Палеопочвы и опыт реконструкции палео ландшафтов мезозоя московского региона
На правах рукописи
АРЕШИН АЛЕКСАНДР ВИКТОРОВИЧ ПАЛЕОПОЧВЫ И ОПЫТ РЕКОНСТРУКЦИИ ПАЛЕО ЛАНДШАФТОВ МЕЗОЗОЯ МОСКОВСКОГО РЕГИОНА Специальность: 03.02.13 – почвоведение
Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук
Москва – 2011 1 Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения, гео логии и ландшафтоведения и в Испытательном центре почвенно экологических исследований РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева
Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ доктор биологических наук, профессор Ганжара Николай Федорович
Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, про фессор Поздняков Анатолий Иванович доктор географических наук, ведущий на учный сотрудник Столбовой Владимир Семёнович Ведущее предприятие: Российский университет дружбы народов
Защита диссертации состоится «_»2011 года в _часов на заседании диссертационного совета Д220.043.02 при Российском го сударственном аграрном университете – МСХА имени К.А. Тимирязева по адресу:127550 г. Москва, ул. Тимирязевская, д. 49. Ученый совет РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева (тел/факс 8(499) 976 – 24 – 92).
С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ РГАУ – МСХА имени К.А. Тимирязева Автореферат разослан « »2011 г. и размещен на сайте уни верситета: http: //www.timacad.ru. и отправлен на сайт ВАК ref erat_vak@mon. gou ru
Ученый секретарь диссертационного совета Игнатьева С.Л.
Общая характеристика работы
Актуальность темы: Геологическая летопись свидетельствует, что экологические кризисы различных масштабов в истории Земли случа лись неоднократно. Однако, ни один из них не привел к полному унич тожению биосферы в целом. Фактически, каждый раз преодолевая эти кризисы, природа проводила свои создания «по лезвию бритвы». Выход из кризисной ситуации находили не все, но каждый раз органический мир не просто восстанавливался, а становился всё более сложным и раз нообразным. Наша нынешняя задача состоит в том, что бы распознать этот спасительный путь на фоне стремительно приближающейся про пасти. И только изучение палеопочв как хранителей информации о «предшествующих состояниях» ландшафтов и биосферы в целом может осветить нам эту дорогу.
Мезозойская эра или мезозой представляет собой колоссальный по продолжительности этап геологической истории Земли – 180 млн. лет (240млн. лет – 65 млн. лет назад). Это одна из важнейших эпох в исто рии органического мира континентов, в течение которой происходило возникновение, развитие и широкое расселение цветковых растений, что привело к коренному изменению сухопутных ландшафтов и процес сов почвообразования.
Работа посвящена изучению мезозойских палеопочв Подмосковья, их анализу в систематическом, генетическом, литологическом, палео экологическом и палеоландшафтном аспектах.
Палеопочвы – это древние, ископаемые почвы, которые формиро вались в условиях отличных от современных (Добровольский В.В., 2001). Почвы в ископаемом состоянии сохраняются сравнительно редко и во всех случаях они имеют лишь фрагментарное распространение. Па леопочвы залегают ниже поверхностей несогласия среди различных ти пов пород в пределах осадочных серий, где они являются прямым дока зательством существования субаэральной обстановки.
В разрезах юрских и меловых горных пород Подмосковья встре чаются образования, резко отличающиеся по своим структурно текстурным признакам от окружающих морских и континентальных от ложений. Они имеют более тяжелый гранулометрический состав, лише ны слоистости, но имеют отчётливо выраженную полосчатость, напоми нающую горизонты современных почв. Эти образования приурочены к выраженным стратиграфическим несогласиям и внутриформационным размывам, соответствующим длительным перерывам в осадконакопле нии. Их мощность незначительна – от первых сантиметров до десятков сантиметров. Распространение – островное. Указанные выше признаки позволяют рассматривать описанные выше образования в качестве па леопочв.
Цель и задачи исследований. Цель исследований охарактеризовать ископаемые почвы мезозоя на территории Москвы и Подмосковья, дать характеристику условий их формирования. По результатам исследова ния палеопочв восстановить континентальные ландшафты этого време ни.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи иссле дования:
• Изучить разрезы мезозойских континентальных отложений, возможно, содержащих горизонты палеопочв;
• Идентифицировать палеопочвы в разрезах;
• Изучить возможность применения методик изучения совре менных и плейстоценовых почв к докайнозойским объектам:
• Охарактеризовать мезозойские палеопочвы, изучить наложен ные изменения почв и восстановить условия их образования:
• Реконструировать мезозойские ландшафты Подмосковья, в ко торых происходило формирование исследуемых палеопочв;
• Дать оценку разрезов мезозойских палеопочв Подмосковья как геолого-почвенных памятников природы.
Научная новизна работы: В работе впервые дается характеристика мезозойских палеопочв Московского региона как индикаторов ланд шафтных обстановок этого времени, рассмотрены закономерности пере хода почв в ископаемое состояние – их тафономии и обоснована воз можность использования классических почвенных методов исследова ния для объектов дочетвертичного возраста.
В ходе работ был сделан ряд уникальных научных находок – в ча стности в районе ст. Пески было обнаружено уникальное местонахож дение среднеюрской фауны и флоры, содержащее более 20 новых видов ископаемых животных и растений (А. К. Агаджанян и др. 2001.).
Защищаемые положения: 1. На территории Москвы и её окрестно стей мезозойские палеопочвы развиты по образованиям среднеюрского и раннемелового возраста.
2. Палеопочвы принадлежат к почвам гидроморфного ряда. Сред неюрские палеопочвы представлены так называемыми «подугольными почвами» – «тонштейнами», которые представляют собой ископаемые аналоги полностью развитых, хотя и маломощных пойменных почв. Эти почвы развиты по отложениям гжельско-кудиновской свиты батского яруса средней юры.
3. Наложенные изменения палеопочв заключаются в их диагенезе, многократном оглеении и криотурбации в плейстоценовое время. Диа генетические изменения сопровождались окварцеванием, интенсивной пиритизацией, частичной минерализацией органических веществ.
4. Мезозойские палеопочвы Подмосковья являются бесценными геолого-почвенными памятниками природы, хранящими информацию о различных этапах эволюции ландшафтов и биосферы в целом.
Практическая ценность работы состоит в том, что её материалы могут быть использованы при геологическом картографировании, в на учных исследованиях по палеогеографии и реконструкции палеоланд шафтов, а так же в учебном процессе при подготовке специалистов поч венных, географических и экологических специальностей.
Апробация работы: Результаты исследований неоднократно док ладывались на научных конференциях в МГУ, РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева, РУДН и др.
Личный вклад автора. Проведены полевые и лабораторные иссле дования, сделан анализ реферативного и экспериментального материала.
Публикации: По теме диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 работы в реферируемом журнале по списку ВАК и 1 учебное по собие с грифом Минсельхоза.
Объём и структура диссертации: Диссертация изложена на страницах машинописного текста. Состоит из введения, 7 глав, выводов и приложений. Содержит 8 таблиц в тексте, 8 рисунков. Список исполь зуемой литературы включает 86 источников, в том числе 9 иностранных авторов.
