальной научной задачей.

Цель работы - выявить процессы, формирующие мощные педолитоседименты древних городов Европейской России и эволюцию городской почвенно-геохимической среды в разных географических и исторических обстановках.

Основные задачи работы:

1. Изучить строение, свойства и разнообразие ПЛС и погребенных под ними почв ряда городов лесных и сухостепных (приморских) регионов Европейской России.

2. Определить процессы педолитогенной трансформации городских отложений и палеопочв, выяснить их региональные различия.

3. Выявить направленность эволюции почвообразования на культурных слоях в разных географических условиях.

4. Охарактеризовать почвы, залегающие в толще ПЛС, выяснить их генезис и палеоэкологическое значение.

5. Проанализировать процессы и стадии развития почвенно-геохимической среды древних городов в разных природных условиях.

Положения, выносимые на защиту:

1. В древних городах Европейской России в результате одновременного протекания процессов антропогенного седиментогененеза и природного педолитогенеза формируются толщи городских педолитоседиментов. Они представлены мощными рыхлыми поверхностными образованиями средневекового и античного возраста, обогащенными органическим веществом, карбонатами, фосфором, тяжелыми металлами и другими химическими элементами.

Их эволюция тесно связана с составом материала, привносимого человеком, а также с биоклиматическими условиями и расчлененностью рельефа на территории города, но не зависит от литологии подстилающих отложений.

3. Среди ПЛС переувлажненные урбо-органические отложения городов лесной зоны выделяются наибольшим антропогенным накоплением многих химических элементов (фосфор, медь, цинк, свинец, мышьяк, бром, марганец). Это обусловлено большей сорбционной способностью этих отложений, насыщенных остатками древесины и растительным детритом (сорбционный геохимический барьер), по сравнению с урбо-оргако-минеральными слоями лесной зоны и урбо-минеральными отложениями степной зоны.

Научная новизна работы. Впервые проведено сравнительное морфоаналитическое изучение мощных (до 10 м) педолитоседиментов и палеопочв древних городов на примере объектов, расположенных в лесных и сухостепных регионах Европейской России. Установлены региональные различия в формировании городских отложений и в их педолитогенном преобразовании: в гумидных ландшафтах лесной зоны с затрудненным дренажем формируются урбо-органические ПЛС, в гумидных лесных ландшафтах со свободным дренажем - урбо-органо-минеральные ПЛС, и в степной зоне -урбо-минералъные ПЛС. Наряду с уже известными процессами окарбоначивания и ощелачивания городских почв, выявлен процесс подкисления, развивающийся в переувлажненных урбо-органических

слоях. . Установлено более интенсивное накопление тяжелых металлов в урбо-органических слоях по сравнению с урбо-минеральными слоями городов, в связи с высокой сорбционной способностью грубого органического материала.

Практическая значимость. Полученные результаты позволяют реконструировать условия существования человека в городской среде в древности и в новое время. Знание процессов, происходящих при формировании и эволюции городских педолитоседиментов, необходимо для оценки и прогноза состояния почвенно-геохимической среды городов, а также для выработки мероприятий, направленных на охрану городской среды, и, в особенности, почв и грунтовых вод против загрязнений.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на V Международной конференции «Эволюция почвенного покрова: история идей и методы, голоценовая эволюция, прогнозы» (Пущино, 26-31 октября 2009 г.); XXIII научной конференции «Новгород и Новгородская земля. История и археология» (В. Новгород, 27-29 января 2009 г.); Международном научном семинаре «Изменения климата, почвы и окружающая среда» (Белгород, 16-19 сентября 2009 г.); XV Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2008» (Москва, 8-12 апреля, 2008г.);. XVI Международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2009» (Москва, 14-16 апреля 2009г.); XXIV научной конференции «Новгород и Новгородская земля. История и археология» (В. Новгород, 26-28 января 2010 г.), на научном семинаре «Почвы во времени и пространстве» (Москва, ИГ РАН, 9 февраля 2010г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 в ведущих рецензируемых журналах списка ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включая К) таблиц, 36 рисунков и приложения. Список литературы состоит из 221 наименований, в том числе 25 на иностранных языках.

Благодарности. Автор благодарен своему научному руководителю

A.Л.Александровскому за неоценимую помощь и поддержку на всех этапах работы, а также сотрудникам лаборатории И.В.Замотаеву, С.А.Сычевой, С.В.Горячкину, Н.А.Караваевой,

B.О.Таргульяну, А.А.Гольевой, Р.Г.Грачевой, А.М.Чугуновой, И.В.Туровой, Е.А.Агафоновой, Т.А.Востоковой, Н.С. Мергелову, А.А.Титовой; Е.И.Александровской; коллегам из БелГУ - Ю.Г.Чендеву, Ф.Н.Лисецкому, а также многим другим коллегам за советы, ценные замечания, помощь и искренний интерес к работе. Особая благодарность археологам, руководителям раскопов: О.М.Олейникову, М.И.Петрову, A.M. Степанову, Д.В.Пежемскому, В.Д.Кузнецову, К.В.Воронину, С.М.Ильюшенко, за предоставленную возможность исследований на археологических раскопах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Почвы и педолитоседименты древних городов и их геохимические особенности (литературный обзор)

Изучение почв и культурных слоев древних городов Европейской России проводилось многими исследователями. В большей части работ городские почвы рассматриваются как современные образования, сформированные на мощных городских отложениях предыдущих этапов функционирования городских ландшафтов (Blume, 1989; Агаркова и др., 1991; Строганова М.Н., Агаркова М.Г., 1992; Burghard, 1994; Почва, город..., 1997; Герасимова и др., 2003; Norra, Stuben, 2003, Lehmann, Stahr, 2007). Однако, в них отсутствуют сведения о свойствах и генезисе ПЛС. В то же время, более ясно понять генезис, основные свойства и экологические функции современных городских почв возможно только на основе изучения всей истории развития городской толщи.

Археологами культурные слои городов исследуются с целью изучения истории и хронологии городов (Колчин, 1956; Шелов, 1970; Рабинович, 1971; Янин, Колчин, 1978; Чхаидзе, 2008), геологами - с целью характеристики строения антропогенной породы (Котлов, 1960; Кушнир, 1975; Никифоров, 1995). Имеются работы почвоведов, геохимиков и палеоботаников (Евдокимова, 1986; Кайданова, 1991; Бойцов и др., 1993; Демкин, Дьяченко, 1993; Александровская, Александровский, 1997; Alexandrovskaya at al, 2000; Сычева, 1999, 2006; Сычева и др., 2000; Марфенина, 2006; Бронникова и др., 2008; Гольева, 2008; Зазовская, 2008), посвященные изучению строения, истории развития и палеоэкологии культурных слоев. Проводятся комплексные геоархеологические исследования культурных отложений древних городов с использованием микроморфологического метода (Каздым, 2006; Goldberg, Macphail, 2006; Devos, Vrydaghs, 2009). Однако строение, физико-химические свойства и генезис мощных ПЛС рассматривались лишь в небольшом количестве городов, например, в Ростове Великом (Александровский, Александровская, 2005,2007).

Всеми этими исследованиями установлено, что в городских почвах появляются новые искусственно созданные слои, несвойственные естественным почвам. Археологами показано, что основным источником накопления культурного слоя города являются остатки построек, строительный, производственный и бытовой мусор (Авдусин, 1980). В почвах и отложениях города происходит трансформация антропогенного вещества, в результате чего формируются новые химические соединения, определяющие необычные свойства культурного слоя города и погребенных под ним почв. В лесной зоне, по сравнению с естественными кислыми дерново-подзолистыми почвами, в урбаноземах отмечаются щелочные значения pH, что объясняется интенсивным поступлением хлоридов кальция и натрия, например за счет противогололедных солей, а также карбонатов и других веществ со строительным мусором, цементом, остатками кирпича (Гантимуров, 1966, Ахтырцев и др.,

1980, Никодемиус, Раманн, 1984, Бериня, 1985, Обухов и др., 1989, 1990; Blume 1989; Hollis, 1991; Никифорова и др., 1995; Почва.., 1997). Также карбонаты кальция поступают из многочисленных прослоев золы, связанных с регулярными пожарами в истории древних городов (Александровский, 1997, 2007). Происходит окарбоначивание и ощелачивание почв и отложений (Александровский, 1997, Александровская, Александровский, 1997). Образуются вторичные минералы, характерные для культурных слоев города (Каздым, 2001).

