совместно с седиментационными архивами. Именно во взаимоотношении с характером седиментации реализуются различные модели почвообразования и формируются кумулятивные, срезанные, составные профили и педокомплексы (Paleopedology Glossary, 1997). В пределах седиментационного бассейна наблюдается когерентная изменчивость почвообразования и модели седиментации. Так, позднемеловые почвенно- эолово-аллювиальные серии бассейна Bauru, Бразилия, рассмотренные выше, подтверждают когерентную изменчивость фаций в зависимости от климатической обстановки. В этих осадочных толщах палеопочвы и аллювиальные фации фиксируют относительно гумидные циклы. При этом зрелые палеопочвы фиксируют и наиболее стабильные поверхности. И наконец, суглинистые профили палеопочв, оказывают стабилизирующее влияние на поверхность в аридные циклы, сопровождавшиеся эоловыми процессами.
Экзогенез проявляется и в согласованной реакции характера почвообразования и седиментации на климатические тренды. Это соответствие обусловлено климатической сенсорностью не только почв, но
|
и осадков. Например, гумидному/аридному типу седиментации |
|||||
|
соответствует гимидный/аридный тип почвообразования; кроме того, |
|||||
|
почвы и осадки смешиваются в повторяющихся циклах почвообразования, |
|||||
|
эрозии и седиментации. Основные архивы палеопочв – флювиальные |
|||||
|
системы, морские террасы, эстуарии, циклотемы, лѐссово-почвенные серии |
|||||
|
и др., обладают высокой климасенсорностью (по Соколову, 1976). |
|
||||
|
В древних флювиальных системах когерентная реакция характера |
|||||
|
почвообразования и флювиальной архитектуры (строения речных долин) |
|||||
|
на климатические тренды проявляется особенно ярко (Retallack, 2002). В |
|||||
|
рассмотренных |
выше |
верхнемеловых-нижнепалеогеновых |
почвах |
||
|
формации Maghra El-Bahari в Египте реконструкция палеоландшафтной |
|||||
|
обстановки основывается на соответствии палеопочвенных, и |
|||||
|
седиментационных признаков, которые взаимно дополняют друг друга |
|||||
|
(Wanas, Abu El-Hassan, 2006). Например, наличие сликенсайдов в |
|||||
|
палеопочвах с одной стороны и трещин усыхания в перекрывающих их |
|||||
|
флювиальных и озерных осадках с другой согласованно свидетельствуют о |
|||||
|
наличии климатических условий с засушливыми сезонами. Наличие |
|||||
239 |
Кальцисолей (по Mack et |
al., |
1993) в озерных фациях согласуется с |
|||
обилием карбонатов в эвапоритах и указывает на аридные циклы (Alonso- |
||||||
|
||||||
|
Zarza et al., 1992). Таким образом, седиментацию и почвообразование |
|||||
Страница |
следует рассматривать |
как |
единый взаимосвязанный |
процесс, |
||
|
|
|
|
|
||
определяемый как тектоникой, так и климатом.
Когерентная изменчивость палеопочв и осадочных пород в пределах седиментационного бассейна как реакция на климатические тренды, их взаимное смешивание в циклах эрозии и переотложения обусловливает формирование продуктов с высокой климатической сенсорностью. Наряду
|
с палеопочвами, к числу наиболее ярких индикаторов палеоклиматической |
|||
|
обстановки относятся эвапориты, бокситы, латериты, каолинитовые глины, |
|||
|
каменные угли, ледовые отложения и пр. Высокой сенсорностью обладают |
|||
|
и эоловые отложения. Так, циклы накопления эоловых песков согласуются |
|||
|
с формированием аридных почв. В лѐссово-палеопочвенных сериях |
|||
|
горизонты лѐссов указывают на аридные и/или ледниковые периоды в |
|||
|
ледниково-межледниковых циклах. Осадочные породы, палеопочвы и |
|||
|
продукты их переотложения представляют собой взаимодополняющие |
|||
|
архивы. Так же как и по биогеохимическим индикаторам, мы можем даже |
|||
|
предсказывать свойства неоткрытых палеопочв по седиментационным |
|||
|
обстановкам того или иного геологического периода. |
|
||
|
Изучение педолитосферы как объекта палеопочвоведения |
|||
|
показывает, что субстратом для почвообразования в подавляющем |
|||
|
большинстве случаев являются породы, прошедшие (иногда многократно) |
|||
|
через биогеосферные циклы в процессе экзогенеза. Большая часть |
|||
|
осадочных и метаморфических пород является продуктами ресайклинга. |
|||
|
Так, отложения ледниковой формации (морены, водноледниковые и |
