Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Морфолитопедогенез центра Русской равнины
ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение
Автореферат диссертации по теме "Морфолитопедогенез центра Русской равнины"
л, п" (
(' ! О О ; 5
на правах рукописи
о г ИЮН 1997
Гугалинская Любовь Анатольевна
МОРФОЛИТОПЕДЙГЕНЕЭ ЦЕНТРА РУССКОЙ РАВНИНЫ
Специальность 03.00.27 - почвоведение
АВТОРЕФЕРАТ '
диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук
Пущино - 1997
Работа выполнена в группе истории и экологии почв Института почвоведения и фотосинтеза РАН
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук,
профессор Б.П.Градусов
- доктор биологических наук, профессор Л.0.Карпачевский
доктор географических наук, профессор Л.Р.Серебрянный
( 1
Ведущее учреждение: Московский Государственный Педагогический Университет
Защита состоится „/¿Г- 1997г. в ¿/час. ^тн. в ау-
дитории М-2 на заседании Диссертационого совета Д 053.05.31. в МГУ им.М.В.Ломоносова'по адресу: 119899, Москва, ГСП-3, Воробьевы горы, МГУ, факультет Почвоведения.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета Почвоведения МГУ. '
Автореферат разослан " УУ" &ЯРРЛЯ 1997г.
Приглашаем-Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета в МГУ им.М.В.Ломоносова, а отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 119899, Москва, ГСП-3, Воробьевы горы, МГУ, факультет Почвоведения, Ученый совет.
Ученый секретарь Диссертационного совету
доктор биологических наук Л.А.Лебедева
ВВЕДЕНИЕ
Работа посвящена генетическому анализу профилей наиболее распространенных в центре Русской равнины дерново-подзолистых-, серых лесных почв и черноземов типичных, сформированных, как считается, на однородных суглинистых отложениях. Центр Русской равнины, где проводились наши многолетние (1973-1996гг) исследования, является перигляциальной областью последнего оледенения. Хронологически рассматриваемый период формирования профилей автономных почв совпадает со временем накопления поздяеваадвиских отложений, в основном, покровных лессовидных суглинков и супесей.
Актуальность проблемы. Несмотря на то, что со времени первых работ В.В.Докучаева естествознание сильно изменилось, значение его открытий в науках о Земле с течением времени только увеличивается. Убедительным тому примером нагнется представления коллег и учеников В.В.Докучаева и наших великих предшественников -Л.С.Берга о ландшафтах, В.Н.Сукачева о биогеоценозах, В.Б.Шлыкова о геохимии ландшафтов и, наконец, В.И.Вернадского о биосфере и о почве как о биокосном теле. Изучение биологических, Сиогеохши-ческих явлений в почвах, связанных с динамикой и цикличностью развития почвообразователен, в первую очередь, бшклииэтического фактора почвообразования, в наше время приобрело значительное развитие и имеет замечательные достижения, изложенные в трудах В.А.Ковды, И.П.Герасимова, А.А.Роде, Ы.А.Глазовской, Г.В.Добровольского, А.И.Перелъмана, В.В.Добровольского, И.А.Соколова, В.О.Таргульяна,' Б.Г.Розанова, Л.О.Карпачевского, Е.А.Дмитриева, Л.С.Орлова, Д.Г.Звягинцева, Ф.Р.Зайдельмаяа и многих других исследователей.
Значительно менее изучены явления в почвах, связанные с динамикой и цикличностью развития литогенного фактора почвообразования - пород и рельефа, хотя саьие общие закономерности осадочного породообравования или литогенеза били выявлены именно с учетом идей почвоведения. Например, теория осадочной дифференциации во времени (Л.В.Пустовалов) исходит кв представлений В.Б.Полыно-ва, согласно которым в бассейнах матерная отлагается в такой последовательности, в какой выносится из коры выветркваняя. В современной теории литогенеза (Н.М.Страхов) выделяются две стадии литогенеза: стадия седиментогенеза и стадия диагенеза. При этом се-диментогенез вклю> зт и такие процессы, которые, бев сомнения, могут считаться г. >ргенными и почвенным!: мобилизация веществ в коре выветривания, перенос веществ п осадкообразование на водосборных площадях. Ь жцепции гипергенеза и влияния почвенного гли-
- г -
нообразования на процессы седиментогенеза разработаны в трудах Б.Б.Полынова, А.И.Передьмана, М.А.Глазовской, В.В.Добровольского, Б.П.Градусова, И.А.Соколова, В.О.Таргульяна, А.Г.Черняховского, Т.А.Соколовой и др. Однако теоретический задел почвенно-генети-ческих проблем,. связанных с изучением литогенной основы почвообразования, ~трЩгет~расширения:---
Вместе с тем для современных представлений о структуре окружающего мира характерно ьсе более глубокое понимание того факта, что одним из наиболее важных свойств всей иерархии естественных систем является ритмичность или цикличность природных процессов. В рамках почвоведения проблема происхождения циклов развития приобретает специфические черты. Почвенный покров не мог бы достичь существующей ныне сложности и разнообразия, если бы организация внешней среды была бы стабильна, если бы существовал только внутт рипочвенный источник неравновесия системы. Влияние на почвообразование одного из внешних по отношению к почве ритмических источников неравновесия - солнечной энергии и управляемого ею биоклиматического фактора общеизвестно. Оно имеет результатом формирование полигенетичных почв. Гораздо менее изучено влияние тех внешних источников неравновесности, которые могут управлять развитием литогенного фактора почвообразования - породами и рельефом и влиять на литогенную цикличность почвообразования. В этой связи работа, обосновывающая влияние морфолитопедогенных циклов развития литогенного фактора на формирование почвенных профилей представляется актуальной.
Цель и задачи исследований. Основной целью проведенных исследований является обоснование положения о поэтапном, более длительном и слозкном, чем представлялось, формировании современных почвенных профилей, обусловленном единством процессов седиментогенеза и педогенеза. Поставленная цель определила выполнение следующих основных задач:
1. Проанализировать современное состояние проблемы универсальности цикличного развития факторов почвообразования и влияния этой цикличности на формирование почв;
2. Провести анализ проблемы происхождения дискретного строения литогенных факторов почвообразования - материнских пород и рельефа;
3. Выявить закономерности формирования профилей почв, прямо связанные с цикличностью процесса формирования материнских пород;
4. Выявить региональные закономерности "записи" природных событий в педоциклитах, представляющих собой композиции из элементарных почвенных образований (ЭПО);
5. Разработать систему методов изучения педоциклитов как системы разновозрастных горизонтов ЭПО, составляющих почвенный профиль.
Методологически® подходы. Анализ результатов исследований проводился в рамках следующих методологических подходов и концепций:
срамттельпого знолого-гепетчеснвго. Появившись в качестве методологии науки экологии почв как самостоятельного раздела генетического почвоведения, подход в наиболее полном виде разработан в трудах И.А.Соколова (1985, 1990, 1993), Г.В.Добровольского, Е.Д.Никитина (1986, 1990) и др. Одним из методов разделения разновозрастной и разногенетической совокупности почвенных свойств является метод монофакторного сравнения. В качестве различающихся факторов почвообразования были использованы возраст страны и рельеф местности;
ислпричеа&го. Этот подход к изучению почв был заложен еще В.В.Докучаевым, развивался многими его учениками и последователями: К.Д.Глинкой, В.Б.Полыновым, С.С.Неуструевым, И.П.Герасимовым,
A.A.Роде, В.А.Ковдой, Г.В.Добровольским, М.А.Глазовской,
B.М.Фридландом, Б.Г.Розановым, И.А.Соколовым, В.О.Таргульяном,
C.В.Зонном, И.М.Гаджиевым, Н.А.Караваевой, Л.Л.Александровским,
A.Н. Геннадиевны, И.В.Ивановым и многими другими. К исследованиям этого ряда можно отнести работы налшх коллег-палеогеографов и ге-ологов-четвертичников: К.К.Маркова, А.А.Величко, Л.Р.Серебрянно-го, О.П.Добродеева, М.Ф.Веклича, Ю.А.Лаврушина, И.И.Краснова,Е.А. Спиридоновой, Е.П.Зарриной, Т.Д.Морозовой, Н.А.Сиренко, Ж.Н.Мат-виишиной, И.О. и А.Ф.Болиховских и др. Определенный вклад внесли работы путинских почвоведов, основанные на изучении палеокриоге-неза в древних и современных почвах центра Русской равнины;
сиапгмааго. На основе представлений В.В.Докучаева, Л.С.Берга, В.Н.Сукачева, В.И.Вернадского, А.А.Григорьева, Б.Б.Полынова создан ряд фундаментальных учений геосистемного характера. В настоящее время почвы как природные системы рассматриваются в трудах М.А.Глазовской, Г.В.Доброльского, А.И.Перельмана, И.А.Соколова,
B.О.Таргульяна, Л.О.Карпачевского, Е.А.Дмитриева, Ф.И.Козловского, С.А.Шобы, К.С.Михайлова, М.И.Герасимовой, М.Н.Строгановой, Т.В.Турсиной, И.Н.Степанова, С.В.Горячкина, М.И.Дергачевой и др;
концепции потгепешчпсеш почзюобразояазия„ связанного с цикличностью неотектонических процессов на плакорах и в долинах рек. Обоснована работами В.А.Ковды, А.А.Роде, Г.В.Добровольского.
Основйкэ защищаемые положения. К защите представлена концепция морфолитопедогенеза, базирующаяся на следующих положениях:
1. Процесс морфолитопедогенеза представляет собой единое взаимозависимое развитие трех структурных компонентов биосферы: участков дискретной земной поверхности, пород, слагающих эти поверхности, и почв, формирующихся на этих породах;
2. Формирование модальных современных почвенных профилей центра Русской равнины не связано с проработкой какого-то объема материнс1Ш~1ю^11^дйнвд —с-началом-го-— лоцена) почвообразовательными процессами. Профили характеризуемых почв начали формироваться снизу послойно, т.е. циклически, задолго до голоцена. При этом каждый вновь отложенный слой материала какое-то время находился на дневной поверхности и, следовательно, прорабатывался почвообразованием, и что затем этот слой, уже в виде' первичной почвы или элементарного почвенного образования (ЭПО), погребался новым материалом, который вновь прорабатывался почвообразованием, и так далее, до современной поверхности;
3. В результате ритмического маломощного слоеобразования из переносимого по дневной поверхности материала и его специфической в перигляциавьных условиях педогенной проработки формируются мор-фолитопедогенностратифицированные толщи (мы их.назвали педоцикли-тами), представляющие собой композиции из ЭПО. Педоциклиты, являясь материнскими породами для голоценового почвообразования, определяют внутрипрофильный литогенный фон голоценового педогенеза;
4. Каждое ЭПО формируется в процессе цикла морфолитопедоге-неза, состоящего из двух последовательных стадий разной продолжительности: стадии накопления материала или стадии литогенеза и стадии последующей проработки отложенного материала процессами почвообразования или стадии педогенеза. Продолжительность цикла составляет около 2,0 тыс.лет;
5. Каждое ЭПО, отражая былые экологические условия формирования, обладает собственным набором почвенных свойств, которые для голоценового почвообразования являются реликтовыми.
Научная новизна. Установлено, что история формирования модальных почв центра Русской равнины - дерново-подзолистых и серых лесных оказывается значительно сложнее и длительнее, чем это предполагается в традиционной модели их генезиса. Эти почвы представляют собой педоциклиты, т.е. сложно построенные профили, состоящие из элементарных почвенных образований (ЭПО).
Предложена концепция морфолитопедогенеза, которая может быть использована при построении общей теории почвообразования и в генетической классификации почв.
Практическое значение работы. Историчность почвоведения определяет в значительной степени его методологию. Однако данные в
области истории почв основываются практически всегда на интерпретации действовавших в прошлом факторов и процессов, часть которых всегда остается неизвестной. Может быть, одна из немногих возможностей проверить достоверность' исторических данных заключается в построении непротиворечивой и хотя бы частично проверяемой рет-рогнозно-прогнозной схемы развития. Предложен прием разработки педохронологической шкалы и на ее основе построена ретрогноз-но-прогнозная схема почвообразования.