Глава 1. Процессы почвообразования в истории Земли Главным методологическим принципом палеопочвоведения явля ется концепция историзма почвообразования и последовательности смен стадий почвообразования и эволюции почв (Герасимов, 1976;
Ковда, Ро занов, 1988). Обычно палеопочвы обнаруживаются в расчистках естест венных обнажений рек и озер, а также в карьерах или глубоких разрезах – траншеях, венчаемых, как правило, профилем зональной почвы. Изу чение педогенеза включает определения: относительной фазы развития почвы, абсолютного возраста горизонтов и профилей, скорости почво образования, взаимоотношения возраста геоморфологической поверхно сти и степени выветривания (Боул и др., 1977;
Самойлова, Толчельни ков, 1991). Наблюдаемые морфогенетические различия погребенной и современной почв связаны с эволюцией ландшафтной обстановки в дан ной природной зоне за период времени, отделяющий формирование и захоронение палеопочвы от современности.
Для изучения доголоценовых палеопочв в настоящее время ис пользуются различные методы (Иванов, Александровский, 1987;
Самой лова, Толчельников, 1991). Наиболее часто применяются следующие ме тоды: генетический анализ строения почвенного профиля, реликтовых признаков, сравнительно-географический, дневных и погребенных хро норядов почв, почвенно-археологический, спорово-пыльцевой. Реже применяются историко-картографический, палеозоологический методы.
В настоящее время накоплен большой материал по характеристике органического вещества погребенных почв как четвертичного, так и до четвертичного возраста (Добродеев, Глушанкова, 1968;
Холодов и др., 2006;
Золотарева и др., 2009 и т.п.).
Относительный возраст почв наиболее часто определяется геоло го-геоморфологическим, стратиграфическим, тефрохронологическим, спорово-пыльцевым методами. В.А.Ковдой (1973) приведены примеры оценки возраста почв по скорости накопления в их профиле отдельных минеральных и органических компонентов.
Глава 2. Объекты и методы исследования Материалы. В основу работы положены полевые материалы, соб ранные автором на протяжении 15 лет за время работы в, Геологическом институте РАН, на кафедре геологии и ландшафтоведения и в Испыта тельном центре почвенно-экологических исследований РГАУ – МСХА им. К.А. Тимирязева и в ряде ВУЗов Москвы – описания геологических и почвенных разрезов, коллекции минералов, горных пород и почв, кол лекции ископаемых животных и растений Подмосковья.
В ходе работ были изучены разрезы мезозойских отложений в ес тественных обнажениях (Крылатское, Коломенское, Битцевский парк) и в искусственных выработках (Гжельские, Лыткаринские, Воскресенские и Щелковские карьеры).
Методы исследования: Основное внимание уделялось детальному фациальному анализу для установления генезиса горных пород. Для проведения генетического анализа разновозрастных отложений и почв было сделано более 500 фотографий структур и текстур. Выявление па леопочв проводилось по результатам детального стратиграфического и литолого-петрографического описания разрезов мезозойских отложе ний, содержащих горные породы континентального генезиса. Основные усилия были направлены на поиск и изучение субаэральных образова ний, залегающих в толще континентальных и прибрежно-морских отло жений. Выявленные горизонты палеопочв в дальнейшем изучались по стандартной методике описания и изучения почвенных разрезов. Для интерпретации полученных материалов и определения палеопочв, в слу чае их сходства с современными, использовался определитель почв В.В. Добровольского.
Химико-аналитические исследования были выполнены атомно абсорбционным и рентгено-спектральным методами. Первые выполня лись посредством спектрометра ААС КВАНТ – 2 АТ согласно ОСТ 10 221-98. Пробоподготовка проводилась в СВЧ минерализаторе Anton Paar Multiwaue 3000. Исследования осуществлялись в Испытательном центре почвенно-экологических исследований РГАУ-МСХА им. К.А. Тимиря зева. Каждая из проб анализировалась от 3 до 5 раз в зависимости от сложности анализа.
Часть анализов была выполнена в химико-аналитической лабора тории Геологического института РАН. Нормирование результатов ис следований, проводившихся в разных лабораториях, осуществлялось в соответствии с требованиями ОСТ 41-08-214-04.
Определение органического вещества в современных почвах и па леопочвах проводилось в Почвенно-экологическом центре РГАУ-МСХА по И.В. Тюрину со спектрофотометрическим окончанием на спектрофо тометре СФ – 2000. Определение группового и фракционного состава гумуса проводилось в той же лаборатории методом М.М. Кононовой и Н.П. Бельчиковой.
С целью выявления геохимических особенностей горных пород, игравших роль почвообразующих на различных этапах геологической истории были использованы данные В.И. Зубова (1999).
В таблицах 2 и 3 приведены характеристики проб, отобранных из современных почв, палеопочв и вмещающих их отложений.
Глава 3. Стратиграфическое положение мезозойских палеопочв Подмосковья Мезозойские отложения развиты на всей территории Подмосковья и размыты только в наиболее глубоких доледниковых долинах. Они с ази мутальным и небольшим угловым несогласием залегают на размытой неровной поверхности каменноугольных отложений и так же несоглас но, с глубоким размывом, перекрываются четвертичными образования ми. Мезозойские отложения резко отличаются от нижележащих палео зойских отложений тем, что в их составе практически полностью отсут ствуют карбонаты. Господствуют терригенные и глинистые отложения морского происхождения. Характерно наличие многочисленных пере рывов в осадконакоплении, которые маркируются слоями с фосфорита ми и глауконитом. Отложения часто содержат богатую фауну ископае мых головоногих моллюсков — аммонитов и белемнитов и других орга низмов.
Триасовая система (Т). Доказанные отложения триасовой системы, равно как и нижнего и значительной части среднего отделов юрской системы, на территории Подмосковья отсутствуют.
Юрская система (J). Юрские отложения залегают на неровной размытой поверхности кровли каменноугольных отложений, которая со хранила следы континентального длительного размыва и выветривания (в карстовых полостях иногда встречаются бокситы).
Характерными отложениями юрской системы на территории Под московья являются мелководно-морские слюдистые глины с мелкими конрециями пирита и фосфоритов, а также морские и прибрежно морские пески. Морские пески разнообразны по составу: кварц глауконитовые, кварцевые и кварцево-слюдистые с линзами песчаников, Подчиненное значение имеют прибрежно-морские (литоральные), пляжные, дельтовые и континентальные пески.
Меловая система (К). На территории Подмосковья меловая систе ма представлена обоими своими отделами – нижним и верхним. Отло жения нижнего отдела широко распространены на востоке области, прежде всего в Мещерской низменности, на Клинско-Дмитровской гря де, и пятнами в южной части Подмосковья. Так же как и юрские, ниж немеловые образования представлены преимущественно слоями различ ных песков. В кварцевых песках попадаются линзы очень крепких квар цевых песчаников, в железистых песках встречаются линзы рыхлых ожелезненных песчаников. В отложениях берриасского, готеривского и альбского ярусов есть слои с большим содержанием конкреций фосфо рита и пирита. Бурые и черные слюдистые глины лагунного происхож дения имеют меньшее распространение чем пески. В целом нижнемело вые отложения Подмосковья представляют собой мелководно-морские, лагунные, дельтовые и, значительно реже, континентальные образова ния приморской аллювиальной равнины.
Отложения верхнего отдела развиты локально. Они известны только на Теплостанской возвышенности и на Клинско-Дмитровской гряде. По составу это пески, алевриты и глины с прослоями трепелов и опок. Породы верхнего отдела меловой системы имеют мелководно морское происхождение.
Горизонты палеопочв обнаружены в разрезах отложений аптского яруса нижнего мела (Крылатское) и средней юры (карьер Коняшино, он же карьер Гжельского кирпичного завода). Менее уверенно можно гово рить о наличии горизонтов палеопочв в разрезах верхнеюрско неокомских отложений Лыткарино (Люберецкие карьеры) и среди апт ских образований, обнажающихся в долине реки Волгуши (Дмитровский район Московской области).
