Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

История развития почв черноземного Зауралья во второй половине голоцена

ВАК РФ 11.00.05, Биогеография и география почв

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата географических наук, Чернянский, Сергей Станиславович, Москва

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Географический факультет

На правах рукописи

Чернянский Сергей Станиславович

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ПОЧВ ЧЕРНОЗЕМНОГО ЗАУРАЛЬЯ ВО ВТОРОЙ ПОЛОВИНЕ ГОЛОЦЕНА

11.00.05. - биогеография и география почв

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель - д.г.н., профессор А.Н.Геннадиев Научный консультант - д.г.н., с.н.с. И.В.Иванов

Москва -1999

Содержание

Стр.

Введение....................................................................................................................................................................................................................5

Глава 1. Геолого-ландшафтная летопись и современные

биоклиматичеекие условия черноземного Зауралья...........................................................8

1.1. Развитие рельефа и геологическое строение 8 Южного Зауралья..............................................................................................................—

1.2. Степи Зауралья, Западной Сибири и Казахстана в позднем ледниковье и голоцене. . .................... ...........................................................................................14

.,-^ . апья..........20

1.2.1. Климат и поверхностные воды..................................................................................................................

1.3.2. Растительность и почвенные животные..........................................................................23

Глава 2. Почвы черноземного Зауралья как объект изучения.............................25

2.1. Краткий обзор истории изучения зауральских черноземов

- И! ЧНН'в ИПпИ ; М .¡Й' М^Х ПО'-'вв^НОТьОй "^О-К"1/-.

исследований а черноземной« Зауралы-..............................

2.3. Авторские исследования разновозрастных почв

черноземного Зауралья: методы и фактический материал........................... 34

2.3.1. История почвенно-археологических исследований

в кратком изложении.................................................................................. —

2.3.2. Сущность почвенно-археологического метода............................. 35

2.3.3. Общие особенности

изученных археологических памятников.................................................. 38

2.3.4. Обзор фактического материала.................................................... 39

Глава 3. Разновозрастные почвы археологических памятников черноземного Зауралья: особенности развития то данным морфогене-

тического анализа почвенного профиля............................................. 41

3.1. Почвы степных ландшафтов древнего засоления

и сопряженных с ними речных доли?-!

(ключевой участок "Аландское" в долине р. Суундук)..................................... —

3.1.1. Солончаюватые и солонцеватые черноземы

придолинных участков междуречий и высоких террас........................... 45

3.1.2. Супесчаные теорасовые черноземы............................................... 6/

3. СОЛОНЦЫ

!х \:пип()дренпрО(?йнных террас...................................................... 61

3.2. Почвы современных раееоленных степных ландшафтов

3,2.1, Ч&оиоземы нэ дб'^члвниых отло);гон1ЛР<

~ Л ............. 73

" i 1 ..... ц7

п~ S Г 1

............. «............. • • .........»-•-•)■ ■ .................

i— ^ ............ СИ

3,2.4. Солонцеватые черное^АЫ, солонцы и пойменные пп-лы

.......... 105

' " хпозине

~ 1 I V

....." _ _ " — ; п _ Г'" i \ СО,№

> у - ^ _ ^ ............ 7

Л r'O^n^íiíín-iCíííí-iWi'i if-- t"lï~i"4JpTi-!r\rr, nnnrbwnn- '»уогррППнйНнйй

.......... I"' ' ' 'i.................. ■ I................................I"......Г " J.........I > .............

квазистэбилънооть и гчдрогенная динамичность.......................................... ■'t -'г ■ ■ Г , ' I : ' ' - . /. . , ' . :.:. .. ' ■ ' ____

А А , - -.............- .... ......... .......- .Г" . - ____ ... - . - .. ■ - . .... , ... ... ,---..-•

' , ' I , , • >>''-■

- , fJ - 1 1 >'» ............ 1 'i 5

" - - 1 ч -a rfapfío-

напу-юго оиооене:-;.? погребенных поив......................................................... 128

А О П ■r^-^-.-^-'Or-—: L .C> г i/ >-■ 'ir-

^ -> , 1 97

........ - ' ' ■ i" ~ .........r ' ~ l...... - I ( ..................

1 1 - СУ r- ¡ __ , -,

1 ^ ~~ - -> i -, _ - í.neí7

Л" 1 ^'V ' ....................... 13Л

188

......г j j i «

i с

■ • • ' ■■ •■ - ■ ............- i..... ' -■ ^ ' ■ • s ... I

•• " '' ( : _ ....................... •-•-

........................ 14ü

....................... 145

4,3.4. Клиновидные зумуоироегы:ые фпрмы в почвах

■ f..........У » " > ' ' *

; ir Н Ч ! л П ЯО'.: 00 Я О 3.

-очз стенного пояоа Евразии..............................................................

5 3 Мяуоирммй ПОЧВ И рЯ?В{-,т;/р> О^ЯЦ^е':";"!-"'-'

в черноземном язурелье: краткая история ззаиипвлнЯ'-ол.............

-Я, я i ¡П /' г "¡у ПЛ Ji / '

яя;яся:яяияыи яляя4................................

5.-3..2, Естественная история черноземного Зауралья

я ссяя.я Зяияых ярхяо.яояии........................................................

5-3.3.. Почвы "Сп"<р&ны яяродся" и их рояь

¡3 о^тешлия oo^-'W:—л яро?>юяоря-'уя-'яя 1:,яя1!лияяции.......................

5.3.4.. Аияяу-яоз^н^Ыг' изия'я-'ния яоя^ е г:лях.у бронях* 5,3.x Pco'.-ficck' uu-'^u/ujpmu^ ярхяояоя^хч^с^их. пзмягяников е уяяояиях ¡юрняя^я"'':^'^ ^яуряях^х :х иу лмяя«ялряя"г^'''е ^ня'-^^ия.

.........., ^ . _ . ....______ . ................„ ...___„ „________ . _ _______________T ________„ Г- ..

т*ллл/ » .»u » i л► ■ uti-jÁ ot iO iV» V i i ¿> f ? ivím » Lmíaiv

м ........r- «te.-»—... .J t.. .. „ _ .......... „....S,., . -><■«? ДУСЙНЯС" ООО' i'tï.v.H.

стнакную в из можно ri":. а аау-ck™ иргаа'" ~со.ггакдпшфтной формации, необходимой дяа объяснения современного оомпна пена, па ас or-п.

...... ... .... ïi .ri'AOOHOS« ........ ....... • • ............» •• л\-.- Щ-й. »K;.>. ...».«H WKS14 •••• •!• ......... ......... ^ • ........ ÍA

T. ZT-

ГТ">гд'ьте ма7:аоггоярор'-:аа: M-^w-Mi-aao оушвалпет^о ^от-у---.у'— ---г- -

i . . i". ■ •■••.<• •• r>'!.. У' .;«>••••> .'!•■•«••. • • • • • К í>0.< Г" • '.Г1.'.!

добавились Южных-; Уоал и Зауралье. что пе только позволило «огт^ашть

l>îtlbHHIltll « » Í". Ч К * fií l*'f VM.M -«i ... s .N .»»•••••« I |.» « I Л. M-l «LU. X » | Iii I Ь| >11.1 К ОГД.^ В С !.»

<• ггnriíhí)»'о .ч........... щ??оъ.твш:-от тюздианадео^ои--

окие, мезозойским :мна-м екзумо.. .гномзак:. "•:.••; намнуу о та у чатам mo^m-

т :-.т 7 т ; - т - ;. :.....,, -, - - г .>■ . у г ТЛ 7 Ï'-' , U " V> ' ' > ГУ У" Г'!'- 7 • ■•

I ». * ......' - г . - . .........- - ........

.. субстрат;,;:; ........... кашкостаа; чот-

...... .,........ ■><••• ■••• И и'оугй'л • ' • • \ »ïfiiK-

.... Ï. -.....- ... I | ■ ' ' * - г - г ,ч . V . . , . . . « .4 у. ^V ^ . ... ■ -- . . . - . . • .

С. TT- п

TSJiLiiGC постоянстве ciioiiH ~............ roe/:-четырех ¿¿спзсп,

........ " ' " . — ...... . .. . w . ... ....у, . .л , . ......... ... . </. ............. , , ,V,.

..... ro-v

:ОГ'

,,,....,-.<.,.., ~.......... . . . ............ У! • • • • • с;••!'• • •:!• .•.!'!. M Ъ'.. .-¡M,.»» • 'Pi м <>»»!'.!

T/TTT'тглтттт».»V '•'"■"тт/'лр p ГГГЙГ^ТЛТТ "iftof JJ r$ r

;u)xeo:fí'vr;r..ní -''^—-r "г-лгл^" ,..Tnv>.

.—* . - .о,

V-y- ------У -i ,- 1--111: -Ip ¿íli;/p__ V _ _ 7 _ _ V

ÍÍ ¿ALi.j.v. v ^.«.ypí^iiíjyi. ÀMO'ÍCÍÍÍÍOCTÍ. Ьолыпого 1шдичеотее.

MMiHMJfd'B H. ÇIMHOM3' Kyjlb^/Vp^íJ-ApOHííjIOrMH^CKOMy • ........... . .

:..........................«"п.лт'т- отност*тельт"-1Х ——

Ос^обе ■ т-"....... ""гs; \ . : \\ г:

. WItMO tt^ii',. i . . ■ •'> • ' -Г V . ? V '-i > It .> ... « о . , . ... » » . /. . . .V, ^ г I > I Ml I I . у

M "M У? ä Í'-IM MÍ ICVM" MvJ'H - «ЫМ^^Ми« 'íKVHHÍtM^'HIMji^t»

r----. - —T ----' ' ........... ' ' ' ' " — - -, /-, — "ГТ--~ - - -— - — -- ^ - ■ _

—- --------- vr_....,, .-• —~------rr-T-'.-i - rr 'Tí к T "i'O, r> 4'í '

> - ^ •'■>■>■■.'■'- '' ' " * ^ " V'- .'V n : V.r> ■ ' ' . ' . ^ j v íw.onut Vi* • -

,»»>... .................. ...... ............v................. .. w...,.>.....'•> ...к. •.>>•• • • •• •» ■..'7 M i r>

T.T.Ts ----- '-"я "TT---- -'ПТО''"=п' 'V г ' •— ЗТ»ТТ 9 ^ ОТ?"

т ' ■ J . г л - \ - --- '.; . :. -г; -г - ^^ ' -

<■• • ' У .»'v'ûï bHbí л CnOHtVrñ П I.ípO(y«jiCH • " >'• > ......

1 Г f.*.» П'М'«.» f. ' ' 4 ' ' . ' ' ' ' * .7 Г'.' - - — " . .. , п.... Г , ^ « / > . . . . , . . , , ... .....

J.c:íi;'".j. Г: Vr.. -'.- . 0 .-.-, . -Т'.')

A J ЧУ Í.JVJ í И.-.',. 1V/S. ' I'll! • « ■ '. 1 1 I / V ' I >. ' Í Ii IJ H 1 *- ' ' I t I ' . > У V. J . . ЧЧЧЧ . V.. I I 1 U .1U1VI1

. ... ..r- ij. -- ■ • ; .- I ^ .4 . .. .►< t.. . . f-s ....... ... . . 4.7. ...... ... ..... .. . .. .

Л. {\J bSjL*.*.'*. W* ~siJ ¿J J¿> Á Л J^yt .iUwAV» A* ММШ^ЛЛЛ ¿.»V/ A. V JL Uípii À^-VAW.». V

v.'vb h i\'ii > , íi -Ч'- "" ~ -■■■•'•.лл^'^' л'Л.'ЧН , ^ ».¿.у. ? -

г " ^ " * ■■ << • "Г — .-------• - у* ' ? ' V-;г; Л 'М/ '

I » ' • ' 1 ^ ' * «

Зд<шо».и«> . —- . ■ . . - - ........... -м.ис нОсяги!-! МО.; stnOuHM?) почв и о-рганина-

ЦИОГП?VTO " —*"*"' », , ^т^^тг^^.г ТТЛ,

ОЛетОПНН" " ' * * ' ' " ' г? "Vм ОСТЬ HCTI0;iLTni*rT':ïlîr Г ""О-

фit.¿ütcp_tu.±o£;, профессорам j.'i,I't.rep:TCiiMC'iîCÎl и К.'Т.-Г:..—т,_'-.гор ■

v.»...,;.. гт&ук г>.А. -. за »<. . ...... >; .,,,>.;•//.^.v, íxU v. ■, ,>.„

WKSíÍ ' ■-* •r.v.X'r ................. •-.-• ............... . .. —'•<• — •• i*¡*xo» и i <ти-----■ ' -— ТТ.ЛГТ" Т^Г"- Г^- ^ ff-, J"*"? !* ' \' ' . . - —-------- -- .. ■ . ■ • ' "

- 1 * 1 ' * 4 * ' * ■ .....■..... - -....... ■ ; ■■ v - . ..... ■

тт.

тт. 2 Я^ттт¡i, гч- '•г- ~"L '- " 1 ^СО НСТр у"TI'"

1 fc- л "A Y !

Глава 1. Геолого-ландшафтная летопись и современные биоклиматические условия черноземного Зауралья

Район исследований расположен на Зауральском пенеплене, в пределах которого ведущими факторами дифференциации почвенного покрова являются почвообразующие породы и рельеф. Выделяемые здесь физико-географические провинции (рис. 1 14[) соответствуют расположению тектонических структур. Литогенпая основа зауральского степного ландшафта представлена породами-свидетелями условий различных этапов геологической истории региона.

1Л .Развитие рельефа и геологическое строение Южного Зауралья. Рельеф территории многократно перестраивался, начиная с пермского периода, когда восточный макросклон был наиболее возвышенной областью на Урале [26,15,181]. Значительную роль в горном ландшафте того времени играли разнообразные по составу массивно-кристаллические породы палеозоя, наряду с которыми на поверхность местами были выведены также каменноугольные серпентиниты и разнообразные карбонатные породы.

Интенсивная и продолжительная денудация в условиях близкого к влаж-н ото о п и ческ о м у климата триаса и юры, однотипного растительного покрова (влажные тропические леса) привела к формированию пенеплена, рельеф которого и, соответственно, непереотложенные горизонты кор выветривания, сохранились здесь местами до настоящего времени [1,83,181]. Состав кор, соответствовавший в фазу пенепленизации составу выветривающихся субстратов складчатого фундамента, в кайнозое изменялся в сторону возрастания относительной доли участия каолиновых кор, условия сохранения которых были наиболее благоприятными. Поскольку в настоящее время эти коры представлены обычно нижними и средними (гидрослюдисто-каолинитовыми) горизонтами, предполагается возможность их откапывания. Материал верхних горизонтов кор переотложен и часто выходит на поверхность в иридо-линных участках междуречий.

Зауральский пенеплен и его древнейшие коры-почвы, таким образом, насчитывают более 200 млн.лет. Их сохранение в условиях общеглобальной тектонической активизации кайнозоя и длительной переработки экзогенными

о

+ +1 + 4-

+ + ++ + +

' ^И» ^уЧщХ«^- 0л роидк VII Ч

Рис. 1. Схематическая карта расположения ключевых районов и участков. Подзоны черноземов: 1 - выщелоченных, 2 - обыкновенных, 3 - южных. 4 - границы физико-географических провинций по М.А.Андреевой [1966]; А - Зауральские сырты, Б -Зауральский пенеплен; В - Урало-Тобольское междуречье; Г - Притобольская равнина. 5 - ключевые районы: I - "Аландское", II- "Аокаим". 6 - ключевые участки: III - "Кнзильское", IV - "Куйсак", V- "Сарым-Сакяы", VI - "Стешюе", VII - "Черноречье", УШ - "Исиней".

процессами стало возможным благодаря т.н. режиму унаследованной стабилизации, характеризующемуся малыми градиентами тектонических движений при медленном общем поднятии и господством химической денудации над механической [181], Трансгрессии верхнего юры, мела и палеогена не захватили центральные районы Зауралья, но сопровождались некоторым опусканием территории и слабой аккумуляцией в депрессиях [62,26,83,181]. Первые после карбона относительно мощные слои континентальных отложений появляются здесь лишь в палеогене, их распространение локально.

Основные события кайнозоя в Южном Зауралье происходили под знаком направленных климатических изменений в сторону похолодания и усиления

континентальности; заканчивается формирование основных форм современного рельефа, закладывается современная речная сеть, накапливаются покровные отложения и, наконец, впервые здесь появляются степные ландшафты.

В палеогене и неогене в результате длительной аллювиальной переработки формируется единая эр озионно-денудационная поверхность, происходит существенное расширение долин и обнажение по их краям м елко со по чника. Для эоцена и олигоцена предполагаются также условия длительного субтропического корообразования [152,83,222]. Осадки неогеновой озерно-алшовиальыой равнины - эпигенетически засоленные дериваты древних кор выветривания - уступают в настоящее время по распространенности на междуречьях лишь четвертичным суглинкам.

Плиоценовое общее интенсивное поднятие территории привело не только к очередному врезанию уже существующих рек, но и к заложению новых долин, главным образом субширотного простирания (долины большинства современных малых рек степного Зауралья). Этому способствовала широт-носгь тектонических движений данного периода [26]. Плиоцену соответствует наиболее высокие террасы р. Урал (современное превышение - 30-70 м).

Плиоценовые глины, отлагавшиеся в условиях аридного климата, часто содержащие бобовины бурого железняка, почти сплошным чехлом покрывают Урало-Тобольское междуречье, выклиниваясь лишь на возвышенностях. Их средняя мощность - 10 м. Спорово-пыльцевые спектры этих отложений, а также аллювия высоких террас р. Урал - степные и лесостепные., и в дальнейшем на всем протяжении антропогена восточного макросклона Южного Урала они прослеживаются без перерывов [15], В условиях слабого расчленения и теплого засушливого климата неогена коры выветривания и их дериваты подверглись интенсивному засолению [70,195,197, 137].

На рубеже четвертичного периода аккумуляция в пределах озерно-аллювиальной равнины плиоцена прекращается. Нижний плейстоцен стал временем образования эрозионных террас (IV-V) и накопления делювиальных отложений, залегающих в нижних частях склонов современных долин [26], древних понижениях междуречий, на поверхности плиоценовых террас и в

верхних частях склонов долин [15]. В толще этих буро-коричневых песчанистых глин с рассеянным мелкообломочным материалом и Ре-Мп-бобовинами встречены погребенные гумусовые горизонты почв, образующие три хронологических яруса.

Вслед за прекращением нижнеплейстоценовой аккумуляции был размыв, отдельные участки долин испытали переуглубление, в краевые части переполненных долин отбрасывались грубые гравийные галечники и пески с примесью неокатанных обломков. В дальнейшем имела место мощная аккумуляция аллювия и делювия в условиях прогрессирующего иссушения климата. В развитии рельефа стали принимать участие эоловые процессы. Расчленение склонов долин в таких условиях сопровождалось ф орм ир о в анием придолин-• ного мелкосопочника [25]. Среднему плейстоцену соответствуют зеленовато- и голубовато-серые песчанистые глины с рассеянной дресвой и прослоями галечников, часто образующие цоколь высоких вторых надпойменных террас малых рек Зауралья.

В дальнейшем цикл изменений, характерный для нижнего плейстоцена, в основном повторяется на фоне наметившегося ранее общего замедления процессов эрозии-аккумуляции. Заметно, в 2-3 раза, снижается мощность отложений, утяжеляется их механический состав. Характер осадконакопления становится более благоприятным для сохранения в толще осадков погребенных почв. Данная тенденция сохраняется и позднем плейстоцене, отложения которого также свидетельствуют о циклических изменениях природных условий. В этот период формируется основная толща аллювия низких террас (II и I) и нижние горизонты аллювия современных высоких пойм. Характерные для разрезов позднего плейстоцена погребенные почвы в прирусловых участках долин замещаются насыщенными растительными остатками синевато-серыми глинами (болотными почвами?), которые в голоцене подверглись размыву и выходят в настоящее время в цоколе пойм. Мощность аллювиальных отложений голоцена не превышает 5 м. Для поверхности междуречий геологи ставят в фациальное соответствие этим отложениям "почвенный горизонт" [15].

В результате длительного стабильного континентального развития территории Южного Зауралья внешний облик её современного рельефа в основ-

ком определяют участки древней, но переработанной в кайнозое поверхности - денудационные цокольные равнины со свойственным им сочетанием холмистых равнинных участков и мелкосогючника. Водоразделы имеют плоскую или плоско-выпуклую форму, пологие склоны (1-3°), местами расчлененные задернованными суходолами, со скалистыми обрывами во врезанных меандрах; характерны неупорядоченно разбросанные выходы массивно-кристаллических пород: позднепалеозойских интрузивных от кислых до ультраосновных, метаморфических и эффузивно-осадочных.

Описанная цикличность в развитии Зауральского пенеплена выявляется на фокс общего направленного снижения амплитуды колебаний условий осадконакогшения (и почвообразования). Голоцен характеризуется наименьшей мощностью осадков, медленным приростом мощности ортоэлювиальных кор выветривания, промежуточным гумидно-аридным гипергенезом [99\. Формирование современного элювия протекает в нейтральной я слабощелочной среде и в условиях интенсивного почвообразования с характерной аккумуляцией кальцита и монтмориллонита. По данным [254], трансформация глинистых минералов группы гидрослюд и каолинита в монтмориллонит в черноземах является характерным процессом в охваченных почвообразованием горизонтах древних кор выветривания. В целом же, благодаря общему снижению интенсивности гипергенеза в пределах Зауральского пенеплена в кайнозое, основной комплекс свойств дочетвертичных отложений не претерпел существенных изменений [137]. Среди осадочных образований голоцена наиболее обычны аллювиальные галечники, пески и суглинки, озерные и болотные отложения, делювий. На поверхность денудационных склонов часто выходят грубообломочные образования, постепенно смещающиеся вниз: условия континентального климата благоприятны для протекания процесс