Результаты исследований вошли в отчеты Института почвоведения и фотосинтеза РАН по теме "Эколого-геохимические особенности формирования и использования почвенного покрова Русской равнины", N Гос.регистрации 01.86.0 - 001205 (НТП ГКНТ 0.51.01 РАН N10103 -398, задание 01.01.44., тема N 8); в рачках Программы Отделения физико-химической биологии РАН "Исследование живой природы" по теме N 10.8.6.: "Эколого-генетический анализ и история формирования почв и почвенного покрова в связи с изменением окружающей среды".
Отдельные положения диссертации были использованы при составлении экспертных заключений по почвенно-экологической оценке региона Билибинской АЭС (Чукотка).
Материалы диссертации используются в ряде учебных курсов, читаемых автором на эколого-биосферном факультете Путинского государственного университета.
Апробация работа. Материалы и основные положения диссертации докладывались на У1-УШ съездах ВОП (Тбилиси, 1981; Ташкент, 1985; Новосибирск, 1989) и на II съезде почвоведов России (Санкт-Петербург,1996); на 1-1II Всесоюзных совещаниях по эволюции почв (Пущино, 1984,1989,1992), на Всесоюзных конференциях по проблемам почвенного криогенеза (Пущино, 1975,1980,1989); на XIII и Х1У Международных Конгрессах почвоведов (Гамбург, 1986; Киото, 1990); на XI и XIII Конгрессах Международного союза по изучению четвертичного периода (Москва, 1982; Пекин,1991); на съезде почвоведов Германии (Киль, 1993); на международных симпозиумах, конференциях, совещаниях (Воронеж,1981; Алма-Ата, 1988; Находка, 1988; Пущино, 1989,1990,1991; Якутск, 1990); на У и УП комиссиях РОП.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, .У. частей, содержащих & глав, заключения и выводов. Она включает страниц машинописного текста, рисунков и таблиц; список литературы содержит работ.
В диссертации использованы результаты личньл исследо! 'й автора, а также некоторых работ, выполненных при 1\'о непоср
твенном участии. Автор выражает искреннюю благодарность академику РАН Г.В.Добровольскому, профессорам М.А.Глазовской, И.А.Соколову, В.О.Таргульяну за высказанные замечания и советы при подготовке работы. Автор благодарит сотрудиков химико-аналитической групьы (И.И.Скрипниченко) за выполнение аналитических работ и группы истории и экологии почв ШК РАН за помощь в оформлении работы.-
ЧАСТЬ 1. ЩЕСШЧЕСКОЕ РАЗВИТИЕ СИСТЕМ ПОЧБООБРАЗОВАТЕЛЕЙ КАК ПРИЧИНА ЦИКЛИЧНОСТИ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
1.1. Объекты и ыетоди исследования. Сложная история природы четвертичного периода на территории исследования (Архангельская, Вологодская, Владимирская, Московская, Тульская, Курская, Воронежская области), все еще является предметом многолетних дискуссий. Представления по истории послемикулинского времени, хотя и обеспечены разносторонней информацией, также различны.
Начало формирования объекта наших исследований - профилей почв - мы относим к позднему валдаю, начиная со времени распада последнего ледникового покрова. По данным Л.Р. Серебрянного (1974, 1980) и Е.А.Спиридоновой (1991) во время последнего оледенения в плакорных условиях на территории исследования мозаично распространялись травянистые сообщества в сочетании с зарослями ерника и ольховника, в долинах произрастали редкостойные таежные леса из сосны, ели, лиственницы и березы. Климатические пульсации при общем потеплении климата обусловили стадиально-ритмический характер деградации ледникового покрова, таяния многолетней мерзлоты, переувлажнения грунтов в перигляциальной зоне центра Русской равнины. Эти процессы вызывали ритмические изменения пространственной структуры растительности. На плакорах в составе травянистых сообществ того времени было много осок, в сухих местообитаниях произрастали полыни и маревые. Процесс перестройки перигляциальных ландшафтов был весьма мобильным, растительный покров быстро реагировал на похолодания и потепления. Растительность, близкая к современной, сформировалась в раннем голоцене (бореальный период, 9-8 тыс.л.н.).
Объекты исследования - профили дерново-подзолистых, серых лесных почв, черноземов - изучались, кроме традиционных почвенных разрезов, в археологических раскопах, археологических шурфах, а также в стенках карьеров и траншей, иногда имеющих протяженность до 2-3 км. В результате такого изучения была выявлена сильная изменчивость строения профилей почв на весьма небольших расстояниях (от 0.5-1,0 км).
По ме"ре накопления материала по изучению почв центра Русской равнины выявились некоторые почвенные горизонты, присутствующие в подгумусовой части профилей многих исследованных почв и обладающие общими свойствами. Это криоморфный второй гумусовый горизонт, горизонт гумусовых зеркал, горизонт, содержащий карбонатные конкреции, горизонт, содержащий железисто-глинистые конкреции и др. Были профили, в которых два или три этих ярких, маркирующих, горизонта оказывались совмещенными или, наоборот, разделенными слабо выраженными гумусовыми горизонтами.
Для генетической расшифровки таких сложных профилей был применен геологический стратиграфический метод, заключающийся: 1 - в локальном выделении литостратиграфических единиц, 2 - в выявлении последовательности напластования литостратиграфических единиц, 3 - в локальной и региональной корреляции литостратиграфических единиц, установлении хронологической последовательности событий, т.е. интерпретации стратиграфических данных.
Этап выделения литостратиграфических единиц по определению основан на разделении слоев по литологическим признакам. Выделение литостратиграфических единиц не требует ссылок на способ образования или возраст отложений. Одно из основных требований к литостратиграфической единице - она должна иметь собственную пространственную геометр™, собственные изменения по латерали, т.е. должна обладать свойством картографируемости в поле.
Изучение разрезов, состоящих из горизонтных литостратиграфических единиц показало, что некоторые подгумусовые почвенные горизонты, входящие в систему иллювиальных, сами являются самостоятельными почвенными образованиями, состоящими из 2-3 парагенети-ческих горизонтов, в основном гумусового, подгумусового и иногда гор.С. Эти первичные, слабо выраженные почвы были названы элементарными почвенными образованиями (ЭПО).
Таким образом, почвенный горизонт является частью не только парагенетической системы горизонтов всего профиля, но и фрагментом ЭПО как литостратиграфической единицы; т.е. выделяемые в настоящее время почвенные горизонты подгумусовой части профиля являются фрагментами ЭПО и представляют собой литостратиграфические единицы. Сумма наложенных друг на друга ЭПО образует природный объект, представляющий собой циклически построенную толщу покровных лессовидных суглинков, которую мы назвали педогдалнтом. Педо-циклиты являются материнскими породами для голоценового почвообразования. Факт существования циклов почвообразования, связанных с формированием ЭПО, потребовал рассмотрения возможности циклического развития систем почвообразователен: климата, биоты, мате-
ринских пород и рельефа.
1.2. Цикличность климатических изменений, состоящих из чередования теплых и холодных, сухих и Блажных отрезков времени разной продолжительности - от года до многих десятков и сотен миллионов лет, является никем не оспариваемой особенностью климата. К числу естественных факторов, влияющих на циклическую изменчивость климата" относят астрономические^ циркуляционные-атмосферные-и— геофизические факторы. Первым двум факторам изменчивости климата посвящена большая специальная литература (Миланкович, 1939; Краснов, 1969, 1974; Величко,1973; В.Я. и С.Я.Сергины,1978; Зуба-ков,1986; Веклич, 1987; Котляков, Лориус, 1989,1992 и др.), геофизические факторы обсуждаются значительно реже. К числу наиболее значимых геофизических факторов обычно относят изменчивость гравитационного поля Земли, связанную с регулярно возникающими вариациями расстояния Луны от Земли, Земли от Солнца при движении Солнца вокруг центра масс Солнечной системы. Наиболее известный из геофизических факторов - циклические многовековые изменения приливообразующей силы (околодвухтысячелетний цикл А.В.Шнитнико-ва, 1957).
1.3. Циклическое протекание процессов функционирования живого вещества связывается, в основном, с реализацией процесса фотосинтеза и . биогеохимической цикличностью. Под биогеохимической цикличностью В.И.Вернадский (1965) понимал мобилизацию косного вещества в циклическое движение под воздействием биоты, которая переводит солнечное излучение в свободную энергию, совершающую геохимическую работу в биосфере. Эта энергия, полученная за счет фотосинтеза, поддерживает функционирование биоты, ее способность осуществлять свои главные биосферные функции. Идея В.И. Вернадского о биотической и биогеохимической цикличности в биосфере, о наличии геохимических потоков, организующих биосферу, получила развитие в работах В.Б.Полынова (1956), В.А.Ковды (1944, 1974, 1975, . 1985), А.А.Роде (1947), М.А.Глазовской (1964,1988, 1996а,б,в), В.В.Добровольского (1969,1983), Н.И.Базилевич (1974), Д.С.Орлова (1974), Ф.Р.Зайдельмана (1974), А.Д.Фокина (1975), Н.Ф.Глазовского (1976), А.И.Перелы.:ана (1977), Г.В.Добровольского (1979, Добровольский, Урусеевская, 1984; Добровольский, Никитин, 1986,1990), И.А.Соколова (1978), А.П.Щербакова (1978), А.А.Титля-новой (1979), Л.О.Карпачевского (1981,1993), Н.А.Караваевой (1982), С.В.Зонна (1983), И.Б.Арчеговой (1985), Ф.И.Козловского (1987), Н.С.Касимова (1988), И.И.Васенева и В.О.Таргульяна (1995) и многих других.
Существуют остроумные решения задач о косвенном влиянии сол-
нечного (т.е. электромагнитного) воздействия на биотическую и биосферную ритмичность, в частности, О.П.Добродеевым (1975; Добродеев, Суетова, 1976) о биотической обусловленности ледникового цикла и Ю.М. Малиновским (1990) об автоволновой природе биосферных ритмов. Биофизиками доказ&но прямое влияние электромагнитного воздействия на биоту (Чижевский, 1924; Шноль, 1979; Максимов, 1989 и др.). В последние годы получает известность еще одно направление биофизики, в котором в качестве агента переноса энергии из космоса к биосфере кроме электромагнитного поля рассматриваются гравитационные поля (Шноль и др., 1983, 1992; Красногорская, Пархомов, 1992).
1.4. Цикличность развития рихлыж четвертичных отложений в качестве материнских пород выявляется вполне явно, если рассматривать их как часть (подсистему), земной коры. Основные причины развития земной коры обычно связывают с процессами, протекающими во внутренних оболочках Земли, главным образом, тектоническими. Тектонические движения - механические, скорость их невелика (от сотых долей до первых десятков мм/год). Но, как показывают геодезические измерения, практически вся поверхность Земли находится в непрерывном движении. Тектонические колебательные движения характеризуются периодичностью, которая выражается в изменении знака и (или) скорости во времени (Белоусов, 1958; Хаин, 1958; Мещеряков, 1963, 1965; Одесский, 1972; Никонов, 1976, Ласточкин, 1976, 1990а,б). Одним из результатов периодического изменения ротационного режима Земли является развитие тектонических разрывных нарушений, вследствие чего образуется дискретное строение земной коры. Факт наличия разломов в земной коре известен с начала века, с работ В.Хоббса (Hobbs, 1904, 1911), у нас в стране изучению разломов посвящены работы А.П.Карпинского, В.А.Обручева, И.Г.Кузнецова, Н.С.Шатского, А.В.Пейве, В.Е.Хаина, Б.Л.Личкова, Ю.А.Косыгина, М.А.Фаворской, Е.Е.Милановского и др. Кроме тектонического колебательного фона приповерхностная часть земной коры обладает сейсмическим (механическим) колебательным фоном. Спектр этих колебаний лежит в пределах от сотых долей секунды до нескольких часов, амплитуда составляет в среднем 10~4 - 10~б м (Линьков, 1987). Сейсмические колебания в диапазоне 0,05-100 Гц (микросейс-мы) составляют постоянный фон (сейсмический шум земной коры).
Таким образом, земная кора является средой, в которой проявляются всевозможные механические колебательные движения с периодами от миллиардов лет до сотых долей секунд и с амплитудами от километров до сотых долей мм. Верхняя часть рыхлой оболочки Земли, в которой происходит взаимодействие всех типов колебаний -
тектонических, гравитационных, собственных - является энергонасыщенной, самоорганизующейся открытой неравновесной системой. Верхним компонентом этой системы является почвенный покров.
