Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Особенности строения почв центра Восточно-Европейской равнины в среднем и позднем плейстоцене и в современную эпоху
ВАК РФ 25.00.25, Геоморфология и эволюционная география
Автореферат диссертации по теме "Особенности строения почв центра Восточно-Европейской равнины в среднем и позднем плейстоцене и в современную эпоху"
РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ
На правах рукописи
Павел Геннадьевич Панин 003054229
Особенности строения почв центра Восточно-Европейской равнины в среднем и позднем плейстоцене и в современную эпоху
(голоцен)
Специальность 25.00.25 - геоморфология и эволюционная география
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук
Москва-2007
003054229
Работа выполнена в Лаборатории эволюционной географии Института географии РАН
Научный руководитель
доктор географических наук Т.Д. Морозова
Официальные оппоненты
доктор биологических наук Л.О. Карпачевский доктор географических наук Н.И. Глушанкова
Ведущая организация
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, Пущино, Московская область.
Защита состоится января 2007 г. в У/ часов ^^инут на заседании диссертационного совета по геоморфологии и эволюционной географии (Д. 002.046.02) при Институте географии РАН по адресу: Москва, 119017, Старомонетный пер., 29.
Адрес диссертационного совета: 119017, Москва, Старомонетный пер., 29, Институт географии РАН
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института
географии РАН
Автореферат разослан «21» декабря 2006г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
к.г.н. Е.Ю. Новенко
Актуальность работы. Развитие почвенного покрова во времени - одна из наиболее важных проблем эволюционной географии. Палеогеографические исследования показывают, что решение таких актуальных проблем, как прогноз ландшафтно-климатических изменений, не может быть корректно осуществлено без всестороннего анализа закономерностей формирования основных природных компонентов прошлого, в том числе и почвообразования. Территория центра Восточно-Европейской равнины является одним из ключевых районов, где имело место неоднократное чередование межледниковых и перигляциальных обстановок со сложным сочетанием процессов почвообразования, лёссонакопления и криоморфогенеза, которые наиболее чётко отражают особенности природно-климатических изменений в среднем и позднем плейстоцене.
Целью работы является установление основных особенностей почвообразования в среднем и позднем плейстоцене, реконструкция генезиса интерстадиальных и межледниковых палеопочв центра Восточно-Европейской равнины на примере Волжско-Окского междуречья (район северного распространения лёссово-почвенных серий). Достижение этой цели требовало решения следующих более частных задач:
1. Проведение детального морфологического описания и отбор образцов палеопочв среднего и позднего плейстоцена и современной серой лесной почвы.
2. Определение физико-химических свойств почв (содержание гумуса, полуторных оксидов железа, карбонатов и др.).
3. Исследование минералогического состава тонко дисперсных фракций (<1,1-5,5-10 мкм).
4. Исследование микроморфологического строения.
5. Использование данных микробиоморфного анализа.
Научная новизна.
1. Сравнительный анализ генезиса средне- и позднеплейстоценовых почв с современными, вносит новую информация о закономерности развития почвообразования в межледниковые и интерстадиальные эпохи за период от современности до 350 тыс. лет назад.
2. Для центра Восточно-Европейской равнины было проведено сравнение генезиса и особенностей строения голоценовых серых лесных почв с средне- и позднеплейстоценовыми межледниковыми палеопочвами.
3. Выявлены особенности строения интерстадиальных палеопочв, которые образуют с межледниковыми полигенетические комплексы. Впервые в них были обнаружены кутаны иллювиирования, что позволило уточнить их диагностику и отнести к глинисто-иллювиальным чернозёмовидным почвам (Классификация..., 2004).
4. Для изучения палеопочв был применен комплекс аналитических методов исследования, включающий, помимо традиционных (определения гранулометрического состава, содержания гумуса, карбонатов, суммы обменных катионов, полуторных оксидов железа; морфологии и микроморфологии), детальный минералогический анализ тонкодисперсных фракций (< 1, 1-5, 5-10 мкм).
5. Установлены существенные различия как в содержании фракции менее 1 мкм, так и в соотношении основных минеральных фаз в палеопочвах различных комплексов. Интерстадиальные палеопочвы, развивающиеся по чернозёмовидному, прерийному типу, отличаются более высоким содержанием илистой фракции и максимальным количеством смектитовой фазы в ней. Межледниковые палеопочвы характеризуются дифференциацией по профилю смектитовой фазы. Содержание илистой фракции увеличивается с возрастом палеопочв, оно наибольшее в инжавинской межледниковой палеопочве (57%).
6. Для уточнения условий почвообразования столь древних почв, впервые использованы данные микробиоморфного анализа.
Практическое значение. В результате проделанной работы установлены особенности процессов почвообразования в среднем и позднем плейстоцене и в современную эпоху (голоцен), которые могут быть использованы при прогнозировании климатических изменений на основе метода палеоаналогов. Получены новые данные, которые могут быть использованы при корреляции горизонтов средне- и позднеплейстоценовых палеопочв центра ВосточноЕвропейской равнины при дальнейших разработках региональных и унифицированных стратиграфических схем, а также для проведения геологосъемочных и изыскательских работ.
