Материал: Makeev-monograph-2012

Страница194

течение 10-12 месяцев Промышленные залежи каменного угля представлены отдельными пластами, со средней мощностью 1-2 м, редко больше. Например, Кузбасский угольный бассейн имеет среднюю мощность пласта 1,85 м, Печорский – 1, 53 м, с наибольшей мощностью до 12 м. Метровый пласт каменного угля образуется из торфяной толщи мощностью 20 м, что подтверждает длительность существования заболоченных лесов. Угольные пласты прекрасно консервируют растительные остатки. Их реконструкция подтверждает наличие влажных условий. Особенно ярко угленакопление проявилось во второй половине карбона, в пенсильванский суб-период на протяжении 15-20 млн. лет. По периферии болот Гистосоли замещались Сподосолями, Ультисолями и Оксисолями.

В то же время, угольные пласты, как правило, приурочены к циклотемам (cyclothemes или coal measures), широко распространенным в областях угленакопления. Циклотемы это слоистые толщи, образованные чередованием морских и терригенных осадков (прослои известняков, песчаников и углей). Как правило, прослои песчаников в циклотемах сменяются глинистыми, а затем угольными прослоями. Время формирования осадочных слоев измерялось периодами 104 – 105 лет. Циклотемы являлись результатом чередования трансгрессий-регрессий, связанных с динамикой оледенений, циклами Миланковича и пр. Одним из факторов образования циклотем было существование в карбоне обширных плоских низменностей, заполненных морскими осадками в предшествующие периоды высокого уровня мирового океана. Эти низменности реагировали даже на небольшие колебания уровня океана. Чередование угольных пластов с толщами терригенных и морских осадков свидетельствует прежде всего о динамичной ландшафтно-климатической обстановке карбона. Однако на слои осадков, разделяющие угольные пласты как на источник палеогеографической информации стали обращать внимание лишь в последнее время. Подстилающие прослои получили название coal seats или coal earth. Сохранность растительных остатков в условиях аэрации гораздо хуже. Однако в этих породных слоях представлены прекрасно сохранившиеся профили палеопочв. Палеопочвы показатели разнообразных условий, климатической зональности и климатических изменений в угольный век. Их изучение дает нам детальную запись динамики ландшафтно-климатических условий. По детальности записи, а также с учетом того, что формирование циклотем является климатически обусловленным процессом, они могут быть сопоставлены с лѐссово-палеопочвенными сериями. На их основе возможно выполнение межрегиональных корреляций почвенных горизонтов и вмещающих отложений в пределах тропического пояса Пангеи. Разнообразие природных условий подтверждается сосуществованием различных флор. Ранее было принято считать, что

Страница195

понятия палеофитная и мезофитная флора это стратиграфические реперы. Однако они сосуществовали благодаря разнообразию ландшафтноклиматических условий. Так, в угленосных бассейнах представлены палеофитные флоры, а для более дренированных местообитаний характерно обилие покрытосеменных.

Почвы карбона и перми также подтверждают разнообразие природных условий. В гумидные периоды в тропическом поясе в пределах угленосных бассейнов активно формировались торфяные почвы (Histosols, по Soil Survey Staff, 1998). Петрографический анализ углей, а также палинологические спектры свидетельствуют о динамике условий угленакопления. Так, выделяются периоды распада торфов, затопления торфяников, пожары и пр. (DiMihele et al., 2010). Угольные прослои подстилаются палеопочвами, формировавшимися непосредственно перед заболачиванием угольного бассейна. Для среднего карбона описаны подзолы (Spodosols, по Soil Survey Staff, 1998), кислые тропические почвы

(Ultisols) Вертисоли, текстурно-дифференцированные почвы (Argillisols, по Mack et al., 1993), то есть почвы, формирующиеся во влажном климате в условиях хорошего дренажа. Профили этих почв, как правило, диагенетически оглеены во время существования болота. В случае, когда профиль палеопочвы полностью сохранился, отмечается постепенный переход от гумусовых горизонтов почв к торфяному (угольному пласту), что свидетельствует о прогрессивном заболачивании.

