Материал: Makeev-monograph-2012

Страница169

Экологическая роль палеопочв в геологической истории Земли

“Никто уже не оспаривает теперь, то изучение почв открывает нам геологическую историю Земли”.

Б.Б. Полынов, Автобиографические рассказы

Введение.

Бурное развитие палеопочвоведения позволяет оценить проявление экологических функций почв в различные этапы эволюции ландшафтной оболочки. Согласно определению палеопочвенной комиссии Международного Союза наук о почве, выделяются следующие виды палеопочв: 1. погребенные (ископаемые); 2. непогребенные (реликтовые) – surface paleosols, non-buried paleosols (relict paleosols); 3. ре-

экспонированные (погребенные палеопочвы, экспонированные на дневную поверхность в результате эрозии) – exhumed paleosols (Paleopedology

Glossary, 1997). В геологической летописи наличие палеопочв особенно зрелых профилей, означает периоды метастабильности в геологических циклах. Это, однако, не гарантирует дальнейшую сохранность палеопочв. И палеопочвы и включающие их осадки уничтожаются геоморфологическими процессами, вовлекаются в геологический круговорот. До недавнего времени находки дочетвертичных палеопочв, особенно полнопрофильных были крайне редки. Еще реже встречаются сохранившиеся фрагменты древних почвенных покровов.

К.Д. Глинка (1904) подчеркивал: «Если мы будем хорошо знакомы с внутренними свойствами почвенных типов, то во многих случаях в состоянии будем различать их и тогда, когда для нашего изучения осталась не почва, а продукт ее разрушения, какой-нибудь нанос, образовавшийся из почвенного материала». То есть у нас есть возможность судить о характере почвообразования и в целом о ландшафтной обстановке не только непосредственно по сравнительно редким находкам собственно палеопочв, но и по характеру геологических отложений, испытавших на себе воздействие почвообразования. И.П. Герасимов (1971) предложил понятие педолит для седиментационных горизонтов, состоящих в значительной степени из почвенного материала (переотложенные почвы, педоседименты). Таким образом, педолиты - это осадочные породы, несущие признаки почвообразования. (soil sediment, согласно Paleopedology Glossary, 1997). Очевидно, что почвенные породы должны входить в число объектов палеопочвоведения. Но судьба палеопочв в геологических циклах не ограничивается простым перемещением почвенного материала. Для того чтобы понять экологическую роль палеопочв и их влияние на эволюцию геосферно-биосферных циклов, нам необходимо опираться на учение о биогеохимической роли живого

Страница170

вещества. В.И. Вернадский подчеркивал: «Влияние жизни не ограничивается одним поверхностным слоем. Благодаря геологическим процессам происходят смещения земных слоев, и почва нередко целиком во всей своей массе на значительных протяжениях переносится в другие земные оболочки, прекращая свое существование как почва, но, внося в эти оболочки ту химическую энергию, которая дана ей деятельностью живого вещества. В общем, этот процесс играет в истории земли гораздо большую роль, чем мы ему обычно приписываем» (Вернадский, 1992). С влиянием живого вещества В.И. Вернадский связывал такие важные свойства горных пород, как мелкоземистость, смешение большого числа химических элементов и гомогенизация. Большую часть осадочных пород В.И. Вернадский рассматривал как бывшие палеопочвы. И.П. Герасимов (Gerasimov, 1971) подчеркивал, что история субаэральных отложений это история палеопочв. Очевидно, что с таким же основанием к бывшим палеопочвам следует относить и значительную часть метаморфических (бывших осадочных) пород. Другими словами, речь идет о непрерывном взаимодействии на протяжении геологической истории жизни и почвы, приводящем к формированию не только собственно палеопочв, но и преобразующем, в конечном счете, всю земную кору. Эти подходы затем развиты в трудах Гольдшмидта (Goldshmidt, 1954), Полынова (1948), Ковды (1973) и других исследователей о сочетании и роли геологического и биологического круговоротов в почвообразовании. Ковда подчеркивает: «Появление жизни, создавшей биосферу и исключительно деятельное «живое вещество», играющее огромную роль в геохимических процессах земной коры, привело к тому, что геологические процессы протекают при определяющем значении биосферы и геологические круговороты веществ тесно сочетаются и находятся в единстве с биологическими круговоротами и почвообразованием» (Ковда, 1973, т. 1, с. 102). Заварзин (2003) говорит о биосферно-геосферной системе. Наземную часть биосферы выделяют как биогеосферу (Добровольский с соавт., 2010). Речь идет о том, что связь между биологическими циклами и геологическом круговоротом в биогеосфере осуществляется через почву (палеопочву). Таким образом, роль почв в истории Земли следует оценивать по эволюции взаимодействия биологического и геологического круговоротов в биогеосфере. Для описания эволюции этих взаимодействий в истории Земли мы будем использовать понятие биогеосферные циклы.