В культурных слоях древних городов отмечается значительное накопление тяжелых металлов (медь, цинк, свинец), мышьяка, связанное с интенсивной хозяйственной деятельностью человека (Евдокимова, 1986; Кайданова, 1991; Александровская, Александровский, 2003). В слоях, содержащих остатки производств, концентрации тяжелых металлов могут достигать очень высоких значений (Alexandrovskaya, Alexandrovskiy, 2000). При этом состав элементов несет в себе информацию о характере антропогенной деятельности, об отличиях разных функциональных зон в поселениях: производственных, селитебных (Евдокимова, 1986; Александровский и др., 1997; Бронникова и др., 2008)

Глава 2. Объекты и методы исследования

В Европейской части России расположены многие древние урбанистические центры нашей страны. Некоторые из них перестали существовать (древнегреческие полисы, города древнерусских княжеств, хазар, булгар), другие же продолжают функционирование на протяжении многих веков, а иногда более тысячи лет.

В основу работы положен материал, собранный диссертантом на археологических раскопках, проводившихся в древних городах лесной зоны Европейской России, функционирующие и сейчас: Великий Новгород (с X в.), Москва (с XII в.), Ярославль (с XI в.); и древних городах сухостепной зоны Причерноморья и Приазовья: Танаис (III в.до н.э.-V в.), Фанагория (VI в.до н.э.-IX в.), Тамань-Гермонасса (VI в.до н.э.-современность).

По условиям формирования почв и городских педолитоседиментов, данные объекты существенно различаются. В лесных гумидных ландшафтах среднегодовые температуры +3-+5 "С, осадков 500-650 мм/год, К увлажения = 1,1-1,4; в сухостепных семи-аридных ландшафтах температуры выше (+9-+II "С),осадков мало (350-450мм/год), К увл. = 0,4-0,6.

^^SfeisiC----J^n

Рис.1. Географическое положение исследованных городов

Педолитоседименты городов, являющиеся объектами исследования данной работы, сформировались в разных географических условиях и различаются по своему составу и строению (Рис.2).

Исследованные объекты в городах лесной зоны расположены в долинах на низких террасах рек Волхова и Волги (Новгород и Ярославль), и на высокой террасе Москвы-реки (Москва), которые сложены песчано-суглинистыми отложениями. Города степной зоны расположены на морских террасах Таманского п-ва (Фанагория и Гермонасса), сложенных песками и суглинками, и на высокой цокольной террасе Дона (Танаис), сложенной с поверхности суглинками, подстилаемыми известняками.

Использованы методы: сравнительно-географический, стратиграфический (сравнительно-хронологический), морфогенетического анализа профиля почв и ПЛС. Строение и свойства педоседиментов изучены в сравнении с погребенной почвой, подстилающими отложениями и фоновыми почвами. Сотрудниками химической лаборатории ИГ РАН (рук. А.М.Чугунова) определялись: рН в водной суспензии потенциометрическим методом, содержание гумуса (органического углерода) методом Тюрина, потеря при прокаливании, содержание карбонатов по Козловскому, содержание общего фосфора по Гинзбургу, гранулометрический состав пирофосфатньм методом (Воробьева, 1998). Валовой химический состав определялся рентген-флюоресцентным методом (ИГЕМ РАН, Почвенный институт РАСХН, БелГУ). Возраст слоев и почв определен с помощью археологических и дендрохронологических методов. Абсолютные датировки слоев любезно предоставлены автору археологами.

Глава 3. Строение и свойства мощных педолитоседиментов древних городов

Городские ПЛС представляют собой мощную толщу антропогенных отложений, в разной степени измененных процессами педолитогенеза. Их быстрое накопление и специфический состав связаны с поступлением строительного, бытового и производственного мусора.

На основании проведенных исследований педолитоседименты древних городов можно разделить на три основные группы: 1. ПЛС древних средневековых городов лесной зоны с плоским рельефом и ослабленным дренажом (Великий Новгород, Ростов Великий). 2. ПЛС древних средневековых городов лесной зоны с расчлененным рельефом и свободным дренажом (Москва, Ярославль). 3. ПЛС древних античных и средневековых городов степной зоны, располагающихся в Причерноморье и Приазовье (Фанагория, Гермонасса, Танаис) (Рис. 2).

ЗЛ.Строение и свойства педолитоседиментов городов лесной зоны. Для городов лесной зоны до XVIII века (этап преимущественно деревянного строительства) характерно накопление урбо-органического слоя, в основном состоящего из щепы и «торфообразной массы». С XVIII века (этап каменного строительства) в городах лесной зоны начинается

1000-1

900-

см

600-

500-

и 400-

300-

200-

100-

(ПЛС)

Исходные почвы

-1004

ШТ'

о -

ОМС ХУН-ХХ вв

ОС Ш-ХУ1 вв

[АЩ ОМС XII в,

[Рв) [Е1-д]

[ВТд]

77777?

77/Т//У

ОМС XVII-XX вв.

[АУ] ОМС XVI Е

ОС XXV вв.

[АУд!

1Е1-д]

[ВТд]

мс

XIX-XX вв [Ри] ОМС ХУ-^11 вв

Х1У-ХУ вв [Ри]

ОС Х1-ХМ а»

[ВТд!

МС XVII-XX вв.

ОМС XII-XVII вв.

1Р)

(ЕЦ

[В|

УТГ//У7?

МС XVI-XX вв.

ОМС XIII-XVI вв.

№

[в«]

МС XIV-XX вв.

№ |ВЯ)

МС VI в. до н.э.

[АЛ

[»л

Ильменский Троицкий-Х||1

Великий Новгород

ДесяТйнный-1

Ярославль

Теплые Ряды Теплые Ряды Раскол 1 Раскоп 2

Москва

мс

УШ^Ш Е

мс

VI в. ДО Н.э.

[АЛ [Вса]

Аиса

МС III в

до н.э.

V в. н.э. [АСЛ

(Вса]

Фанагория

Гермонасса

Танаис

Рис. 2. Строение педолитоседиментов древних городов: Аи. ЕЬй, Ри и др. - индексы почвенных горизонтов по (Классификация почв, 2004) МС - урбо-минеральный слой; ОС - урбо-органический слой: ОМС - урбо-органо-минеральный слой

формирование урбо-оргапо-минералыюго и урбо-минералыюго слоев, за счет значительного привноса остатков кирпича, камня, извести, песка, глины, и небольшой примеси органического материала. Повсеместно встречаются обломки керамики, кости животных.

Мощность культурных отложений Великого Новгорода в историческом центре от 2 (раскопы Десятинный-1, Ильменский) до 6 м (Троицкий-ХЩ) (Рис. II - цветная вставка). В палеодепрессиях отмечается мощность средневекового слоя до Юм.

Строение профиля, включающего культурный слой и погребенную почву, представлено на рис 3. Погребенные почвы, залегающие под культурным слоем, на всех раскопах - дерново-подзолистые тяжелосуглинисто-глинистые оглеенные, часто пахотные (мощность гор.Р до 12 см). Мощность элювиальной части профиля 15-30 см. Почва существенно изменилась после погребения под культурным слоем. В результате накопления мощных отложений, выравнивания рельефа и подъема уровня грунтовых вод в профиле почвы резко усилились признаки оглеения. Понизилось содержание органического углерода (до 2 %). Кислая реакция среды, характерная для фоновых подзолистых почв (рНЮД11 4,8-5,3) сменилась более щелочной (от слабокислых, нейтральных и слабощелочных в гор.Р, ВЕЬ§ до щелочных в текстурном оглеенном гop.BTg), что видимо связано с вмыванием легкорастворимых солей в профиль почвы из культурного слоя. Местами отмечается накопление карбонатов, вмытых из культурного слоя, а также проникновение материала культурного слоя в погребенную почву по тонким трещинам. Также в почву вмываются соединения фосфора, что выражено в формировании кутан с новообразованным керченитом и высоким содержанием фосфора в гор.ЕЕ и ВТ§ (Рис. III - цветная вставка). Таким образом, выявляется процесс глубокопочвенного иллювиирования.

рН Сорг. % РгОй % СаСОз. % Ил, физическая глина, %

см 5 6 7 8 9 0 5 10 1520 25 30 35 0.0 1,0 2.0 0.0 1.0 2.0 0 102030405060708090

Рис. 3. Великий Новгород, раскоп Ильменский. Строение и свойства ПЛС

Выше залегают ПЛС, основная часть которых по описаниям археологов называется «мокрым» или «темно-коричневым» слоем и относится к Х-ХУ1 вв. Нами они названы урбо-органическими. Они слагают нижнюю и среднюю переувлажненную часть ПЛС, характеризуются неоднородным сложением и преимущественно состоят из грубого органического материала «торфообразного» облика, представленной остатками травы и соломы (навоз) и включают хорошо сохранившуюся щепу, а также примесь мелкозема среднесуглинистого состава и включения обломков известняка (урбо-минеральная составляющая), прослоев золы и древесного угля, артефактов, деревянные мостовые, бревна нижних венцов домов. Сохранность органического вещества очень хорошая, встречаются изделия из дерева, берестяные грамоты. Доля органического вещества от 50 до 90 % по объему. Органические прослои отличаются наиболее кислыми значениями рН (до 5,8). На поверхности структурных отдельностей видны пленки вивианита. При этом, прослои золы бурно вскипают от НС1 и являются важным источником карбонатов в педолитоседиментах.

