Страница199
приполярных областях мерзлотные почвы. В низких широтах ландшафты были представлены как гумидным, так и аридным секторами. В гумидных секторах под покровом вечнозеленых лесов формировались желтоземы, красноземы, бокситы. В аккумулятивных ландшафтах формировались мощные латериты, торфа, болотно-луговые почвы. В аридных областях Пангеи формировались пустынные почвы, почвы пустынных и сухих саванн. В пермских отложениях широко распространены красные и желтые засоленные глины.
Уже в ранней перми аридизация климата повлияла даже на ландшафты влажного экваториального пояса. Так, в северном Техасе, США, находившемся на палеоэкваторе, в пенсильванское время было широко распространены влажные экваториальные леса с ультисолями (по Soil Survey Staff, 1998) и обширные болота с торфяными почвами (DiMichele et al., 2006). В раннепермских отложенииях эти почвы сменяются слаборазвитыми Вертисолями и эвапоритами. Угольные пласты сохранились только в отдельных местообитаниях (wet spots) в поймах постоянных водотоков. В средней перми даже эти рефугиумы влаголюбивой растительности исчезли. Соответственно в почвах Техаса меняется состав почвенных глинистых минералов (Tabor et al., 2002). Так, в составе илистой фракции пенсильванских палеопочв преобладает каолинит, в то время как в илистой фракции верхнепермских палеопочв преобладают смектиты и иллиты.
Сходную картину климатических изменений дает изучение характера аллювиальной седиментации и почвообразования в штате НьюМехико, США, территория которого в раннепермское время была в экваториальном поясе (Mack et al., 2003). Усиление аридизации в ранней перми привело к снижению годового количества осадков с >1200 мм в год до <900 мм в год. Наличие гипса в палеопочвах показывает, что при дальнейшей аридизации в средней перми годовое количество осадков снизилось до <300 мм в год. Аридизация сопровождалась повышением среднегодовых температур на 10°–13 °C. Увеличение дефицита влаги, регистрируется также по смене растительных сообществ в пользу выносливых к дефициту влаги растений. Влаголюбивая тропическая флора сохранилась только в пределах низменностей. На повышенных участках стала преобладать мезофитная флора. Хвойные стали преобладать в центральной и западной части экваториального пояса Пангеи в ранней перми. Изучение серий палеопочв пермского времени показывает, что периоды аридизации сменялись короткими плювиальными циклами (DiMichele et al., 2006). Характер аллювиальных отложений свидетельствует об условиях быстрой седиментации во влажные сезоны и о полном высыхании водотоков в сухие периоды. В периоды иссушения пылеватые осадки формировали русловую фацию аллювия. Наличие семиаридных условий с выраженной сезонной контрастностью
Страница200
подтверждаются и характером палеопочв (vertic Calcisols и calcic Vertisols с карбонатными конкреционными горизонтами, по Soil Survey Staff, 1998) формировавшихся на пылевато-глинистых аллювиальных отложениях. Наличие горизонтов Bk указывает на то, что стабильные поверхности существовали в течение нескольких тысяч лет (Gile et al., 1981). Интересно, что аллювиальные осадки имеют пылеватый состав. Маловероятно, что их формирование объясняется только отмучиванием водными потоками, так как они представлены равномерно на больших пространствах. Вероятнее всего, имела место эрозия лѐссовых массивов, подобно тому, как в настоящее время происходит в долине реки Хуан Хэ в пределах лессового плато Китая. Лѐсситы описаны в в экваториальном поясе западной Пангеи в верхнекарбоновых - нижнепермских отложениях. Не исключено и поступление эоловой пыли в долины и ее последующая переработка водными потоками.