Глава 4. Результаты аналитических исследований палеопочв и современных почв.
В таблицах 1 и 2 дана характеристика среднеюрских пойменных почв, вскрытых карьером Гжельского кирпичного завода. Среднеюрские палеопочвы представляют собой гидроморфные фульватные очень кис лые почвы, формировавшиеся в условиях периодического значительного избыточного увлажнения и застойного режима подземных вод.
Повышенная кислотность палеопочв отчасти связана с особенно стями процессов гумусообразования за счет остатков голосемянных рас тений, отчасти же она – наложенная. Она сформировалась на современ ном этапе при окислении пирита и образовании серной кислоты.
Докайнозойские палеопочвы, как правило, характеризуются очень низким содержанием сохранившихся органических веществ. Поэтому при их изучении всегда возникает необходимость доказательства того, что выявленное в разрезе геологическое тело действительно является горизонтом палеопочв, а не слоем осадков или горизонтом элювия.
Классический структурно-текстурный анализ позволяет успешно решить этот вопрос. Однако, полученные этим методом данные нередко допускают неоднозначное объяснение и требуют контроля другими ме тодами исследования.
Таблица 1. Разрез среднеюрской палеопочвы на отложениях слоистой поймы (Карьер гжельского кирпичного завода) Слой и Фото поч мощ- Описание разреза, генезис и возраст горных пород.
венного ность в Номера проб.
профиля см Средний суглинок черный углистый малопластичный. В основании – среднезернистый песок розовато-серого цвета. Верхняя и нижняя 0 – 3(6) границы четкие резкие эрозионные.
Проба № 9.
Гумусовый горизонт палеопочвы. Опесчаненный лёгкий суглинок 3 (6) – средне- мелкозернистый бурого цвета. Структура глыбистая диа 12 (15) метром 1 – 3 см. В средней части слоя сантиметровый прослой гли ны с субгоризонтальными зеркалами скольжения. Проба № 10.
Элювиальный горизонт палеопочваы. Опесчаненный лёгкий суг 12 (15) – линок серый. Окраска неравномерная пятнистая. Структура тонко 20 плитчатая листоватая. Граница с нижележащими породами четкая резкая субгоризонтальная. Проба № 11.
Иллювиальный горизонт палеопочвы. Средний суглинок серо бурый жирный горизонтально-полосчатая. Полосы тонкие милли 20 – 27 метровые, несколько плойчатые. нижняя граница субгоризонталь ная неровная нечеткая, переход в подстилающие породы быстрый, но постепенный (в пределах 1 см мощности). Проба № 12.
Горизонт ВС палеопочвы. Опесчаненный лёгкий суглинок. желто 27 – вато-серый визуально не слоистый. Структура мелкоглыбистая от (40) четливая. По трещинам отдельности слабое ожелезнение. Проба 13.
Песок мелкозернистый слабоглинистый (легкая супесь) серый пят нистый. Структура глыбистая. Пятнистость сетчатая, ортогональ 37 (40) – ная, по трещинам. Отдельные ячейки прямоугольные, размером 1 – 68 (70) 3 см. Сетка подчеркивается более светлой окраской и более легким составом породы.
Горизонт С палеопочвы. Песок глинистый средне-мелкозернистый темно-серый (супесь) с тонкой горизонтальной полосчатостью. Ал лювиальные пойменные отложения. Встречаются многочисленные 68 (70) – мелкие (около 1 мм) сферические железо-марганцевые конкреции.
71 (72) Конкреции тяготеют к нижней части слоя и, особенно, к его грани це с подстилающими породами. Граница с нижележащей толщей отчетливая резкая субгоризонтальная. Возможно, она имеет эрози онную природу. Проба № 14.
71 (72) – Пески глинистые средне-мелкозернистые бежево-серые. От выше 79 лежащих пород отличаются более светлой окраской (оглеение?).
Горизонт D палеопочвы. Глина тяжелая алевритистая очень плот ная серо-голубая тонкослоистая. Элювиальные гжельско 79 – кудиновские глины по аллювиально-дельтовым отложениям гжель ского яруса верхнего карбона. Проба № Таблица 2. Характеристика образцов Горизонт, слой Почва, генетический Глубинаотбора об № пп Место отбора Возраст разца, тип горной породы см/ м 1 Дерново- карбонатная, среднесугли Гжель. Водораздел между двумя заброшен- Гумусовый стая на перемытой карбонатной мо ными карьерами. Разрез 1. 5 – рене Современная почва Гжель. Водораздел между двумя заброшен- Элювиальный Дерново- карбонатная реднесуглистая ными карьерами. Разрез 1. 43 –77 на перемытой карбонатной морене Гжель. Пойма левого берега р. Гжелки, Аллювиальная луговая насыщеннаяя 3 Гумусовый Разрез 2. легкосуглинистая на русловом аллю 3 – вии Гжель. Пойма левого берега р. Гжелки, Аллювиальная луговая насыщеннаяя 4 Илювиальный Разрез 2. легкосуглинистая на русловом аллю 53- вии Гжель.карьер Коняшино. Вост. стенка.
5 Дерново-глубоподзолистая супесча Разрез 3. Гумусовый ная на флювиогляциальных отложе Очень пологий волнистый склон, обращен- 4 – ниях ный к карьеру Почво Песок с/з, хорошо образующие Гжель, карьер Коняшино. Флювиогляциальные отложения отсортированный отложения со Сев-Вост.стенка. Разрез 5А. днепровского горизонта 2,5** временной поч вы 7 Гжель, карьер Коняшино. Серая углистая глина Средняя юра. Байос ский и батский яру Озёрные отложения са. Москворецкая Сев-Вост.стенка. Разрез 4. 30*/3,5** Гжель, карьер Коняшино. Черная углистая глина Аллювиально – озерно– болотные свита Сев-вост.стенка. Разрез 5. 1–20*/4** отложения 9 Гжель, карьер Коняшино.
Среднезернистый пе- Ископаемый аналог пойменной почвы Сев-вост.стенка.
сок 1-20/ 4,5 на отложениях зернистой поймы.
Разрез 5. Слой + карьер Коняшино. Гумусовый г-т? па Cредняя юра не Сев-вост.стенка. леопочвы расчлененная.
Разрез 5. Слой 1 0-3*/4,7м Палеопочва карьер Коняшино. Сев-вост.стенка. 3-12*/ Разрез 5. Слой 2 Около 4,8 Ископаемый аналог пойменной поч.
вы на песчаном м/з аллювии карьер Коняшино. Сев-вост.стенка.
12 12-20*/ 4, Разрез 5. Слой карьер Коняшино. Сев-вост.стенка.
13 20–27*/4, Разрез 5. Слой Горизонт С (?) палео- Гжельско 14 карьер Коняшино. Сев-вост.стенка. Среднеюрские почвообразующие почвы кудиновская Разрез 5. Слой 5 породы 27–37*/ 5м свита. Кора выветрива карьер Коняшино. Сев-вост.стенка. 100–120*/ Супесь. Древняя почвообразующая ния по поро Разрез5 6м от поверхности порода.
дам С3g Верхняя юра.
Домодедово Глина. Мелководно-морские Оксфордский 3 – 5м от поверхности Южная стенка Домодедовского карьера отложения.
ярус. (J3 ox) Щелковская свита. Глины красные.
17 карьер Коняшино. Сев-вост.стенка 5м от поверхности Баровые отложения карьер Коняшино. Сев-вост.стенка. Щелковская свита. Глины красные.
18 6,5м от поверхности Гжельский ярус Верхний отдел.
Авандельтовые отложения.
Каменноуголь ная система.
