История формирования и современное функционирование черноземов европейской лесостепи России под влиянием палеокриогенеза

исследований, относятся разновозрастные па-леокриогенные признаки и явления, сохранившиеся в почвообразующих породах, в профилях погребенных и современных почв. Такая информационная достоверность признаков палеокриогенеза определяется узким диапазоном литологических и климатических параметров их формирования и хорошей изученностью этих параметров в смежной науке криолитологии [1, 3, 5, 6].

Одним из самых интересных регионов для изучения влияния палеокриогенеза на современные процессы почвообразования является центр Восточно-Европейской равнины. Для этой территории палеогеографами, палеоботаниками и другими специалистами установлены многочисленные факты значительной изменчивости климатических (температурных, атмосферной увлажненности) условий и изменения ландшафтов [4, 8, 10, 18, 19]. Вместе с тем влияние одного из наиболее важных палеогеографических показателей для понимании генезиса, эволюции и неоднородности почвенного покрова Европейской территории России – почвенного палеокриогенеза – изучена еще недостаточно.

Объекты и методы. Исследования проводили на северных подтипах черноземов центра Восточно-Европейской равнины (Тульская область, N 54°38′^/ с.ш., E 38°28^′ в.д.). Разрез 1-

2010 был заложен в стенке известнякового карьера, расположенного на правом коренном берегу долины р. Венёвки, долина которой имеет ширину 2-3 км, относительное врезание ее составляет 30-50 м. Водораздельная поверхность, на которой расположен разрез, имеет уклон с востока на запад около 1-20. Длина разреза 12 м, глубина 3 м. В разрезе вскрыты: современная почва, позднеплейстоценовые покровные лессовидные суглинки, слоистые, в нижней своей части содержащие погребенные почвы и сильно криотурбированнные, подстилающая их морена красно-бурого цвета. В настоящем исследовании применялись следующие методы: нивелирная съемка поверхности на месте разрезов-траншей и выделение элементов палеокриогенного полигональноблочного микрорельефа; документирование морфологических свойств почв, определение физических и физико-химических характеристик почв.

Результаты и обсуждение.

Морфология черноземов в связи с палеокриогенезом. Современная почва в пределах стенки разреза представлена черноземом оподзо-ленным (межблочное понижение) и черноземом выщелоченным (блочное повышение). В разрезе выявлены палеокриогенные структуры, которые по морфологическим особенностям были разделены на четыре типа (рис.1).

К первому , самому древнему типу, мы отнесли клиновидную структуру, по морфологическим особенностям соответствующую псевдоморфозам по повторно-жильному льду (ПЖЛ) [ 14, 15 ] . Структура залегает в морене на горизонтальной отметке 2,7-4,0 м на глубине 260 см и ниже, видимая глубина ее составляет около 50 см (рис. 1). Ширина псевдоморфозы в верхней части составляет около 140 см. Псевдоморфоза выполнена материалом серовато-сизого цвета с многочисленными субгоризонтальными светло-охристыми, разбитыми редкими субвертикальными язычками мощностью 0,5-1 см серого, сизоватого и охристого цветов. В целом границы структуры неясные (замытые), что подтверждает наше определение ее как именно псевдоморфозы по ПЖЛ, то есть крупной морозобойной трещины, заполнявшаяся рыхлым материалом в процессе вытаивания из неё льда.

Рис. 1. Схема строения разреза 1-2010. Тульская область, Венёвский район: 1-9-горизонты современной почвы: 1-А старопахотный, 2-А1А2, 3-В1А1А2, 4-В2, 5-В3, 6-В4, 7-В5са, 8-D1(fl-gl), 9-D3 с тонкими прослоями материала гор D2 мощностью 1-3 см, 11-12 – горизонты погребенной почвы: 11-[A1], 12-[A1B], 13 – морена, 14 – псевдоморфоза по ПЖЛ, 15 – магистральные трещины, 16 – скопления обломков кристаллических пород.

Ко второму типу мы отнесли крупные криогенные грунтовые структуры (ККГС) в виде субвертикальных клиньев-трещин высотой от 50 до 180 см и шириной в верхней части 30-35 см. Залегают они на глубине 180-210 см, расположены на горизонтальных отметках 1,5 м и 11,5 м соответственно (рис. 1). ККГС заполнены песчаным материалом и щебнем с примесью перекрывающего суглинка, который является почвообразующей породой для современной почвы. Отличительной особенностью рассматриваемых ККГС является относительно малое влияние на них процессов солифлюкции, что позволило сохраниться их клиновидно-трещинной формы. По-видимому, субвертикальные клинья-трещины формировались в несколько этапов, что выражается в полиге-нетичности ККГС, наиболее ярко проявившейся на горизонтальной отметке 11,5 м. Возможность возникновения литологической неоднородности на участках погребения трещин подтверждена мерзлотоведами. Так, по данным

[ 9 ] , эти участки всегда отличались рядом физических параметров от окружения, например, были всегда более увлажненными, и заложение новых морозобойных трещин происходила именно по «слабым» местам – более древним ККГС.