Характер осадконакопления, почвообразования и сохранившиеся растительные остатки свидетельствуют о существовании семигумидных и даже семиаридных условий между периодами угленакопления. Так, для юго-западной Пангеи в пределах тропического пояса палеопочвенные индикаторы позволяют реконструировать годовое количество осадков на уровне >1200 мм в год (Tabor, Poulsen, 2008). Наряду с этим, наличие кальциковых Вертисолей (по Soil Survey Staff, 1998) и Кальцисолей указывает на существование на северо-западе Пангеи экосистем с годовым количеством осадков менее 900 мм в год и наличием сезонного дефицита влаги (Royer, 1999; Tabor, Poulsen, 2008, Joeckel, 1999; Tabor and Montañez,

2004; Falcon-Lang, 2003). Особенно характерно существование климата с выраженной сезонной контрастностью. Сопряженное чередование аридно - гумидных циклов, колебания уровня моря и изменение характера растительности скорей всего соответствовало динамике ледниковых циклов.

В семиаридные периоды влаголюбивая растительность сохранялась лишь в пониженных местообитаниях. В это время накапливались толщи континентальных карбонатных отложений и эвапоритов. Формировались кальциковые Вертисоли (по Soil Survey Staff, 1998), свидетельствующие о сезонном дефиците влаги. В то же время во влажные периоды болотные почвы занимали достаточно высокие уровни в ландшафте.

Страница196

Изучение палеопочв, связанных с чередованием гумидных и аридных циклов (Гистосоли, Энтисоли, Инсептисоли, Альфисоли и Оксисоли, по Soil Survey Staff, 1998) в циклотемах Аппалачского бассейна позволило выявить очень подробную картину ландшафтно-климатических изменений в конце первой половины карбона (Kahmann & Driese, 2008). Аппалачский бассейн в это время располагался между 5° и 10° ю. п-ш1. вблизи границы между влажным экваториальным поясом и аридным поясом циркуляции пассатов. Незначительные колебания климата приводили к подвижкам границы климатического раздела, так, что Аппалачский бассейн попадал то в условия влажного экваториального, то субаридного тропического климата. В аридные периоды с высокой сезонной контрастностью формировались слитые почвы (Vertisols, по Soil Survey Staff, 1998). Ряд Вертисолей (Pound pedotype) формировался в условиях хорошего дренажа, о чем свидетельствует наличие горизонтов Bk, глинистых кутан, и пр. В других профилях (Pine Mountain pedotype) отсутствуют горизонты Bk и глинистые кутаны, слитые горизонты обладают сероватой окраской и содержат обильные Fe-Mn нодули, что свидетельствует о наличии застойных периодов. Часть описанных Вертисолей имеет полигенетичный профиль, обусловленный мелкими повторяющимися колебаниями климата. Так, в горизонтах Bk наряду с карбонатными новообразования представлены железистые пятна и нодули. Анализ микростроения позволяет выявить стадии формирования железистых новообразований. Наблюдается также железистая пропитка карбонатных нодулей. Во влажные периоды формировались торфяные почвы. Прогрессивному заболачиванию способствовал тот факт, что в основании торфяников залегали глинистые слитые почвы. Оксисоли формировались во влажном тропическом климате под лесной растительностью в условиях хорошего дренажа. Годовое количество осадков, рассчитанное на основании палеопочвенных индикаторов, варьировало от 519 до 1361 мм. Отдельные профили палеопочв формировались в течение сотен/первых тысяч лет (Driese et al., 2003). Эти колебания климата связываются с изменением границ области пассатов, таким образом, что Аппалачский бассейн попадал то во влажную экваториальную область, то в семиаридную тропическую область циркуляции пассатов.

Активное захоронение биогенного углерода привело к повышению уровня кислорода в атмосфере с 21% до 35%. Это определило увеличение лесных пожаров. Палеопочвы (Гистосоли, по Soil Survey Staff, 1998) содержат свидетельства лесных пожаров. В середине карбона происходит похолодание и аридизация. Активное захоронение углерода вызвало понижение pCO2, то есть парникового эффекта и привело к развитию

1Здесь и далее п-ш. – палеоширота(ы)

Страница197

оледенений (Montanez et al., 2007). Наряду с дальнейшим падением уровня океана это привело к биосферному кризису, получившему название карбоновый коллапс дождевых лесов (Carboniferous Rainforest Collapse, CRC). В результате этого биосферного кризиса сплошной пояс тропических дождевых лесов распался, и они сохранились только отдельными массивами. В результате прогрессивного похолодания и аридизации в циклотемах стали преобладать слои, связанные с седиментацией в семиаридных условиях с выраженной сезонной контрастностью (Bishop et al., 2009). При этом в составе палеопочв начинают преобладать кальциковые Вертисоли, что свидетельствует о существенном дефиците влаги в течение года и о годовом количестве осадков менее 1400 мм.