карьер Коняшино. Сев-вост.стенка. Глины красные алевритестые 19 7,2 м от поверхности Авандельтовые отложения (С3g ).
Амерьевская свита. Доломитовые 20 карьер Коняшино. Сев-вост.стенка.
3м от поверхности эоловые м/з пески (перевеянные себ ховые отложения).
карьер Коняшино. Сев-вост.стенка. Щелковская свита Глины красные.
21 8м от поверхности Авандельтовые отложения * - интервал отбора образца (см), ** - глубина от поверхности (м) Таблица 3. Валовый химический состав почв, горных пород J2 и C и палеопочв J2, % № рНkcl п/п* SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO MgO CaO Na2O K2O P2O5 S (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 7,3 65,3 0,51 6,9 4,2 0,11 0,53 1,89 0,49 1,41 0,41 0, – 60,3 0,46 8,9 8,7 0,11 0,60 0,66 0,28 1,45 0,32 0, 7 66,1 0,41 5,8 2,1 0,10 0,94 1,84 0,40 1,08 0,22 0, – 65,2 0,50 7,7 2,7 0,11 0,58 0,81 0,39 1,01 0,35 0, 4,8 56,4 0,49 13,1 5,0 0,08 1,53 0,74 0,16 0,96 0,13 0, – 63,4 0,43 9,4 3,2 0,01 0,68 0,44 0,13 0,74 0,11 0, 1,9 58,6 0,55 17,7 2,6 0,00 1,05 0,63 0,12 1,56 0,029 0, 2,6 56,7 0,53 6,2 8,1 0,01 0,49 0,32 0,078 0,83 0,045 5, 2,1 53,9 0,28 13,4 6,2 0,01 1,48 1,14 0,13 0,67 0,043 2, 1,8 42,1 0,53 14,8 9,0 0,01 0,58 0,38 0,067 1,44 0,050 3, 2,3 57,3 0,33 12,3 1,58 0,00 0,52 0,14 0,093 3,1 0,023 0, 2,2 58,8 0,55 13,7 2,8 0,001 0,98 0,30 0,12 3,9 0,030 1, 2,0 58,2 0,53 14,1 3,6 0,00 1,04 0,40 0,12 3,9 0,035 1, – 58,5 0,50 13,9 2,2 0,01 1,05 0,40 0,13 3,6 0,043 1, 2,3 61,3 0,65 14,4 2,7 0,01 1,25 0,40 0,12 4,0 0,066 0, 3,9 56,9 0,86 14,8 4,8 0,01 2,22 1,61 0,16 1,62 0,097 0, – 54,3 0,91 16,9 5,5 0,05 2,02 1,76 0,16 3,8 0,064 0, – 56,3 1,09 18,7 8,6 0,00 2,08 0,91 0,18 4,5 0,17 0, – 59,5 1,07 19,5 7,3 0,07 2,68 0,74 0,18 5,3 0,091 0, – 4,2 0,039 1,19 0,20 0,06 14,45 25,2 0,068 0,12 0,054 0, – 54,4 1,01 17,1 10,0 0,039 2,69 1,79 0,15 4,5 0,077 0, *– номера образцов см. таблицу 2.
Таблица 4. Характеристика химического состава современных почв, палеопочв J2 и горных пород J2 и C3, мг/кг № Zn Pb Mo Co Mn Ni Cu Cr Cd образца* 2 25,36 2,68 142,79 6,48 321,32 27,92 6,69 30,16 0, 4 30,52 9,04 139,27 10,31 328,38 26,27 10,87 23,31 0, 5 22,36 9,26 126,82 13,41 362,69 23,49 5,2 34,14 0, 7 31,26 54,36 162,88 34,03 23,45 174,41 53,3 129,5 0, 8 43,15 5,47 181,94 24,09 16,63 130,9 13,51 63,6 0, 9 40,92 14,34 210,08 33,85 18,01 158,47 53,75 74,28 6, 10 138,31 84,52 252,99 47,66 15,52 162,69 178,14 2926,76 7, 11 35,88 9 218,78 5,2 15,12 45,62 21,96 105,75 1, 12 128,13 4,82 254,39 1,05 31,41 49,88 10,39 118,56 13 82,98 9,92 280,74 5,77 33,84 51,37 27,37 104,86 1, 14 29,48 4,46 303,61 – 24,78 30,29 12,67 71,41 – 15 37,28 1,59 310,93 – 311,77 42,1 28,13 79,16 – 17 44,19 12,11 284,32 15,37 128,13 74,22 13,19 59,72 1, *– номера образцов см. таблицу Таблица 5. Содержание микроэлементов в образцах почв, палеопочв и горных пород,% Sr Y Zr Nb Mo Ba Pb Th № образ ца (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 1 0,007 0,002 0,022 0,001 0,000 0,037 0,002 0, 2 0,005 0,002 0,022 0,001 0,000 0,034 0,002 0, 3 0,006 0,001 0,019 0,000 0.000 0,032 0,003 0, 4 0,006 0,001 0,020 0,001 0.000 0,030 0,003 0, 5 0,004 0,003 0,013 0,001 0.000 0,034 0,002 0, 6 0,004 0,001 0,018 0,001 0.000 0,028 0,002 0, 7 0,005 0,002 0,017 0,001 0,002 0,033 0,008 0, 8 0,004 0,003 0,025 0,001 0,001 0,018 0,003 0, 9 0,007 0,002 0,009 0,001 0,001 0,027 0,003 0, 10 0,006 0,004 0,029 0,001 0,003 0,033 0,014 0, 11 0,006 0,003 0,020 0,000 0,000 0,055 0,003 0, 12 0,005 0,003 0,018 0,001 0,001 0,056 0,003 0, 13 0,006 0,003 0,020 0,001 0,001 0,055 0,003 0, 14 0,007 0,002 0,019 0,001 0,000 0,060 0,003 0, 15 0,007 0,004 0,032 0,001 0,003 0,059 0,006 0, 16 0,010 0,003 0,021 0,002 0,000 0,040 0,003 0, 17 0,010 0,003 0,023 0,002 0,000 0,055 0,002 0, 18 0,009 0,004 0,020 0,002 0,000 0,063 0,002 0, 19 0,008 0,002 0,019 0,002 0,001 0,052 0,003 0, 21 0,008 0,002 0,016 0,002 0,000 0,061 0,002 0, Таблица 5. (продолжение) № образ V Cr Co Ni Cu Zn As Rb ца (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) 1 0,006 0,005 0,000 0,001 0,000 0,005 0,001 0, 2 0,014 0,008 0,002 0,004 0,001 0,006 0,002 0, 3 0,003 0,004 0,001 0,002 0,001 0,006 0,001 0, 4 0,005 0,005 0,001 0,002 0,000 0,005 0,000 0, 5 0,010 0,010 0,002 0,011 0,002 0,007 0,001 0, 6 0,006 0,005 0,000 0,004 0,001 0,003 0,000 0, 7 0,012 0,019 0,003 0,020 0,006 0,006 0,017 0, 8 0,006 0,025 0,005 0,017 0,003 0,011 0,123 0, 9 0,007 0,012 0,005 0,020 0,007 0,008 0,092 0, 10 0,023 0,061 0,008 0,020 0,021 0,024 0,039 0, 11 0,011 0,011 0,001 0,004 0,002 0,008 0,004 0, 12 0,012 0,015 0,001 0,006 0,001 0,021 0,015 0, 13 0,010 0,010 0,002 0,004 0,003 0,014 0,024 0, 14 0,007 0,009 0,001 0,003 0,002 0,007 0,006 0, 15 0,041 0,007 0,002 0,004 0,004 0,007 0,010 0, 16 0,015 0,008 0,001 0,006 0,009 0,013 0,002 0, 17 0,012 0,013 0,001 0,004 0,004 0,007 0,002 0, 18 0,015 0,009 0,002 0,005 0,003 0,008 0,001 0, 19 0,014 0,008 0,002 0,006 0,003 0,010 0,001 0, 21 0,010 0,009 0,002 0,005 0,003 0,008 0,002 0, В таблице 3 приведены результаты анализа валового химического состава современных почв, палеопочв и почвообразующих горных по род, вскрытых карьером Гжельского кирпичного завода. Для сравнения приведены результаты исследования типичных глин верхней юры, вскрытых в Домодедовском карьере (проба 16). Максимальное содержа ние SiO2 характерно для современных почв и четвертичных почвообра зующих горных пород (пробы 1- 6). Минимальное – отмечается в гуму совом горизонте среднеюрской палеопочвы (проба 10). Наибольшее со держание Al2O3 отмечается в глинах и суглинках верхнего карбона (пробы 17– 20). Так же повышенное содержание отмечается в средне юрских озёрно-болотных отложениях (проба 7).