Хорошо сохранившаяся палеокриогенная структура третьего типа расположена на глубине около 180 см и горизонтальной отметке 4 м (см. рис. 1). По морфологическим особенностям структура третьего типа соответствует пятнам-медальонам, формирующимся в настоящее время в тундровой зоне. Формирование пятен-медальонов связано с образованием полигональных трещин, материал заполнения которых замерзает раньше межтрещинного суглинка, в результате чего образуются замкнутые системы текучего грунта, который под растущим гидростатическим давлением замерзающего материала прорывает верхнюю мерзлую корку и изливается наружу [12].

К четвертому выделяемому типу палео-криогенных структур мы отнесли наиболее ярко выраженные в разрезе крупные наклонные языковатые грунтовые структуры (ЯГС) разной степени выраженности, расположенные через 2-3 метра друг от друга и образующие видимые на горизонтальном срезе полигоны соответствующего размера. Угол наклона ЯГС на запад в центральной части разреза (с 3-го по 10-ый метры по горизонтали) составляет 20250 (рис. 1). Сложены ЯГС неоднородным материалом, представленным преимущественно покровным суглинком (почвообразующая порода современной почвы), песчаным материалом, кристаллическими включениями, небольшим количеством бурого с сероватым оттенком материала, по-видимому, не выраженной в разрезе, древней, разрушенной и перемытой почвы.

Таким образом, основными процессами, сформировавшими рассмотренную нижнюю часть разреза 1-2010, кроме осадконакопления, были процессы палеокриогенеза и, возможно, конвективной неустойчивости грунтов. Наличие подстилающей палеомерзлоты как водоупора и источника дополнительной влаги, вероятно, приводило к значительной увлажненности разрушенного элементарного почвенного образования (ЭПО) и сохранившегося ЭПО (слои 10, 11) и течению их материала по наклонной поверхности мерзлоты в теплые интервалы. Условия, в которых ЭПО формировались, а также нижеприведенные аналитические характеристики ЭПО позволяют предполагать, что эти слаборазвитые древние почвы принадлежали к типу тундрово-глеевых или их аналогам.

Физические и физико-химические характеристики черноземов, обусловленные палеокриогенезом.

Гранулометрический состав. Одним из главных физических свойств современных (голоценовых) почв является их гранулометрический состав. В данном исследовании различия по гранулометрическому составу определялись в двух зонах или в двух компонентах микрорельефа – блочном повышении и межблочном понижении. По гранулометрическому составу в обоих случаях почвы данного ключевого участка (разрез 1-2010) относятся к легким глинам и тяжелым суглинкам, преобладающими фракциями в почвах блочного повышения и межблочного понижения являются илистая (<0,001 мм) и крупнопылеватая (0,05-0,01 мм) (рис. 2).

Рис. 2. Гранулометрический состав черноземов. Разрез 1-2010. Тульская область, Венёвский район

По распределению фракций по профилю почвы блока и межблочья существует четкая граница между верхней и нижней криоморф-ной частями профиля. Граница эта обусловлена существованием в межблочном понижении самостоятельной прослойки грубого материала, накопленного в результате поверхностного перераспределения не только дресвы и щебня, но и обеих фракций песчаного материала (среднего и тонкого песка). Кроме того, возрастание содержания легких фракций на границе нижней криоморфной и верхней частями профиля в межблочном понижении связано еще и с тем, что на глубине 180-200 см в условиях дополнительного увлажнения сформированы языки-карманы, языки-трещины, крио-турбационные ямы, заполненные песчаным материалом. В почве блочного повышения во время накопления почвообразующего материала криоморфной (нижней) части профиля современных почв палеокриогенная ситуация, скорее всего, была иная. Здесь граница между верхней и нижней криоморфной частями профиля фиксируется лишь небольшим увеличением содержания фракции тонкого песка, а солифлюкционные и криотурбационные процессы практически не выражены. Но в условиях холодного и сухого климата позднего валдая во всей нижней криоморфной толще, могли развиваться процессы криогенеза, способствующие раздроблению зерен минералов крупных фракций до размеров крупной пыли, и одновременному коагулированию более мелких частиц (мелкая пыль, ил) также до состояния крупной пыли [11]. Во всяком случае, объяснение факта значительного обогащения крупной пылью материала нижней части профиля современного чернозема на блочном повышении развитием процесса криогенной пе-литизации почвообразующего материала нам представляется наиболее вероятным.