Выше залегает слой ХУП-ХХ вв. (темно-серый, сухой слой по археологическим описаниям), по нашим данным это урбо-органо-минеральный слой. В нем, по сравнению с органическим, значительно больше минеральной массы, но много и гумифицированного органического вещества, встречаются остатки щепы, в основном плохой сохранности, истончившейся, с признаками разрушения. Имеются включения обломков известняка, кирпича, прослои песка и глины, а также строительной извести, что обусловливает карбонатность и щелочность слоя. Для слоя характерны следующие свойства: Сорг 20-30%, рН - 7,5-8, фосфора - 1,5-3,5%, СаСОз -1,5-8%, а в слоях пожаров с большим количеством золы - до 40%.

Таким образом, формируется своеобразный кислотно-щелочной профиль: в верхней части ПЛС (урбо-органо-минеральной) наблюдаются щелочные значения рН, в их нижней части (урбо-органической) - слабокислые и нейтральные, и снова щелочные - в погребенной почве. Вероятно, причиной понижения значений рН в органическом слое являются процесс образования органических кислот. Сходные процессы идут в торфяниках (Глаголев, 2008). В урбо-органическом слое карбонаты нейтрализуются под воздействием кислот, продуцируемых в результате разложения органического вещества данного слоя, но сохраняются в наиболее крупных прослоях угля и золы.

В мощной толще педолитоседиментов встречаются погребенные почвы, соответствующие периодам запустения, смене типов хозяйственного использования территории. Рассматриваемые почвы, как в урбо-органических, так и в урбо-минеральных слоях, часто имеют признаки трансформаций в результате агрогенных воздействий (пашня и огороды). По данным археологов, на исследованных раскопах эти почвы относятся к XI, XIII, ХУ1-Х1Х вв. В перечисленные периоды здесь возникал агроландшафт, седиментация прерывалась,

происходила агропедогенная гомогенизация ранее отложенного материала, протекали процессы педогенеза, заключавшиеся в гумификации и минерализации органического вещества (снижение Сорг с 28-34 до 8-11%), оструктуривании, выщелачивании.

В Ярославле погребенные почвы - дерново-подзолистые супесчаные и песчаные, местами отмечается пахотный горизонт; содержание Сор, низкое (менее 0,7%), значения рН слабощелочные и щелочные (до 7,9), карбонаты отсутствуют. ПЛС разделяются на те же два слоя: нижний урбо-органо-минеральный (ХП-ХУ1 вв.) и верхний урбо-минеральный (ХУ1-ХХ вв.), состав верхнего - более легкий. В нижнем слое идут процессы подкисления, а в погребенной почве - ощелачивания. Этот слой, по сравнению с Великим Новгородом, менее влажный, легкосуглинистый, имеет слабокислые и нейтральные значения рН, содержание Сор, значительно ниже (в среднем около 10%). Урбо-минеральный слой супесчаный, слабощелочной (рН до 7,65), содержание Сор, невысокое (менее 3,5%). Карбонаты отмечаются по всему профилю ПЛС, максимум приурочен к верхнему минеральному слою (до 8,4%). Содержание фосфора в ПЛС выше фоновых значений (до 1 %), но не такое высокое, как в В. Новгороде.

Педолитоседименты центральной части Москвы формируются в условиях расчлененного рельефа и более высокой дренированности территории. Поэтому особенностями ПЛС являются преобладание минерального вещества и пространственная неоднородность. В них часто встречаются слаборазвитые почвы (Александровский, Александровская, 2005).

Городские педолитоседименты нами были изучены на территории Китай-города, на объекте «Теплые Ряды» (раскопы 1 и 2). На раскопе 1 (рис. 4), под ПЛС мощностью 4-5 м, погребена дерново-подзолистая псевдофибровая почва, с турбированным гумусовым горизонтом.

рН Сорг. % Р2О5. % СаСОз, % Ил. физ. глина, %

8 » «24«« «ЧЧ 0 О» I 1,5 М 8.0 Ю.о 15.0 0 10 20 30 40

Рис. 4. Москва, Теплые Ряды, раскоп 1. Строение и свойства ПЛС

В ПЛС, в нижнем урбо-органо-минеральном слое ХШ-ХУП вв содержание органического вещества повышено (Сорг - до 13,8%, потеря при прокаливании - 33,8%), значения рН слабощелочные, содержание карбонатов невысоко. Урбо-минеральный слой ХУШ-ХХ вв. содержит много обломков кирпича, известь керамику, кости. Он более щелочной (рН до 8,35), существенно меньше содержание Сорг (4,2%), много карбонатов (10,9%). Раскоп 2 располагается в непосредственной близости от раскопа 1, но ПЛС здесь резко отличается. Изначально органический слой сильно метаморфизован и по составу и свойствам ближе к минеральному. По сравнению с раскопом 1 содержание Сорг значительно меньшее (0,5-7,5%), значения рН слабокислые и нейтральные (от 6,0 до 6,6). Карбонатов мало. Содержание фосфора (до 1,2%) выше, чем в Ярославле, но ниже чем в В. Новгороде.

В целом, по строению и свойствам педолитоседименты центральной части Москвы и Ярославля сходны. Хорошо развитые урбо-органические слои в Москве, близкие к новгородским, встречаются лишь в крупных понижениях рельефа, в погребенных долинах рек и балках. Встречаются они и на плоских междуречьях (Китай-город), чередуясь при этом с участками без органического слоя.

3.2.Строение и свойства педолитоседиментов городов сухостепной зоны. ПЛС городов юга Европейской России формируются в условиях более теплого и сухого климата степных ландшафтов. В процессе строительства, как в античное и средневековое время, так и в современный период, используются сырцовый и обожженный кирпич, камень. Это приводит к образованию урбо-минерального слоя различной мощности. Поскольку органический материал не поступал в таких масштабах, как в городах лесной зоны, а также в связи с интенсивной деструкцией органического вещества, урбо-рганический слой здесь не образуется.

ПЛС Фанагории изучены в центральной части города (раскоп Верхний Город, площадь 550 м2). Культурные отложения мощностью до 5,5 м археологами датируются VI в. до н.э.-IX в. н.э. Соответственно продолжительность антропогенной седиментации составила около 1500 лет. На ПЛС за 1100-1200 лет под степной растительностью сформировалась хорошо развитая почва-чернозем. Под культурным слоем погребена полигенетичная супесчаная почва. Ее профиль представлен горизонтами: гумусовым А.1 и иллювиальным псевдофибровым Вй! Палеопочва может быть классифицирована как серая псевдофибровая (Рис. 5).

Педолитоседименты представляют собой слоистую светло-бурую суглинистую массу с пятнами и прослоями палевого, светло-серого и темно-серого материала того же состава. В нижней части профиля отмечены признаки сооружений из сырцового кирпича. Следы разрушенных построек прослеживаются во всем профиле культурных отложений. Встречаются прослои золы, античная керамика, кости животных, фрагменты штукатурки, местами со следами краски.

Цветная вставка

Рис. I. Великий Новгород, археологический раскоп Троицкий-ХШ, XIV. На переднем сохранившиеся остатки средневековой мостовой

200-250^ 300

350

4ВП"И Ь - ^^НЙР^^^^ К Исходная"

почва

Рис.II. Великий Новгород, раскоп Троицкий XIII, строение педолитоседиментов

Урбо-органо-I минеральный > слой ХУ1-ХХ вв.

Слаборазвитая почва

■Щ0

Рис. А'. Гермонасса - Тамань. ПЛС античного и средневекового времени (10 м), урбо-минеральный слой с признаками лессовидности, 1 - исходная почва, чернозем

200

[PI

огород, XII в.

■175-

Исходная почва

Колонка В

[Р]

огород, XII в. [Р] [BELg]

[BTg]

кутаны с керчинитом

Колонка Г сухая стенка

Рис. III. Великий Новгород, раскоп Десятинный-I, погребенные почвы и нижняя часть ПЛС. Содержание Р2О5 в кутанах до 7,6%

свежая стенка

ОС

XIII в.

ОС

XIII в.