1.5. Циклическое развитие рельефа вытекает из того факта, что основными рельефообразующими прбцессами являются циклические ~т!жтонич1^кйе^в~йжеНйя~ииклиматйческие~колебанияг"Идея_о_взаимос=-_ вязи тектонических колебаний и рельефа в наиболее завершенном на сегодняшний день виде сформулирована И.П.Герасимовым (1946) и Ю.А.Мещеряковым (1956; Герасимов, Мещеряков, 1964). В этих работах проанализирована связь рельефа не только с площадными, но и линейными структурами (линеаментами). Общепринятыми в настоящее время причинами тектонических движений считаются тепловая конвекция и гравитационная дифференциация в мантии (Артюшков, 1979), аномально растекающаяся мантия и астеносферные линзы (Авсюк, 1982), тектоническое течение вещества литосферы в твердой фазе (геофлюкция) в результате вращения Земли (Воронов, 1982), перемещение горизонтальных литопластин в процессе структурообразования (Трифонов, 1982), вращение литосферы относительно подстилающих горизонтов мантии Земли (Бархатов, Максимов, 1979), дрейф литос-ферных пластин в результате изменения ротационного режима за счет лунно-солнечных притяжений (Федеев, Максимов, Максимов, 1984). Существуют гипотезы, связывающие формирование рельефа с тектоническими процессами в виде разновременных волновых деформаций земной коры, протекающих на фоне одновременно действующих вращения и пульсаций Земли (Ананьев, 1994а,б, 1995).
В 60-е годы в стране оформилась еще одна точка зрения на формирование рельефа, возникшая на стыке геотектоники, геофизики и геоморфологии и имеющая, на наш взгляд, решающее значение для понимания истории формирования почв и почвенного покрова. Она наиболее полно сформулирована Н.И.Николаевым (1962), С.С.Шульцем (1965) и П.С.Вороновым (1961, 1968). Суть ее в следующем: основные черты современного планетарного рельефа, имея тесную связь с тектоническими движениями земной коры, являются в значительной степени суммарным эффектом проявления трещиноватости земной коры.
В настоящее время к экзогенным, т.е. внешним по отношению к Земле, силам и факторам тектогенеза и рельефообразования вновь пробудился интерес. Появилась новая ротационная гипотеза структурообразования (Тяпкин, 1980), рассчитана достаточность внешних источников энергии для тектонических процессов (Николаев, 1981 и др.), экспериментально показана возможность разломов земной коры под воздействием энергии приливов (Бобряков и др., 1983), причем экспериментальные структуры оказались подобными реальной спирале-
видной (локсодромной) сетке разломов континентов, описанной впервые Н.В.Шаблинской и Л.С.Смирновым (1972). Показано, что ротационная и приливная энергии реализуются в форме дискретно-волновых движений (Гарецкий и др., 1988), что тектоника Земли питается преимущественно внешними по отношению к ней источниками (Шмакин, 1991).
Таким образом, к общепризнанным категориям трещиноватости земной коры - литологической, структурной (возникающей при развитии тектонических структур), региональной (образующейся за счет тектонических напряжений внутри тектонической области) добавляется еще одна - планетарная, создающаяся ротационными силами Земли.
Выделены геоморфологические критерии выявления систем трещиноватости (Ласточкин, 1971, 1976; Раскатов и др., 1976; Методич. руководство..., 1976; Гласно, Ранцман, 1988, 1991; Зыков, Бенедиктова, 1993; Ранцман и др.,1995): спрямление русел и речных долин, параллельная или встречная ориентировка притоков, разнонаправленные растекания истоков, прямолинейные очертания тыловых швов террас и контуров аллювиальных литофаций, а также значительный перепад их мощностей, линейное расположение карстовых, суффозионных и оползневых форм, аномально резкая асимметрия речных долин и бассейнов, заметно различное количество левых и правых притоков, существенное возрастание коэффициента извилистости рек, особенно в узких зонах, прямолинейные завороты и крутые изгибы речных стволов, высокие градиенты изобазит и резкие их изгибы, сгущения и клиновидно-асимметричный рисунок гониобазит. Все эти признаки в зонах трещин имеют линейный характер. Наиболее общим признаком трещинных систем являются спрямленные участки долин небольших рек и речек. В плане они образуют решетчатый рисунок, в крупные звенья которого вложена система более мелких звеньев.
Блоковый характер дислокаций в тектонически активных областях Земли считается неоспоримым фактом. Анализ литературы показал, что и в тектонически спокойных областях характер дислокаций земной поверхности определяют блоки трещиноватости. Распределение приподнятых и опущенных элементов контролируется волновыми деформациями разного порядка. При этом может происходить наложение тектонических волн разной длины и глубинности и разного простирания (Витязь, 1982; Афанасьев, 1982; Бабак, 1982; Лебедева, 1983; Башилов, 1983). По мнению И.Н.Рыжова (1988) смена фаз положительных и отрицательных новейших вертикальных движений, затрагивающих всю территорию Европейского Севера России, обусловлена режимом именно колебательных движений. Именно они служат динамическим фо-
ном для развития локализованных дифференцированных движений.
Изучение анизотропии или дискретности земной коры, начатое А.В.Пейве (1945) в связи с обнаружением глубинных разломов, продолжается геофизиками в исследованиях геолого-геофизической среды и динамических процессов в геосферах (Садовский, 1979, 1983; Са-довскийидр., 1982, 1987, 1988, 1989; Ващилов, 1985; Вартанян, Куликов, 1982; Невский, Фокин, 1986; Сухонос, 1988, 1992; ЦаревГ 1992; Родионов, Сизов, 1994; Адушкин, Спивак, 1994; Кочарян, 1994; Ромашов, Цыганков, 1994 и др.). Выявлены многие геофизические свойства как отдельных блоков, так и всей неоднородной дискретной блоково-иерарчической среды, какой является земная кора.
Идея циклической эволюции рельефа получила признание на рубеже текущего столетия в концепциях В.М.Дэвиса (1962) о географическом (эволюционном) цикле и В.Пенка (1961) о множественности выровненных ступеней в горах (предгорной лестнице). Тектонические движения в дискретной блоково-иерархической среде создавали контрастный рельеф, экзогенные процессы срезали возвышенности, заполняли впадины, меняли уклоны поверхности. Перемещения материала по поверхности Земли, в свою очередь, вызывали движения земной коры. В этом глобальном движении материала выделяются циклы разных порядков. Например, 3.А.Сваричевская и Ю.П.Селиверстов выделяют 18 основных геоморфологических циклов продолжительностью от 500 млн.лет до 1 года.
Таким образом, каждая из перечисленных систем почвообразователен (климатическая, биотическая, материнские породы, рельеф) имеет циклический характер развития, обусловленный собственными, индивидуальными причинами циклогенеза.
1.6. Цюшмеское развитие системы факторов определяет циклическое развитие почвенной системы.. Факт коэволюции климата, биоты и почвенного покрова никем не оспаривается. Для больших отрезков времени (1-2 млн.лет) цикличность совместных изменений данных систем показана для многих регионов мира. Самые полные, практически беспрерывные разрезы Русской равнины, в которых зафиксирована большая часть климатохронологических подразделений, существуют в лессово-почвенной формации внедедниковых областей Украины (Веклич, 1968, 1382, 1987; Сиренко, Турло, 1986; Матвиишина, 1982; Болиховская, 1995 и др.) и Приазовья (Добродеев, 1970, 1982). В ледниковых областях Русской равнины запись климатических и биотических событий в четвертичных отложениях оказалась неполной из-за неоднократного экзарационного воздействия ледниковых тел на подстилающие породы. Но и здесь существуют обобщающие разработки схем биоклиматических изменений, основанные на палеопоч-
венных данных (Величко, 1973; Таргульян, Александровский, 1976; Морозова, 1981; Гугалинская, 1982, 1986; Гугалинская, Алифанов, 1985, 1994; Геннадиев, 1990; Иванов, Лисецкий, 1994 и др.).
Гораздо менее доказанным почвенными материалами является факт циклической коэволюции систем материнских пород и рельефа с почвенными системами, хотя индивидуальному влиянию данных факторов на почвообразование посвящены работы многих почвоведов, начиная с В.В.Докучаева, Н.М.Сибирцева, Г.Н.Высоцкого, С.А.Захарова, С.С.Неуструева, В.Б.Полынова, В.А.Ковды, И.П.Герасимова и др. Как показано выше, оба литогенных фактора развиваются под влиянием, в основном, неотектонических колебаний и климата. Исходя из методо-ж>гии системного подхода, можно предположить, что циклическое развитие пород и рельефа в результате неотектонических движений волнового и дифференцированного характера (как часть внешней среды по отношению к почвенной системе) подчиняет циклическим законам своего развития функционирование почвенной системы точно также, как и бесспорная биоклиматическая цикличность. Этот принцип системности (обусловленность поведения системы поведением ее отдельных элементов, проявление свойств системы в процессе взаимодействия со средой) позволяет высказать предположение, что цикличность почвообразования может быть обусловлена развитием не только биоюшматических, но и литогенных факторов почвообразования. Предположение обсуждается во второй части.
ЧАСТЬ 2. ЛЕТОПИСЬ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ Я ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЗАПИСИ СОБЫТИЙ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ В СУБАЭРАЛЬШХ ОТЛОЖЕНИЯХ
2.1. Циклическое строение и причины стратиграфических пробелов в субазрал&иых четвертичных отделениях. Наиболее доступная для изучения прежних состояний почвенных покровов в четвертичный период информация заключена в погребенных почвах, которые обычно изучают в естественных обнажениях и стенках карьеров, т.е. на протяженных по ширине "стенках разрезов" субаэральных отложений. Очень часто разные стенки одного обнажения имеют разное строение слагающих их слоев рыхлых отложений, встречаются участки, на которых конкретная погребенная почва исчезает полностью, и участки, на которых сохранилась только ее нижняя часть, а верхняя часть почвы оказалась срезанной перекрывающими отложениями. Закономерности записи событий почвообразования, связанных с формированием профилей почв и их последующими изменениями, сохранностью или исчезновением, выявляются при анализе открытой динамичной системы почва - ландшафт - земная поверхность. Как известно, самым общим
на поверхности Земли является процесс рельефообразования (морфогенез) , отражающий взаимодействие эндогенных и экзогенных процессов. Действие внешних процессов, в основном, климатических, заключается в переносе материала под контролем сил гравитации с более высоких участков суши на более низкие. В итоге понижения —надстраиваются—за-счет-отложения-тонких-слоев^ накапливающихся-один поверх другого, а повышения срезаются. Тектонические процессы "работают" в направлении, противоположном действию силы тяжести, создавая новые возвышенности и поддерживая непрерывность внешних процессов. Напичие в рыхлых отложениях погребенных почв свидетельствует о том, что в ходе циклов эрозии и осадконакопле-ния были периоды относительной стабилизации или фазы устойчивого развития ландшафта. Фазы неустойчивого развития ландшафта характеризуются сокращением почвенного покрова, ускоренным удалением приповерхностного материала почвенных профилей из зон деградации, выносом его или в зоны аградации ландшафта, или за пределы ландшафта.
Если фазы устойчивого и неустойчивого развития ландшафта сменяли друг друга циклически, формируются циклически построенные, стратифицированные поверхностные толщи рыхлых отложений, состоящие из серий погребенных почв, профили которых могут быть вложены, наложены или отделены друг от друга слоем непочвенного материала. Цикличность осадконакопления представляет собой явление планетарное и доказана на громадном фактическом материале тектонистами, геоморфологами, стратиграфами, палеогеографами, па-леопочвоведами. Для рассматриваемой территории центра Русской равнины бесспорный факт циклического строения субаэральных четвертичных отложений с использованием современных методов датирования был установлен в 60-е годы (Герасимов, Серебрянный, Чеботарева, 1963; Серебрянный, Чеботарева, 1963; Величко, 1963,1973). Одновременно (Веклич, 1965, 1968, 1982; Добродеев, 1970; Морозова, 1981; Гугалинская, 1982 и др.) были выявлены циклы почвообразования и установлена разномасштабность циклов, связанная, в основном, с разномасштабностью палеоклиматической изменчивости (например почвы межледниковые или межстадиальные).