Для современных почв и почвообразующих горных пород района Гжели в целом характерно низкое содержание Al2O3 (пробы 1-6). Ис ключением являются только дерново-глубоподзолистые супесчаные почвы на флювиогляциальных отложениях, развитые севернее карьера (проба 5).
0, 0, 0, Cr 0, Co (%) Ni Cu 0,0300 Zn 0, 0, 0, 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 № пробы* Рис. 1. Содержание тяжёлых металлов (%) в современных почвах района г. Гжель, а так же в горных породах и палеопочвах J2 и С3g, вскрытых Коняшинским карьером (нормированные данные по результатам ЦПЭИ РГАУ-МСХА и ГИНа РАН). * – номера проб – см. таблицу 2.
Возможно, это связано с особенностями образования флювиогляци альных отложений, которые в данном районе обогащены продуктами размыва и переотложения пород верхнего карбона.
Максимальное содержание TiO2 наблюдается в глинах и суглинках верхнего карбона – около 1% (пробы 17-20). Несколько меньшее содер жание TiO2 отмечается в глинах верхней юры (проба 16). Минимальное содержание TiO2 отмечается в иллювиальном горизонте палеопочв, в интервале 3-12 см ниже её предполагаемой поверхности.
Максимальное содержание Fe2O3 характерно для не затронутых выветриванием пород верхнего карбона – до 10% (проба 20). Несколько меньшие концентрации Fe2O3 отмечаются в пойменных палеопочвах (проба 10) и перекрывающих их отложениях зернистой поймы (проба 8).
Эти данные хорошо согласуются с высоким содержанием пирита в сред неюрских отложениях так как в этих же пробах наблюдается и макси мальное содержание S. Так же значительная концентрация Fe2O3 отме чается в современных дерново- карбонатных среднесуглистых почвах, развитых в район станции 55-й километр, в западной части описываемо го района (проба 2). Минимальное содержание Fe2O3 отмечается в ниж ней части профиля палеопочв (пробы 11-15).
Максимальное содержание CaO наблюдается в современных дер ново-карбонатных почвах, развитых на западе описываемого района. Но в целом изучение содержания CaO и MgO не дает четкой контрастной картины. Максимальное содержание MgO характерно для пород верхне го карбона (пробы 17 – 20). Неожиданно высокое содержание MgO в глинах верхней юры Домодедовского месторождения (проба 16) скорее всего это связано с содержанием в них терригенной примеси карбонатов, возникшей при абразии берегов волнами юрского моря. Повышенная концентрация MgO фиксируется так же в среднеюрских пойменных об разованиях, перекрывающих горизонт палеопочв (пробы 7 и 9).
В таблице 5 представлены данные по содержанию микроэлементов.
Всего было проанализировано 18 химических элементов (Mo, Co, Ni, Cu, Cr, Mn, Zn, Pb, Sc, V, As, Sr, Y, Zr, Nb, Ba, Cd и Th).
Наиболее типичную картину распределения микроэлементов в со временных почвах и в среднеюрских палеопочвах даёт распределение таких химических элементов как хром, кобальт, никель.
При этом к предполагаемому гумусовому горизонту палеопочв при урочено максимальное содержание хрома, меди, цинка. Обращает вни мание высокое содержание Cr в пробе № 10. Аномально высокое значе ние хрома подтверждено двумя разными аналитическими методами, что исключает возможность ошибки (Рис. 1).
Эта же закономерность прослеживается при изучении содержания Cd и Th, его максимальная концентрация приурочена так же к предпола гаемому гумусовому горизонту палеопочвы (проба № 10). Несколько меньшая (хотя и повышенная) концентрация Th наблюдается в углистых глинах (в отложениях притеррасной поймы) москворецкой свиты (J2).
Возможно, что эти аномалии связаны с неким геологическим собы тием, которое не было запечатлено в «геологической летописи» (в слоях горных пород) иным образом – например, в виде образования самостоя тельного геологического тела.
В таблице 6 приведены результаты исследования физико химических свойств современных почв, среднеюрских палеопочв и глин верхней юры.
Таблица 6. Физико-химические свойства современных почв и палеопочв Содержание S Hг № образ рНKСl V% Собщ,% фракции ца* ммоль/100г 0,01мм % 1 7,3 20,1 -- 100 22,7 2, 2 6,8 14,3 -- 100 12,4 1, 3 7,0 17,8 -- 100 21,3 2, 5 4,8 10,7 3,5 75,3 5,8 3, 7 1,9 5,4 3,3 62,0 4,3 2, 8 2,6 13,8 4,7 74,5 7,4 1, 9 2,1 5,1 2,4 68,0 6,8 1, 10 1,8 6,8 7,3 48,2 22,4 4, 11 2,3 2,8 3,2 46,6 10,3 0, 12 2,2 3,4 3,6 48,6 12,4 1, 16 3,9 3,7 1,3 74,0 8,4 0, *– номера образцов см. таблицу Среднеюрские пойменные отложения и палеопочвы характеризуются очень кислой реакцией среды (пробы 7-9 и 10-12 соответственно), что, по-видимому, связано как с их генезисом, так и с последующими нало женными процессами диагенеза, пиритизации и выветривания. Они ха рактеризуются так же повышенной гидролитической кислотностью и низкой степенью насыщенности основаниями. Наоборот, современные дерново-карбонатные почвы, развитые северо-западнее карьера Коня шино, характеризуются их повышенным содержанием.
Содержание гумуса в современных почвах охарактеризовано в таблицах 6 и 7 (абсолютное содержание С общ 1,74 – 3,19%). По сравне нию с гумусовым горизонтом среднеюрских палеопочв (абсолютная ве личина Собщ 0,75 – 1,62%) за исключением образца №10, где содержание Собщ составило 4,76%.
Фракционно-групповой состав гумуса современных почв и средне юрских палеопочв характеризуется рядом различий (табл. 7). Во всех образцах преобладают фульвокислоты. Однако в современных дерново карбонатных выщелоченных почвах отношение углерода гуминовых кислот к фульвокислотам более высокое, что связано с насыщенностью основаниями и нейтральной реакцией среды в этих почвах. В составе гуминовых кислот палеопочв преобладают фракции, связанные с под вижными формами R2O3. Последнее может свидетельствовать о форми ровании среднеюрских палеопочв в гумидных условиях, чему противо речит находка горизонтов окварцованных конкреций педогенных карбо натов.
В современных дерново-карбонатных почвах преобладают гумино вые кислоты, связанные с кальцием.