Copr. %

см О-

100-

200-

300-

400-

5004

Auca

150

МС

VI В. 200 до н.э.

250

IX в.н.э.

Р205. % СаСОз, % Ил. физ. глина.

О 0.5 1 1.5 0.0 2.0 4,0 6.0 ВО 0 10 2030405060

[А-Л 1ВЧ

Рис, 5. Фанагория, раскоп Верхний Город. Строение и свойства ПЛС.

Карбонаты присутствуют повсеместно, но распределяются по профилю педолитоседиментов неравномерно. Содержание органического углерода невысокое (до 1%) и увеличивается в черноземе (2,27%), сформированном на городских отложениях. Содержание фосфора по сравнению с исходными почвами повышено (до 1,2%), но заметно ниже по сравнению с ПЛС Великого Новгорода, и сравнимо с Москвой и Ярославлем.

Культурные отложения Гермонассы начали накапливаться с VI в. до н.э, но отличие от Фанагории, Гермонасса (впоследствии Тмутаракань, Матрега, Тамань) функционирует с незначительными перерывами и по сей день. Мощность городских ПЛС, сформированных за 2600 лет, составляет в среднем около 10 м, из них к античному времени и средневековью относится по 5 м. Под городскими отложениями Гермонассы залегает чернозем, сформировавшийся на лессе, на поверхности ПЛС - слаборазвитый чернозем (Рис. 6, IV - цветная вставка).

10 о

Сорг. % 0,6 1

Р205. % СаСОз, % Ил, физ. глина, %

1.5 о 0,5 1 1,5 о 1 2 3 4 S 6 О 10 20 30 40 50 60

см 0

F7ZZZ

100200 300400 500600 70080090010001100-1

донэ VII в н э

¡AJ¡ |Вса|

Рис. 6. Гермонасса. Строение и свойства ПЛС

Хотя исходные почвы Гермонассы и Фанагории разные, ПЛС этих городов сходны по строению и свойствам. Причем по морфологическим и аналитическим данным средневековые слои не отличаются от античных. В ПЛС Гермонассы содержание органического вещества невысокое (Сорг - до 1,2%), рН щелочной и сильнощелочной (8,1 -9,5), карбонатов до 5,7%, Р2О5 до 1,2%. Гранулометрический состав, как и для ПЛС Фанагории - суглинистый.

Почвы и культурный слой Танаиса, расположенного на высокой цокольной террасе Дона, сложенной известняками миоцена и перекрытыми лессом, имеют много общего с таковыми Гермонассы и Фанагории. Палеопочва, как и дневные почвы, сформировавшиеся в течение VI-XX вв., являются черноземами. ПЛС Танаиса относятся к урбо-минеральным, они каменистые, среднесуглинистые, малогумусные (Сорг до 1,5%), щелочные (рН до 8,4). Содержание карбонатов (до 7,75%) и фосфора (2,65%) высокое. Однако мощность их невысока (2-2,5 м). Это связано с практикой повторного использования в строительстве камня, в изобилии здесь встречающегося, и слабым поступлением мелкозема, характерным для городов, строившихся из сырцового кирпича. В черноземе на поверхности слоя Сорг 3,7%; рН 7,7; Р2О5 - 2,9%.

Таким образом, в древних городах лесной и степной зон в течение античного времени и средних веков сформировались мощные педолитоседименты, легко и среднесуглинистые, в основном карбонатные, щелочные. Активно ощелачиваются и погребенные под ними почвы. Следовательно, погребенная почва, ПЛС и почва на поверхности формируются под воздействием взаимосвязанных процессов педогенеза и диагенеза и могут рассматриваться, как единая педолитогенная толща. В ПЛС городов первой группы нижняя, часто основная, часть городских отложений представлена урбо-органическим слоем, содержащим до 95% остатков древесины и «торфообразного» органического вещества. В них много фосфора, встречается карбонатный материал, но при этом прослеживаются процессы подкисления, с пироморфизмом (подтоплением) связана миграция соединений фосфора. Верхняя часть отложений представлена урбо-органо-минеральным слоем, преимущественно легко суглинистым, богатым карбонатами и фосфором. В ПЛС городов второй группы идет минерализация органического вещества, частичная его гумификация и существенное снижение мощности. Основную часть толщи составляет урбо-минеральный слой. В ПЛС городов третей группы развиты урбо-минеральные слои с признаками лессовидности, в максимальной степени выражены процессы деструкции органического вещества и ощелачивания.

Глава 4. Пространственно-временные изменения почвенно-геохимической среды древних

городов

Важнейшим фактором формирования городской среды является поступление в почвы и отложения разнообразных химических элементов. Человек с давних пор активно вовлекал и

вовлекает в среду своего обитания новые элементы, изменяя ее химический состав (Евдокимова, 1986; Кайданова, 1991; Thornton, 1991; Александровская, 1996). Источниками их поступления могут быть такие виды деятельности человека, как строительство, металлургическое производство, металлообработка, производство лаков и красок, гончарное ремесло, кожевенное производство и многие другие виды деятельности, Также отмечается широкое использование различных веществ, в том числе и токсичных, в быту (Александровская, Александровский, 2003,2007).

Установлено, что содержание загрязнителей в ПЛС городов повышено начиная с самых ранних слоев, но в погребенной почве резко снижается и обычно не превышает фоновых значений (Евдокимова, 1986; Alexandrovskaya et al., 2000). Этому во многом способствует щелочная и слабощелочная среда характерная для городских педоседиментов и почв. Вместе с тем, отмечаются случаи миграции соединений фосфора и их проникновения в погребенную почву.

Содержание кальция в культурных отложениях всех исследованных городов, от Великого Новгорода до Гермонассы (Тамани) существенно выше кларковых значений. Это связано с поступлением большого количества карбонатного материала (известь, обломки известняка, зола). Отмечается некоторое снижение карбонатности в органогенных слоях Великого Новгорода, однако, не сопровождаемое снижением содержания кальция.

Среднее содержание калия, железа, титана в культурном слое не отличается от кларковых значений. Накопление марганца, особенно в слоях пожаров (до 6000 мг/кг), обусловлено повышенным содержанием данного элемента в древесине, и особенно характерно для деревьев, выросших во влажных условиях (береза, ольха, ива) (Александровская и др., 2001).

Среди микроэлементов выделяются медь, цинк, свинец и мышьяк, отчетливо накапливающиеся в ПЛС всех городов. Нахождение в городских слоях меди и свинца, вполне закономерно - они использовались человеком в различных производствах и в быту с давних времен. Цинк поступал в отложения городов, в основном при металлургии, являясь примесью в руде или сырье, но также мог поступать с остатками рыбы, в которых этот элемент накапливается в чешуе и жабрах (Александровская, Александровский, 2003). Например, в слоях Танаиса насыщенных рыбьей чешуей содержание цинка достигает максимальных значений для культурного слоя этого города (210 мг/кг).

Во всей толще культурных отложений Великого Новгорода обнаруживается накопление цинка и меди (до 1545 и 167 мг/кг соответственно). В отличие от них мышьяк и свинец, по историческим и археологическим данным также широко применявшиеся в прошлом, накапливаются в основном только в верхней части отложений, в урбо-органо-минеральном слое (до 10 и 290 мг/кг соответственно). Следовательно, в отложениях города мышьяк и свинец не столь стабильны, как цинк и медь.

В педолитоседиментах Ярославля и Москвы содержание кальция, фосфора и тяжелых металлов также заметно выше, чем в фоновых почвах, но несколько ниже, чем в отложениях В. Новгорода. При этом в Москве (объект Теплые ряды) отмечается более высокое содержание цинка в органогенном слое раскопа 1 (до 760 мг/кг), по сравнению с раскопом 2 (до 150 мг/кг), в котором органогенный слой отсутствует. Это является подтверждением большой сорбционной способности урбо-органического слоя. Однако, в данном случае, повышенная сорбция отчетливо проявляется по отношению к цинку. Поведение же меди в органическом и минеральном слоях примерно одинаково.

В Москве, на объекте Теплые ряды выявлены высокие концентрации олова в слоях нового времени (до 286 мг/кг). Данный элемент в ПЛС еще более подвижен, чем свинец, и в слоях ранее XVIII-XIX вв. никогда не встречается. Можно полагать, что характерное время нахождения свинца в слое, в который он поступил, редко превышает 300-500 лет, а олова - не более 200 лет. Медь и цинк могут сохраняться в слое более 1000 лет.