Публикации и апробация работы. Основные результаты диссертации отражены в четырёх статьях, а также в материалах Всероссийских и международных конференций. Доклады по теме диссертации были представлены на Международной конференции по проблемам палеонтологии и археологии юга России и сопредельных территорий (Азов, 2005); IV Всероссийском совещании по изучению четвертичного периода (Сыктывкар, 2005); Международной научной конференции «Экологические функции лесных почв в естественных и антропогенно нарушенных ландшафтах» (Петрозаводск, 2005); Всероссийской научной конференции «Почвоведение и агрохимия в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2006); Научной конференции «Почва как связующее звено функционирования природных и антропогенно-преобразованных экосистем» (Иркутск, 2006); II Международной научно-практической конференции «Идеи В.В. Докучаева и современные подходы к изучению природной среды, решению региональных социально-экономических проблем» (Смоленск, 2006).
Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, выводов и приложения объемом 191 страниц машинописного текста, 51 рисунков и 15 таблиц. Список литературы включает 205 наименований.
Благодарности. Автор выражает глубокую признательность своим учителям и коллегам по изучению плейстоценовых почв: научному руководителю работы д.г.н. Т.Д. Морозовой, зав. лаб., проф., д.г.н. A.A. Величко, к.г.н. В.П. Нечаеву, к.г.н. СН.Тимирёвой, к.г-м.н. В.В. Писаревой, проф., д.с-х.н. Н.П. Чижиковой, д.г.н. A.A. Гольевой и всем сотрудникам Лаборатории эволюционной географии Института географии РАН.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Глава 1. Развитие представлений о почвообразовании в среднем и позднем плейстоцене
Дан краткий обзор истории исследования палеопочв центра ВосточноЕвропейской равнины. В литературных источниках чётко прослеживается постоянно нарастающий интерес ученых к проблеме генезиса палеопочв. Как видно из первой главы, исследования палеопочв начались с конца 19 века (Феофилактов, 1875; Армашевский, 1884; Глинка, 1904, и др.). Ископаемые почвы представляют интерес для исследователей с двух позиций: стратиграфической и палеогеографической. Во-первых, ряд ископаемых почв представляет собой стратиграфически выраженные горизонты лёссово-почвенной формации, широко распространенной на Восточно-Европейской равнине. Эти положения отражены в работах А.И. Набоких (1914) и В.Д. Ласкарева (1912). Позже обширный материал по этой проблематике освещался в работах В.И. Крокоса (1926, 1934), Г.Ф. Мирчинка (1925, 1927), А.И. Москвитина (1930), П.К. Замория (1954) и других. Во-вторых, ископаемые почвы как компоненты древних ландшафтов несут в себе важную информацию о природных условиях древних эпох почвообразования (Глинка 1904, 1916). В 30-х и 40-х годах появился ряд работ, посвященных строению и генезису ископаемых почв (Москвитин, 1930; Герасимов, Марков, 1939; Тюрин, Тюрина, 1940). Современный этап изучения генезиса палеопочв и условий их формирования берёт начало с работ И.П. Герасимова (1946, 1961) и М.А. Глазовской (1956). С начала 60-х годов изучение ископаемых почв в лёссовой области Восточно-Европейской равнины приобретает широкие масштабы. Появление работ И.П. Герасимова, A.A. Величко, Н.И. Глушанковой, Т.Д. Морозовой, М.Ф. Веклича, H.A. Сиренко, Ж.Н. Матвиишиной, С.А. Сычёвой, К.Г. Длусского, Л.А, Гугалинской и ряда других исследователей позволило оценить историю плейстоценового почвообразования, как на ВосточноЕвропейской равнине, так и на территории Европы в целом. В 70-х и 80-х годах планомерно проводимые исследования ископаемых почв привели к тому, что стало возможным реконструировать условия почвообразования на протяжении основных теплых (межледниковых) эпох плейстоцена. Появились данные о характере почвенной зональности в микулинское межледниковье и в интерстадиалы валдайской ледниковой эпохи (Палеогеография Европы 1982; Сиренко, Турло, 1986 и др.). В 90-х годах проведены специальные исследования по изучению среднеплейстоценовых ископаемых почв центра Восточно-Европейской равнины. В результате были установлены особенности процессов почвообразования в теплые этапы двух среднеплейстоценовых природно-климатических макроциклов (Глушанкова, 1990; Величко и др., 1997; Длусский, 1997,2001 и др.).