Таблица 7. Фракционно-групповой состав гумуса среднеюрских палеопочв и современных почв Сгк, % Собщ.,% к поч ве или горной С ост. почвы, С 0,1 н. H2SO4, : Сфк С Na4P2O7 + образца* NaOH, % породе Сфк, % Сгк, % № % % связанне. с Связан с R2O3 Ca Сгк 2 1,74 1 0,71 0,29 0,42 0,69 0,07 022 1, 5 3,19 0,08 1,8 0,80 1,00 0,80 0,12 0,38 1, 8 1,62 0,22 0,6 0,18 0,42 0,43 0,15 0,03 1, 10 4,76 0,05 2,76 0,28 2,48 0,11 0,21 0,07 2, 12 1,16 0,02 0,76 0,24 0,52 0,46 0,22 0,02 0, *– номера образцов см. таблицу Глава 5. Сравнительный анализ современных и мезозойских факторов почвообразрования Климат. Современный климат Московской области — умеренно континентальный, сезонность чётко выражена;
континентальность воз растает с северо-запада на юго-восток. В целом климат становится более теплым и менее влажным в этом же направлении. Относительно теплое подмосковное лето сочетается с довольно холодной и снежной зимой.
Среднегодовая температура составляет – в зависимости от района – от +2,5 до +5,5 °С.
Период со среднесуточной температурой ниже 0 °C длится 120— 135 дней, начинаясь в середине ноября и заканчиваясь в конце марта.
Самый холодный месяц — январь (средняя температура на западе об ласти —10 °C, на востоке —11 °C). В отдельные годы морозы достигали — 45 °C. Зимой часты оттепели, Высота снежного покрова — 30—45 см.
Почвы промерзают на 65—75 см. Самый тёплый месяц — июль (средняя температура 17 °C на западе и 18,5 °C на юго-востоке). Максимальная отмеченная летняя температура 39 °C. Среднегодовое количество осад ков 450—650 мм, Ку = 1,1;
наиболее увлажнены северо-западные районы, наименее — юго-восточные (Атлас Московской области, 1976).
Климат Подмосковья в Мезозойскую эру. Комплекс ископаемых животных и растений, обнаруженный на местонахождении «Пески», свидетельствует, что в среднеюрское время на территории Подмосковья был тёплый субтропический климат. О сезонности климата в средне юрское время свидетельствует наличие годичных колец в древесине, а так же фрагменты листьев сезонно-листопадных деревьев (кейтониевых, и, вероятно, некоторых беннетиттовых).
По мнению специалистов – палеоботаников анализ характера смены годовых колец говорит о том, что смена сезонов была связана не столько с похолоданиями, сколько с периодами засухи. Климат был сезонноза сушливый, но, в целом, безморозный. Летом наступал сравнительно не продолжительный период засухи, а зимой шли дожди.
В мезозойское время, безусловно, существовала достаточно выра женная разница в степени увлажнения водоразделов, с одной стороны, и днищ долин и прибрежных низменностей, с другой. Однако оценить масштабы этого различия ныне не представляется возможным так как разные варианты решения топографии и орографии местности и палео географических обстановок оставляют возможность неоднозначной ин терпретации особенностей микроклиматов среднеюрской эпохи.
В раннемеловое время прослеживались те же климатические тен денции, что и в средней – поздней юре. В целом, условия существования для животных и растений были благоприятными, но климат стал замет но более влажным, чем в юрскую эпоху и оставался безморозным.
Рельеф. Современный рельеф Московской области — преимуще ственно равнинный;
западную часть занимают холмистые возвышенно сти (высоты больше 160 м), восточную — обширные низменности.
Мезозойский рельеф Подмосковья. К началу среднеюрского вре мени в Подмосковье были развиты эрозионно-денудационные и аккуму лятивные формы рельефа. В относительно выровненном рельефе доюр ской поверхности установлены речные долины, врезанные в каменно угольные отложения. Одной из таких очень крупных долин является ус тановленная Б. М. Даньшиным (Даньшин, 1927) «Главная московская ложбина», совпадающая в общих чертах с направлением современной долины р. Москвы и выполненная преимущественно среднеюрскими от ложениями гжельско-кудиновской и москворецкой свит (байос – сред ний келловей). Глубина долины достигает более 90 м, ширина – 10 – км. Ложбина принимает ряд притоков меньшего порядка. как справа, так и слева.
Верховья левых из этих притоков, вероятно, были приурочены к вы сотам водораздельной гряды, протягивающейся от Рузы на Щелково и далее к востоку, в сторону г. Владимира (Геология СССР, т. IV).
Кроме системы крупных эрозионных ложбин также обнаружены многочисленные погребенные карстовые воронки и карстовые долины диаметром до 0,5—1,5 км (Седаева и др., 1998).
Для позднеюрского и раннемелового времени характерно формиро вание прибрежно-морских и морских аккумулятивных равнин, частые колебания уровня моря и многократные изменения очертаний береговой линии.
Почвообразующие породы. На различных этапах геологической истории Московского региона в мезозое роль почвообразующих горных пород играли отложения каменноугольной (средний и верхний отделы), юрской и меловой систем.
Современные почвообразующие породы в Подмосковье пред ставлены различными генетическими типами четвертичных отложений:
ледниковыми образованиями, водно-ледниковыми и покровными суг линками, аллювиальными песками. Наибольшим распространением пользуются покровные суглинки.
Почвообразующие горные породы юрского времени. В средне юрское время роль почвообразующих отложений чаще всего играли элювиальные образования по породам среднего и верхнего карбона. В целом каменноугольные отложения представлены биогенными извест няками с прослоями доломитов, мергелей и пестроцветных дельтовых глин. Последние содержат редкие прослои баровых песков и песчани ков. Реже почвообразующими горными породами являлись аллювиаль ные отложения средней юры – пески, глинистые пески и суглинки.
Почвообразующие осадочные породы раннемелового времени. Не смотря на то, что верхнеюрские и нижнемеловые отложения представ лены преимущественно прибрежно-морскими и мелководно-морскими отложениями их формирование сопровождалось многочисленными дли тельными перерывами в осадконакоплении, часть из которых носит суб аэральный характер. Во время таких перерывов происходила не только эрозия осадочных горных пород, но и процессы почвообразования. При регрессии морского бассейна процессы почвообразования затрагивали в первую очередь свежеотложенные морские и дельтовые отложения.
Растительный покров. Современный растительный покров Подмосковья. Московская область соответствует южно-таёжной и ле состепной зонам (Почвы Московской области, 1974).
Растительный мир Подмосковья в Мезозое. Органический мир мезозоя очень своеобразен;
он занимает промежуточное положение ме жду палеозойским и кайнозойским. Наземный растительный мир плане ты в это время в целом отличается расцветом голосемянных – специфи ческой, так называемой мезофитной флоры. Своеобразным был и жи вотный мир, где доминировали пресмыкающиеся (Немков и др.,1986).
Растительный мир Подмосковья в Юрском периоде. Наиболее разнообразные и представительные находки остатков среднеюрских рас тений сделаны на местонахождении Пески, расположенном в 1,5км се вернее одноимённой железнодорожной станции. Здесь были найдены многочисленные остатки растений из трёх разных сообществ. Первое сообщество было приурочено к затопляемым поймам и низинам. Здесь росли деревья родов Elatocladus (ископаемые родственники болотного кипариса, секвойи и метасеквойи), Cephalotaxopsis и Caytonia. Подлесок был представлен тонкоствольными сильно ветвящимися беннеттитами Nilssonioptcris sp. (скорее кустарниками, чем маленькими деревьями) и Anomozanites, а так же саговником Paracyras. Здесь же были древовид ные папоротники Cladophlebis. Нижний ярус занимали травянистые па поротники Clathropteris и Selenocarpus.