В изученных педолитоседиментах городов степной зоны (Фанагория, Тамань, Танаис) максимально выражено ощелачивание, очень мало органического вещества. В этих условиях накопление фосфора (среднее 1-1,5 %) и тяжелых металлов (медь до 80 мг/кг, цинк до 150 мг/кг, свинец до 40 мг/кг) не достигает величин, характерных для городов лесной зоны, и особенно городов первой группы. Фанагория и Танаис являются античными городами, более древними, чем средневековые города лесной зоны. Поэтому большой интерес представляет Гермонасса (современная Тамань) в которой кроме античных имеются 5-метровые средневековые отложения. По данным почвенных и геохимических анализов, средневековые городские отложения этого города не отличается от античного. Для него характерны те же содержания органического углерода, карбонатов, фосфора и тяжелых металлов, что и для ПЛС античного времени.

В целом, в составе городских педоседиментов отмечается повышенное содержание следующих макро- и микроэлементов: кальция, фосфора, калия, марганца, цинка, меди, свинца, брома и мышьяка. Из этого рада следует выделить 4 элемента (кальцин, фосфор, цинк и медь), концентрация которых максимальна для всех культурных отложений городов лесной и степной зоны. Данные элементы характеризуются не только активным поступлением, но и большой устойчивостью.

Вместе с тем, проведенные исследования процессов накопления элементов, связанных с деятельностью человека, показывают существенные различия в их проявлениях между ПЛС городов, относящихся к трем выделенным нами группам, расположенных в разных географических условиях. Слабо увлажняемые или даже сухие педолитоседименты городов сухостепной зоны (третья группа), малогумусные, карбонатные, щелочные, содержат меньше фосфора и тяжелых металлов, чем влажные, органические, слабощелочные и нейтральные

отложения городов лесной зоны с ослабленным дренажем (первая группа). Понижено содержание данных элементов и в отложениях городов второй группы (Москва, Ярославль). Следовательно, важнейшим фактором накопления анторопогенных элементов в городских ПЛС является наличие мощного урбо-органического слоя, состоящего из древесины и торфообразного органического вещества, обладающих высокой сорбционной способностью.

Глава 5. Закономерности формирования и трансформации педолитоседиментов и почвенно-геохимическоб среды древних городов

Педолитоседименты городов представляют собой мощные закономерно построенные толщи, формирующиеся под воздействием последовательно и/или совместно протекающих процессов антропогенной седиментации, и педолитогенной трансформации. Так как седиментация идет быстро, почвенные процессы успевают лишь слабо переработать материал культурного слоя, который через относительно небольшое время оказывается на глубине 1,5-2 м и более, и уже подвергается воздействию иных, диагенетических процессов.

Рассматриваемые ПЛС резко различаются по своему генезису, составу, условиям залегания и характеру процессов их преобразования. В разных городах соотношения между урбо-органическим, урбо-органо-минеральным и урбо-минеральным слоями резко отличаются (табл.1).

Процессы седиментации в основном определяются накоплением строительного мусора, связанного с возведением, функционированием и разрушением построек (щепа, кирпич, известь, песок, глина). В несколько меньшем количестве накапливаются бытовой мусор (навоз, пищевые остатки, древесные остатки, кости, керамика) и производственный мусор (шлаки, остатки инструментов, выплески). Встречаются остатки печей (в том числе бытовых) и горнов, представленные зонами прокаленного грунта, горелые прослои (зола, угли).

Поступление бытовых и производственных отходов в большой степени определяют уровень накопления фосфора, тяжелых металлов и других элементов. Также встречаются подсыпки, выбросы материнской породы из ям, прослойки аллювия и делювия, почвы. В связи со всем вышесказанным, антропогенные седименты города обычно резко отличаются от естественных почв и подстилающих отложений. Они характеризуются слоистостью, во влажных условиях накапливаются органические слои (торфообразная масса со щепой), в сухих - минеральные (карбонатные опесчаненные суглинки).

Почвенные процессы выражены в формировании самостоятельных профилей слаборазвитых почв, соответствующих периодам замедления или полной остановки седиментации, а также в появлении почвенных признаков, рассеянных в толще культурного слоя (Александровский, 1997).К ним относятся копролиты и ходы червей, карбонатные и

железо-марганцевые новообразования, а также кутаны из вивианита (керченита) на поверхности структурных отдельностей и включений.

Таблица 1. Основные свойства ПЛС, почвенно-геохимическая среда древних городов.

Город (раскоп) Стратиграфический гор-т, глубина, тип слоя, хронология1 Гран, состав, режим современного увлажнения2 Среда (pH„J Содержание зрганическо го вещества, cv(nrni), % Zc3 CaCOj PA

Великий Новгород (Десятинный-1) Верхний 0-100(120) см ОМС, ХУ1-ХХ вв. ЛС Мез 7,5-8,3 6-15 2,9-7,8 1,5-8,6 (шах 42) 0,5-3,4

Нижний 100(120)-200(220) см ОС, Х1-ХУ вв. ТМ Гидр 6,0-6,9 15-35 5,1-10,9 0 0,4-3,2

Тоже, 150-170, см XIII в. (ПП) СС Гидр 6,8-7,0 10-15 3,6-6,2 0 1-1,4

Исходная почва (Пдг) ТС/Г Гидр 7,7-8,2 0,5-3 <2 0-1,6 0,2-2,0

Великий Новгород (Троицкий-XIII) Верхний, 0-170(200) см, ОМС, ХУ1-ХХ вв. ЛС Мез 5,5-6,75 9-12 7,5-33,4 0,6-1,2 1,4-3,0

Нижний, 170(200)-500(600) см, ОС, Х-ХУ вв. ТМ Гидр 6,3-7,0 (40-80) 3,8-27,6 0-0,6 0,9-4,0

Исходная почва (Пдг) ТС/Г Гидр 6,7-6,9 1-3 <2 0 0,4-1,4

Москва (Теплые Ряды, Раскоп 1) Верхний, 0-200 см, МС, ХУ1-ХХ вв. ЛС Мез 7,6-8,35 3-5 8,8-11,0 1,3-14,8 0,7-0,9

Нижний, 200-150 см, ОМС, ХШ-ХУ вв. СС Гидр 6,7-7,3 5-15 4,8-15,8 0,3-0,9 0,8-1,3

Исходная почва (Пд) ЛС/С Гидр 7,7-8,0 <1 <2 0,1-0,3 0,4-0,7

Фанагория (Верхний Город) Современная почва (Ч), 0100 см. 1Х-ХХ вв. СС Keep 8,8-10,2 1-3 3,1^,8 1,0-6,4 1,0-1,4

Верхний, 100-300 см, МС, 1-1Х вв. СС Keep 9,4-10,1 <1 2,0-7,2 4,6-6,1 0,6-1,2

Нижний, 300-500 см, МС, VI-! вв. до н.э. ТС Keep 8,4-9,7 <1 2,0-5,7 0,2-7,2 0,1-1,7

Исходная почва (Сп) С Keep 8,8-9,4 <1 <2 0 0,1

Гермонасса Современная почва (4), 060 см, XVIII В.-ХХ1 вв. СС Keep 8,85-9,55 <1 4,5-5,4 2,0-3,6 0,7-0,9

Верхний, 60-500 см, МС, У1-ХУШ вв. СС/ТС Keep 8,35-9,4 <1 3,4-5,8 4,0-5,4 0,7-1,0

Нижний, 500-1000 см, МС, VI в. до к г VI в н.э. СС Keep 8,15-9,50 <1 2,0-6,5 3,0-5,7 0,5-1,2

Исходная почва (Ч) ТС/Г Keep 8,6 <1 <2 - 0,2-0,3

Примечание.

1 ПЛС: МС - урбо-минеральный слой, ОМС - органо-минеральный слой, ОС - урбо-органический слой. Почвы: ПП - погребенная почва в ПЛС, Пдг - дерново-подзолистая оглеенная, Ч - чернозем. Сп - серая псевдофибровая, Пд - дерново-подзолистая.

2 С - супесь, JIC - легкий суглинок, СС - средний суглинок, ТС - тяжелый суглинок, Г -глина, ТМ - торфообразная масса; Keep - ксероморфный, Мез - мезоморфный, Гидр -гидроморфный.

3 Zc -суммарный коэффициент загрязнения (Си, Zn, Pb, Ni, As) (Саети др., 1990, с.83). Уровни загрязнения Zc: низкий (Zc=16), средний умеренно-опасный (Zc 16-32), высокий опасный (Zc 32-128).

Кроме того, на глубине протекают процессы оглеения, что вызвано поднятием уровня грунтовых вод (вслед за поднятием поверхности культурного слоя). Здесь формируется вивианит, чему способствует переувлажнение и высокое содержание фосфора. Под воздействием процессов педолитогенеза происходит разрушение артефактов, как непрочных, созданных из древесины, так и прочных (керамика, кирпич, фрагменты печей, домов, металлические изделия и др.). На геохимических барьерах наблюдается аккумуляция элементов, в том числе токсичных. Особое значение имеет сорбционный барьер, приуроченный к мокрому органическому слою.