В данной работе приводится характеристика хроностратиграфического положения средне- и позднеплейстоценовых палеопочв в лёссово-почвенно-криогенных сериях разрезов Восточно-Европейской равнины. Здесь показано широкое распространение на территории центра Восточно-Европейской равнины лёссово-почвенных серий, включающих средне- и
позднеплейстоценовые палеопочвы. Приведены морфологические описания и спорово-пыльцевые данные, по которым выделены средне- и позднеплейстоценовые почвенные комплексы (ПК). В этих ПК фиксируется сопряжение почвообразования межледниковой эпохи и сменившего его затем интерстадиального почвообразования на начальном этапе последовавшей затем ледниковой эпохи. Одной из причин возникновения таких комплексов являлась невысокая (около 0,07 мм/год) интенсивность аккумуляции лёссового материала (Величко, 1973), отвечающая самому непродолжительному, раннему этапу развития перигляциальных условий ледниковой эпохи. Небольшая мощность такого горизонта приводила к его полному поглощению гумусовым горизонтом интерстадиальной почвы (Величко, Морозова, 2005; Величко, Морозова, Панин, в печати). Почвенные комплексы рассмотренного типа наиболее отчётливо выражены на выположенных компонентах рельефа -приводораздельных пространствах междуречий, высоких террасах речных долин и на других слабо наклонных поверхностях, т.е. там, где не происходило активных локальных эрозионно-аккумулятивных процессов, приводивших к частичному размыву отдельных горизонтов или к их расщеплению. Приведены данные хроностратиграфической схемы с указанием морских изотопно-кислородных стадий (МК), где мезинский ПК сопоставлен с М1Б-5 (110-130 тыс. лет) расположен между московской стадией днепровского оледенения и хотылёвским лёссом валдайского оледенения. Каменский ПК с М1Б-7 (200-250 тыс. лет), он расположен между горизонтами борисоглебского лёсса печёрского оледенения и орчикским лёссом днепровского оледенения. Инжавинский ПК с МКЗ-9 (300-350 тыс. лет), он расположен между коростелевским лёссом окского оледенения и борисоглебским лёссом (Величко и др., 2005; Величко, Морозова, Панин, в печати).
Глава 2. Методические особенности диагностики генезиса ископаемых
почв
2.1. Методы полевого изучения ископаемых почв. В каждой из подготовленных расчисток проводилось детальное морфологическое описание с зарисовкой обнажения, фотографированием и фиксацией мест отбора образцов, а также предварительное качественное опробование пород на содержание карбонатов. Образцы отбирались из каждого генетического горизонта почв и литологической разности вмещающих пород с шагом 15-20 см и не менее. Для сравнения проводился также отбор образцов из современных фоновых почв. В разрезах проводился отбор образцов для лабораторного химического и физико-химического анализов, монолитов для изготовления шлифов и последующего микроморфологического анализа.
2.2. Аналитические методы исследования. При изучении ископаемых почв используются различные аналитические методы. Традиционные методы анализа вещественного состава включают определение содержания гумуса, карбонатов, состава обменных катионов, гранулометрического состава и др. (Морозова, 1981; Сычёва, 1978,2005, Глушанкова, 1990,1994; Длусский, 2000 и др.).
Содержание гумуса определяли по методу Тюрина (Аринушкина, 1970). Содержание полуторных оксидов железа определялась по методам Тамма и Мера-Джексона (Зонн, 1982), гранулометрический состав по методу пипетки Качинского (Аринушкина, 1970; Вадюнина, Корчагина, 1985; Шеин, 2005).
Глинистые минералы изучены во фракциях ила (<1 мкм), тонкой (1-5 мкм) и средней (5-10 мкм) пыли, выделенных методом седиментации по Н.И. Горбунову (1971). В качестве коагулятора для осаждения взвесей использован раствор 1 н MgCb. Минералы диагностированы по общепринятым руководствам: «Рентгеновские методы исследования и структура глинистых минералов» под редакцией Брауна, 1965; Градусов, «Минералы со смешанослойной структурой в почвах», 1976; Костов, «Минералогия», 1971; Горбунов, 1974; Соколова и др. 2005. По распределению минералогических показателей в палеопочвах полученный материал был обработан методом многомерной статистики (Метод главных компонент (МГК) - Рожков, 1975).
2.3. Микроморфологический и микробиоморфный методы исследования.
Микроморфологический метод позволяет более точно идентифицировать почвообразовательные процессы в палеопочвах на микроуровне (Kubiena, 1970; Матвиишина, 1977; Морозова, 1981 и др.). При этом удаётся выделить вторичные диагенетические изменения в микростроении палеопочв (не соответствующие данному типу почвообразования). Руководящими при диагностике почв являются строение основной массы, пленки (кутаны), железистые новообразования и т.д. Наиболее надежно диагностируются в шлифах кутаны иллювиирования. Детальное изучение состава и морфологии кутан, их внутрипрофильного и внутригоризонтального распределения может дать информацию о характере, интенсивности и локализации процессов элювиирования и иллювиирования, а также постиллювиальных процессов, ответственных за трансформацию кутан после их отложения (оглеение, окислительная сегрегация железа и марганца, образование органического вещества). Пространственное взаиморасположение морфотипов в составе слоистых кутан или несогласное залегание индивидуальных кутан разных морфотипов может отражать временную последовательность, ритмичность, синхронность-асинхронность процессов иллювиирования (Brewer, 1964; Герасимова и др., 1992; Fedoroff, 1997).