Другое сообщество заселяло верховья рек и верховые болота.
Здесь росли деревья Tritaenia glabra и Cayronia (Sageпорteris), толсто ствольные кустарники – Oiozamites и Ptilophyllum ripunum. Лиана Siachypteris psammiiiru обвивала стволы и ветви кейтоний (Gordenko, 2000;
Gordenko, Krassilov,2006). Лес, судя по наличию толстоствольных беннеттитов, был разреженным Хвойные Brachyphyllum, Oswaldeeria и Marskea происходят из третьего сообщества, заселявшего водоразделы, не затронутые забола чиванием. К этому, же сообществу, видимо принадлежали и немного численные гинковые (Гордиенко, 2002).
В поздней юре последовала обширная трансгрессия, но в самом конце волжского века юрское море сильно сузилось и обмелело. К концу юрского периода в связи с изменением климата и палеогеографической обстановки меняется и характер растительности. Появились многочис ленные мели и низменные острова. Многие из них, видимо, были по крыты лесами, состоящими из болотных кипарисов (Taxodium sp.), бен нетитовых и гинковых (С.Н. Наугольных, 2009.). Но сохранность иско паемых растений из верхнеюрских отложений Подмосковья в виде от дельных обломков стволов и веток, не позволяет определить процентные соотношения различных растительных групп и характер их распростра нения.
Растительный мир Подмосковья в Меловом периоде. В раннем мелу среди растений преобладали всё те же группы голосемянных, что и в юре – то есть флора оставалась типично мезофитовой. Находки остат ков меловых растений на территории Подмосковья немногочисленны и непредставительны, что не позволяет реконструировать растительный покров этого времени на территории Подмосковья даже на отдельных участках.
Основное биотическое событие раннего мезозоя – это появление первых покрытосемянных в начале раннего мела и их быстрое расселе ние. Эта перестройка растительного мира повлекла за собой радикаль ное изменение процессов почвообразования не только на территории будущего Московского региона, но и на планете в целом.
Почвенный покров. Современный почвенный покров Подмос ковья. Неоднородность рельефа, геологического строения, почвообра зующих пород, разнообразие климат способствовали развитию в Мос ковском регионе различных в генетическом отношении почв: дерново подзолистых, подзолов, болотно-подзолистых, болотных, аллювиальных и других.
В современном почвенном покрове области преобладают дерново подзолистые почвы различного гранулометрического состава, с невысо ким естественным плодородием.
Аллювиальные почвы распространены в долинах рек и на поймен ных террасах. В разных районах аллювиальные почвы сильно отличают ся друг от друга по степени избыточного увлажнения, содержанию пита тельных веществ, структуре и составу. Наиболее плодородными среди них являются пойменные почвы.
Мезозойский почвенный покров Подмосковья. Из-за интенсив ного проявления эрозионных процессов почвы, сформировавшиеся на территории современного Подмосковья в мезозойское время сохрани лись только фрагментарно, хотя процесс почвообразования в это время был постоянным. Можно уверенно утверждать, что со среднеюрского времени почвенный покров был непрерывным, сомкнутым. Почвы от сутствовали только на обрывистых склонах.
Сохранившиеся на отдельных участках среднеюрские (байос раннекелловейские) палеопочвы приурочены к границе гжельско кудиновской и москворецкой свит. Они представлены ископаемыми аналогами полностью развитых, хотя и маломощных пойменных почв, сформированных в пределах центральной и притеррасной поймы в ус ловиях периодически засушливого климата. В целом описанные палео почвы близки к палеопочвам, описаннным в формации Мориссон (J3) в США (Скалистые Горы) (Timothy M. et all, 2004).
Нижнемеловые почвы развиты по аллювиальным и аллювиально дельтовым песчаным отложениям кварцевого состава, принадлежащих к аптскому ярусу. Они представлены ископаемыми аналогами слаборазви тых рыхлопесчаных дерновых пойменных почв, имеющих маломощный гумусовый горизонт (кварцевые ареносоли).
Наблюдаемые отличия мезозойских палеопочв от их современных аналогов связаны как с различиями в систематическом составе расти тельности и характере растительного покрова того времени, так и с раз личиями современных и древних физико-географических обстановок и процессов почвообразования.
Процессы формирования мезозойских пойменных почв. Пой менные почвы – почвы, образующиеся на аллювиальных отложениях речных пойм. Современные пойменные почвы отличаются высокой био генностью (населённостью организмами), слоистостью, наличием по гребённых гумусовых горизонтов. Специфика таких почв связана с про явлением в почвообразовании двух процессов – поёмного и аллювиаль ного. Поемность – это процесс периодического затопления поверхности поймы паводковыми водами. Аллювиальность – процесс накопления на поверхности поймы твердых частиц, оседающих во время паводков из толщи воды. Под действием поемного и аллювиального процессов пой менные почвы постоянно омолаживаются, растут вверх, часто образуя при этом несколько погребенных горизонтов и слоев.
Глава 6. Тафономия почв Тафономия почв – это наука, изучающая закономерности перехода почв в ископаемое состояние. Она базируется на достижениях палеобо таники, тафономии организмов, литологии, органической геохимии.
Специфика тафономии почв заключается в том, что почвообразо вание является химическим процессом и он сам по себе не отделим от перехода в литосферу органического вещества организмов (стадия «на копления»). В аэробных условиях остатки организмов подвергаются микробиологическому разложению и превращаются в гумус (гумифици руются). Для всех типов современных почв именно наличие гумуса яв ляется их характерной особенностью, обеспечивающих их плодородие, неприменным атрибутом, отличающим почвы от кор химического вы ветривания и грунтов (хотя в ряде случаев объём понятий «почва» и «кора биохимического выветривания» совпадает). Скорость и направ ленность гумификации зависят от многих факторов. Определенное их соотношение и взаимодействие обусловливают определенный тип гу мификации органических остатков: фульватный, гуматно-фульватный, фульватного-гуматный или гуматный.
Переход почв в ископаемое состояние связан с их захоронением под более молодыми отложениями и длительной консервацией в ана эробных условиях. При этом органическое вещество почв подвергается перераспределению, минерализации (обугливанию, пиритизации и т.п.) и рассеиванию. Менее значимые изменения почв связаны с наложенны ми процессами, затрагивающими минеральный скелет почв – литифика цией, гипергенезом. В палеопочвах часто наблюдаются так же неодно кратное оглеение и криотурбационные явления.
После погребения почв происходит постепенное разрушение гу муса: после 300 лет сохраняется 70 % гумуса, после 4 000 – 40 %, после 100–800 тыс. лет – 6–7 % (Glazovskaya, 1996).
Фоссилизация органического вещества представляет собой биогео химический процесс, широко распространенный в геологическом вре мени. Фоссилизация органического вещества осуществляется молеку лярными механизмами фоссилизации — совокупностью биохимиче ских, химических и коллоидно-сорбционных процессов, которые, обес печивая ограничение биогенной деструкции, способствуют консервации захороненных биомолекул и их вовлечению в состав образующихся осадков (Барсков и др., 1998).
Литификация, диагенез и метаморфизм уничтожают большинство диагностических свойств ископаемых почв, в первую очередь это каса ется содержания органического вещества, особенно гумусового. В древ них ископаемых почвах органическое вещество, как правило, полностью минерализуется (Алексеева и др., 2010). Его былое присутствие обычно фиксируется по микростроению, наличию характерных микро- и макро структур (следы корней, копролиты и т. д.), педогенных карбонатов, а также характерной ассоциации минералов и пирита, образованного при гидроморфизме гумуса (Wright, 1994).