|||
|
озерно-ледниковые отложения), а также лѐссы, являются продуктами |
|||
|
ресайклинга в ледниково-межледниковых циклах (van Loon, 2006). |
|||
|
Ресайклинг обусловливает то, что почвообразование утилизирует |
|||
|
продукты |
предшествующих |
биосферно-геосферных |
циклов. |
|
Соответственно многие особенности состава и свойств почв на осадочных |
|||
|
и метаморфических породах являются унаследованными от былых |
|||
|
биосфер. Например, глинисто-пылеватые фракции в значительной степени |
|||
|
унаследованы от биосфер прошлого. На протяжении геологической |
|||
|
истории экзогенез приводит к расширению мелкоземистой базы |
|||
|
почвообразования. В геологической истории абсолютно преобладали |
|||
|
теплые биосферы. Периоды с холодными биосферами составляют около |
|||
|
4% от продолжительности фанерозоя (Чумаков, 2001). Субстратами для |
|||
|
почвообразования являются в основном продукты, прошедшие через |
|||
|
древнее тропическое лесное почвообразование (Ковда, 1973). В целом |
|||
|
холодные биосферы в основном утилизируют мелкозем теплых биосфер. |
|||
|
Четвертичное почвообразование реализуется в обстановке холодной |
|||
|
биосферы кайнозоя и в значительной степени на продуктах теплых |
|||
240 |
дочетвертичных биосфер прошедших многократное переотложение в |
|||
процессе экзогенеза. |
|
|
||
|
|
|
||
|
Роль ресайклинга ярко проявляется в формировании красноцветных |
|||
Страница |
отложений, |
широко распространенных в различных |
обстановках |
|
|
|
|
|
|
фанерозоя как в областях аридной и семиаридной, так и гумидной седиментации. Это часто ставит исследователей в тупик и приводит их к выводу о невозможности использования красноцветов в качестве палеоландшафтного индикатора (Sheldon, 2005). Наибольшая сложность диагностики красноцветов связана тем, что в геологической летописи они
Страница241
чаще всего представлены переотложенными продуктами (Макеев, 2012). Примером этого являются рассмотренные выше верхнепермские педокомплексы востока Московской синеклизы. Красноцветные толщи, сформированы в озерно-аллювиальных толщах в пределах обширного седиментационного бассейна. Красная окраска горизонтов почвенного профиля не связана с почвообразованием и диагенезом – почвообразующие породы были исходно красноцветные, и представляли собой переотложенные продукты разрушения кор выветривания. В процессе почвообразования произошла трансформация исходной окраски под воздействием оглеения. Таким образом, инситные красноцветные коры выветривания являются индикаторами климатических условий на месте их образования, а переотложенные отложения характеризуют ландшафтные условия их переотложения и эпигенетического преобразования. Аналогичным образом объясняется и широкое распространение красноцветных отложений в современных пустынных областях (пустыни США, Аризона, и Австралии). Их красный цвет связан с тем, что это продукты переотложения красноцветных триасовых и миоценовых палеопочв и кор выветривания, сформированных в условиях влажного тропического климата.
Итак, почвообразование в геологической истории реализуется в рамках единого процесса – экзогенеза, включающего взаимообусловленную систему процессов выветривания, почвообразования, седиментогенеза, диагенеза и геохимической миграции веществ. Участие продуктов почвообразования в биогеосферных циклах (ресайклинг) определяет планетарную роль почвообразования, заключающуюся в преобразовании состава верхних слоев литосферы и образовании новых минералов, изменении дисперсности, остаточной или аккумулятивной концентрацией элементов. Форма накопления химических элементов - почвенно-поглощающий комплекс – является в основном результатом почвообразования (Соколов, 1997). Основные компоненты почвенного поглощающего комплекса - гумус и глинистые минералы – это, в основном, продукты внутрипочвенного выветривания. В системе биогеосферных циклов почвы являются связующим звеном между биологическим и геологическим круговоротами. Экзогенез определяет взаимную обусловленность свойств почв и осадочных пород, а также расширение мелкозѐмистой базы почвообразования на протяжении геологической истории.
Палеопочвы как архив палеогеографической информации.