Микроморфологическое исследование палеопочвенных шлифов проводили с помощью поляризационного микроскопа модели JIOMO МИКМЕД-2. Данный микроскоп присоединен при помощи кабеля с видеокамерой к компьютеру, где происходит обработка поступающего изображения почвенного шлифа программой DuaMorph Cito 2.0 с последующим его фотографированием. На основании сравнения микроморфологических признаков палеопочв был определен их генезис. Для этого были использованы современные аналоги, приведенные в работах М.И. Герасимовой и др., 1992; Методы ..., 1971; Микроморфологическая диагностика ..., 1983; Методическое руководство ..., 1983; Герасимов и др., 1966; Гагарина, 2004; Бронникова, Таргульян, 2005 и др.
Микробиоморфный анализ проведён д.г.н. A.A. Гольевой по разработанной ею методике (Гольева, 1996; 2001, 2006).
Глава 3. Физико-географическая характеристика района исследований
В данной главе приводиться краткая физико-географическая характеристика территории, приводятся сведения об особенностях климата, растительности, почвенного покрова Волжско-Окского междуречья (район северного распространения лёссово-почвенных серий). Исследуемые разрезы расположены на Среднерусской возвышенности в центральной части ВосточноЕвропейской равнины менаду 54° и 56° с.ш. и 36° и 40° в.д. Среднерусская возвышенность представляет собой пластовую возвышенную (200-250 м) равнину с эрозионно-денудационным холмисто-увалистым рельефом (Геоморфологическая ...., 1989). Рельеф этой возвышенности характеризуется очень сильной расчленённостью, которая в основных чертах унаследована от доледникового времени. Рисунок речной сети древовидный. Абсолютные высоты колеблются от 100 м в долинах рек до 275 м на водоразделах (Добровольский, Урусевская, 1984).
Глава 4. Географическое расположение и морфологическое описание опорных разрезов центра Восточно-Европейской равнины
Рассматриваемые в диссертационной работе разрезы Ожерелье, Суворотино, Гололобово и Михнево (рис. 1, 2, 3) изучались с 80-х годов В.П. Ударцевым, В.П. Нечаевым, К.Г. Длусским, А.А. Величко, Т.Д. Морозовой, С.Н. Тимирёвой (УеНсЬко, е1 а!., 2000, 2003; Величко и др., 2005). Автор предлагаемой работы включился в исследования лёссово-почвенно-криогенных серий в 2003 году во время обучения в аспирантуре ИГ РАН.
Разрез Суворотино 1-2000. В данном разрезе хорошо представлена современная почва (серая лесная), ниже залегает валдайский лёсс, брянская палеопочва и мезинский полигенетический почвенный комплекс. Профиль современной серой лесной почвы состоит из А-ЕВ!-В1-ВС горизонтов, его мощность составляет 1,45 м. Позднеплейстоценовый мезинский почвенный комплекс состоит из интерстадиальной (крутицкая фаза) и межледниковой (салынская фаза) палеопочв. Интерстадиальная палеопочва в разрезе Суворотино 1-2000 подверглась сильной солифлюкции, в результате чего произошло перемешивание горизонта А крутицкой фазы и горизонта Е салынской фазы. Следствием криогенных изменений являются инволюции, выдавливающие материал элювиального горизонта с гл. 3,65 до гл. 3,25 м. Поэтому профиль интерстадиальной палеопочвы имеет неоднородную окраску и состав, в основном преобладают участки буровато-темно-серой, буровато-белесой, сизоватой и буровато-коричневой окраски. Мезкледниковая палеопочва состоит из ЕВ1-В1-ВС горизонтов, мощность профиля 1,20 м. Горизонт ЕВ! представлен линзовидными фрагментами протяженностью до 0,5 м, неоднородный по окраске крупнопылеватый средний суглинок. В! также неоднороден по окраске: здесь преобладают светло-бурые, буровато-жёлтые тона крупнопылеватого легкого суглинка. Горизонт ВС - желтовато-бурый крупнопылеватый лёгкий суглинок (рис. 1).
Разрез Ожерелье. В расчистке Ожерелье 2-04 вскрываются среднеплейстоценовые полигенетические почвенные комплексы - каменский и
8
инжавинский. Здесь в каменском почвенном комплексе интерстадиальная палеопочва представлена гумусовым горизонтом А (мощность 0,22 м) -буровато-коричневый с сероватым оттенком тяжёлый суглинок, мелкокомковатой структуры. Межледниковая палеопочва состоит из АЕ-ЕВ^ В1 горизонтов общей мощностью 1,30 м, где АЕ - сизовато палевая супесь, ЕВ1 -светло-бурый тяжёлый суглинок, В1 - ярко-бурый тяжелый суглинок комковато-призматической структуры. Ниже каменского комплекса залегает серовато-бурый до светло-серой окраски борисоглебский лёсс, мощностью 1,10 м. Подстилающей породой для борисоглебского лёсса служит инжавинский почвенный комплекс, который также состоит из интерстадиальной и межледниковой палеопочв. Интерстадиальная палеопочва инжавинского комплекса представлена горизонтом А буровато-серой окраски с сизоватым оттенком, тяжёлым суглинком, мощностью 0,35 м. В меэнждниковой палеопочве профиль, в отличие от межледниковых палеопочв более позднего возраста, состоит из В1 горизонта мощностью 0,60 м. Горизонт представлен тяжёлым суглинком яркой темно-бурой окраски (в результате сильного ожелезнения).