Благодаря перечисленным выше явлениям анализ и диагностика ископаемого гумусового вещества в палеопочвах оказываются затруд ненным из-за разрушения первичной структуры гумуса, его минерализа ции и уменьшения содержания первоначально накопленного количества органики. Исходя из изложенного выше, необходимо учитывать эти яв ления при интерпретации геохимических данных и диагностике древне го вещества палеополчв.
Диагенетические и постдиагенетические изменения мезозойских палеопочв Подмосковья выражены в появлении характерных текстур неравномерного уплотнения, зеркал скольжения, морозобойных текстур, понижении концентрации исходного органического вещества, проявле нии пиритизации, окремнения и лимонитизации, неоднократным (мини мум двукратным) оглеением, карбонатов и глины из более молодых (четвертичных) отложений.
Глава 7. Мезозойские палеопочвы как часть геологических и поч венных памятников природы и их научно-методическое значение Геологические памятники природы (ГПП) являются специфически ми объектами природного наследия, которые, по сути, создают музеи под открытым небом, представляют большую научную, познавательную и образовательную ценность.
До сих пор дискуссионным является необходимость включения в состав ГПП почвенных объектов. В нашей стране одним из первых предложили выделять опорные эталонные почвенные объекты В.А. Ков да и его сотрудники (Ковда В.А. и др., 1959). В качестве одного из таких эталонов они предложили принять почвы Центрального чернозёмного заповедника, которые отличались высоким плодородием в сочетании с благоприятным сочетанием микроэлементов.
Основная и очевидная область использования почвенных эталонов – обеспечение единообразия терминологии и своеобразная «точка отсче та» для мониторинга состояния окружающей среды, в том числе и поч венного покрова, а так же прогноз дальнейшего развития геосистем са мого разного ранга. Очевидно, место палеопочв как составной части этой системы – они играют роль объектов хранящих информацию о «предыдущих состояниях» биосферы.
Выводы 1. На территории Москвы и её окрестностей мезозойские палео почвы развиты по образованиям среднеюрского и раннемелового воз раста. Горизонты палеопочв обнаружены в разрезах отложений аптского яруса нижнего мела (Крылатское) и средней юры (карьер Гжельского кирпичного завода).
2. Во всех изученных разрезах палеопочвы принадлежат к почвам гидроморфного ряда. Для описываемых почв характерны слабая диффе ренциация почвенного профиля, малая мощность, низкое содержание гумуса и кислая реакция среды.
3. Установлено два типа палеопочв: ископаемые аналоги аллюви альных песчаных почв на аллювиальных песках (кварцевые ареносоли) и ископаемые аналоги пойменных почв на песчано-глинистом аллювии.
4. Среднеюрские (байос-раннекелловейские) палеопочвы приуро чены к границе гжельско-кудиновской и москворецкой свит. Ископае мыми аналогами полностью развитых маломощных пойменных почв. В профиле описываемых почв выделены гумусовый и иллювиальный го ризонты. Нижележащие горизонты сильно и многократно оглеены. Со став гумуса во всём профиле фульватный (Сгк/Сфк = 0,11 – 0,46). Реак ция среды – кислая (pH kcl = 1,8 – 2,3), возможно, что она связана с на ложенной диагенетической пиритизацией после захоронения палеопоч вы.
В целом среднеюрские палеопочвы Подмосковья близки к палео почвам, описаннным в формации Мориссон (J3) в США.
В верхней части иллювиального горизонта этих палеопочв на блюдается повышенное содержание тяжелых металлов, особенно Cr (0,06%) и Th (0,006%). В то время как в пробах, отобранных из более молодых или более древних образований их содержание не превышает 0,03% и 0,002% соответственно.
5. Наблюдаемые отличия мезозойских палеопочв от их современ ных аналогов связаны с отличиями физико-географических обстановок и процессов почвообразования, а так же с наложенными диагенетически ми и постдиагенетическими явлениями (минерализацией и рассеиванием органического вещества, интенсивной пиритизацией, многократным ог леением и промерзанием).
6. Переход почв в ископаемое состояние связан с их захоронением под более молодыми отложениями и длительной консервацией в ана эробных условиях.
Диагенетические и постдиагенетические изменения мезозойских палеопочв Подмосковья выражены в появлении характерных текстур неравномерного уплотнения – зеркал скольжения, морозобойных тек стур, понижении концентрации органического вещества, проявлении пиритизации и лимонитизации, неоднократным (минимум двукратным) оглеением, вмывом органического вещества, карбонатов и глины из бо лее молодых (четвертичных) отложений.
7. Мезозойские палеопочвы Подмосковья являются бесценными геолого-почвенными памятниками природы, хранящими информацию о различных этапах эволюции ландшафтов и биосферы в целом.
8. Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Арешин А.В., Ефимов О.Е., Ганжара Н.Ф. Геолого-почвенные па мятники природы и их практическое значение. //Доклады II Меж дународной научной конференции "Геологическая наука и образо вание в начале XXI века". Донецк. Изд-во Донецкого националь ного технического ун-та, 2011. С. 120 – 125.
2. Арешин А.В., Щерба В.А. Геохимические особенности озёрных отложений и характеристика среднеюрских ландшафтов Подмос ковья. //Материалы IIV конференции «Геология в школе и ВУЗе.
Геология и цивилизация». С-Пб. 30 июня – 5 июля 2011. С-Пб.:
Изд-во РПГУ, 2011. С. 84 – 86.
3. Арешин А.В. Мезозойские ископаемые почвы Московского ре гиона. //Геоэкологические проблемы современности. Доклады 3-й Международной научной конференции. Владимир. 23-25 сентября 2010. /Под редакцией И.А. Карловича: Владимир, ВГГУ. 2010.
С. 42 – 43.
4. Арешин А.В., Ганжара Н.Ф., Ефимов О.Е. Палеопочвы мезозоя Подмосковья. Известия ТСХА, Вып. 6, 2011. С. 46 – 49.
5. Арешин А.В., Ганжара Н.Ф., Ефимов О.Е. Опыт реконструкции палеоландшафтов позднего карбона Подмосковья (на примере геолого-ландшафтного полигона «Гжель»). //Известия ТСХА, Вып. 4, 2009, C. 43 – 51.
6. Агаджанян А.К., Алексеев А.С., Арешин А.В., Фокин П.А Откры тие уникального местонахождения среднеюрской фауны и флоры в Подмосковье. //Доклады российской академии наук. 2001. т. 377, №3. C. 359 – 362.
7. Арешин А.В., Щерба В.А. Проблемы сохранения геологических памятников природы. //Геоэкологические проблемы современно сти: Межвузовский сборник научных трудов. Вып. 9. Владимир, ВГПУ, 2007. С. 81 – 89.
8. Арешин А.В. Геологические памятники природы Подмосковья как объекты проведения практик. //Материалы международной конференции «Геология и проблемы образования». Санкт - Петер бург. 2002. С. 148.
9. Арешин А.В. Геологические памятники природы Восточного Подмосковья. //Труды конференции «Проблемы экологического образования». Москва. Изд- во РУДН, 2002. С. 128-129.
10. Арешин А.В., Константиновская Л.В. Общая геология для эколо гов. т. 1. М.: Изд-во РУДН, 2011. 120с.
11. Ганжара Н.Ф., Байбеков Р.Ф., Бойко О.С., Колтыхов Д.С., Аре шин А.В. Геология и ландшафтоведение. /П. ред. проф. Ганжары Н.Ф. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2007. 380с.