Органическое вещество эндогенных почв Кучегэрского термального поля (Баргузинская котловина, Забайкалье): формы и внутрипрофильное распределение

Бурятия является одной из наиболее тектонически активных зон земного шара. Значимая часть ее территории находится в зоне развивающегося Байкальского рифта. Здесь выявлено большое количество разломов земной коры и утончение литосферы [Лунина и др., 2009]. В результате этих явлений происходит подъем вещества и тепловой энергии на земную поверхность в количествах, способных оказывать влияние на функционирование и эволюцию ландшафтов. Весьма яркие проявления такого влияния на почвы мы наблюдали ранее в районе Кучегэрских (Дыренских) гидротермальных источников [Эндогенный... 2018; Морфология... 2019; Пространственное... 2022; Убугунов и др., 2020]. Воздействие глубинных вод на почвообразование в изученном районе оказалось настолько сильным, что принципиально нарушало все известные модели развития почв. Нашими предыдущими исследованиями были описаны некоторые параметры почвообразования, сопутствующих им геологических (диапировых) и криологических процессов в рифтовой зоне на фоне выхода эндогенных флюидов [Микроморфологическое... 2022; Почвоподобные... 2023]. В частности, было выявлено: 1) большое разнообразие и специфичность систем сложения горизонтов в почвенных профилях;

2) наличие пока еще не описанных в литературе импрегнированных горизонтов, пропитанных темной вязкой маслянистой жидкостью, исчезающей при высыхании и появляющейся при обратном увлажнении; 3) массовое возникновение восходящих диапиров, инъективный материал которых при прорыве поверхностных слоев переотлагается и стратифицирует верхние гумусовые горизонты, тем самым обновляя или «омолаживая» почвы; 4) сильное и площадное засоление почв, совершенно нехарактерное для широтного и высотного положения территории и сопутствующих климатических условий; 5) геохимические аномалии ряда элементов (S, W, Mo); 6) эндогенно обусловленные криоформы рельефа — валы, кочки, бугры, гидролакколиты в условиях отепляющего влияния гидротерм; 7) криогенные турбации почвенного профиля, дробление и фрагментирование почвенных слоев на морфоны и другое.

В силу чрезвычайной сложности наблюдаемых явлений объяснение их генезиса требует привлечения разнообразных методов и инструментальных средств. Поэтому в настоящем сообщении мы продолжили ранее начатое исследование берегового вала Кучегэрского болотного массива с помощью дополнительных показателей: микроморфологического строения горизонтов и педоморфонов, оценки в них микроформ и профильного распределения органического вещества. Полученные результаты подтверждают ранее выработанные предположения об эндогенных и криогенных механизмах формирования поднятий, почв и, на наш взгляд, позволяют пролить свет на более широкий круг вопросов, связанных с нетипичной формой залегания почвенных слоев в почвенном покрове окружающих пространств аллювиальной равнины р. Индихэн.

Объекты и методика исследований

Исследования проводились в Баргузинской котловине — крупнейшей суходольной впадине Байкальского рифта, в которой отмечаются максимальный тепловой поток [Голубев, 2007], самопроизвольный выход свободных газов [Исаев, 2006], присутствует густая сеть тектонических разломов и разгрузка многочисленных термальных вод кульдурского типа [Пространственное распределение... 2022].

Участок исследований расположен в окрестностях урочища Кучегэр, в 100– 500 м южнее Кучегэрских источников, в зоне распространения линейных повышений — береговых валов основного болотного массива, являющегося коллектором грифонов гидротермальных вод, и рядом расположенных отшнурованных переувлажненных понижений аллювиальной равнины р. Индихэн (рис. 1).

Место закладки почвенной траншеи (КД-3) — наиболее высокая часть берегового вала (54°52′44,8″ с. ш., 110°59′59,2″ в. д.). Механизм образования вала имеет специфический генезис, который мы подробно рассматривали в предыдущей работе [Почвоподобные... 2023]. Он заключается в боковом криогенном выталкивании почвенной массы из болота при сезонных циклах промерзания-оттаивания возле переувлажненных участков субаквальной разгрузки минеральных источников. Эффект связан с тем, что при кристаллизации воды объем льда увеличивается примерно на 10 % и расширяется в том числе в сторону берегов. Сезонное промерзание в Кучегэрском болоте неглубокое, около 50–70 см, что вызвано отепляющим эффектом гидротерм.