Разрез Гололобово. В расчистке Гололобово 1-05 выделены поздне- и среднеплейстоценовые палеопочвенные комплексы. Позднеплейстоценовый мезинский почвенный комплекс маломощный - 1,00 м. Интерстадиальная палеопочва этого комплекса мощностью 0,72 м, представлена гумусовыми горизонтами А) и А2, которые отличаются друг от друга по степени гумусированности и, соответственно, по окраске. В первом горизонте (А]) суглинок коричневый среднегумусированный, а в нижележащем горизонте (А2) сероватый и менее гумусированный. В межледниковой палеопочве профиль мощностью 0,35 м состоит из АЕ-Е-В1 горизонтов. Горизонт АЕ неравномерно окрашен, преобладают серовато-коричневые тона, тяжёлый суглинок с примесью органики. Горизонт Е светло-палевый до белёсого, представлен супесью со слабой горизонтальной слоистостью; В1 - бесструктурная супесь бурой окраски. Ниже мезинского почвенного комплекса залегает днепровский лёсс мощностью 1,23 м, супесь светло-палевой окраски. Далее вскрывается среднеплейстоценовая серия палеопочв, состоящая из каменского и инжавинского почвенных комплексов (рис. 3). Каменский почвенный комплекс, как и в разрезе Ожерелье, состоит из интерстадиальной и межледниковой палеопочв. Интерстадиальная палеопочва представлена гумусовым горизонтом А мощностью 0,35 м. Это коричневый с сизоватым оттенком тяжёлый суглинок. Генетический профиль мелследниковой палеопочвы состоит из АВ1-В1 горизонтов мощностью 1,40 м. Горизонт АВ1 представлен в основном тяжёлым суглинком буровато-коричневого цвета, в котором обнаружено большое количество пятен органики; В1 - суглинок бурый со слабым красноватым (оранжевым) оттенком, мелкокомковатой структуры.
Сравнительный анализ морфологических данных по изученным разрезам.
В изученных разрезах прослеживаются общие черты строения почвенных комплексов.
Для мезинского почвенного комплекса в разрезах Ожерелье 1-04, Суворотино 1-2000 и Гололобово 1-05 характерна маломощность профилей интерстадиальных и межледниковых палеопочв. В основном мезинский почвенный комплекс залегает близко к дневной поверхности, иногда непосредственно под современной почвой, что в ряде случаев не исключает влияния на его свойства современного почвообразования и процессов криогенеза валдайской ледниковой эпохи, поэтому интерстадиальные палеопочвы данного комплекса часто нарушены и встречаются в виде педоседиментов, как в разрезе Суворотино 1-2000, или слабо выраженных маломощных гумусовых горизонтов, как в разрезе Ожерелье 1-04. Для профилей межледниковых палеопочв характерно наличие элювиальных и иллювиальных горизонтов, в основном преобладают темно- и светло-бурые тона в иллювиальной части профиля, а в элювиальной - сизые, светло-палевые. По гранулометрическому составу нижние горизонты межледниковых палеопочв, в основном, сложены тяжёлым суглинком, а верхние горизонты -легкой супесью.
Каменский почвенный комплекс также состоит из двух палеопочв, которые имеют сходные морфологические признаки в разрезах Ожерелье 2-04, Гололобово 1-05, Михнево 1-04, Гололобово 4-96. Так, интерстадиальные палеопочвы состоят преимущественно из гумусового горизонта А, который представлен в основном коричневым с сизоватым оттенком тяжёлым суглинком, мелкокомковатой структуры, мощностью 0,22-0,35 м. В разрезе Михнево 1-04 интерстадиальная палеопочва сильно деформирована криогенными процессами и сохранилась в виде криогенных «карманов» или широких «натеков». Для межледниковых палеопочв характерно наличие переходных горизонтов АЕ или АВ1 и отсутствие чётко выраженного элювиального горизонта Е, их мощность не превышает 0,35 м, окраска в основном светло- и темно-бурых тонов. Горизонт Вг коричневатый, иногда сероватый, мелкокомковатой структуры.
Инжавинский почвенный комплекс в разрезах Ожерелье 1-04, Гололобово 1-05, Гололобово 4-96, Михнево 2-04 также имеет сходные черты.