Результаты нашего изучения истории почвообразования с использованием возрастных корреляций погребенных почв в качестве литостратиграфических единиц показывают, что не всегда разное сочетание погребенных почв в разных разрезах может быть объяснено размывом этих конкретны:', толщ субаэральных отложений в разных климатических условиях. Например, неклиматические причины разного стратиграфического строения двух рядом расположенных субаэральных
толщ очевидны (рис.1). На этом рисунке схематически показано строение склоновых отложений на уровне IV надпойменной террасы р.Оки в районе г.Пущина на обоих склонах долины. По руслу реки в данном месте проходит тектонический разлом высокого таксономического ранга (Карта...,1980). На северном склоне долины достаточно полно представлены доднепровские почвы, изученные А.Г.Назаровым (1990), стратиграфически заиегающие нюне днепровской морены.- Пос-леднепровское почвообразование представлено лишь современными го-лоценовыми почвами. На южном склоне долины, по нашим исследованиям, напротив, доднепровские почвы отсутствуют, но практически полно представлены последнепровские эпохи почвообразования разных таксономических уровней (разр.1-84): голоценовая, пущинская, брянская, микулинская и, как мы предполагаем, одинцовская-, т.е. в одних и тех же климатических условиях, в одной и той же ландшафтной позиции на двух тектонических блоках, разделенных тектоническим разломом (который освоила р.Ока), сформировались четвертичные толщи, имеющие разное стратиграфическое строение. Наиболее логичное объяснение этого факта, с нашей точки зрения, может быть связано с разной тектонической историей этих блоков, поскольку климатическая история у них общая. Северный блок в последнепровское время, видимо, находился в состоянии перманентного воздымания, в результате чего сформированные в фазы стабильного развития ландшафта в одинцовское, микулинское и брянское время почвенные покровы оказались денудированными в фазы нестабильного развития ландшафта. Южный блок в это время, видимо, был или тектонически стабилен, или опускался, поэтому сформированные почвенные покровы оказались погребенными. В доднепровское время ситуация, видимо, была обратная: опускался северный блок, а воздымался южный, на котором оказался денудированным лихвинский почвенный покров.
Пример циклического формирования стратифицированных субаэ-ральных четвертичных отложений, стратиграфические пробелы в строении которых прямо связаны с тектоническим развитием участка, показан на рис.2. Изучен участок стенки Павловского гранитного карьера (Воронежская обл.), содержащий погребенные почвы - елиза-ветовскую суббореальную (радиоуглеродный возраст около 3,5 гыс.лет) и гаврильскую, сформированную в аллерёде (возраст около 11 тыс.лет) (Шевырев,... Гугалинская и др., 1988). В геоморфологическом отношении ареал погребенных почв соответствует пойме з.Таврило. Рассматриваемый участок долины реки локализован в пределах зоны Лосевско-Мамонского глубинного разлома, в которой зафиксированы многочисленные эпицентры современных землетрясений. Сроме того, рассматриваемый участок характеризуется периодическим
Рис.1. Схема строения склоновых отложений долины р.Оки в районе г.Пущина (.гевобережье - по Л.Г.Назарову, 1990, правобережье - по автору). 1 - карбояовые известняки (С2); 2 - элювий из-зестняков; 3 - лугово-болотная почва лихвинского мекледниковья; 4 - лихвинсная лугово-лесная почва; • 5 - днепровские флювиогляциальные отложения (^10. dn); 6 - днепровская морена (гК} <3п); 7 - верхнеплейстоценовые песчаные отложения (¡3 ); 8 - современная серая лесная почва; 9 - путинская почва; 10 - слоистые суглинистые отложения; 11 - брянская почва; 12 | микулинская почва; 13 - одинцовская почва; 14 - криогенные клиновидные деформации; 15 - ср.31с - буровая окиажина (Назаров, 1990), 1-84П - разрез автора.
ЦашсЦ 2
А
ПИ
и
ю
4- +
и
¿2 12
Рис.2, Геологический разрез через долину р.Таврило (Калачская возвышенность), в пределах которой распространены ископаемые почвы. 1 - современная лугово-черноземная почва; 2 - погребенные почвы: елизаветовская и гаврильская; 3 - прослои торфа духовс-ких (московских) и бундовских (средневаядайских) слоев плейстоцена; 4 - диатомовые алевролиты; 5 - глины; 6 - глины песчанистые; 7 - пески с горизонтальной слоистостью; 8 - песет с косой слоистостью; 9 - гравий и галька; 10 - туронский писчий мел; 11 -граниты Шкурлатовского купола; 12 - тектоническое нарушение.
"ростом" гранитных куполов-протрузий. Купола "росли", в следующее интересующие нас отрезки времени: предосерединское (10,4 тыс.л.н.), предпреображенское (8,5 тыс.л.н.), предъелизаветовское (4,5 тыс.л.н.). В результате этих тектонических нарушений образовались участки, на которых погребенные почвы оказались снесенными,_т^а^вланной локальной стратиграфической колонке существуют
пробелы, и связаны они непосредственно с тектоническими движения^ ми.
2.2. Циклическое строение поздневалдайсних покровных суглинков и причины стратиграфических пробелов в ии£. Изучение закономерностей пространственного распространения горизонтов почв в траншеях, карьерах, археологических шурфах показало, что не только четвертичные толщи, но и их самая верхняя часть, представляющая современные почвенные профили, может рассматриваться как циклически построенные образования, имеющие как собственную стратификацию, так и стратиграфические пробелы. Литостратиграфической единицей в рассмотренных профилях является уже не погребенная почва (межледниковая или межстадиапьная), а почвенный горизонт. Наши исследования показали, что многие почвенные горизонты, входящие в систему иллювиальных, являются самостоятельными почвенными образованиями, иногда состоящими из 2-3 парагенетических горизонтов, в основном гумусового, подгумусового и иногда гор.С. Эти первичные, слабо выраженные, эмбриональные почвы мы назвали элементарными почвенными образованиями (ЭЕО). То есть почвенный горизонт сам является почвой, только усеченной, часто лишенной своего эмбрионального гумусового горизонта.
Доказательства существования ЭПО можно разделить на прямые и косвенные. К числу прямых доказательств относится наличие в ЭПО парагенетического гумусо-аккумулятивного горизонта, поскольку он формируется на дневной поверхности, а если и погребается, то указывает на наличие погребенной дневной поверхности. Пример наличия нескольких ЭПО в профиле серых лесных почв в р-не Владимира схематично показан на рис.3. В левой части стенки (раэр.6-88) вскрывается очень растянутый профиль серой лесной почвы, перекрытый 2,5-метровой толщей слоистого гумусированного материала. Радиоуглеродный возраст, определенный по сумме гуминовых кислот, показал, что накопление этого материала было практически одновременным: от 3 до 3,5 тыс.л.н.. Подстилается профиль серой лесной почвы горизонтом мергелистого суглинка, под которым залегает погребенная почва возрастом 22700 лет, которая, в свою очередь, подстилается микулинским торфяником, возрастом около 100 тыс.лет.
В правой части рисунка изображена часть стенки карьера, на
Разрез 40-84
3100+-120 лет (ГИН-7651)
3600+-120 лет (ГИН-7652)
3460+-100 лет (ГИН-7653)
22700+-200 лет (ГИН-7654)
°"5 1-0 1.5
Рис.3. Строение серой лесной почвы. Владимирское ополье.
2.0 км
Ali
Ab
"^ЛДпт
которой можно наблюдать как горизонт гумусовых зеркал (rop.Bth) накладывается на нижележащий гор.Вса, имеющий собственный, парагенетичес-w ,^-уму£юш[СШРИзонт_иоба ЭПО вместе поднимаются к дневной поверхности.
Другой пример, в котором имеются прямые доказательства пребывания на дневной поверхности-каждого из ЭПО, показан на рис.4. Это масштабная зарисовка стенок шурфа глубиной более 4 м на стоянке древнего человека Костенки 1 на Дону (разр.1-83К). Здесь практически под гумусовым горизонтом чернозема залегают 6 погребенных почв. Различаются эти погребенные почвы, главным образом, цветом, наличием или отсутствием признаков па-леокриогенеза, содержанием гумуса и некоторых валовых форм элементов.
Отличительной особенностью этого разреза является наличие в нем 4-х культурных слоев, содержащих остатки материальной культуры человека (артефакты), залегающие in situ. Культурные слои приурочены к верхним частям профилей погребенных почв. Первый из них залегает почти сразу под гумусовым горизонтом на
границе с подстилающей 1-ой погребенной почвой (с гор.2АВ). По костному углю из этого культурного слоя Л.Д.Сулержицким (Палеолит..., 1982) получена серия дат, минимальная из которых составляет около 22 тыс. лет. Чрезвычайно интересным является тот факт, что под современным гумусовым горизонтом данного профиля чернозе-
Рис.4. Схематическое строение разр.1-83К (вверху). Палеокриоге-нные деформации погребенных горизонтов в разрезе 1-83К (внизу).
ма на глубине около 1 м в толще иллювиального горизонта залегают артефакты возрастом около 22 тыс.лет и более, разделяющие иллювиальный горизонт чернозема (Вса + 2АВ) на два подгоризонта, нижний из которых когда-то был дневной поверхностью. Это интересно и потому, что в разр.б-88 (рис.3) погребенная почва примерно этого возраста залегает на глубине около 7 м, значительно ниже профиля серой лесной почвы.
К числу косвенных доказательств бывшего пребывания почвенного горизонта на дневной поверхности и, следовательно, проработки процессами почвообразования, мы отнесли наличие артефактов, залегающих in situ внутри почвенных профилей, но в отсутствие параге-нетических гумусо-аккумулятивных горизонтов. Такие профили встречаются довольно часто вблизи археологических памятников.
2.2.1.Страткгрг£пеская слона гипотетического полного профиля (центральный образ) почв. Путем сопоставления большого числа разрезов дерново-подзолистых и серых лесных почв от Вологды до Тулы (рис.5) была выявлена последовательность напластования ли-тостратиграфических единиц, которые одновременно являются почвен-но-генетическими горизонтами иди ЭПО, и составлена стратиграфическая колонка почвенных горизонтов (рис.6). Эта колонка представляет собой гипотетический -слозкный профиль и названа нами центральным образом почв. Оказалось, что реальные профили почв на всей территории исследования состоят из разных комбинаций практически одних и тех же почвенных горизонтов. Исключение составляет самая верхняя, связанная с дневным гумусовым горизонтом часть профилей дерново-подзолистых и серых лесных почв, меняющаяся в соответствии с голоценовой биоклиматической зональностью.
Эта верхняя часть профиля в дерново-подзолистой почве состоит из подстилки, горизонтов гумусо-аккумулятивного и гумусо-элю-виального, включающего два подгоризонта: верхний белесый и нижний палевый. Строение верхней части профиля в серых лесных почвах Владимирского, Пущинского и Тульского ключевых участков может быть различным. Нами отмечены, как минимум, три варианта строения. Первый: дневной гумусо-аккумулятивный горизонт сразу сменяется вторым гумусовым горизонтом; второй вариант: дневной гуму-со-аккумулятивный горизонт сменяется вторым гумусовым горизонтом постепенно, через осветленный переходный гумусо-элювиальный горизонт; третий вариант: дневной гумусо-аккумулятивный горизонт подстилается иллювиальным подгумусовым, под которым залегает второй гумусовый горизонт.
Нижележащая часть профилей исследованных почв, начиная с rop.2Bt, представлена комбинациями нескольких ЭПО (со 2-ого по
Пущино
Рис.5. Стратиграфические корреляции Элементарных почвенных I образований (ЭПО) в профилях дерново-подзолистых (Вологодский участок) и серых лесных почв (Владимирский, Пу-щинский, Тульский участки) (30-84, 11-89 номера разрезов; АО - 6Вса,Б -генетические горизонты).
Рис.6. Схема строения центрального образа серых лесных и дерново-подзолистых почв.
7-ое), каждое из которых иногда имеет собственный слабо выраженный гумусо-аккумулятивный горизонт. Такие профили имели бы рассматриваемые почвы, если бы при их формировании сохранились все горизонты, развивавшиеся в процессе становления почвенного покрова. Ниже 7-го ЗЛО'на глубине около 2-2,5м наблюдается иногда 1зесьма7отчетливая-смена-порсуи_выще залегает толща бурого, ост-руктуренного лессовидного покровного суглинка (и именно в—нем-развиты ЭПО), ниже - горизонт значительно более опесчаненный, с явными признаками переувлажнения. В районе Пущина эта нижняя толща венчается погребенной почвой, обозначаемой индексом 8ВГз6.