Для всей совокупности почв и продуктов их вовлечения в геологический круговорот М.А. Глазовская (2009) предложила понятие педолитосфера. Именно педолитосфера, а не только профили и горизонты собственно палеопочв являются объектом изучения палеопочвоведения

(рис. 1).

Страница173

жизнедеятельности фотосинтезирующих организмов можно определить по соотношениям в осадочных породах изотопов 12С/13С и 32S/34S. Первоначально, обогащенные углеродом со смещенным изотопным отношением 12С/13С, обнаружены в отложениях возрастом 2,4 – 2,5 Ga (Rankama, 1954; Campbell, 1979). Биологические циклы в геохимии серы были зафиксированы в последние 2 млрд. лет. В дальнейшем изотопные свидетельства жизни были зафиксированы гораздо раньше. Отметим, что геохимические показатели реализуют как раз подход Вернадского и его последователей к оценке планетарной роли живого вещества. Смещенные изотопные соотношения свидетельствуют о том, что уже древнейшие из известных пород формировались под влиянием живых организмов. В настоящее время появление первых форм жизни по изотопным данным оценивается в 3,8 млрд. лет назад, при этом палеонтологическая запись (прежде всего следы жизнедеятельности) не превышает 3,5 Ga.

Согласно современным оценкам, формирование первоначальной земной коры и образование ядер материков (кратонов) оценивается возрастом 4,0 – 3,8 Ga (Ehrlich and Newman, 2009). Древнейшие из известных пород на Земле - это породы архейского зеленокаменного пояса Исуа на юго-западе Гренландии (Isua greenstone belt, в пределах Гренландского кратона) возрастом 3,7 - 3,8 Ga, представленные метаморфизованными вулканическими и осадочными породами. В кварцпироксенитовых слоистых отложениях (по-видимому, метаморфизованные джеспилиты) с меловыми прослоями исследованы графитовые прослойки мощностью около 100 µм со смещенным изотопным соотношением δ13C - 19‰ PDB (Wacey, 2009). Таким образом, уже в древнейших породах обнаруживаются признаки обитания (первые биогеосферные циклы). Последние материалы по другим древнейшим кратонам выявляют многочисленные признаки жизни в породах старше 3 млрд. лет (Wacey, 2009). Так, в пределах гранитно-зеленокаменного пояса кратона Пилбара (Pilbara), западная Австралия в базальтовых толщах в пределах меловых отложений возрастом 3,472-3,456 Ga зафиксированы округлые образования 1-4 µм в диаметре, образовавшиеся в результате биологического выветривания. Изотопное соотношение составляет δ13C - 16‰ PDB. В пределах кратона Каапвааль (Kaapvaal), зеленокаменный пояс Барбетон, провинция Мпумаланга, Южная Африка, в меловых отложениях, формировавшихся на мелководной части шельфа возрастом 3,416-3,444 Ga, обнаружены явные признаки микробных матов (тонкие углеродистые прослойки (1-1.5 µм толщиной и до 100 µм длиной). Изотопное соотношение в этих отложениях составляет δ13C -20‰ – 35 ‰ PDB. Итак, согласно современным данным, самые древние из известных пород отвечают критериям «обитаемость», так как представляли собой мелкоземистые осадки и даже содержали глинистые частицы. Но в этих же древнейших породах обнаруживаются и признаки обитания.