Профиль этого комплекса сильно эродирован. Он залегает в основании лёссово-почвенно-криогенных серий. Подстилающей породой для него служит окская морена. Влияние нижележащей морены, которая служит водоупором, отражается на сохранности инжавинского почвенного комплекса. Для интерстадиальных палеопочв характерен темно-коричневый, сизый гумусовый горизонт. В зависимости от сохранности палеопочвы его мощность составляет от 0,10 м (разрез Михнево 2-04) до 1,25 м (разрез Гололобово 1-05). Мощность профиля (1,25 м) интерстадиальной палеопочвы в разрезе Гололобово 1-05 свойственна автоморфному типу, в гидроморфных условиях палеопочвы представлены фрагментарно, в виде линз и включений неправильной формы за счет смятия мерзлотного генезиса, мощность их не превышает 0,50 м. Для межледниковых палеопочв характерен тип профиля Е-В1, как в разрезе Гололобово 4-96 (Длусский, 2001).
Глава 5. Физико-химические, микроморфологические свойства н биолюрфные данные лёссово-криогенко-почвенных серий опорных
разрезов
В данной главе рассматриваются физико-химические и микроморфологические свойства палеопочвенных комплексов позднего и среднего плейстоцена. По образцам из разрезов Ожерелье, Михнево, Гололобово, Су вороти но проведены аналитические исследования: изучены гранулометрический состав, содержание гумуса, ЕКО, рН, карбонатов и полуторных оксидов железа, а также микроморфологическое строение почвенных шлифов. По этим показателям установлены чёткие различия между интерстадиальными и межледниковыми гталеопочвами, а также сопоставлены их свойства с современной серой лесной почвой, преобладающей среди современных почв в районе исследования.
IенсгическнЛ *>р.| >;| ;
I '.-[упини | Гч1) А Ьо! 1:Н11,01
ГЧгммс % Грю./лометричижив I углу^-, ,а фракции. %
СаСО,. %
0,1 оя
Рар, по Тяыуу, Ч 0,1 о.аи.з
по М Джексону, %
1 г
=0.00, ^ 0,005-0.01111 |
КЗ °'005 Г~~1
0,05-0,01 0.23-0,03 1-0,2,5
-I
]-2 [\7]-1 [да]-»
Ш-® ЕЩ-* ЕЕИ ШИ-"
Рис. !. разрез Суворотино !-2000, Условные обозначения относятся к рис. 1-6. I-слоистость, 2-оглесние, 3-железистые новообразования, 4-кротовика, 5-суглинки и супеси различного генезиса, б-гумусовый горизонт, 7-олесчавеиыЙ лёссовый суглинок, ^-скопления пыле ват карбонатов, 9-элювиальдый горизонт, 10-нечеткая граница между горизонтами, 11-иллювиальный горизонт, 12-места отбора образцов, Ьо1-СсвШЙенная серая лесная почва, тг-мезинский почвенный комплекс, каш-каменский почвенный комплекс, ¡пгЬ-инжавинский почвенный комплекс, Ьг-брянская почва, Йи-днепровский лёсс.
Современная серая лесная почва хорошо выражена в разрезах Михнево 104 и Суворотино 1-2000 (рис, 1, 2). В серой лесной почве преобладают фракции ила и крупной пыли. Вниз по профилю в горизонте В! содержание крупной, тонкой и средней пыли постепенно уменьшается, а количество ила, наоборот, возрастает. Количество гумуса в горизонтах А И ЬВ1 максимально (1,78-3,03 %),
0.005-0,0011 I 0.25-0.05
0.01-0.005 | | 1-0,25
Рис. 2. разрез Михнево I -04
По содержанию гумуса также проел ежи Баются различия между данными пал еопоч вами - в интерстадиальных палеопочвах количество гумуса достигает 0,43%, тогда как в межледниковых палеопочвах оно составляет сотые доли процентов (0,07%), Для интерстадиальных палеопочв характерно меньшее количество аморфного железа, чем для межледниковых, тогда как количество окрмсталлизованного железа в них практически одинаково. В профиле межледниковых палеопочв по распределению полуторных оксидов железа выделяются элювиальные горизонты (разрезы Гололобово 1-05, Ожерелье 2-04). Содержание кутан в интерстадиальных и межледниковых палеопочвах также различно. Для интерстадиальных палеопочв характерно небольшое количество кутан, в основном гу мусово-глин истого, железисто-глинистого состава, внутрипедная масса гумусово-гл инистая, В
в иллювиальном горизонте его количество составляет 0,44% (рис. !, 2). Содержание аморфного и о кристалл изо ванного железа постепенно уменьшается книзу профиля. По микроморфологическим данным для серых лесных почв в горизонтах EBt и Bt характерны многочисленные гумусово-гл инистые кутаны и ортштейны в плотной гу м у со в о - гл и н и стой плазме, а для горизонта А кутаны малочисленны и преимущественно ryiwycoaoro состава (рис. 4).
Между интерстадиальными и межледниковыми гталеопочвам и прослеживаются различия в гранулометрическом составе. Для интерстадиальных палеопочв характерно наибольшее содержание илистой фракции, достигающее 50%. Количество мелкой и средней пыли также максимально в интерстадиал ьных палеопочвах. Только фракции крупной пыли и песчаные фракции в межледниковых палеопочвах достигают бо'льших величин, чем в ингерстадиальных (рис. 1, 2, 3).