Факт наличия в реальных профилях на глубине 2-2,5 м погребенной почвы, разделяющей почвообразуюшую и подстилающую породу, интересен тем, что позволяет установить нижний временной предел накопления почвообразующего материала для голоценового почвообразования. В самом деле, суглинистый чехол, перекрывающий погребенную почву, должен быть моложе этой почвы, радиоуглеродный возраст которой составляет 18800+-1200 лет (ГИН - 4025). Как известно, около 20 тыс.лет назад на русской равнине отмечалось максимальное похолодание, после которого ледниковый покров начал быстро, но лостадийно, разрушаться. Таким образом, накопление почвообразую-щих покровных лессовидных суглинков в центре Русской равнины совпало с отступлением последнего ледникового покрова.
Исследованная погребенная почва (8ВГзв) по морфологическим, микроморфологическим и аналитическим данным может быть отнесена к почвам дерново-глеевого типа почвообразования с наличием палеок-риогенных признаков. Факт отсутствия в литературе сведений с свойствах этой погребенной почвы, развитой в пределах лесной зонь центра Русской равнины и имеющей возраст около 18-19 тыс.лет, позволил нам назвать исследованную почву по месту обнаружение "путинской". По-видимому, путинская почва может быть сопоставлена с уровнем оглеения, выделенным для западной части Русской равнит А.А.Величко и Т.Д.Морозовой (1969), или весело-вознесенской почвой юга Русской равнины, выделенной О.П.Добродеевым (1970).
Отличительной особенностью самого нижнего седьмого компонента центрального образа шчв(7ЭП0), является тиксотропность. Материал тиксотропного ЭПО буровато-палевого цвета, оглеен, содержи' большое количество охристых и черных примазок и новообразований По гранулометрическому составу 73П0 одно из самых тяжелых в каж дом профиле, материал бархатистый на ощупь. Особенность валового состава - максимальное по профилю содержание окислов алюминия магния и натрия. Состав гумуса тиксотропного ЭПО фульватны
(Сгк:СФк=0,7). По морфологическому облику - это эмбриональна
*
дерново-глееват почва. По-видимому, тиксотропность в современных почвах просто унаследуется от данного этапа почвообразования.
Характерной особенностью 6ЭП0 является криоморфивм. Фракционный состав гумуса 6ЭП0 особенный: резко преобладают гуминовые кислоты (Сгк:СФк=4), а среди них - фракция 2. Криоморфные признаки этой эмбриональной почвы голоценовым почвообразованием, в основном, наследуются и трансформируются.
Главной особенностью 5ЭП0 является наличие карбонатных конкреций. Внутренняя часть этих конкреций производит впечатление ок-ремневшей. Иногда, если конкреция сильно разрушена, стенки полостей покрыты черной пленкой. Фракционный состав гумуса 5ЭП0 показывает самое большое по профилю содержание негвдролиэуемого остатка, а Сгк:Сфк=1. Карбонатность данного ЭПО в современных почвах, в основном, стирается.
Четвертый компонент профиля • - горизонт "гумусовых зеркал" или трещиноватый, блоковый горизонт. Верхние, а также боковые грани блоков (т.е. стенки трещин) 4ЭП0 покрыты мощными гуму-со-глинисгыми пленками, материал для которых поступал по магистральным трещинам начиная с горизонта 2АЬа (второго гумусового). Эти магистральные трещины,' по крайней мере, наиболее длинные из них, доходят до характеризуемой блоковой эмбриональной почвы, замыкаются на нее и гаснут в ней. Свойства этого горизонта отражены в работах М.А.Глазовской (1974) и В.О.Таргульяна с соавторами (1974). Добавим только, что трещиноватость 4ЭП0 современными почвами наследуется и используется в качестве каналов миграции почвенных растворов и суспензий. О том, что гумус самой почвы и гумус пленок на гранях ее блоков имеют разную природу, свидетельствует принципиально разный фракционный состав их гумуса. Гумус блоковой эмбриональной почвы малорастворим (негидролизуемый остаток составляет около 70%) и почти нацело гуматный (Сгк:Сфк=3,2-5,5). Гумус пленок, напротив, весьма растворим (негидролизуемый остаток составляет около 20% и имеет фульватный состав СГк'Сфк=0,5). Причем состав гумуса пленок мало меняется по всей длине магистральных трещин, т.е., начиная со 2ЭГО.
Третий компонент - ЗЭПО встречается практически во всех профилях почв. Это горизонты наилучшей по профилю и полной острукту-ренности почвенной массы очень характерной формы: в верхней под-гумусовой части структура столбчатая или карандашевидная, ниже переходящая в ореховатую, а еще ниже - в призмоввдную, т.е. ЭПО имеет морфологические признаки, присущие солонцеватым почвам. Цвет основной массы бурый, структурные отдельности покрыты коричнево-бурой пленкой. Особенность валового состава: также как и в
тиксотропной эмбриональной почве, в ЗЗПО увеличено содержание соединений алюминия, магния, натрия и калия, а кроме того еще и железа. То есть в этой оструктуренной почве также проходило накопление гидрофильных коллоидов, хотя тиксотропных свойств не обнаружено. Гумусовый горизонт ЗЭПО морфологически очень напоминает второй гумусовый горизонт, развитый в рассматриваемых почвах.
-Второй-сверху__компонент полного профиля почв - 23П0 - связан
с так называемым вторым гумусовым горизонтом. Специальное изучение этого объекта показало, что свойства 2ЭП0 на территории исследования отвечают условиям мерзлотного гидроморфного почвообразования (Алифанов,1992,1995; Алифанов, Гугапинская,1993). Эта криоморфная мерзлотно-гидроморфная почва имеет чаще всего почти черный с сизоватым оттенком гумусо-аккумулятивный горизонт, плотное сложение, хорошую и полную ореховато-порошистую оструктурен-ность, гуматный состав гумуса.
Самый верхний компонент рассматриваемых почв, 1ЭПО, мы считаем чисто голоценовым образованием. Это самый легкий по гранулометрическому составу слой. В ареале дерново-подзолистых почв в его рределах сформировался микропрофиль подзолистой почвы (см.разр.30-84). Такие почвы в центре Русской равнины наиболее детально изучены Б.А.Ильичевым (1982), В.Д.Тонконоговым (1985) и др. Формирование таких микропрофилей авторы обычно связывают именно с голоценовым почвообразованием. Голоценовое почвообразование в ареале серых лесных почв центра Русской равнины отображено в работах И.С.Урусевской (1963, Урусевская и др.,1982, Добровольский, Урусевская, 1984 а,б,); В.П.Ахтырцева (1979), В.М.Али-фанова (1980,1995) и др.
На рис.5 изображены реальные профили почв, имеющие почти максимальный набор генетических горизонтов. Материал этих горизонтов, предполагается, накапливался на дневной поверхности последовательно, последовательно же прорабатывался процессами почвообразования, в результате чего каждый слой превращался в ЭПО со своими специфическими характеристиками. Парагенетическая связь между горизонтами возникла лишь в голоцене, когда процессы почвообразования перешли в ранг межледниковых.
Межледниковое голоценовое почвообразование, обладая значительно более высокой энергией, а следовательно, и скоростью процессов почвообразования по сравнению с перигляциальным почвообразованием, при наложении на поздневалдайский педоциклит, состоящий из систем ЭПО, формировало полигенетический профиль исследованных почв. Голоценовое почвообразование, используя ЭПО как материальную основу почвообразования, трансформирует, дорабатывает или
стирает признаки поздневалдайского почвообразования (таблица).
2.2.2. Стратиграфические пробелы в педоциилитах и пркщяш из образования. Сопоставление достаточно полных, но пространственно разобщенных почвенных профилей (стратиграфическая корреляция почвенных профилей) показало, что почти все они имеют нарушения выявленной для центрального образа последовательности напластования ЭГО, обусловленные выпадением из профилей какой-то их части. То есть в реачьных почвенных профилях существуют стратиграфические несогласия или стратиграфические перерывы. Отличительной особенностью таких перерывов является отсутствие явных признаков сноса материала, выпадение конкретных ЗЛО из профилей практически не сопровождается заметным размывом подстилающих их ЗПО; т.е. пере-Рыеы являются скрытными. Поэтому морфологическое выявление перерывов требует использования педостратиграфической колонки из ЭПО, представляющей центральный образ почв.
Анализ стратиграфии реальных почвенных разрезов, практически не имеющих 6-7-компонентного строения профилей, характерного для центрального образа почв, свидетельствует о том, что процесс формирования большей части почвенных профилей, начавшийся около 20-18 тыс. лет назад, прерывался на какие-то, разные в разных разрезах, отрезки времени, на которые попадают стратиграфические пробелы. Практически в каждом конкретном почвенном разрезе существуют перерывы в последовательности напластования слоев НПО, установленной при построении гипотетического полного профиля. В четвертичной геологии такие профили назвали бы стратиграфически неполными.
Процесс формирования почвенных профилей, как мы его себе представляем, это процесс формирования литопедогенностратифициро-ванной в основном в доголоценовое время толщи, имеющей стратиграфические несогласия. Это означает, что во многих почвенных профилях возрастная последовательность напластования ЭГО в доголоцено-вой материнской стратиграфически расчлененной толще нарушена. Нарушения возрастной последовательности обычно вызываются тем, что на определенных хронологических отрезках процесса накопления материала имели место или перерывы этого процесса, или размывы (эрозия) ранее отложенного материала. Причины для размыва могут быть разные, главными из которых считают климатические и тектонические.
Климатическая обусловленность уничтожения, размыва или эрозии участков почвенных покровов (разрушение земной поверхности и поверхностных горизонтов почв временными и постоянными водными потоками, дождем, ветром, воздействием замерзания и оттаивания
Таблица
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЭГО И ИХ ЭВОЛЮЦИЯ ПРИ НАЛОЖЕНИИ ГСШОЦЕНОВОГО ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ
ЭПО Определяющее свойство - 1 Дополнительные свойства Эволюция основного свойства
Наследуется Стирается Трансф< руетс эрми- Дорабатывается
2ЭП0 Темноцветность и криоморфизм гумусового горизонта Плотное сложение, полная и хорошо выраженная плитчато-поропжстая ост-рукгуренность; Сгк:Сфк = 1.1-1.5 (в морозобойных трещинах = 2.5-4.0). нннннннннннн нннннннннннн нннннннннннн нннннннннннн нннннннннннн ннннннш iHHHH
ЗЗПО Оструктурен-ность Полная и хорошо выраженная структура: столбчатая или карандашевидяая в верхней части, ореховатая или призмовид-ная в нижней; повышенное валовое содержание соединений Fe, Al, Mg, Na, К нннннннннннн нннннннннннн нннннннннннн ннннннш IHHHH нннннннннннн нннннннннннн
4ЭПО Трещиноватость Гумусо-глинистые пленки, покрывающие стенки трещин. Гумус пленок растворим (негидролизуемый остаток = 20%), Сгк:Сфк =0.5. Гумус ЭПО маяорастЕО-рим (негидролизуемый остаток = = 70-75%), Сгк:Сфк = 3-4. нннннннннннн нннннннннннн нннннннннннн ? ннннннн; ■fflHHH нннннннннннн
5ЭП0 Карбонатность Карбонатные, часто окремневшие, конкреции с полостью внутри (дутики), иногда покрыты гумусовой пленкой. нннннннннннн нннннннннннн нннннннннннн нннннннннннн нннннннннннн ннннннш iHHHH
6ЭП0 Криоморфизм Грунтовые клиновидные структуры (изначально грунтовые или псевдоморфозы по жильным льдам) в криогенных межблочных понижениях; клиновидность гумусового горизонта на криогенных блочных повышениях; Сгк:Сфк =4-5. нннннннннннн нннннннннннн нннннннннннн нннннннннннн ннннш^ннннн
73ПО Тиксотропность Повышенное валовое содержание соединений Al, Mg-, Na; Сгк:Сфк=0.5-0.7. нннннннннннн нннннннннннн ? 7
почвы, солифяюкции, абразии, пучинности, суффозии, оллывин, оползней и многих других процессов) обсуждается в почвоведении со времени возникновения самой науки. В области изучения эрозии почв достигнуты замечательные результаты. Однако исключительно климатическая обусловленность циклического протекания процессов денудации и погребения почвенного покрова не объясняет всех причин формирования ледоциклигов. В качестве дополнительного к климатическому фактору разрушения участков почвенных покровов, как и в.елучазд с толщей четвертичных отложений, показанных на рис.1 и 2, мы рассмотрели тектонический. Недостаточность только климати-. ческого обоснования наличия стратиграфических пробелов в реальных почвенных профилях выявляется при рассмотрении хронологии процессов формирования профилей.