В городах лесной зоны выявляются процессы эволюции урбо-органического слоя в урбо-минеральный. В Великом Новгороде эти процессы идут в верхней части ПЛС, а в Москве - в нижней. В Великом Новгороде эти изменения происходят в связи с проведением дренажа верхней части педолитоседиментов. Содержание органического вещества в результате его деструкции снижается, уменьшается доля грубых органических остатков, идет их гумификация, доля минерального вещества увеличивается. В результате образуется урбо-органо-минеральный материал. При этом нижняя основная часть органического слоя сохраняется. В Москве сходная эволюция наблюдается в нижней части культурных отложений, залегающих под мощным типичным урбо-минеральным слоем. Под действием процессов минерализации органического вещества мощность нижнего урбо-органического слоя существенно уменьшается, а в результате процессов гумификации на месте исходного грубого органического материала (щепа, торфообразная масса) формируется сильногумусированная минеральная масса, которую можно назвать урбо-органо-минеральным слоем.

Формирование ПЛС городов происходит под действием следующих трех основных групп процессов (рис. 6):

1. Процессы седиментации:

Накопление органического вещества (древесина, навоз и др.)

Накопление минерального вещества (глина, песок, кирпич, известь и др.).

2. Почвенные процессы. На поверхности накапливающегося городского седимента идут почвенные процессы, которые на протяжении накопления городских отложений шли на его поверхности, и особенно четко проявлялись в периоды замедления седиментации и формирования почвенных горизонтов:

Процессы гумификации органического вещества при развитии на урбо-минеральном слое, приводят к формированию более темных гумусовых горизонтов, но на урбо-органическом -сопровождаются разложением и минерализацией грубого органического вещества и снижением общего его количества в пределах профилей слаборазвитых почв.

Процессы оструктуривания выделяются по появлению комковатой и копрогенной зернистой структуры, как в профилях слаборазвитых почв, так и в общей массе слоя, до глубины 2 м по трещинам и ходам червей.

Процессы накопления поллютантов и других «антропогенных» элементов: тяжелые металлы, кальций, фосфор, углерод и др.

3. Диагенез. Среди процессов диагенеза, протекающих на глубине, отмечаются следующие:

Разрушение и минерализация органического вещества проявляется в снижении содержания всех форм органического вещества: грубого органического вещества (преимущественно в урбо-органическом слое), гумифицированного - в урбо-минеральном слое.

Гумификация органического вещества на глубине характерна для урбо-органического слоя.

Миграция карбонатов отмечается в урбо-минеральном слое, развивается по ходам червей, порам, трещинам и другим пустотам. Иногда проявляется в проникновении кальцита в погребенную почву.

Окарбоначивание выражено в повышенном содержании СаСОз в основном в урбо-минеральных слоях (по сравнению с исходными почвами), идет за счет поступления строительной извести, обломков известняка и кальцита золы.

Ощелачивание проявляется в приобретении щелочной и сильнощелочной реакции среды, характерно для карбонатного урбо-минерального слоя и для бескарбонатных погребенных почв.

Подкисление характерно для урбо-органического слоя, выражено в понижении значений рН, а также в нейтрализации карбонатов, что приводит к формированию бескарбонатных и наиболее кислых слоев, из присутствующих в толще ПЛС.

Оглеение отмечается в условиях переувлажнения, в исходной погребенной почве и в почвах, залегающих в урбо-органическом слое.

Глубокопочвнное иллювиирование проявляется в накоплении кутан голубого цвета (керченит) на поверхности агрегатов погребенной подзолистой почвы, имеющих высокое содержание фосфора; характерно для переувлажненных условий (Великий Новгород).

Рис. 6. Развитие во времени толщи мощных городских педолитоседиментов

Кроме того, на свойства ПЛС большое воздействие оказали процессы антропогенных турбаций и поступления химических элементов.

Рассмотренные процессы формирования ПЛС определили их существенные отличия от естественных почв по строению и большинству физико-химических свойств. Различия в эволюции ПЛС и направленности изменений почвенно-геохимической среды городов в первую очередь определялись биоклиматическими и геоморфологическими, тогда как сходные черты -в большей степени бьии связаны с характером антропогенных процессов седиментации.

Наиболее сложной была линия развития ПЛС Москвы. Первоначально, в средневековый период, здесь формировались урбо-органогенные отложения, в которых в результате разложения органического вещества шли процессы подкисления, при этом погребенная почва испытывала процессы ощелачивания. В новое время (с ХУН-ХУШ вв.) направленность процессов коренным образом изменилась и началось формирование урбо-минерального слоя. Заметно возросла карбонатность и щелочность отложений. Это не могло не привести к формированию геохимических барьеров. Изменения почвенно-геохимической среды были достаточно контрастными.

В Великом Новгороде развитие ПЛС было сходным, но в условиях гидроморфизма основную роль играли процессы формирования органических отложений. На больших территориях города они до настоящего времени в малой степени затронуты процессам разложения органического вещества. Вместе с тем, можно полагать, что при дальнейшем развитии дренажных систем возможна существенная интенсификация процессов разложения и минерализации органического вещества, что может привести к проседанию поверхности. В результате исчезновения торфообразной массы и древесины, отличающихся высоким содержанием поллютантов, последние попадут в грунтовые воды города.

В городах степной зоны выявляется ксероморфная линия развития ПЛС, характеризующаяся меньшей контрастностью смен почвенно-геохимической среды. Развитие нейтрально-щелочных почв степи сменилось формированием щелочных и сильнощелочных ПЛС, которое шло в течение этичного времени и в средние века и вплоть до наших дней. В условиях сильнощелочной среды многие поллютанты становятся подвижными и частично выносятся за пределы культурного слоя. Здесь же в степной зоне в заброшенных городах прослеживается еще одна линия развитая ПЛС, выражающаяся в образовании почв на поверхности педолитоседиментов, под сукцессиями естественной растительностью. Так, на ПЛС Фанагории в течение более 1 ООО лет запустения восстановились и степная растительность и почвы, по степени развития и многим морфо-аналитическим характеристикам сходные с черноземами Таманского полуострова. Вместе с тем, черноземы Фанагории наследуют от культурного слоя и загрязненность тяжелыми металлами, и повышенное содержание фосфора, и по этим показателям будут отличаться от фоновых еще долгое время.

выводы

1. Мощные культурные слои древних городов формируются под воздействием большого комплекса процессов антропогенной седиментации и их педолитогешюй трансформации. Они могут быть названы городскими педолитоседиментами (ПЛС). Процессы седиментации заключаются в накоплении строительных, бытовых и производственных отходов, что определяет их карбонатность (поступление строительной извести, золы), насыщенность органическим материалом (древесина, навоз) и фосфором (кости, другие остатки), загрязненность поллютантами.

2. По свойствам и генезису ПЛС древних городов разделяются на три региональные группы: ПЛС городов лесной зоны с плоским рельефом и ослабленным дренажем - преобладают переувлажненные урбо-органические слои (торфообразная масса со щепой); при сооружении дренажных систем верхняя часть органического слоя эволюционирует в органо-минеральный материал. ПЛС городов лесной зоны с расчлененным рельефом - органические слои сохраняются в понижениях рельефа, преобладают минеральные слои, представленные карбонатным мелкоземом; нижний урбо-органический слой в условиях свободного дренажа постепенно превращается в сильногумусированную минеральную массу. ПЛС городов степной зоны - минеральные с признаками лёссовидности. Для урбо-минеральных слоев характерны процессы окарбоначивания и ощелачивания; для урбо-органических - подкисления.

3. Исходные почвы, подстилающие ПЛС, и черноземные (степь), и исходно кислые подзолистые (лесная зона) - изменены под действием антропогенной деятельности перед погребением и на первых этапах накопления культурных отложений (ямы). Последующие изменения этих почв связаны с диагенезом: минерализацией гумуса, оглеением, вмыванием различных соединений из культурного слоя и поступлением материала самого слоя по трещинам и ходам землероев, ощелачиванием и в отдельных случаях окарбоначиванием.

4. Развитие почв на культурном слое было сложным, но на последних этапах в разных географических условиях вместо разнообразных исходных почв (подзолистых суглинисто-глинистых и песчаных подзолов, черноземов и других) сформировались близкие по свойствам средне- и легкосуглинистые, щелочные, карбонатные слоистые почвы, часто высокогумусные. Подобная конвергенция педогенеза обусловлена универсальным характером деятельности человека на территории городов в последние столетия: привнос строительного мусора с оптимальным для строительства соотношением песка, глины, кирпича, строительной извести, древесины, а также поступление сходных бытовых и производственных остатков. Зональные почвообразовательные процессы выражены слабо, вляние анторпогенза оказывается сильнее естественного почвообразования.