Генетический
горизонт Гранулометрические ГаГП в, Fe,О, F&0,
Глубина (м) умус, /о фракции, % 74 ПОТаММу, % по И, Джексону, %
межледниковых палеопочвах кутаны нллювиирования встречаются чаще, чем в интерстадиальных. Состав кутан здесь более разнообразен - глинистый, железисто-глинистый, пылевато-глинистый. Внутрипедная масса, как правило, пылевато-глинисгая, глинистая, встречается большое количество ортштейнов, модулей (рис. 4, 5).
Генегнчеикгш
0.005-0.001 ] | 0,25-0.05
[\\| 0.01-е 005 | | 1-0.25
Рис. 3. разрез 1 о ло л об о во 1-05
Сопоставляя межледниковые папеопочвы в опорных разрезах, можно провести сравнительный анализ но полученным физико-химическим и микроморфологическим параметрам. В инжавинской межледниковой палеопочве содержание илистой фракции намного больше (57%), чем в микулинской (22%) и каменской (41%). По остальным фракциям прослеживаются незначительные отличия. По количеству гумуса (0,3%) инжавинская межледниковая иалеопочва незначительно превосходит остальные межледниковые палеопочвы: в микулинской и каменской палеопочвах содержание гумуса около 0,2%. В микулинской палеопочве преобладают гумусово-гл инистые, глинистые кутаны, когда как для каменской и инжавинской палеопочв характерны глинистые, железисто-глин истые и пылевато-глинистые кутаны (рис, 4, 5).
По разрезу Гололобово 1-05 получены физико-химические и микроморфологические показатели мезинского, каменского и инжавинского
полигенетических почвенных комплексов (рис. 3, 5), В этом разрезе был проведен также микробиоморфныЙ анализ. По этим данным интерстадиальньш палеопочпим свойственно содержание крупного и среднего травянистого детрита, а межледниковым - крупного лесного детрита и в меньших количествах - травянистого.
Рис. 4. Микроморфологическое строение современной серий лесной Почш и кайенской межледниковой палеопочвы в разрезе Михнево 1-04.
Рис. 5. Микроморфологическое строение пщдне- и ереднеплейсто ценовых палсопочп i: psopüit: IЪ. юл обо но 1-05.
А, т/. A, mz Л£ т/. Il :Г./ Hi ту.
A kam
ЛЙ1 N i 11'
i <11ЯИЧССКНН I lïpilJPHI
Гдуйина (и I
lit, hol
A tjizh
Iii, hoi
Глава 6. Минералогический состав тонкоднсперсиой фракции современных и плейстоценовых почв
Поведение кристаллической фазы тонко дисперсного вещества можно рассматривать как один из возможных диагностических критериев процессов почвообразования. Содержание фракции менее 1 мкм в отложениях разного возраста под влиянием древних процессов почвообразования существенно меняется. Рентгешшфракционный анализ фракции менее 1 мкм показал, что её минеральный состав представлен парагенетической ассоциацией характерной для отложений лёссового типа Восточно-Европейской равнины (рис. 6). В ней доминируют сложные неупорядоченные смешанослойные образования с различным соотношением гидрослюдистых и смектитовых пакетов, гидрослюды дитр и о ктаэ д р и ч ее ко го типа, присутствуют хлорит, каолинит,
тонкодисперсны и кварц индивидуальный смектит.
и полевые шпаты, периодически встречается
■ ^ч-'
III
А п.* ftl -Ii
А kafli
А mm
er
ОСв ^jtii
I « ■ 3 6 ?
Рис. 6. Стратиграфическое строение лёссово-почвенно-криогенных серий разрезов Ожерелье I-04 (I), Ожерелье 2-04 (II) и Гололобово 4-96 (IN) и ре нт ге иди фра кто граммы фракции менее 1 мкм, выделенной из образцов утих комплексов: а - образец в воздушно-сухом состоянии; б - образец после сольватации этиленгликолем; в - образец после прокаливания при 550й в течение двух часов. Числа - межплоскостные расстояния в им.