Орографические особенности Пангеи обусловили формирование в пермское время во внутриконтинентальных областях бессточных высоких равнин, представляющих собой обширные бассейны для седиментации осадков, сносимых с окружающих горных систем. В пределах этих бассейнов представлены осадочные толщи, образованные при циклическом чередовании условий осадконакопления (циклотемы). Известно, что циклические флювиально-озерные толщи являются чрезвычайно чувствительными к быстрым изменениям ландшафтных условий и дают детальную запись изменений природной среды (Talbot and Allen, 1996). Особенно продуктивны палеогеографические реконструкции на основе совмещенного анализа палеопочв и флювиальных осадочных систем. Палеопочвы и осадки согласованно реагируют как на изменения климата, так и на изменения модели флювиальной седиментации. Примеры такого анализа рассмотрены ниже для различных участков суши Пангеи. Так, на северо-востоке древней суши Пангеи подробно изучена мощная мощная циклично построенная толща озерно-аллювиальных отложений (хребет Богдо, северо-восток Китая, Yang Wan et al., 2010). Седиментация и почвообразование рассматриваются как единый взаимосвязанный процесс, определяемый как тектоникой, так и климатом. Так, периоды активизации флювиального осадконакопления связываются с началом тектонических циклов Тяньшанской орогенной зоны. Палеопочвы, как правило, венчают толщу отложений определенного седиментационного цикла, характер почвообразования согласуется с типом циклов. Hапример, циклы меандрирующих потоков как правило служат индикаторами активной фазы флювиальной системы в условиях гумидного климата. Такие циклы венчаются гумидными почвами (Аржиллисоли, Глейсоли, по Mack et al., 1993). Наиболее развитые палеопочвы приурочены к отложениям регрессивных циклов при вялотекущем орогенезе. Сопряженный анализ седиментационной модели и палеопочв
Страница201
позволил установить циклические изменения климата (аридного, семиаридного, субгумидного и гумидного с преобладанием семи-аридных климатических условий) на протяжении от верхнего карбона до верхнего триаса в зависимости от параметров седиментационного бассейна и тектонической активности на юго-западе Гондваны (Spaletti et al., 2003). В Канзасе динамика природных условий в циклотемах определялась чередованием трансгрессий – регрессий мелководного моря в ледниковомежледниковые циклы. Аридизация климата обусловила формирование в ранней перми мелов и эвапоритов. К этому времени аридизация привела к тому, что угленосные слои и латериты верхнекарбоновых отложений в пределах северо-американской и европейской плит замещаются почвами более аридного климата – Вертисолями, кальциковыми Вертисолями и Кальцисолями (по Soil Survey Staff, 1998, Tabor and Montanez, 2002; 2004;
Ziegler et al., 2002). В нижнепермских циклотемах исчезают угольные прослои, характерные для циклотем верхнего карбона (Moore, 1964; Klein
& Kupperman, 1992; Aber 1991).
Восточная часть Московской синеклизы в верхнепермское время входила в северную семи-аридную область Пангеи. Почвы здесь имеют давнюю историю изучения (Чалышев, 1968, Якименко и др., 1990, Наугольных, 2004, Иноземцев, Таргульян, 2010). Широко распространенные красноцветные отложения являются стратотипом для ярусов пермской системы. Хорошая сохранность пермских отложений во многом обусловлена существованием здесь обширного седиментационного бассейна, служившего областью аккумуляции осадков активно развивавшегося Уральского орогена. Это определило интенсивные процессы заполнения восточной части Русской плиты и Предуральского прогиба, компенсировавшие погружение. Палеопочвы в бассейнах рек Сухоны, Сев. Двины и Юга представлены в составе микроциклитов в красноцветных толщах терригенно-карбонатной формации верхней перми и нижнего триаса (Игнатьев, 1962, 1963). Циклическое строение формации определялось позднегерцинским уральским орогенезом, обусловившим динамику развития флювиальной системы (Арефьев, 2010). В периоды вялотекущего орогенеза при низкоэнергетических этапах в развитии флювиальной системы в условиях слабого уклона равнины могли формироваться развитые профили палеопочв. В высокоэнергетические этапы при активизации орогенеза создавались условия для отложения мощных толщ гравелитов. В этих толщах представлены лишь маломощные неразвитые профили почв. Красноцветные толщи Московской синеклизы сформированы в пределах обширного седиментационного бассейна в озерно-аллювиальных толщах. Красная окраска горизонтов почвенного профиля не связана с почвообразованием и диагенезом – почвообразующие породы были исходно красноцветные, и представляли собой продукты разрушения ферраллитных кор выветривания (Иноземцев
Страница202
и Таргульян, 2010). Напротив, в процессе почвообразования произошла трансформация исходной окраски под воздействием оглеения. Минералогический состав также говорит в пользу того, что красноцветные осадочные толщи Русской плиты унаследовали цвет и глинистую минералогию ферраллитных кор выветривания. Верхнепермские палеопочвы характеризуются пестрой окраской, карбонатностью, наличием палыгорскита. В развитых профилях фиксируются крупные карбонатные нодули.