Рис. 1. Расположение участка исследований и места закладки траншеи КД-3

Пример образования подобных валов можно наблюдать на берегах оз. Байкал в период его покрытия льдами, когда на берегах в валы скапливаются торосы, а сразу после оттаивания на пологих пляжах в песке или гальке остаются следы надвига (рис. 2). Однако в теплое время года эти валы неустойчивы, быстро разбиваются и выравниваются волнами. В Кучегэрском болоте выдавливаемый на берег почвенный субстрат плотно задернован, не подвержен эрозии, а волновые процессы отсутствуют. Циклы замерзания-отмерзания происходят чаще из-за сравнительно небольшой теплоемкости болота и колебаний температуры вод источников. Поэтому вал в болоте ежегодно растет вертикально, периодически дополняясь новыми причленяющимися валами до тех пор, пока скорость роста вала не уравняется со скоростью денудации, либо пока грифон не изменит точку выхода на поверхность.

Объектом микроморфологических исследований выступил профиль траншеи, расположенный непосредственно под самым высоким гребнем вала, на длине 9,5 м (рис. 3).

На изученном сегменте траншеи почвенный профиль представлен коллизионной зоной, в которой происходили деформация, дробление, турбация горизонтов вмещающей береговой почвы при боковом криогенном давлении материала, выходящего из прилегающего болота. В результате этого процесса верхняя часть профиля представлена неоднородной по окраске, структуре, сложению толщей мощностью 60 см, состоящей из смеси фрагментов горизонтов внедряющейся

(перегнойно-глеевой и вмещающей (импрегнированной, засоленной, квазиглее-вой) почвы. Дополнительно к эндогенно-криогенной турбации в профиле отмечены активная зоогенная деятельность (сусликовины) и засыпки по трещинам, возникающим при деформациях. В современной почвенной классификации [Классификация... 2004] подходящий сценарий педогенеза не описан, поэтому по ближайшей аналогии мы отнесли изученную почву к отделу турбоземов, к типу (на уровне авторского предложения) эндокриотурбозем импрегнированный квазиглеевый засоленный с формулой профиля — TUR[A-H-Q-IMP]s-IMP@,s-Qimp-IMP2-Q2imp.

Рис. 2. Пример остаточных береговых торосов и криогенных валов на побережье оз. Байкал после частичного таяния льда в районе г. Бабушкин.

Дата снимка 13.04.2025

Рис. 3. Фрагмент профиля почвенной траншеи и места отбора почвенных проб и монолитов

При изучении физико-химических свойств почв руководствовались общепринятыми методами исследований [Агрохимические... 1975]. Классификация и диагностика почв проводилась согласно положениям [Классификации... 2004]1.

Микроморфологический анализ шлифов был проведен из образцов почв ненарушенного строения с использованием поляризационного микроскопа нового поколения OlympusBХ51 с цифровой камерой Olympus DP26. Шлифы изучались в проходящем (PPL) и поляризованном (XPL) свете. Описание элементов микростроения проводилось согласно международной терминологии.

Результаты исследований

Как показали результаты анализов, физические свойства и физико-химические показатели изученной почвы имели очень большой разброс значений (табл. 1). Реакция среды на рассмотренном сегменте траншеи варьировала в диапазоне 5,2–8,5, содержание гумуса — от 1,0 до 9,0 %, физической глины — от 13 до 46 %, легкорастворимых солей — от 0,15 до 1,89 %, токсичных — от 0,08 до 0,97 %. Определенная система распределения изученных показателей отсутствовала, что ожидаемо и обосновано эндогенно обусловленными криотурбациями, а большой размах данных — собственно эндогенными процессами. Отдельное внимание обращают на себя высокие количества плотного остатка и токсичных солей в горизонтах с наименьшими в профиле значениями рН (5,2–5,6), что абсолютно не характерно для засоленных почв региона.