Для интерстадиальных палеопочв характерно повышенное содержание илистой фракции, средние показатели которой на 13,7% выше, чем в межледниковых палеопочвах. Меняется также соотношение основных минеральных фаз во фракции менее 1 мкм, илистое вещество интерстадиальных палеопочв содержит к среднем 59,4% смекгитовой фазы
(табл. 1). Этим палеопочвам свойственна высокая степень совершенства структуры минералов, что свидетельствует о слабом влиянии почвенных экзогенных факторов (рис. 6). В мезкледниковых палеопочвах количество смектитовой фазы равно 51,2% (табл. 1). Профили глинистого материала микулинской и инжавинской межледниковых папеопочв характеризуются элювиально-иллювиальной дифференциацией по смектитовой фазе, тогда как в каменской палеопочве это дифференциация не значительна. Минералы этих палеопочв имеют низкую степень совершенства структуры, что обычно фиксируется в горизонтах, подверженных процессам интенсивного почвообразования - оглеенных и оподзоленных (рис. 6). Эти показатели свидетельствуют о мощных почвенных экзогенных факторах, которые способствовали преобразованию структур минералов лёссовых отложений. Для профиля микулинской межледниковой палеопочвы характерно довольно равномерное распределение фракции менее 1 мкм, но резко выражены различия по составу минералов: верхние горизонты в значительной мере обеднены смешанослойными образованиями с высоким содержанием смектитовых пакетов. В этих же горизонтах относительно накапливаются гидрослюда, каолинит, появляется тонкодисперсный кварц (табл. 1). По этим минералогическим и микроморфологическим показателям данные палеопочвы можно отнести к лессивированным почвам, возможно, с признаками подзолообразования. В профиле каменской межледниковой палеопочвы отмечается некоторая дифференциация, как по содержанию илистой фракции, так и по количеству смектита в ней. Однако в отличие от палеопочв микулинского межледниковья эти почвы более близки по минералогическим показателям к бурым лессивированным. Инжавинская межледниковая палеопочва так же, как и микулинская, формировалась по элювиально-иллювиальному типу илистого вещества и смектитовой фазы. Наличие же в илистом веществе элювиального горизонта тонкодисперсного кварца, увеличение содержания каолинита и гидрослюд является хорошим индикатором активности процессов выветривания и педоморфизма, а также диагностическим показателем стадии подзолообразовании или элювиально-глеевых процессов (Цацкин, Чижикова, 1990).
Для более наглядной информации по распределению минералогических показателей в палеопочвах полученный материал обработан методом многомерной статистики (рис. 7) (Рожков, 1975). Использована многомерная выборка из С2=23 наблюдений по п=4 признакам, где 0 - количество образцов из палеопочвенных комплексов, п - содержание фракции менее 1 мкм (%), каолинит в сумме с хлоритом (%), гидрослюда (%), смектитовая фаза (%) (табл. 1). По первой главной компоненте (V,), описывающей 60,5% общей суммарной дисперсии признаков, наибольший вес имеет смектитовая фаза. По второй компоненте (У2), составляющей в сумме с первой 88,7% дисперсии признаков, наибольший вес имеет поведение гидрослюд. На рис. 7 выделяются ареалы, объединяющие генетические горизонты палеопочв.
V
10«
80
60
40
Ф
О
А
Q
А
I
AP1
А
о-> А-11
О-ш □•|V
n-\
Ф
А
М.
20 40 60 SO 100 V
Рис 7 Минералогические показатели илистых фракций, выделенных из современной серой лесной тяжелосуглинистой почвы и лёссово-почвеипо-криогенных серий позднего и среднего плейстоцена, в координатах главных компонент. ] - серая тяжелосуглинистая почва (1,2, 3); II - интерстадиальные палсопочвы позднего и среднего плейстоцена (4, 9, 10, 16,20), III - микулинская межледниковая палеопочва (5, 6, 7, 8), IV - каменская межледниковая палеоиочва (11, 12, 13, 17, 18, 19), V - инжавинская межледниковая палеопочва (15, 21, 22, 23) Номера для рисунка указаны в таблице 1
По первой компоненте в правой части поля обособляются ареалы почв с повышенным содержанием смектитовой фазы. Сюда попадают иллювиальная часть профиля голоценовой серой лесной почвы и образцы интерстадиальных палеопочв. К этому же полю тяготеют образцы из иллювиальных горизонтов межледниковых палеопочв. По этой же компоненте, но по признаку наименьшего содержания смектитовой фазы, отделяются образцы инжавинского комплекса из разреза Гололобово - самого северного участка распространения лёссово-почвенных комплексов. По второй компоненте ареалы разделяются по содержанию гидрослюд. Здесь выделяется образец №5 из верхнего горизонта межледниковой палеопочвы мезинского комплекса, в котором этот показатель достигает максимальной величины (46,0%). Профиль микулинской межледниковой палеопочвы по распределению минералогических показателей в наибольшей мере обособляется по V2, что подтверждает сходство трех горизонтов и резкое отличие от всего профиля верхнего горизонта. Распределение ареалов минералогических показателей каменской межледниковой палеопочвы обособляется от таковых инжавинских межледниковых палеопочв более смектитовым составом ила, по ряду образцов отмечается сходство по содержанию смектитовой фазы. Ареалы минералогических показателей инжавинской межледниковой палеопочвы также свидетельствуют о существенной их дифференциации в пределах профиля.
1(Щ
60
4«
Ф
О
И А Ф
© А
1
/кЩ.
А
О-'
Л-»
0-ш □ •'V
си
ф
А
Ж.
2« 40 «1 КО 100 У
Рис, 7. Инне ралогкч сек не показатели и ли стыл фракций, выделенных из современной серой Яёййой тяжелосу глинистой почвы п лёссово-ночвсшга-криогснных серий позднего и среднего плейстоцена, в координатах главных компонент.! - серая тяжелосуглинистая почв:1 (1,2. 3); II - интерстадиальные палеопочвы позднего и среднего плейстоцена (4, 9, 10, 16,20). 