5. Почвы, залегающие в толще ПЛС, свидетельствуют о перерывах в седиментации и формировании городской растительности; в отдельных случаях они имеют признаки временного появления агроландшафтов. Для этих слаборазвитых маломощных почв характерны гомогенизация, оструктуривание, трансформация гумусового состояния. Почвы, погребенные в минеральном слое, характеризуются накоплением органического углерода, в органическом слое - его потерей.

6. В процессе антропогенной седиментации в городских педолитоседиментах накапливаются многие химические элементы (Ca, Р, Mn, Си, Zn, Pb, As, Вг). Максимальные их концентрации, в несколько раз превышающие фоновые значения, отмечаются в переувлажненных урбо-органических слоях городов лесной зоны, насыщенных остатками древесины и растительным детритом. Они выделяются большей сорбционной способностью (сорбционный геохимический барьер) и достоверно характеризуют уровень загрязнения палеосреды.

Список публикаций по теме диссертации

1. Долгих A.B., Александровский А Л. Почвы и культурный слой Великого Новгорода // Почвоведение, 2010. №5. С. 515-526.

2. Александровский АЛ., Александровская Е.И., Долгих A.B. Эволюция почв и палеосреды античных городов юга Европейской России // Известия РАН, Серия географическая, 2010. №4.

3. Долгих A.B. История развития почв и педоседиментов древних городов центра ЕТР // Тезисы докладов XV Межд. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2008". Секция «Почвоведение». - М: МГУ, 2008. С. 32.

4. Долгих A.B., Александровский АЛ. Эволюция городских почв центра Русской равнины // Мат. V Всеросс. съезда почвоведов им. В.В. Докучаева, 18-23 августа 2008 г. Ростов-на-Дону: ЗАО «Ростиздат», 2008. С. 325.

5. Долгих A.B. Почвы и культурный слой Новгорода (по материалам раскопа Десятинный-1)// Тезисы докладов XVI Межд. конф. студентов, аспирантов и молодых учёных "Ломоносов-2009". Секция «Почвоведение». - М.: МАКС Пресс, 2009. С. 41 -43.

6. Александровский АЛ., Долгих A.B. Эволюция почв античных городов юга России // Мат. межд. научн. семинара «Изменения климата, почвы и окружающая среда». Белгород: КОНСТАНТА, 2009. С. 126-135.

7. Долгих A.B., Александровский АЛ. Процессы формирования мощных педоседиментов древних городов // Мат. V Межд. научн. конф. «Эволюция почвенного покрова: история идей и методы, голоценовая эволюция, прогнозы». Пущино: Ин-т Физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 2009. С. 234-236.

8. Александровская Е.И., Александровский АЛ., Долгих A.B. Антропохимические исследования в Фанагории II Мат. V Межд. научн. конф. «Эволюция почвенного покрова: история идей и методы, голоценовая эволюция, прогнозы». Пущино: Ин-т Физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 2009. С. 246-247.

Подписано в печать:

27.04.2010

Заказ № 3652 Тираж - 150 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Долгих, Андрей Владимирович

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Почвы и педолитоседименты древних городов и их геохимические особенности (литературный обзор).

1.1. Современные городские почвы, их строение и свойства.

1.2. Культурный слой поселений как объект междисциплинарных исследований.

1.3. Городские педолитоседименты - особые почвенно-литологические образования.

1.4. Геохимические особенности педолитоседиментов древних городов.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Методы исследования.

Глава 3. Строение и свойства мощных педолитоседиментов древних городов.

3.1. Строение и свойства педолитоседиментов городов лесной зоны.

3.1.1. Великий Новгород.

3.1.2. Ярославль.

3.1.3. Москва.

3.2. Строение и свойства педолитоседиментов городов сухостепной зоны.

3.2.1. Фанагория.

3.2.2. Гермонасса-Тамань.

3.2.3. Танаис.

Глава 4. Пространственно-временные изменения почвенно-геохимической среды древних городов.

Глава 5. Закономерности формирования и трансформации педолитоседиментов и почвенно-геохимической среды древних городов.

5.1. Эволюция педолитоседиментов и палеопочв.

5.2. Процессы формирования и трансформации ПЛС и почвенно-геохимическая среда.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Формирование педолитоседиментов и почвенно-геохимической среды древних городов Европейской России"

Актуальность работы.

Исследования на обширной площади археологических раскопов в центральных частях древних городов, дают возможность охарактеризовать городские педолитоседименты (ПЛС), представленные мощным культурным слоем (до 10 м) с признаками почвообразования, вложенными слаборазвитыми почвами, и погребенные под ними исходные почвы, а также выяснять историю и характер деятельности человека в прошлом. В результате получен большой репрезентативный материал по направленности процессов и темпам развития городских толщ и почв, их загрязненности, и по эволюции почвенно-геохимической среды городов; проведены реконструкции палеоэкологических условий исторического периода.

Цель работы - выявить.процессы, формирующие-мощные педолитоседименты древних городов Европейской России и эволюцию городской почвенно-геохимической среды в разных географических и исторических обстановках. Основные задачи работы:

3. Выявить направленность эволюции почвообразования на культурных слоях в разных географических условиях.

4. Охарактеризовать почвы, залегающие в толще ПЛС, выяснить их генезис и палеоэкологическое значение.

Положения, выносимые на защиту:

2. Для современных этапов развития ПЛС (дневных почв) древних городов характерна конвергентная эволюция, в результате которой вместо разнообразных исходных почв (подзолистых суглинистых и песчаных, черноземов, пойменных) формируются сходные урбаноземы: карбонатные легко-среднесуглинистые почвы, часто высокогумусные и слоистые. 3. Среди ПЛС переувлажненные урбо-органические отложения городов лесной зоны выделяются наибольшим антропогенным накоплением многих химических элементов (фосфор, медь, цинк, свинец, мышьяк, бром, марганец). Это обусловлено большей сорбционной способностью этих отложений, насыщенных остатками древесины и растительным детритом (сорбционный геохимический барьер), по сравнению с урбо-органо-минеральными слоями лесной зоны и урбо-минеральными отложениями степной зоны.

Научная новизна работы: Впервые проведено сравнительное морфоаналитическое изучение мощных (до 10 м) педолитоседиментов и палеопочв древних городов на примере объектов, расположенных в лесных и сухостепных регионах Европейской России. Установлены региональные различия в формировании городских отложений и в их педолитогенном преобразовании: в гумидных ландшафтах лесной зоны с затрудненным дренажем формируются урбо-органические ПЛС, в гумидных лесных ландшафтах со свободным дренажем - урбо-органо-минеральные ПЛС, и в степной зоне — урбо-минералъные ПЛС. Наряду с уже известными процессами окарбоначивания и ощелачивания городских почв, выявлен процесс подкисления, развивающийся в переувлажненных урбо-органических слоях. Установлено более интенсивное накопление тяжелых металлов в урбо-органических слоях по сравнению с урбо-минеральными слоями городов, в связи с высокой сорбционной способностью грубого органического материала.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5-ти глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 153 страницах машинописного текста, включая 10 таблиц, 36 рисунков и приложения. Список литературы состоит из 221 наименований, в том числе 25 на иностранных языках.

Заключение Диссертация по теме "Физическая география и биогеография, география почв и геохимия ландшафтов", Долгих, Андрей Владимирович

выводы

1. Мощные культурные слои древних городов формируются под воздействием большого комплекса процессов антропогенной седиментации и их педолитогенной трансформации. Они могут быть названы городскими педолитоседиментами (ПЛС). Процессы седиментации заключаются в накоплении строительных, бытовых и производственных отходов, что определяет их карбонатность (поступление строительной извести, золы), насыщенность органическим материалом (древесина, навоз) и фосфором (кости, другие остатки), загрязненность поллютантами.

2. По свойствам и генезису ПЛС древних городов разделяются на три региональные группы: ПЛС городов лесной зоны с плоским рельефом и ослабленным дренажем - преобладают переувлажненные урбо-органические слои (торфообразная масса со щепой); при сооружении дренажных систем верхняя часть органического слоя эволюционирует в органо-минеральный материал. ПЛС городов лесной зоны с расчлененным рельефом - органические слои сохраняются в понижениях рельефа, преобладают минеральные слои, представленные карбонатным мелкоземом; нижний урбо-органический слой в условиях свободного дренажа постепенно превращается в сильногумусированную минеральную массу. ПЛС городов степной зоны -минеральные с признаками лёссовидности. Для урбо-минеральных слоев характерны процессы окарбоначивания и ощелачивания; для урбо-органических - подкисления.