В макроморфологических свойствах почвенных горизонтов и отдельных морфонах присутствовали высококонтрастные отличия в окраске, плотности, влажности, гранулометрическом составе и структуре. Представляющий особый интерес для исследования импрегнированный горизонт (IMP) или другие слои/ морфоны, имеющие разную степень пропитки темным веществом (imp), отличались утяжелением гранулометрического состава, аккумуляцией органического вещества с образованием черных органо-минеральных и бурых глинисто-органических агрегатов (рис. 4, табл. 1). Наиболее тяжелые импрегнированные участки профиля при подсыхании дробились на остроугольные агрегаты или изогнутые полигональные пластинки с трещинами усыхания, как это происходит на поверхности такыров.

TUR (A-H-Q-IMP)s (0-10

TUR [A-H-Q-IMP]s (20-30

IMPtUGS (85-90 см) активное растрескивание в более импрегнированмых сегментах

IMP2 (100-120см) образование полигональных трещим усыхании

IMP@,s (70-80 см) -дробление на агрегаты при подсыхании

Рис. 4. Макроморфологическое строение некоторых фрагментов горизонтов профиля на сегменте траншеи КД-3 (9,0–9,5 м)

Таблица 1

Физические свойства и химические показатели эндокриотурбозема

Горизонт	Глубина, см	рН	CO2	Сумма солей	Сумма токс. солей	ППП*	Гумус	Физ. глина	ЕКО, ммоль/100 г почвы
			%
TUR [A-H-Q-IMP]s	0–10	6,3	1,07	0,146	0,081	4,30	2,06	14	18,58
	10–30	5,6	0	1,894	0,965	13,53	8,97	37	20,47
	30–50	5,2	0	1,148	0,754	9,71	6,79	25	14,95
	50–70	6,5	1,07	0,188	0,117	4,57	2,40	15	11,57
IMP@,s	70–80	7,6	1,28	0,526	0,469	9,90	4,78	36	20,60
	80–115	8,0	2,03	0,584	0,547	9,50	7,19	46	22,61
Qimp	115–135	8,5	0,75	0,178	0,178	1,93	1,0	13	8,22
IMP2	135–145	7,6	1,49	0,156	0,122	5,22	4,41	24	12,04
Q2imp	145–155	8,5	1,49	0,384	0,137	1,89	1,20	21	8,38

Примечание: * — потеря при прокаливании.

Верхняя часть горизонта TUR [A-H-Q-IMP]s в слое 1–6 см была представлена рыхлой опесчаненной супесью с незначительным содержанием гумуса (2,1%) и большим количеством неразложившихся растительных остатков (рис. 5), имеющих местами субпараллельное расположение. Частицы псаммитовой размерности в преобладающем большинстве грубообломочные, без следов аллювиальной или эоловой обработки, c органическими пленками. В почвенном материале слоя было отмечено большое количество черных биогенных гранул. Характерно, что часть из них имела правильную сферическую форму размером 50–200 (единично до 400) мкм. В основном сферулы были частично полые, реже — целиком представлены темным веществом и еще реже — абсолютно полые.

В слое 18–23 см горизонта TUR [A-H-Q-IMP]s резко возросло содержание физической глины (до 37%) и гумуса (до 9,0%). Одновременно с этим выявлена максимальная в профиле аккумуляция легкорастворимых солей (1,90%) при уменьшении значения рН по сравнению с вышележащим (1–6 см) слоем до уровня 5,6, что, как правило, не характерно для засоленных почв. В микростроении отмечены неразложившиеся растительные остатки, микросгустки органики и комковато-зернистые органоминеральные агрегаты (рис. 6). Обломки пород остроугольные, без следов аллювиальной или эоловой обработки. Содержание черных органических гранул по сравнению с вышележащим слоем заметно выше, но черные сферулы среди них не выявлены.

Слой 40–45 см представлен более легкой (по сравнению с вышележащим слоем) легкосуглинистой и менее гумифицированной почвенной массой. Материал слоя характеризуется большим количеством легкорастворимых солей (1,15%) при минимальном в профиле значении рН (5,2). В микростроении отмечено увеличение количества черных гранул. На ряде участков шлифа обнаружены гнезда песка со специфической субгоризонтальной чешуйчатой организацией органики (рис. 7).