Влажность и плотность. Определение влажности и плотности почв термостатновесовым методом проводилось в каждом генетическом горизонте в двукратной повторности. Профили черноземов на разных элементах па-леокриогенного микрорельефа (блочном повышении и межблочном понижении) заметно различаются по влажности. На общем фоне увеличение влажности вниз по профилю по обоим элементам палеокриогенного микрорельефа в почве блочного повышения наблюдается некоторое уменьшение влажности в гор. В3 (на 5-7 единиц на глубине 110-130 см) по сравнению с выше- и нижележащими горизонтами. В почве межблочья в гор. В3, и нижележащих горизонтах (на глубине 140-185 см) происходит снижение количества влаги, что, скорее всего, связано с повышенным содержанием песчаных фракций в гранулометрическом составе этих горизонтов, уменьшающих влагоудерживающую способность почв (рис. 3). Профили черноземов по разным элементам палеокриогенного микрорельефа (блочных повышениях и межблочных понижениях) заметно различаются по плотности. В черноземе межблочного понижения плотность почв в отдельных случаях более чем на 0,1-0,3 г/см3 в нижних иллювиальных горизонтах (на глубине 140-160 см) больше, чем плотность почвы блочного повышения. Это увеличение значений плотности, по-видимому, связано с облегчением гранулометрического состава и уменьшением влажности почвы на данной глубине.

Физико-химические характеристики. По физико-химическим характеристикам почвы блока и межблочья различаются заметно (рис. 3). Содержание органического вещества в почве блока уменьшается с глубиной более постепенно; почва блока существенно более кислая, чем почва межблочья; распределение поглощенного Са²⁺ в почве межблочья значительно более неравномерное; распределение поглощенного Mg²⁺ в почве межблочья, наоборот, значительно более равномерное; обменные Na⁺ K⁺ распределены неравномерно и в почве блока, и в почве межблочья, но пики их содержания не совпадают; распределение подвижных Р 2 О 3 К 2 О очень сильно разнится в почвах блока и межблочья. Таким образом, полученные физические и физико-химические характеристики исследованной позднеплейстоценовой суглинистой толщи и сформированной на ней голоценовой почвы показали, что свойства почвы заметно дифференцированы в зависимости от положения ее профиля на элементе палеокриогенного микрорельефа – на блочном повышении или межблочном понижении.

Выводы:

• 1.    Признаки палеокриогенеза относятся к числу наиболее устойчивых к процессам диагенеза, поэтому криоморфные почвы (современные и древние) обладают высокой палеоэкологической информативностью. Покровные лессовидные суглинки в качестве почвообразующих пород современных почв, сформированные в результате циклического чередования процессов лито-, крио- и педогенеза, представляют собой педоциклиты, то есть циклически построенные толщи, состоящие из крио-морфных элементарных почвенных образований. К числу наиболее часто встречающихся признаков палеокриогенеза относятся крио-турбации, солифлюкционное течение грунтов, морозобойные трещины, создающие полигональную неоднородность строения генетических горизонтов и дневной поверхности.

  

  Рис. 3. Физические и физико-химические характеристики разреза 1-2010. Блок-повышение – сплошная линия; межблочное понижение – пунктирная линия. Тульская область, Венёвский район.

  
  

• 2.    Каждому из элементов палеокриогенного микрорельефа (блочное повышение, межблочное понижение) соответствует свой тип профиля современной почвы, определяемый наличием или отсутствием определенных генетических горизонтов, формой и степенью выраженности отдельных морфологических признаков этих горизонтов, изменчивостью физических (гранулометрический состав, влажность и плотность почв), физико-химических характеристик черноземов и палеокриогенных деформаций.

• 3.    Разновозрастные явления позднеплейстоценового палеокриогенеза, изменяющие строение, а иногда и гранулометрический состав почвообразующих пород, влияют на формирование и функционирование современных почв, в частности, черноземов Европейской лесостепи. В результате формируется временн а я связь процессов литогенеза, палеокриогенеза и почвообразования от позднеплейстоценового (ледникового) времени до современности.

• 4.    Выявленные многочисленные и разнообразные палеокриогенные явления в современных почвах Европейской лесостепи расширяют ареал почв, причина пространственной неоднородности которых заключается преимущественно в реликтовой криогенной дифференцированности их почвообразующих пород. Это разнообразие строения структуры почвенного, покрова требует от исследователей поиска новых подходов к его исследованию.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (№ 11-04-00354, № 11-04-01083), Программы Президиума РАН (подпрограмма 2), Программы «Развитие научного потенциала высшей школы», код 2.1.1/13314.