3. Исходные почвы, подстилающие ПЛС, и черноземные (степь), и исходно кислые подзолистые (лесная зона) — изменены под действием антропогенной деятельности перед погребением и на первых этапах накопления культурных отложений (ямы). Последующие изменения этих почв связаны с диагенезом: минерализацией гумуса, оглеением, вмыванием различных соединений из культурного слоя и поступлением материала самого слоя по трещинам и ходам землероев, ощелачиванием и в отдельных случаях окарбоначиванием.

6. В процессе антропогенной седиментации в городских педолитоседиментах накапливаются многие химические элементы (Са, Р, Mn, Си, Zn, Pb, As, Br). Максимальные их концентрации, в несколько раз превышающие фоновые значения, отмечаются в переувлажненных урбо-органических слоях городов лесной зоны, насыщенных остатками древесины и растительным детритом. Они выделяются большей сорбционной способностью (сорбционный геохимический барьер) и достоверно характеризуют уровень загрязнения палеосреды.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Долгих, Андрей Владимирович, Москва

1. Агбунов М.В. Античная лоция Черного моря. М.: Наука, 1987. 156 с.

2. Авдусин Д.А. Полевая археология СССР. М.: Высшая школа, 1980. 335 с.

3. Агаркова М.Г., Целищева Л.К., Строганова М.Н. Морфолого-генетические особенности городских почв и их систематика// Вестн. Моск. Ун-та, Сер. 17, почвов., 1991. №2. С. 11-16.

4. Александрова М.А. Некоторые замечания по теории палеолитического культурного слоя // Краткие сообщ. НА АН СССР. Вып. 202. М.: Наука, 1990. С. 4-9.

5. Александровская Е.И., Александровский A.JI. Аккумуляция антропогенного вещества в почвах и культурном слое Москвы в XII-XIX вв. Тез. Межд. Конф. «Проблемы антропогенного почвообразования» 16-21 июня 1997 г. М., 1997. Т.4. С. 13-16.

6. Александровская Е.И., Александровский А.Л. Историко-географическая антропохимия. М.: НИА-Природа, 2003. 204 с.

7. Александровская Е.И., Александровский А.Л. Антропохимия. Учебное пособие. М. «Класс-М», 2007. 246 с.

8. Александровский А.Л., Александровская Е.И., Долгих А.В. Эволюция почв и палеосреды античных городов юга Европейской России // Известия РАН, Серия географическая, 2010. №4.

9. Александровский А.Л. Методические подходы при изучении эволюции почв. -Общие методы изучения истории современных экосистем. М.: Наука, 1979. 142-161.

10. Александровский А.Л. Почвообразование и культурный слой // Актуальные проблемы методологии западно-сибирской археологии. Новосибирск, 1989. С.28-30.

11. Александровский A.JI Процессы поступления вещества на поверхность почвы и его потери // Элементарные почвообразовательные процессы. М.: Наука, 1991. С. 132-141.

12. Александровский А.Л. Отражение природной среды в почве // Почвоведение, 1996, №3, с. 277-287.

13. Александровский A.JI. Почвы и культурный слой Москвы: строение и история развития (формирования) // Тез. Межд. Конф. « Проблемы антропогенного почвообразования» 16-21 июня 1997 г. М., т.4, С.16-19.

14. Александровский А.Л. История почв и климата на Юге России // II Городцовские чтения. М.: ГИМ, 2005, с.79-86.

15. Александровский A.JI. Пирогенное карбонатообразование: результаты почвенно-археологических исследований // Почвоведение, 2007. № 5. С. 517-524.

16. Александровский A.JI., Александровская Е.И. Эволюция почв и географическая среда. М.: Наука, 2005. 223 с.

17. Александровский А.Л., Александровская Е.И., Долгих А.В. Эволюция почв и палеосреды античных городов юга Европейской России // Известия РАН, Серия географическая, 2010. №4.

18. Александровский А.Л., Бойцов И.А., Кренке Н.А. Почвы и культурный слой Москвы: строение, история развития, география. Известия РАН, геогр., 1997, № 4. С. 82-95:

19. Александровский А.Л., Долгих А.В. Эволюция почв античных городов юга России // Мат. межд. научн. семинара «Изменения климата, почвы и окружающая среда». Белгород: КОНСТАНТА, 2009. С. 126-135.

20. Александровский А.Л., Кренке Н.А. Изучение средневековых пахотных горизонтов в Москве и Подмосковье // Кратк. сообщ. Ин-та археологии, вып. 208. 1993. С. 20-31.

21. Алексеев Л.В. Мстиславский детинец в XII-XIY веках // Российская археология, 1994. №3. С. 60-68.

22. Альмарик А.С., Монгайт А.Л. В поисках исчезнувших цивилизаций. М.: Изд-во «Наука», 1966. 2-е издание, дополненное. 280 с.

23. Антипов-Каратаев И.Н., Филиппова В.Н. Почвы Таманского полуострова // Тр. Всесоюзного научно-исследовательского института удобрений и агропочвоведения. Ленинградское отд., вып. 16, 1932, с.7-34.

24. Арсеньева Т.М., Науменко С.А, Новые данные об эллинистическом Танаисе // Историко-археологические исследования в г. Азове и на Нижнем Дону в 1999-2000 гг. Азов, 2001. Вып. 17. С. 176-183.

25. Археология и палеогеография мезолита и неолита Русской равнины. М.: Наука, 1984. 137 с.

26. Арциховский А.В. О Новгородской хронологии // Советская Археология, 1959. №4. С. 107-124.

27. Арциховский А.В. Ответ Б.А. Рыбакову // Советская археология, 1961. №3. С.122-136.

28. Ахтырцев Б.П. О влиянии первобытного человека на почвенный покров в местах стоянок // География и плодородие почв. Воронеж, 1973. С. 15-25.

29. Ахтырцев Б.П., Джувеликян Х.А., Сушков В.Д. Влияние промышленных выбросов на почвы в районе крупных индустриально-городских комплексов // Химия, физика и мелиорация почв. Воронеж, 1980.

30. Бараков П. Ф. Эоловые наносы и почвы на развалинах Ольвии // Почвоведение, 1913. №4. С. 105-127.

31. Безуглова О. С., Морозов И. В., Кутровский М. А. Погребенные почвы Недвиговского городища (Приазовье) и роль древнего антропогенного фактора в формировании чернозёмов // Почвоведение. 2008, № 1. С. 17-26.

32. Белецкий С.В. Раскопки Псковского городища в 1977-1978 гг. // Древнерусские города. М.: Наука, 1981. С. 40-62.

33. Бериня Д.Ж., Калвиня Л.К., Карелина JT.B. Изменение химического состава почв под влиянием Са-содержащей пыли // Загрязнение природной среды Са-содержащей пылью. Зинатне, 1985. С. 15-32.

34. Бессарабова З.Д. Следы бронзолитейного производства в Старой Ладоге // Мат. Научн. Конф. «Новгород и Новгородская земля: история и археология». Великий Новгород: НГОМЗ, 1998. Вып. 12. С. 264-278.

35. Богачев В.К., Шаханина О.Д. Эколого-географическая характеристика флоры Ярославской области // Ученые записки Ярославского гос. пед.ин-та, 1959. Вып. 32 (42).

36. Бойцов И.А. К вопросу о росте Москвы в XII первой половинеХУ в. // Вестник МГУ. Серия 8. История. 1992. № 2. С. 27-39.

37. Бойцов И.А., Гунова B.C., Кренке Н.А. Ландшафты средневековой Москвы: археолого-палинологические исследования. Изв. РАН,сер. геогр., # 4, 1993. - С. 6075.

38. Борисенков Е.П., Пасецкий П.М. Экстремальные природные явления в русских летописях XI-XVII вв. Л.: Гидрометеоиздат. 1983. 137 с.

39. Буровский A.M. О характере археологических источников // Советская археология, 1991. №2. С. 115-119.

40. Вадковская О. А. Почвы Ярославской области // Микроэлементы в почвах Ярославской области. М.: Изд-во АН СССР, 1962. С. 5-50.

41. ВекслерА.Г. Раскопки на Великом посаде. Теплые торговые ряды. М.: ИД «Триумф принт», 2009. 224 с.53.

Информация о работе

Долгих, Андрей Владимирович
кандидата географических наук
Москва, 2010
ВАК 25.00.23

Диссертация

Формирование педолитоседиментов и почвенно-геохимической среды древних городов Европейской России - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы