Палеокриогенез и закономерности пространственного варьирования магнитной восприимчивости черноземов центра восточно-европейской равнины

какого-либо разрушения (химического или физического) образцов почв, что обеспечивает картину их распределения, близкую к природной. В задачи исследования входило: разработать методы изучения МВ в профилях почв, сформированных под воздействием криогенеза (погребенных криоморфных почв) и почв, сформированных, под влиянием палеокриогенеза (современных почв на разных элементах погребенного палеокриогенного микрорельефа, выраженного на современной дневной поверхности); исследовать закономерности пространственной изменчивости МВ и оценить роль палеокриогенеза в их пространственном распределении.

Съемка МВ проводилась каппаметром KT-6 в узлах регулярной сетки с размерами ячеек 20×20 см. Статистическая обработка результатов измерений проводилась в программе Excel, а построение семивариограмм и топои-зоплет пространственного распределения МВ – в программе Surfer. Пространственная вариабельность МВ изучалась в почвенно-грунтовой толще, состоящей из современного выщелоченного и оподзоленного чернозема и серии погребенных почв (разрез 1-2010 длиной более 12 м, глубиной 4 м; Тульская область, Веневский район; схема строения разреза показана в статье Л.А. Гугалинской и др. в настоящем томе). Особенность строения разреза 1-2010 заключается в большом количестве хорошо сохранившихся реликтов палеокриогенеза – выклинивании горизонтов, взаимопроникновении горизонтов друг в друга в виде клиньев, заклинков и карманов. Наиболее выраженные из перечисленных форм отклонены от вертикали влево (вниз по склону), имеют большое количество грубодисперсного обломочного материала, кроме того профиль содержит горизонты криоморфных погребенных почв (ПП). В таблице показаны результаты статистического анализа данных распределения МВ для 6 горизонтальных линий опробования, выбранных из общего количества полученных в поле данных. При сравнении средних значений МВ выявляется следующая последовательность: сначала значения МВ закономерно уменьшаются с глубиной, но в профилях ПП они снова увеличиваются до значений МВ, характерных для современной почвы. Высокая дисперсия в этих горизонтах связана как с аномально высокими, так и низкими значениями МВ, на что указывают результаты квантильного анализа.

Таблица. Статистические характеристики распределения МВ (×10^-3 ед. СИ) в пределах линий опробования (Венёвский район, Тульская обл.)

Примечание: * 1 - вдоль горизонта А1 _ст._пах. , 2 — вдоль нижней границы горизонта А1А2, 3 - вдоль горизонта В1А1А2, 4 – вдоль горизонта В2, 5 – вдоль нижней границы горизонта В2, 6 – вдоль нижней границы горизонта [А1].

Считается, что многие закономерности пространственного варьирования почвенных свойств проявляются в неявной форме и не могут быть выявлены путем непосредственного наблюдения [3]. Поэтому для оценки возможного влияния на современный почвенный покров признаков палеокриогенеза нами использовался метод вариографии. Для 6 линий опробования были построены экспериментальные семивариограммы – графики зависимости полудисперсии МВ Y(h) от величины смещения h . Экспериментальное значение полудисперсии МВ рассчитывалось по формуле:

1 N ( h )

/ ( ^h ) = X[ z ⁽ x ) ^- z ⁽ x ' ^{h ) ]} 2

, где N(h) - количество пар точек, удаленных друг от друга на расстояние h, z(xi) и z(xt+h) -значения МВ в точках xi и xi+h [5].

Для аппроксимации экспериментальных семивариограмм были использованы сферические модели. Вид представленных семивариограмм имеет характерные особенности и изменяется с глубиной опробования (рис. 1).

Семивариограмма, построенная для 1-ой линии опробования вдоль гор. А1 старопах. , отражает 100% «наггет»-эффект, что свидетельствует об отсутствии пространственных зависимостей. В гор. А1А2 и В1А1А2 (2-я и 3-я линии) радиус корреляции (а) составил 250-290 см, а в гумусовом горизонте ПП (линия 6) – 150 см. В гор. В2 и В3 (4-я 5-я линии) полудисперсия с ростом шага опробования постепенно увеличивается и для рассматриваемого диапазона шагов не выходит на плато. На семивариограммах на расстояниях, превышающих радиус корреляции, в большей или меньшей степени выражена периодическая составляющая, что означает регулярно повторяющиеся элементы в ландшафте, однако эти данные следует считать предварительными. Величина а показывает, что максимальное варьирование значений МВ в горизонтах ПП наблюдается на расстояниях вдвое меньших, чем в вышележащей толще. Для всех линий опробования вариография показала среднюю и сильную пространственную зависимость данных, за исключением горизонта А1 старопах .