ЧАСТЬ 3. ХРОНОЛОГИЯ ПРОЦЕССОВ гОР*,ЯРОВАШ£Я ПОЧВЕННЫХ ПР08КЕЙ
При изучении неюшматических причин стратиграфических пробелов в системах почвенных горизонтов или, в наших терминах, 3110, использовались следующие методы: 1 - исключение влияния климатического фактора на стратификацию педоциклитов путем сопоставления разрезов, сформированных в непосредственной близости друг от друга в условиях одинаковой климатической изменчивости и в одинаковых геоморфологических позициях (метод ключей); 2 - определение абсолютного (радиоуглеродный метод) или относительного (археологический метод) возраста ЭПО. Основной задачей применения методов датирования ЭПО является доказательство разновозрастности ЭПО. Дальнейшая интерпретация определялась применением комплекса сравнительно-экологических методов, каковыми, по определению К.А.Соколова (1985,1990,1993), являются методы литорядов, топорядов почв, в сочетании со стратиграфическим, палеогеографическим, палеобиологическим и палеопедологическим методами. Если комплекс использованных методов охарактеризовать как определенную целостность, то эту целостность можно определить как метод ЭПО, входящий в систему сравнительно-экологических методов и характеризующий хронологический процесс формирования почвенных профилей.
3.1. Форюфованке почвенная профилей из разновозрастных погребенных почв. Курчатовский ключевой участок расположен на правом борту долины р. Сейма (Курская обл.), на склоновой водораздельной поверхности, рассеченной логами и оврагами, выходящими к реке. В основании рыхлых поверхностных толщ залегают меловые отложения. В небольшом меловом карьере в одной из стенок в толще поверхностных суглинков обнаружены две погребенные почвы, фаци-
Рис.7. Фациальное замещение погребенными почвами горизонтов 2В и ЗВ1 темно-серой лесной почвы (разр.15-92).
ально замещающие два генетических горизонта дневной темно-серой лесной почвы (рис.7, разр. 15-92). Профили обеих погребенных почв состоят из одинаковых композиций парагенетических горизонтов (гумусового и подгумусового); обе почвы представляют собой гидро-морфный вариант дерновых почв. Нижняя из почв отличается большей мощностью, большей интенсивностью окраски горизонтов, лучшей выраженностью ореховато-плитчатой оструктуренности, общей трещино-
;атостью, наличием мощных коллоидных пленок по граням структурных >тдельностей. Радиоуглеродный возраст верхней погребенной почвы, >пределенный по сумме гуминовых кислот(фракции 2+3), составляет 130+-40 лет (ГИН-7655), нижней - 10360+-900 лет (ГИН-7657).
Как видим, подгумусовая часть современной серой лесной почвы разр.15-92) состоит из двух разновозрастных слоев лессовидного углинка, каждый из которых при морфологическом описании выделятся в профиле как генетический горизонт 2В или 3Bt. На самом де-е у каждого из этих горизонтов был собственный гумусо-аккумуля-ивиый горизонт, каждый из них является частью самостоятельного огребенного ЭПО, у каждого из этих двух ЭПО была собственная невная поверхность. Согласно радиоуглеродным датировкам время уществования дневной поверхности для нижней почвы попадает в ин-ервал похолодание молодой дриас плюс половецкое потепление, для грхней - на начало атлантического климатического оптимума.
По гранулометрическому составу наиболее легкой оказывается эрхняя гумусированная, заведомо голоценового возраста часть про-лля серой лесной почвы, сформированная в перекрывающем погребен-je почвы материале.
По фракционному составу гумус погребенных почв является наи-элее растворимым и наиболее гуматным в разрезе, при этом почти зловина (42,6%) всех их гумусовых веществ оказывается гуминовыми юпотами, связанными с кальцием. Различаются эти почвы, главным ¡разом, тем, что верхняя из них имеет относительно повышенное ¡держание фульвокислот, связанных с кальцием. Обращает внимание >т факт, что хотя рассматриваемый почвенный профиль подстилается уювыми отложениями, содержание обменного кальция в профиле не ¡ляется повышенным. В подгумусовых горизонтах серых лесных почв »лее северных районов (например района Пущина) и даже дерно->~ подзолистых почв в районе Вологды содержание обменного кальция ime. Это может означать, что даже в самых благоприятных условиях [Копления карбонатов в профиле почв (разр.15-92) не происходило, рбонатной стадии времени формирования 5ЭП0 данный профиль не оходил, поскольку его нижним компонентом является ЗЭПО.
В полукилометре от охарактеризованного карьера с разр.15-92, ше по водораздельному склону был заложен контрольный зр.16-92. Профиль разреза 16-92, хотя и сформировался на той же временной склоновой поверхности, имеет увеличенный по сравнению разр.15-92 композиционный набор ЗПО за счет добавления 4ЭП0 и ПО, т.е. начало формирования почвенных профилей на данном клювом участке центра Русской равнины относится как минимум ко емени формирования 6ЭП0. Факт отсутствия в рядом расположенных
разрезах отдельных ЭЛО или частей ЭЛО (в частности,, их гумусовь» горизонтов) разной климатической историей не объясняется.
3.2. Формирование почвенных профилей на разновозрастных поверхностях. Исследования на ключевом участке, расположенном в Вологодской, обл. , проводились в непосредственной близости от границы валдайского ледникового-покрова^щаружи_и^внутри его ареала Период стадиальной деградации валдайского ледникового покрова : палеогеографическом отношении достаточно хорошо изучен (Гераси мов, Марков, 1939; Марков и др., 1961, 1965; Серебрянный,1963 1965, 1974, 1980; Серебрянный, Чеботарева, 1963; Последний евро пейский..., 1965; Величко, 1973; Чеботарева, Макарычева, 1974 Разрезы отложений...1977; Структура и динамика..., 1977; Палеоге ография Европы..., 1982; Свиточ, 1987 и др.). Перед краем отсту пающего ледника широко распространялись плотинные озера, уровн спада которых зафиксированы сериями террас в их отложениях. Сери таких озерно-ледниковых террас известна в исследованной Сухонско впадине. На рис.8 изображена сводная схема строения приповерх ностных отложений водоразделов, озерно-ледниковых и озерных тер рас в Сухонской и Лежской низинах, составленная по почвенным раз резам, заложенным по нескольким нивелирным ходам. Два незатапли ваемых водораздельных участка (южный и центральный) сложены позд невалдайскими пылеватыми покровными суглинками, на которых сфор мированы дерново-подзолмстые почвы. Несмотря на одинаковое! ландшафтной позиции этих участков, профили почв на них имеют раз ный композиционный состав ЭПО. На южном участке сформированы по^ вы, по составу ЭПО близкие к гипотетическому идеалу (paзf 30-84), т.е. с практически полным набором ЭПО. В дерново-подзе листых почвах на возвышенности Авнига (центральный участок) профиле почв отсутствуют 4ЭП0, 5ЭД0, 7ЭП0, 83П0.
На северном незатапливаемом ■ водораздельном участь (разр.8-85) на дневную поверхность выходит московская морена, пе рекрытая маломощным (около 0,5м) чехлом песчано-супесчаных включениями валунов отложений перемытой морены. Именно в этом пс луметре развиты иллювиально-;,;елезистые подзолы с простым моноко» понентным строением профиля А0-А2-ВГе, подстилаемые оглееннс красновато-бурой московской мореной. Ответ на вопрос почему 1 северном водораздельном участке геолого-геоморфологического пр< филя отсутствуют валдайские покровные суглинки можно получит если рассмотреть неотектоническую историю данного участка. ] "Карте геоморфолого-неотектонического районирования Нечернозем» зоны РСФСР" (1980) М 1:1,5 млн. (под.ред. Е.К' Сергеева) изучена участки профиля по строению почв почти точно совпали с выделенн)
Рис.8. Почвенно-геоморфологический профиль через Сухонскую низину и прилегающие территории. Условные обозначения: 1 - лессовидные суглинки; 2 - завалуненные пески; 3 - пески; 4 - моренные суглинки (московского возраста); 5 - погребенные почвы; 6 - шоколадные глины: Са - с карбонатными конкрециями, Ре - с глинисто-железистыми конкрециями; . 7 - лессовидные глеевые-суглинки; 8 - почвенные разрезы и их номера; А,Б,В,Г - отметки уреза воды приледникового водоема в равные стадии оледенения. В верхней части рисунка показано деление территории на элементарные тектонические блоки: (+) - воздымающиеся, (-) - опускающиеся.
ми блоками. Южный участок с полнокомпонентными профилями суглинистых дерново-подзолистых почв совпал с преимущественно опускающимся блоком; центральный участок с суглинистыми дерново-подзолистыми почвами, профили которых содержат стратиграфические пробелы, совпал с блоком, преимущественно воздымающимся. Северный участок с полностью отсутствующими валдайскими покровными суглинками совпал с устойчиво воздымающимся в настоящее время блоком. Исключение воздействия фактора климатической изменчивости в пределах геолого-геоморфологического профиля позволяет связать отсутствие валдайских суглинков на северном блоке с процессами их денудации в стадии тектонического вбздымания.
Кроме того, получает объяснение факт принципиальной разно-компонентности профилей почв на 130-метровой таррасе и низких 110-115-метровых озерных таррасах. Почвенный покров 130-метровой террасы, сформировавшейся в пределах устойчиво воздымающегося блока, состоит из маломощных (около 0,5 м) монопрофильных подзолистых почв (А01-А2А01), развитых в сортированных песчанно-супес-чанных озерных отложениях, гор.В которых практически не выделяется в подстилающей красно-бурой суглинистой морене. Почвенный покров более низких террас, расположенных в пределах устойчиво опускающегося блока, с которого не происходило смыва материала и на котором сохранился чехол озерных осадков, состоит из голоценовых дерново-глеевых почв, профили которых, кроме дневного гумусового горизонта, часто содержат погребенные гумусовые горизонты более ранних ЗПО.
Таким образом, почвенные данные помогают восстановить тектоническую историю данного участка более подробно. Исходя из гипотетического стратиграфически полного центрального образа почв можно предполагать, что южный блок практически весь рассматриваемый период формирования дерново-подзолистых почв (18-19 тыс.лет) находился в состоянии перманентного опускания, поскольку в профилях его почв присутствуют все выделенные нами ЭПО. Центральный блок, по-видимому, находился в состоянии колебательного движения: во время формирования сохранившихся 2ЭП0, ЗЭПО, 6ЭП0 блок опускался; во время формирования эродированных 4ЭП0, 5ЭГО, 7ЭП0, 8ЭП0 блок воздымался. Северный блок, скорее всего, находился в состоянии перманентного воздымания, поскольку на нем вообще не сохранилось покровных лессовидных суглинков.
3.3. Формирование почвенных профилей на одновозрастных поверхностях. Исследования проводились вблизи оз.Лача в Архангельской обл. На рис.9 показаны положения ключевых участков. Разрезы заложены в одинаковой геоморфологической позиции: низкая озерная
15-90
т т т О
т АО -]- 15
т т 1
J2AQ2 J 33
т т т 44
т 302 Т
Т т 1 65
ттт 80
Т 402 т СМ
IT Т
17-90
.'•:'■ АХ :':■'•'•'
.' 2AI .•
.DI
D2
Рис.9. Положение разрезов и строение почв у оз.Лача (Архангельская обл.).
терраса, в 15-20м от уреза воды, с 3-метровым превышением над урезом. Терраса освободилась из-под вод приледникового озера в бёллинге, т.е. примерно 12,5 тыс.л.н., и на дневную поверхность вышли флювисгляциальные грубопесчаные отложения, содержащие дресву и гальку. За все это время на северном участке на флювиогляци-альных песках, подстилаемых валдайской мореной, сформировался монопрофиль песчаной подзолистой почвы мощностью не более 0,5 м (раэрез 13-63).
На восточном участке флювиогляциальные пески оказались перекрытыми метровой толщей хорошо разложившегося 4-слойного торфа, во втором слое из которых встречаются залегающие in situ артефакты эпохи неолита (-7-5 тыс.л.н.) (разр.15-90). Верхние 5-7 см песчано-гравелистого rop.D являются культурным слоем эпохи мезолита, радиоуглеродный возраст которого составляет 8520+-130 лет, (Ошибкина, 1989).
На южной оконечности оз.Лача профиль почвы совершенно иной (разр.17-90). Он состоит из трех песчано-супесчаных гумусовых горизонтов. В верхнем (С0бщ.=4,7%; Сгк:Сфк=1,2) обнаружены артефакты эпохи бронзы (5-2,5 тыс.л.н.), но радиоуглеродный возраст по сумме гуминовых кислот (фракции 2+3) составляет 1500+-40 лет
(ГИН-6598). В среднем горизонте (С0бщ. =3,3%; СГК:СФК=2,1) залегают артефакты эпохи неолита (7-5 тыс.л.н.), но радиоуглеродный возраст составляет 2470+-100 лет (ГИН-6599). Нижний горизонт (Собщ. =4,2%; Сгк:Сфк=4,6) содержит артефакты эпохи мезолита (10-7 тыс.л.н.), но радиоуглеродный возраст составляет 5640+-180 лет (ГИН:6597Ь -—----
Итак, за 12,5 тыс.лет в одних и тех же биоклиматических условиях, в одной и той же геоморфологической позиции грубодисперс-ные водноледниковые отложения оказались перекрытыми или супесью или торфом, или неперекрытыми вовсе. На участках сформировались совершенно разные по типу почвообразования почвы: монопрофиль подзолистой почвы в разр. 13-83; профиль, состоящий из 3-х наложенных друг на друга ЭПО дернового типа почвообразования в разр.17-90; профиль 4-слойной торфянисто-перегнойной болотной почвы в разр. 15-90. Логично предположить, что 3 участка почвенного покрова за одно и то же время, с момента выхода из-под вод приледникового озера одних и тех же пород, пережили разную историю при неизменных биоклиматических условиях. Значит циклически изменялся оставшийся фактор почвообразования - рельеф. И именно он контролировал циклическую эволюцию разных участков почвенного покрова. Причины циклической изменчивости гипсометрического положения отдельных блоков низкой озерной террасы, скорее всего, можно связать с ритмическими колебательными неотектоническими движениями блоков.
ЧАСТЬ 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ И ВЫВОДЫ
4.1. Обсуждение результатов. Изучая строение почвенных профилей в траншеях, карьерах, на трансектах мы встретились с явлением неконформности почвенных горизонтов друг другу, если традиционно рассматривать их только как систему парагенетических горизонтов. Например, некоторые из подгумусовых генетических горизонтов обладали собственным, независимым от дневного гумусового, характером пространственного расположения,' собственными закономерностями ландшафтно-геохимического развития; иногда иллювиальные горизонты отделялись друг от друга культурными слоями или отдельными артефактами, залегающими in situ, иногда при каком-либо из иллювиальных горизонтов существовал парагеьетический ему гуму-со-аккумулятивный горизонт. То есть почвенные горизонты представляют собой элементарные почвенные образования (ЭПО) или фрагменты ЭПО, если их гумусовые горизонты отсутствуют. Почвенные профили представляют собой, соответственно, системы напластований ЭПО;
эти системы мы назвали педоциклитами. Локальность композиций ЭПО создает гетерохронность истории формирования почвенного профиля, а не только почвенного покрова. Гетерохронность истории почвенного покрова и гетерохронность истории составляющих покров профилей почв - несовпадающие понятия.
Гетерохронность истории почвенного покрова изучается давно, ее концепция основана на идее геохимической эволюции вещественного состава почвообразующих пород, получившей развитие в работах Б.Б.Полынова (1934, 1956), М.А.Глазовской (1964, 1972, 1988), В.В.Добровольского (1966, 1969), А.И.Перельмана (1966, 1977), В.А.Ковды (1973, 1985),. Г.В.Добровольского (1979), В.П.Градусова (1995) и др., и на идее дифференциации вещества при осадкообразовании (Страхов, 1960-1963; Шанцер, 1966 и др.). Гетерохронность почвенного покрова тесно связана с процессами субаэрального литогенеза. Закономерная зональная и ландшафтная приуроченность процессов субаэрального литогенеза, включающего гипергенез (выветривание, почвообразование, мобилизацию вещества в почвах и корах выветривания) и седиментогенез (перенос и отложение осадочного материала на водосборах в результате плоскостного смыва, десерп-ции, течения, оползания грунта, гляциального, эолового переноса или переноса временными русловыми потоками и др.) определяет разную историю участков почвенного покрова в гумидных и аридных обс-тановках, элювиальных, супераквальных и субаквальных ландшафтах.
Гетерохронность истории профилей почв, самостоятельность которой обсуждается в данной работе, основывается на идее морфоли-толедогенной цикличности почвообразования. Цикл морфолитопедоге-неза состоит из двух стадий: стадии седиментогенеза (стадии переноса осадочного материала) и стадии педогенеза (стадии проработки процессами почвообразования вновь отложенного или вновь экспонированного материала). Анализ гипотез субаэрального седиментогенеза показал, что традиционные способы переноса и отложения осадочного материала не всегда объясняют наличия ритмического перемещения по земной поверхности больших масс рыхлого материала, превращающихся в ЭПО. В качестве гипотезы основным способом, определяющим ритмические процессы перераспределения материала при формировании покровных лессовидных суглинков, мы приняли солифлюкционное течение, инициируемое неотектоническими (т.е. механическими) малоамплитудными ритмическими колебательными движениями приповерхностной дискретной части литосферы. Предположение базируется на следующих фактах.
В последнее десятилетие установлена значительная роль отложений автокинетических (гравитационных, передвигающихся с высокой
скоростью под воздействием климатических или геодинамических факторов, вязкотекучих) потоков в строении субаэральных четвертичных отложений (Лаврушин, 1991; Лаврушин, Праслов, Спиридонова, 1989). Перенос и аккумуляция материала в ходе такого пластичного состояния ярко проявляется в горах, т.е. на участках с высокой энергией _рельефа, в результате чего формируются почвы с полициклическими профилями (Владыченский; 1994)^^ти-процессы_развиты^иша равнинах. Например, в современной криолитозоне в беалесшГлащшЩтах даже при уклонах менее 1-2° солифлюкционные перемещения суглинков деятельного слоя вполне обычны. В перигляциальной зоне материковых оледенений в условиях криоаридного климата даже небольшие увеличения увлажненности покровных отложений, регулярность которых А.В.Шнитников (1957) убедительно доказал, могли приводить к солифлюкционному течению маломощного деятельного слоя практически на всех элементах ландшафта. Отсутствие массового, ареального, перемещения материала в голоценовых ландшафтах, в условиях, когда снижение прочности пород на границе деятельного и мерзлого слоев не имеет места, может служить косвенным подтверждением солифлюк-ционного (автокинетического по Ю.А.Лаврушину) перемещения материала в поздневалдайское время. Именно на этом периодически перемещаемом материале формировались отдельные ЭПО и педоциклиты в целом.
Возможность течения грунта под воздействием процессов крио-генеза даже на практически ровных поверхностях позволяет говорить о том, что полный почвенный профиль - систему ЭПО - можно понять только в системе циклов-морфолитопедогенеза. В цикле морфолитопе-догенеза основным процессом седиментогенеза является ритмически повторяющееся криогенное вязко-пластичное перемещение материала по склоновым поверхностям даже с самыми малыми уклонами.
В случае, ког-да почвенные профили представляют собой напластования ЭПО, объяснений этому явлению может быть несколько. К вышеперечисленным причинам, объясняющим многократную повторяемость денудации и седиментогенеза в процессе формирования почвенного покрова и почвенного профиля, мы рассматриваем как дополнительную, постановочную, на сегодня дискуссионную причину - неотектоническую обусловленность. Под неотектонической обусловленностью мы пониманием механические вертикальные малоамплитудные ритмические колебания блоково-дискретной приповерхностной системы земной коры. Существование такой системы, функционирующей под воздействием геодинамических факторов, доказано большим числом работ, в том числе и экспериментальных. Поэтому неотектонические причины существования циклов морфолитопедогенеза нельзя не принимать в
эасчет. Тем более, что существуют ситуации, например, в случае формирования почв на однородной одновозрастной поверхности на иючевом участке в районе оз.Лача, когда никакие другие причины, сроме разной неотектонической истории разных элементарных текто-шческих блоков, не объясняют процессов формирования разных почтенных профилей.
Примененные методологические подходы позволили по новому ¡осмотреть на происхождение таких природных феноменов как дерно-зо-подзолистые и серые лесные почвы. Простая модель почвообразования, основанная на однородности почвообразующих пород, одновременно, с началом голоцена, вступающих в почвообразование, не объ-юняет всей сложности сформированных почв. Оказалось, что и ус-южненная модель почвообразования И.А.Соколова, основанная на щее двухэтажности почвенного профиля, унаследованной от почвооб-зазующих пород, недостаточна для объяснения происхождения иссле-юванных почв центра Русской равнины. Чтобы понять их историю с зашей позиции (палеопедогенез + палеокриогенный седиментогенез) ютребовалось разработать новую модель, основанную на системе ЭПО.
В предлагаемой нами модели почвообразования этажность почтенного профиля доведена до значений 7-8. Даже если столь сложную сонструкцию рассматривать просто как гипотезу, от нее уже отказаться нельзя. Почвенные профили дерново-подзолистых, серых лес-шх почв и части черноземов, имеющие гетерохронные, погребенные разной глубине гумусовые горизонты, парагенетичные разным ил-иовиальным горизонтам, иначе как систему ЭПО понять невозможно. 1спользованная при изучении профилей почв на больших по протяжен-юсти стенках карьеров, траншей, естественных обнажений, глубоких ючвенных разрезов, археологических шурфов совокупность методов, юзволяющих доказать самостоятельность происхождения и гетерох-юнность составляющих профили компонентов, может быть определена сак метод ЭПО.
4.2. Выводы
1. Процесс формирования почвенных профилей должен рассматриваться как результат системы универсальных биосферных процессов, гаициируемых внешним по отношению к биосфере энергетическим воз-1ействием. Эти воздействия, как эндогенной, так и экзогенной приводы, -имеют циклический характер. Результатом этой цикличности ¡вляется цикличность процессов рельефо-, породо- и почвообразова-шя и цикличность строения сформированных этими процессами приходных тел - педоциклитов.
2. В каждом' педоциклите,"записана" история природных событий, связанных с развитием конкретных участков земной поверхнос ти, пород, слагающих поверхность, и почв, развитых на этих поро дах. Такое совместное развитие трех структурных компонентов ланд тнафта-жжет-^ыть_определено понятием морфолитопедогенеза. .
3. Генезис исследовшй^почв^ожет-6ыть_понят_в_рамках кон цепции морфолитопедогенеза. Принципиальным положением~этой~кон цепции является модель морфолитопедогенной цикличности. Модел основана на следующих представлениях:
- процесс формирования почвенного профиля разделяется на де этапа: доголоценовый и голоценовый. В доголоценовый этап формирс вались морфолитопедогенностратйфицированные толщи (педоциклиты) состоящие из композиций элементарных почвенных образований (ЭПО)
- каждое ЭПО формируется в' процессе одного цикла морфолитс педогенеза, состоящего из двух" последовательных стадий разнс продолжительности: стадии накопления (бноса) материала (стад! морфолитогенеза) и стадии последующей проработки вновь отложение го (вновь экспонированного) материала процессами почъообразоваш (стадии педогенеза). Продолжительность цикла составляет около тыс. лет. Каждое самостоятельное ЭПО, отражая былые экологическ условия формирования, обладает собственным набором свойств, коп рые для голоценового почвообразования явлйются реликтовыми;
- голоценовое почвообразование, накладываясь на педоциклит наследует, стирает, трансформирует или дорабатывает отдельн свойства ЭПО. В результате возникает парагенетическая- связь меж ЭПО, превращающая их в генетические горизонты, формируется ело ный полигенетический профиль современных .почв.
4. Конкретной реализацией лредложейной теоретической конце ции является характеристика сложного полигенетического полис профиля дерново-подзолистых и серых лесных почв центра Руссь равнины (центрального образа почв), рйлючающего в себя, кре дневного голоценового, шесть дог'олоценовых ЭПО:
7ЭП0 - мерзлотная тиксотропная почва-,.
6ЭП0 - мерзлотная криоморфная■почва;
5ЭП0 - мерзлотная лугово-карбонатная почва;
4ЭП0 - мерзлотная трещинно-блокоВая почва (горизонт гумус вых зеркал);
ЗЭПО - мерзлотная оструктуренная почва, имеющая морфоло) ческие признаки солонцеватости;
2ЭП0 - лугово-мерзлотная криоморфная почва.
,5. Сложный полигенетический профиль исследованных почв от; ляется от подстилающих отложений горизонтом погребенной дер;
ю-глеевой мерзлотной почвы, названной по месту обнаружения пу-данской; радиоуглеродный возраст почвы 18800+-1200 лет 'ГИН-4025).
6. Разработана методология, позволяющая изучать хронологи-1еский процесс формирования почвенного профиля. Она основана на ззаимодействии методов почвоведения (исторический, эколого-гене-гический), геологии ( стратиграфический, неотектонический, лито-гюгический), географии (принцип ритмичности развития природных процессов, палеогеографический, палеокриогенный), динамики геосфер (принцип иерархичной дискретности земной коры, находящейся в состоянии непрерывного дифференцированного колебательного движения) , общенаучного системного подхода. Совокупность использованных методов может быть определена как самостоятельный метод ЭП0-.
Оскозиие работи, опубликованные по теме диссертации:
1. Гугалинская Л.А. Погребенные верхнеплейстоценовые почвы в окрестностях Г.Владимира // Почвенный криогенез и мелиорация мерзлотных и холодных почв. М.: Наука, 1975. С.116-121.
2. Гугалинская Л.А. Этапы формирования погребенной брянской почвы в районе г.Воронежа // Там же. С.121-125.
3. Алифанов В.М., Гугалинская Л.А. О морфологических признаках современных и погребенных мерзлотных почв // Там же. С.114-116.
4. Гугалинская Л.А., Макеев О.В. Погребенные почвы в центральной части Русской равнины (Владимирская и Воронежская области). Морфологические исследования // Криогенные почвы и их рациональное использование. М..- Наука, 1977. С. 248-261.
5. Гугалинская Л.А., Макеев О.В. Основные этапы развития лесных почв средней полосы России в верхнем плейстоцене и голоцене // Почвоведение и агрохимия. Пущино. ОНТИ НЦБИ, 1977. С.36-39.
6. Гугалинская Л.А. Верхнеплейстоценовые погребенные почвы и их криогенные особенности (на примере Чекалинского опорного разреза) // Деп. ВИНИТИ, 11 окт. 1977, N 3942-77 Деп., 1977. 17с.
7. Гугалинская Л.А., Алифанов В.М. Морфогенетйческий анализ профиля как основа реконструкции условий почвообразования (на примере мерзлотных почв Нерчинской котловины) // Почвоведение. 1979. N6. С.5-19.
8. Гугалинская Л.А. Почвообразование и криогенез центра Русской равнины в позднем плейстоцене: Автореф. дис. ... к.б.н. Пущино. ОНТИ НЦБИ, 1979. 28 с.
9. Gugalinskaya L.A., Alifanov V.M. Morphogenetic profile
analysis as a basis for the reconstruction of soil formation conditions (as exemplified by the permafrost soils of the Nercha Basin) // Sov. Soil Science, 1979. N11. p.261-273.
10. Соколов И.А., -Чигир В.Г., Алифанов В.М., Худяков О.И., Гугалинская Л.А. и др. Понятия, терминология и классификационные вопросы изучения промерзающих почв // Почвоведение. I960. N12. С.118-125.
11. Гугалинская Л.А.—Почвообразование^® последнее межледни-ковье и тенденции развития современных почв в центре Русской .рав^ нины // Генезис, плодородие и мелиорация почв. Пущино. ОНТМ НЦВИ,-
1980. С.32-43.
12. Праслов Н.Д., Иванова М.А., Гугалинская Л.А. и др. Геолого-геоморфологическое строение долины Верхнего Дона и расположение палеолитических памятников у с.Костенки. Костенки 21. // Археология и палеогеография позднего палеолита Русской равнины. М.: Наука, 1981. С.6-18.
13. Борисковский П.И., Праслов Н.Д., Аникович М.В., Гугалинская Л.А. и др. То же. Костенки 17. // Там же. 1981. С.28-35.
14. Гугалинская Л.А. О возможности реконструкции истории почвообразования в горных территориях (на примере гор Хангая, МНР) // VI Всесоюз.съезд общества почвоведов: Тез. докл. Тбилиси,
1981. кн.4. С.116.
15. Алифанов В.М., Гугалинская Л.А. Палеокриогенез и эволюция почв в голоцене // XI Междун. конгр. ИНКВА: Тез. докл. М.,
1982. т.Ш. С.14-15.
16. Гугалинская Л.А. История развития почв и палеогеографии голоцена в горной лесостепи Монголии // Там ш. С.113-114.
17. Таргульян В.О., Александровский,A.Jfc Гугалинская Л.А. Модель эволюции почв в микулинское и голоценовое время // Там же. т.I. С.250-251.
18. Гугалинская Л.А. Погребенные лозднеплейстоценовые почвы лихвинского стратиграфического разреза // Почвоведение. 1982. N9. С.21-35
19. Дмитриев П.П., Гугалинская Л.А., Гурячева Н.П. Происхождение эоловых бугров с чием - Achnatherum splendens (Trin.) nevs-ki - в сухих степях Монголии и сурок - Marmota sibirica radde // Журнал общей биологии. 1982. N5. С.712-716.
20. Gugalinskaya L.A. Investigation of cryogenic propesties of mo dern and ancient soils in genetic research. /Transactions ХШ Congress of ISSS, Hamdurg, 1983. v.3. p.1135-1136.
21. Гугалинская Л.А. К истории формирования структуры почв района водозабора и транзита части стока северных рек ETC // Поч-венно-зкодогические и мелиоративные проблемы (проп .>зы и рекомендации). Тзз.докл. Пущино. ОНТИ НЦБИ. 1983. С.17.
22. Gugalinskaya L.A. The holocene history of soil evolution
nd paleogeography in the mountain forest-steppe of Mongolia // !1 INQUA Congress: Abstracts. 1983. v.III. p. 105.
23. Гугалинская JI.А. Палеопочвоведение и прогноз почвообра-ования в голоцене // История развития почв СССР в голоцене. Тез. ;окл. Пущино. ОНТИ НЦБИ. 1984. С.30-32.
24. Гугалинская Л.А. Прерывистость и непрерывность почвооб->азования во времени // ТО Всесоюз. съезд общества почвоведов: 'еэ. докл. Ташкент, 1985. кн.4. С.26.
25.Гугалинская Л.А. Схематизированная прогностическая модель ючвообразования // Эволюция почв СССР. Пущино.ОНТИ 1986. С.54-67.
26. Gugalinskaya L.A. Investigation of cryogenic properties >f modern and ancient soil in genetic reseach // Transactions ХШ longress of ISSS, Gamburg, 1986. v.3. P. 1135-1136.
27. Гугалинская Л.А., Ковда И.В. Новое в истории формирована серых лесных почв юга Подмосковья. / Деп. ВИНИТИ, УДК 3731 от 15.05.87 (Вестн. МГУ, географ., 1987. N5), 1987. 12с.
28. Корсунская Л.Н., Полубесова Т.А., Щербаков Р.А., Гуга-шнская Л.А. Использование ИСЭ для изучения фильтрационной гете-югенности почв // Ионшетрия в почвоведении. Пусдгно. ОНТИ НЦБИ, .987. С.52-56.
29. ШевыревЛ.Т., Горлов М.Д., Спиридонова Е.А., Тихомиров :.в., Гугалинская Л. А. и др. Погребенные почвы Калачской возвы-генности // Почвоведение. 1988. N4. С.5-18.
30. Алифанов В.М., Гугалинская Л.А., Ковда И.В. К истории ючв центра Русской равнины // Почвоведение. 1S88. N9. С.76-84.
31. Гугалинская Л.А., Алифанов В.М., Фоминых Л.А. Палеокрио-юрфизм песчаных почв севера ETC как показатель полихронности Формирования их профиля. // Теория почвенного криогенеза. 'ез.докл. Всесоюэ. конференции. Пущино, 1989. С. 36-37.
32. Алифанов В.М., Гугалинская Л.А. Эколого-генетические ас-гекты формирования и функционирования почвенного покрова // Био-¡еновы окрестностей Пущино. Пущино. ОНТИ НЦБИ, 1990. С.34-55.
33. Гугалинская Л.A. Continuity and discon tinuity of soil "ormation withh time // Transactions X1Y Congress of ISSS, Kyoto, (apan, 1990. v.V. P.369.
34. Гугалинская Л.А., Алифанов В.М., Фоминых Л.А. Концепция формирования профиля почв гумидной области Русской равнины // 1ространственно-временная организация и функционирование почв. 1ущино. ОНТИ НЦБИ, 1990. С.83-92.
35. Gugalinskaya L.A. Generality and dis tinction betmeen quaternary (pleistocene and holocene) soil development of Eurasia '/ Abstracts international Union for Quaternary Research ХШ international congress. Beijing, China, 1991. P.123.
36. Алифанов В.М., Гугалинская Л.А. Палеокриогенез и структура почвенного покрова Русской равнины // Почвоведение. 1993.
N7. С.65-75.
37. Alifanov V.M., Gugalinskaya L.A. Paleocryogenesis anc Structure of the Soil Mantle of the Russian Plain // Eurasian Soil Science. 1994. N26(7). P.23-37.
38. Гугалинская JI.А., Алифанов В.M. Естественная изменчивость компонентов биосферы как фон для взаимодействия человека к
—природь^^ЛТочвоведение. 1994. N8. С. 119-123.
39. Гугалинская Л.А., Алифанов-ВтМ.—ПалеогидроморфизмлочЕ Русской равнины - развитие концепции // Почвоведение. 1995. N1. С.63-72.
40. Гугалинская Л.А., Алифанов В.М. Морфолитопедогенез и неотектоника // Почвоведение. 1995. N9. С.1061-1070.
41. Gugalinskaya L.A., Alifanov V.M. The Natural Variability of Components of the Biosphere as a Background for Interaction between Man and Nature // Eurasian Soil Science. 1995. N27(10). P.119-126.
42. Alifanov V.M., Gugalinskaya L.A. Macro- and Micrarorpho-logical Features of Paleocryogenesis in Recent and Buried soils of Russia // Soil micromorphology. M., 1996. P.131.
43. Гугалинская JI.A., Алифанов В.М. Исторический подход к прогнозу почвообразования // Тез. докл. П съезда общества почвоведов. М.: 1996. КН.1. С.56-57.
44. Алифанов В.М., Гугалинская Л.А. Основные палеокриогенные свойства и их роль в почвообразовании // Тез. докл. П съезда общества почвоведов. М., 1996. кн.2. С. 4.
45. Гугалинская Л.А., Алифанов В.М. Роль неотектонических процессов в морфогенезе почв центра Русской равнины // Тез. докл. П съезда общества почвоведов. М., 1996. кн.1. С.37-38.
46. Gugalinskaya L.А., Alifanov V.M. Paleohydromozphism of the soil of the Russian Plain - Development of the Concept // Eurasian Soil Science, 1996. N28(2). P.8-22.
47. Гугалинская Л.А., Алифанов В.М. Биосферно-тектонические взаимодействия и их реализация в почвенном покрове // Почвоведение. 1996. N8. С.949-960.
48. Gugalinskaya L.А., Alifanov V.M. Tectonic Influences in the Biosphere and the ir Reflection in the Soil Cover // Eurasian Soil Science. 1996. N29(8). P.883-893.
Монографии
1. Гугалинская Л.А. Почвообразование и криогенез центра Русской равнины в позднем плейстоцене. Пущино. ОНТИ НЦБИ,1982. 204с
2. Банникова И.А..Береснева И.А..Буевич З.Г., Гугалинская Л.А. и др. Горная лесостепь Восточного Хангая (МНР). М. : Наука, 1983. 190 с.
-
Гугалинская, Любовь Анатольевна
-
кандидата биологических наук
-
Пущино, 1997
-
ВАК 03.00.27
- Первичные минералы в профиле подзолистых почв на главнейших типах разновозрастных ледниковых отложений Русской равнины
- Пауки (Araneae) в дубравах Русской равнины: геозоологический анализ
- Взаимосвязи и пространственно-временная изменчивость состояний климата и наземных экосистем Русской равнины
- Стратиграфия и палеогеография плиоцен-четвертичных отложений Вятско-Камского Приуралья (на примере Верхнекамской возвышенности)
- Реконструкции динамики максимального среднеплейстоценового оледенения в Юго-Западных и Центральных районах Русской равнины