Горизонт IPM@,s чрезвычайно интересен c научных позиций, так как области его распространения, кроме области разгрузки Кучегэрских гидротерм, пока не известны, а генезис не вполне ясен и в литературе практически не описан. На 8,7–11,0 м сегменте почвенной траншеи горизонта IMP до начала коллизионных процессов, вероятнее всего, выступал самой верхней частью почвы, после чего был деформирован сильным боковым давлением со стороны болота.

Рис. 5. Микроморфологическое строение горизонта TUR [A-H-Q-IMP]s (1–6 см)

Верхняя часть горизонта в результате механического взаимодействия с погребающим слоем приобрела неровную границу с внедрением осветленных и буроватых блоков, изогнутых крупнопесчаных линз, сохраняющих в целом свои исходные свойства.

Рис. 6. Микроморфологическое строение горизонт TUR [A-H-Q-IMP]s (18–23 см)

Очень близкий по морфологии поверхностный горизонт мы наблюдали в центральной части траншеи, на длине от 14,0 до 19,0 м. На отрезке 8,7–10,0 м горизонта IMP@,s деформирован и сохранил следы сильного бокового давления со стороны болотного массива.

Рис. 7. Микроморфологическое строение горизонта TUR [A-H-Q-IMP]s (40–45 см)

Во влажном состоянии материал горизонт IMP@,s напоминал липкую вязкую мажущую высокопластичную массу, сходную по консистенции с теплым пластилином, а при высыхании превращался в очень плотную массу, растрескивающуюся и распадающуюся на твердые агрегаты. Горизонт в отличие от вышележащей турбированной толщи имел щелочную реакцию (рН = 8,0), содержал максимальное в профиле количество физической глины (46%), гумуса (7,2%) и карбонатов (2,0%), был засолен (плотный остаток — 0,58%, сумма токсичных солей — 0,55%).

В микростроении горизонта при усыхании материала отмечен распад на сложные глинисто-органические и органоминеральные агрегаты с образованием большого количества мезо- и макропор (рис. 8). Более тонкий глинистый материал оптически ориентирован. Отмечено большое количество черных гранул и присутствие единичных обугленных растительных остатков.

Рис. 8. Микроморфологическое строение горизонта IMP@,s (90–95 см)

Материал горизонта Qimp (109–114 см) представлен слабоизмененной слегка гумусированной (1,0%) гидрометаморфизованной супесчаной породой с оливковыми оттенками в окраске и фрагментарными внедрениями импрегниро-ванного материала из горизонта IMP@,s и IMP2, имел максимальное в профиле значение рН (8,5).

В микростроении отмечены низкое содержание глинисто-органической плазмы, глинистые и органоглинистые пленки, кутаны на зернах минералов, локальные тонкопылеватые инфиллинги с хлопьевидно-сгустковыми скоплениями глинистоорганической плазмы, обугленные растительные остатки, серицитизация плагиоклазов (рис. 9). В горизонте присутствуют мелкие (не более 20–30 мкм, единично до 50–100 мкм) биогенные гранулы, преимущественно сферические, пустотелые.

Рис. 9. Микроморфологическое строение горизонта Qimp (109–114 см)

Самый нижний во вскрытом профиле горизонт Q2imp (147–152 см) периодически затапливается грунтовыми водами. Он представлен слабоизмененной слегка гумусированной (1,2%) окарбоначенной щелочной легкосуглинистой породой с многочисленными прослоями импрегнированного материала. В микростроении отмечена организация органического и тонко-пылеватого материала в волны, прослои, затеки (рис. 10). Дешифрированы единичные органоглинистые кутаны и пылеватые инфиллинги в порах, образующие сферические агрегаты диаметром до 1 мм. В горизонте обнаружены черные мелкие (20–50 мкм, единично до 80–400 мкм) биогенные гранулы, преимущественно сферические и пустотелые, встречаются редкие обугленные растительные ткани.

Таким образом, при описании шлифов было в общей численности выделено 8 микроформ органического вещества (табл. 2): (1) черные гранулы, (2) хлопье-видно-сгустковые агрегаты, (3) полуразложившиеся и (4) обугленные растительные ткани, (5) сложные глинисто-органические сложные агрегаты, (6) органоминеральные агрегаты, (7) тонкопылеватые органические прослои, (8) чешуйчатые агрегаты и (9) органоглинистые кутаны.