Рис. 1. Семивариограммы магнитной восприимчивости, построенные для шести линий опробования (пунктирная линия – величина дисперсии, жирная – модель; цифры у точек указывают количество пар, используемых в анализе):

1 – вдоль горизонта А1 старопах. , 2 – вдоль нижней границы горизонта А1А2, 3 – вдоль горизонта В1А1А2, 4 – вдоль горизонта В2, 5 – вдоль нижней границы горизонта В2, 6 – вдоль нижней границы горизонта [А1].

На рис. 2 представлены топоизоплеты пространственного распределения МВ. Для построения топоизоплет использовался метод кригинга, принцип которого основан на определении весов значений переменной в окрестных точках для оценки значения переменной в искомой точке или области. При этом вес каждой точки определяется по вариограмме [по 4]. Как видно из рис. 2, распределение величин МВ сильно варьирует в пространстве, причем левая половина разреза (участок с горизон- тальными отметками 0-6 м) имеет более сложную структуру по сравнению с правой. Усложненность здесь выражается более глубоким распространением горизонтов современного чернозема с более оподзоленным материалом, обладающих высокими значениями МВ, а также в наличии языковатых структур, которых нет справа (на участке 6-12 м). Кроме того, в левой части разреза на глубине ниже 100-120 см указанные структуры имеют субгоризонтальное залегание.

Рис. 2. Пространственное распределение величин магнитной восприимчивости (×10^-3 ед. СИ) в толще разреза-обнажения 1-2010

В целом распределение МВ на топоизо-плетах соответствует статистическим характеристикам, представленным в таблице. На глубине 210 см резкое увеличение значений МВ показывает наличие литологической границы, которая соответствует верхней границе гор. [А1] ПП. Максимальные значения МВ (1,44-3,03×10-3 ед. СИ) обнаруживаются в гор. [А1В] ПП. Этот факт дает основание предполагать, что гор [А1В], выделенный как генетический горизонт ПП, на самом деле является самостоятельной ПП, соединенной с вышележащей, тоже самостоятельной ПП, при описании разреза в поле обозначено как гор. [А1]. Предположение вытекает из известной для современных почв закономерности уменьшения значений МВ от верхней части гумусового горизонта к нижней. В районе с горизонтальными отметками 1-4 м выявленная литологическая граница в виде крупного «клина», отклоненного от вертикали влево под углом в 30-40º, уходит в дно разреза.

При сравнении результатов статистического анализа, анализа топоизоплет и морфологического строения исследованных почв видно, что значительная изменчивость МВ в пределах постоянных глубин обусловлена наличием отчетливо выраженных признаков палеокриогенеза, которые проявляются в виде трещинных образований (клиньев, карманов и заклинков различных генераций), а также со-лифлюкционных фестончатых наплывов.

Выводы:

• 1.    Для всех линий опробования, расположенных по всему профилю исследованного разреза, вариография показала среднюю и сильную пространственную зависимость данных, за исключением горизонта А1 старопах .

• 2.    Погребенная почва, в профиле которой морфологически были выделены два гумусовых генетических горизонта, представляет собой две самостоятельные, наложенные друг на друга (сдвоенные) погребенные почвы.

• 3.    Все семивариограммы распределения МВ, аппроксимированные сферическими мо-

• делями, показали, что в горизонтах погребенной сдвоенной почвы максимальное варьирование значений МВ существует на расстояниях вдвое меньших, чем в вышележащей толще. Этот факт предполагает, что условия почвообразования обеих погребенных почв значительно отличались от современных условий почвообразования;

• 4.    Каппаметрия позволила обнаружить ряд признаков, выявление которых морфологически было затруднено, а именно:

• -    достоверно выявить в разрезе блочное повышение (участок в районе с горизонтальными отметками около 8-9 м) и межблочное понижение (около 2-3 м);

• -    показать, что гор. В4 (глубина около 120 см), обладая более высокими значениями МВ в районе межблочного понижения, является самостоятельным элементарным почвенным образованием (слабовыраженной погребенной почвой), условия формирования которого отличались от таковых в перекрывающем и подстилающем слоях толщи;

• -    подтвердить, что морфологически наиболее отчетливо выраженные в межблочье солиф-люкционные нарушения сформировались выше выявленной на топоизоплетах палеокрио-генной клиновидной структуры; также удалось показать, что именно выявленная клиновидная структура, будучи древнее солифлюкционных нарушений, послужила причиной формирования над ней межблочного понижения, которое, в свою очередь, оказывает достаточно сильное влияние на современные почвенные процессы, в частности водно-физические.

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.