Наличие семиаридных условий с выраженной сезонностью во второй половине карбона подтверждается и для других регионов материка Пангея. Так, в пределах Московской синеклизы вне области угленакопления в несогласиях, связанных с изменением базиса в различных свитах пенсильванской подсистемы, формировались щелочные, богатые Mg, карбонатные почвы (Алексеева с соавт., 2010). Подробно изучена Сенницеручейская палеопочва (рендзина, кальциковая литосоль) в кровле васькинской свиты московского яруса сформированная в чехле палыгорскит-сепиолитовых глин континентального происхождения, перекрывающем толщу раскарстованного известняка. Характер закарстованности поверхности подстилающих известняков (полости и желоба растворения) свидетельствует о семигумидном климате. В то же время, наличие гипса в континентальных глинистых осадках указывает на гиперсоленые условия синтеза. Таким образом, минералогический состав подтверждает условия аридного литогенеза глинистых осадков, возможно в лагунной обстановке. Палеопочвы в глинистых осадках формировались в условиях с преобладанием окислительной обстановки, что подтверждается магнитными свойствами.

В почвах нижнего, среднего и верхнего карбона Московской синеклизы удалось также исследовать древнейший органо-минеральный комплекс. Сохранность гумусовых соединений обусловлена прочными ковалентными связями органических молекул и решеткой палыгорскита. Интересно, что ИК- и ЯМР-спектры гумусовых веществ карбоновых палеопочв практически идентичны плейстоценовым и голоценовым аналогам. Содержание органического углерода (1,1-1.5%) также сравнимо с современными аридными почвами. Гумус изученных почв характеризуется фульватно-гуматным составом (отношение Cгк|Cфк составляет 0,55-0,83), что подтверждает их формирование в семиаридной обстановке.

Палыгорскитовый состав описываемой палеопочвы и наличие в ее нижней части гипса позволяет сделать вывод, что величина годовых

Страница198

осадков была ниже 300 мм/год, а величина рН находилась в интервале 6–9. Гумус сходен с гумусом серо-бурых карбонатных пустынных почв по преобладанию фульвокислот, фракция III, глубокой минерализации растительных остатков и высокому содержанию гуминов. Таким образом, изучение почвенных свойств позволило в отсутствие растительных остатков высказать предположение о том, что данная территория была заселена растительностью пустынного типа.

Почвы холодных биосфер верхнего палеозоя.

Широкое развитие голосеменных хвойных растений определило характер биологического круговорота в верхнем палеозое. Для растительного опада характерна невысокая зольность (3,8%) высокое содержание Si (16%), Ca (21%), S (6%), K (6,5%). В то же время растительность способствовала расширению в биологическом круговороте роли кальция, серы, фосфора и уменьшению роли кремния, калия, натрия и хлора (Ковда, 1973). Считается, что в перми педосфера сформировалась как непрерывная оболочка (Global Soil Change…, 1990). По-видимому, экологически благоприятные свойства мелкоземистых и обогащенных органическим веществом полнопрофильных почв, обусловили то быстрое распространение, и высокие темпы эволюции жизни на поверхности суши, которые произошли в конце палеозоя. Очевидно, что и дальнейшая эволюция сухопутной жизни в мезозое еще теснее была связана с развитием почвенного покрова.

Огромные размеры Пангеи и формирование вдоль ее окраин протяженных горных систем и постепенная регрессия эпиконтинентальных морей приводили к возрастанию аридности в низких и средних широтах внутриконтинентальных областей и продвижению к полюсам аридных и семиаридных поясов (Жарков, 2004). В целом с середины перми до триаса сухость и похолодание способствовали усилению зонально-климатических особенностей (Криштофович, 1950). Зональная структура была аналогична современной. Так, от экватора к полюсу четко выделялись сухой субтропический, теплый и холодный умеренные пояса (Scotese et al., 1999). Резко очертилась область пустынь. Оформились и холодные приполярные полюса. Оформились северный и южный аридный пояса, расширявшие свою площадь за счет северных и южных границ (Чумаков, 2004). Широкое развитие получили области с недостаточным и сезонным увлажнением также расширявшие свою площадь в направлении северного и южного полюсов. Обширные семиаридные области выделяются в центре Лавразийской части Пангеи в пределах Московской синеклизы и Волго-Уральской области.

Усиление климатической зональности естественно привело к усилению зональной структуры педосферы. В высоких широтах под покровом хвойных формировались кислые подзолистые почвы, а в