Таблица 2

Микроформы и профильное распределение органического вещества

Горизонт	Глубина, см	Микроформы органического вещества
		1	2	3	4	5	6	7	8	9
TUR [A-H-Q-IMP]s	1–6	+	+	++				+
	18–23	++	+++	++				+
	40–45	+++	+	+				++	+++
IMP@,s	90–95	+++			+	+++	+++
Qimp	109–114	+	++		++
IMP2	137–142	+	++					++
	145–150	++	+++	+	+			+++
Q2imp	147–152	++			+			+++		+

Примечание: 1 — черные гранулы; 2 — хлопьевидно-сгустковые скопления; 3 — полуразложив-шиеся растительные ткани; 4 — обугленные растительные ткани; 5 — сложные глинисто-органические агрегаты; 6 — органоминеральные агрегаты; 7 — тонкопылевато-органические слои; 8 — чешуйчатые агрегаты; 9 — органоглинистые кутаны

Анализ данных показал, что скопления органического вещества отличаются большим разнообразием форм и характером распределения как внутри горизонтов, так и по профилю. Скопления представлены: 1) агрегатами черного цвета, организованными в виде: а) микрозернистого вещества — единичного и в виде микросгустков, распределенных как неупорядоченно, так и в виде цепочек и субпараллельных слоев — органических прослоев, перемежающихся с тонкопылеватой фракцией; микросгустки в ряде горизонтов представлены хлопьевидными агрегатами; б) вокругскелетных пленок (изотропных); 2) остатками корней (свежими, неразложившимися бурого цвета и черными — углистыми); 3) органоминеральными крупными черными агрегатами — с песчаными зернами, растрескавшимися на остроугольные фрагменты, а также сложными бурыми глинисто-органическими агрегатами. Обилие той или иной формы органического вещества по профилю различно. Так, распределение скоплений органического вещества в виде субпараллельных слоев наиболее выражено в нижних горизонтах, сложные черные органоминеральные и бурые глинисто-органические агрегаты присутствуют лишь в одном импрегнированном (IMP@,s) горизонте на глубине 90–95 см, а хлопьевидно-сгустковые формы распространены почти по всему профилю. Развитие органоглинистых кутан имело очень редкое распространение только в самой нижней части профиля.

Рис. 10. Микроморфологическое строение горизонта Q2imp (147–152 см)

Выводы

• 1.    В зоне Кучегэрских гидротерм формируются береговые эндокриотурбо-земы, приуроченные к болотам и переувлажненным просадкам на аллювиальной равнине с нарушенным строением почвенного профиля. Горизонты, слои и морфоны по строению и составу неоднородны и чередуются как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. Характерной особенностью этих почв является наличие слоев, пропитанных (импрегнированных) темным вязкопластичным веществом неясной природы, сильно затвердевающим при высыхании.

• 2.    Органическое вещество отличается большим разнообразием форм и распределения как внутри горизонтов, так и по профилю, представлено следующими формами: 1) остатками полуразложившихся или обугленных корней; 2) агрегатами черного цвета, организованными в виде: а) микрозернистого вещества — единичного и в виде микросгустков, в ряде горизонтов хлопьевидными агрегатами; б) вокруг скелетных пленок (изотропных); 3) органоминеральными крупными черными агрегатами с песчаными зернами, растрескивающимися на остроугольные фрагменты; 4) бурыми глинисто-органическими сложными агрегатами; 5) агрегатами с чешуйчатой организацией; 6) кутанами органоглинистыми.

• 3.    Богатое разнообразие форм органики и их распределение в профиле подтверждают сложный генезис изученного эндокриотурбозема, сформированного под влиянием гидротермальных процессов, обусловливающих боковое криогенное движение материала с образованием деформированных и турбированных коллизионных зон. Сложные глинисто-органические и органоминеральные агрегаты, обнаруженные только в горизонте IMP@,s (70–115 см), на наш взгляд, могут быть связаны с дегазацией и инфильтрацией жидкой фазы восходящих флюидных потоков в активной разломной системе Байкальского рифта, а темноцветное пропитывающее вещество каким-то образом взаимодействует с органическим веществом и/или является его производной, так как количество органики выше в импрегнированных горизонтах, чем в прилегающих.