По образному выражению Г.А. Заварзина эволюция педосферы – это информационный процесс записи информации о былых ландшафтных
оболочках |
(Заварзин, |
2003). |
Ценность |
палеопочв |
как |
|
палеогеографического |
архива |
определяется |
их |
способностью |
||
Страница242
аккумулировать в себе запись о многочисленных параметрах природной среды, в том числе и в изменившихся ландшафтных условиях. Эту способность принято называть почвенной памятью. По своей сути, понятие почвенная память – это эволюция крылатого Докучаевского выражения: «Почва – зеркало ландшафта». При работе с палеопочвами в ряду меняющихся ландшафтных обстановок на первый план выступает другая сторона способности почв отражать существующие ландшафтные условия: «Почва – память ландшафта». Основу памяти составляет практически весь набор известных почвенных свойств, поскольку все они формировались под воздействием ландшафтных условий. Это набор генетических почвенных горизонтов, гранулометрический, минералогический и валовой химический состав, цвет, структура на разных уровнях организации, новообразования и т.д. В настоящее время учение о почвенной памяти хорошо разработано, что избавляет нас от задачи проводить подробный анализ свойств палеопочв как палеоландшафтных индикаторов (Таргульян, 2008). Большинство свойств используется для качественной оценки ландшафтных условий. Например, наличие кутан в Вертисолях указывает на преобладание гумидных циклов
(Wanas, Abu El-Hassan, 2006; Mack, 1992; Nordt et al., 2006; Demko et al.,
2004). Наличие карбонатных конкреций служит индикатором аридных-
семиаридных условий (Retallack, 1983; Gustavson, 1991; Mack, 1992; Lee et al., 2003).
Однако, при комплексных палеогеографических реконструкциях перед палеопочвоведением часто ставятся задачи определить конкретные количественные параметры. Количественные показатели активно развиваются, и число их постоянно растет (Sheldon, Tabor, 2009). Мы рассмотрели целый ряд примеров использования количественных показателей для оценки ландшафтных условий от докембрия до кайнозоя. Это среднегодовые количества осадков и температуры (MAP и MAT), содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере (pCO2) (Mack, 1992; Alonso Zarza et al., 1992; Driese, Mora, 2002). Эти количественные индикаторы основываются на сопоставлении палеопочв с современными аналогами. Ранее, при описании педосферы мелового периода мы указывали, что изучение почв позволяет выявить количественные параметры гидрологического цикла и показать его значительную роль в выравнивании температурного градиента от экватора к полюсам. Понимание гидрологического цикла теплых биосфер, формирующегося при высоких концентрациях CO2 в атмосфере, имеет большое значение не только для палеогеографических реконструкций, но и для построения сценариев глобальных изменений климата. Дело в том, что уже достигнутый в настоящее время уровень концентрации CO2 превышает таковой в термические максимумы как голоцена, так и плейстоцена
Страница243
(Ruddiman, 2005). По этому параметру аналогом могут служить только теплые биосферы дочетвертичного времени.
Расширяющиеся задачи палеогеографических реконструкций приводят к пониманию особенностей записи информации в различных архивах. Данные по палеопочвам пока заметно уступают другим палеогеографическим архивам, в том числе и наземным. Так, для различных периодов представлены достаточно подробные карты седиментационных обстановок (например, для всех веков мела), реконструкции растительности. Многие архивы неразрывно связаны с палеопочвами. Среди других палеогеографических архивов палеопочвы обладают одним из самых высоких пространственных разрешений (Targulian, Sedov, 2004), что связано с формированием почв in situ. В тоже время палеопочвы обладают относительно низким временным разрешением – процессы почвообразования накладываются на одну и ту же толщу. Происходит наложение, маскировка, стирание предшествующих свойств. Таргульян и Седов указывают и на преимущество низкого разрешения – в почвенном профиле записываются основные тренды, снимаются случайные отклонения.
В этой связи интересно сопоставить особенности почвенных и породных архивов. Считается, что в своих центральных идеальных образах почвы и породы представляют собой диаметрально противоположные экзогенные образования (Иноземцев, Таргульян, 2010). У почв в идеале инситный характер записи, накладывающийся на один и тот же объем, а у пород – аллохтонный, так как записывается информация обо всей области мобилизации осадочного материала. Однако, как показано выше, почвообразование и седиментогенез в биогеосферных циклах эволюционируют согласованно, в рамках единого для педолитосферы процесса экзогенеза. При палеогеографических реконструкциях их следует рассматривать как два взаимно дополняющих способа записи информации о внешней среде. И в почвах и в осадочных породах сложно сочетаются как аллохтонная, так и инситная модели записи информации. Так, свойства осадочных пород могут быть обусловлены инситными процессами (диагенез, гидротермальное воздействие и пр.), а инситная почвенная запись сохраняется не только собственно в почвах, но и в продуктах их переотложения и вовлечения в геологический круговорот. Поэтому палеопочвенная запись представлена не только собственно в палеопочвах (инситных биокосных образованиях), но и в других компонентах педолитосферы (педолитах, инситных и перемещенных корах выветривания, терригенных осадочных, а часто и метаморфических породах, и пр.).
С этой точки зрения память осадочных пород действительно обладает сложной природой, в которой сочетаются оба способа записи информации: аллохтонный (о материале-источнике, механизмах