Наиболее развитые почвы приурочены к северодвинскому и вятскому ярусам татарского отдела перми. В этих отложениях сформированы Стрельнинский и Климовский педокомплексы, подробно исследованные в бассейне реки Сухона (Иноземцев, Таргульян, 2010). Педокомплексы маркируют субаэральную фазу формирования верхнепермского Сухонско-Северодвинского осадочного бассейна, когда происходили быстрые, скачкообразные накопления осадков, сменяющиеся более длительными стадиями гидроморфного педогенеза. Для Климовского педокомплекса рассчитана продолжительность формирования циклотем, составившая первые тысячи лет. Педокомплексы представлены почвами карбонатных и бескарбонатных интервалов. Сезонное переувлажнение определило глее-структурный макропроцесс, сопровождавшийся в семиаридные циклы формированием карбонатного профиля, а в семигумидные циклы – текстурных новообразований. Почвы подразделяются на красноцветные бескарбонатные - (хромик, стагник, вертик) палеокамбисоли, и красноцветные карбонатные - (хромик, вертик, стагник кальцик) палеокамбисоли (по World reference base…, 2006). Почвы, отличающиеся более ясными признаками аллювиальных почв классифицированы как палеофлювисоли. Отсутствие в почвах заметных количеств гипса и легкорастворимых солей не согласуется с наличием на Русской равнине пермских пустынь и позволяет предположить, что почвы формировались в условиях переменно-влажного климата. Считается, что палеопочвы являются наиболее ярким индикатором степени сезонной контрастности климата (DiMichele, et al., 2010). О выраженной сезонности свидетельствует повсеместная слитизация почвенной массы, а также специфика глеевых признаков. Наличие карбонатных и бескарбонатных интервалов в составе циклотем указывает на чередование семиаридных и семигумидных циклов. Семиаридные условия в почвах карбонатных интервалов подтверждаются и наличием палыгорскита. Подобная реконструкция согласуется с новейшими данными, полученными по верхнепермским палеопочвам других регионов в низких и средних широтах: юго-запад Пангеи (южные штаты США - Техас, Аризона), Восток Пангеи (Испания, Австрия), Китай. В семиаридные циклы коэффициент увлажнения составлял немногим менее 1, в то время как семигумидные мог несколько превышать 1. В целом верхнепермские
Страница203
палеопочвы московской синеклизы формировались под растительностью саванного типа в условиях слаборасчлененной аллювиальной равнины, под влиянием сезонного затопления при сложном взаимоотношении с циклами осадконакопления и частичной эрозии.
Исследования верхнепермских палеопочв прекрасно дополняют описанные в литературе возможности использования палеопочв для реконструкции растительности даже при отсутствии остатков биоты. В изученных почвах практически отсутствуют остатки растений, их даже трудно связать с определенным типом известных растительных ассоциаций. Тем не менее, на основе почвенных свойств удается получить достаточно полную характеристику биоценоза. Несмотря на отсутствие в большей части профилей гумусовых горизонтов интенсивное участие биоты диагностируется по целой совокупности признаков. Это следы корневых систем, гумусовые горизонты, железистые новообразования бактериального происхождения, углистые остатки, замещения растительных тканей, фитолиты и пр. Наличие железистых новообразований и марганцевых микростяжений микробной природы позволяет выявить высокий уровень микробной активности во всех горизонтах палеопочв. Достаточная плотность растительного покрова и освоение поверхности растениями с развитой корневой системой определяется по наличию и частоте встречаемости глеевых прикорневых трубок - наиболее яркому морфологическому признаку всех изученных почв. Эти трубки сформировались вокруг корневых систем растений и повторяют их строение. Трубки позволили определить глубину проникновения развитой корневой системы на 50-100 см.
На протяжении поздней перми и раннего триаса семиаридные условия распространились на обширные области средних и высоких широт Пангеи в обоих полушариях. Преобладающими были аллювиальноозерные обстановки, что позволяет называть пояса их развития "семиаридными аллювиально-озерными" (Жарков, 2004). Семиаридные условия с выраженной сезонной контрастностью в экваториальном поясе Пангеи продолжались до конца перми. Так, почвы на суглинистоглинистых аллювиальных отложениях в южной части Иберийского хребта представлены аридисолями и вертисолями с нодулярными карбонатными горизонтами (Benito et al., 2005). Наиболее развитые профили имеют глубину до 1,5 м. Сходные почвы семи-аридных местообитаний описаны в верхнепермских отложениях Австрии (Spotl and Burns, 1994). В самых верхних частях пермских отложений и в нижнетриасовых отложениях представлены бескарбонатные кислые палеопочвы, формировавшиеся в условиях с выраженными периодами переувлажнения профиля, о чем свидетельствуют новообразования сидерита (Benito et al., 2005).