ИСКОПАЕМЫЕ ПОЧВЫ И ИХ ПАЛЕОГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

Захоронение почв наиболее часто осуществлялось в субакваль- ной среде, когда поверхность, несущая почву, уходила под уровень водоёма и погребалась озёрными или речными отложениями. В некоторых случаях переход почв в ископаемое состояние был связан с изменением режима водотоков в сторону увеличения их водоносности. В результате этого поверхность высокой поймы, длительное время не заливавшаяся водой, покрывалась в период половодья аллювием, погребавшим почву.

В субаэральных условиях погребаются почвы в лёссовых толщах (вследствие усиления эоловой седиментации), на склонах - под делювиальными образованиями. Известны почвы, погребённые дюнным песком, вулканическими лавами.

Но погребение, даже быстрое и на большую глубину, не гарантирует хорошего сохранения древней почвы. Если новая почва, активно функционирующая система, то древняя почва, в лучшем случае, безжизненная масса, а чаще всего - следы того, чем она была до погребения. Важно выяснить, каким образом и как быстро изменяется погребённая почва после того, как она оказалась изолированной от влиявших на неё почвообразующих факторов. И даже не всегда удаётся выяснить типологическую принадлежность почв.

Ископаемые почвы субтропического пояса (латеритные) - это заметные и яркие красные вкрапления, общее покраснение глубоких почвенных горизонтов, иногда наблюдаются латеритные железистые ортштейны и конкреции.

Ископаемые почвы субарктического пояса - их характеризуют былые ледяные клинья, каменные кольца и другие формы микрорельефа.

Степные почвы - палеопочвенные данные о них менее ясны, чем о субтропических и субарктических. Для этих почв характер-

58

ноа высокая степень карбонатности.

Но ни один из этих признаков не является устойчивым. Баланс органического углерода поддерживается только неуклонным восстановлением гумуса. Определённое количество гумуса постоянно окисляется. Для сохранения гумуса требуется тщательная стерилизация горизонта (быстрое и глубокое погребение почвы, создание анаэробной среды). Карбонаты (и гипс) являются растворимыми соединениями и могут вымываться. И с другой стороны - не каждый карбонатный горизонт является следом ископаемых почв.

Полевое изучение погребенных почв. В основу могут быть положены те же принципы, что и при изучении современных почв. По возможности необходимо макроскопически определить основные генетические горизонты; указываются их мощности. Особое внимание уделяется поверхности почвы, которая может быть размыта в период погребения, а первый генетический горизонт уменьшен в мощности или полностью уничтожен. Обязательно отметить минеральные новообразования, как в перекрывающей толще, так и в подстилающей (материнская порода), так как эти минералообразования позволят решить вопрос о вторичных (эпигенетических) процессах в преобразования почв. Обязательно отмечать генетическую принадлежность пород, на которых развиты почвы. Это также может помочь диагностике почв, например, в выделении гидроморфных почв и плакорных, то есть формировавшихся на плакорах (это обычно лёссовые равнины).

Следует различать почвы и перемытый гумус, который также иногда образует чётко выраженные полосы, прослойки. Перемытый гумус особенно характерен для делювиальных образований и, в меньшей мере, для аллювиальных. Горизонты перемытого гумуса в отличие от почв, имеют нижнюю границу очень чёткую, параллельную верхней границе, причём сам гумусированный горизонт залегает в породах согласно слоистости.

59

бенно характерен для перемытого гумуса в делювиальных (склоновых) отложениях.

Для лабораторных исследований погребённых почв следует брать пробы весом 0,5-1 кг. Количество проб - по одной из каждого генетического горизонта (А|, Аг, В, С и др.), а также по одной пробе из выше- и нижележащих отложений. Пробы из вмещающих пород необходимы для получения сравнительного материала, который позволит определить возможные изменения в почвах после их перехода в ископаемой состояние. Например, вторичное засоление грунтов и погребённых почв выявляется по сходному солевому составу. Если же состав солей из почв несколько иной, чем в перекрывающих породах, можно предположить, что вторично засоление не произошло. Однако сходство состава солей выше и ниже почвы и в самой почве может быть первичным, обусловленным сходными физико-географическими условиями.

Лабораторные исследования почв позволяют:

а)              установить систематическую принадлежность почв, то есть тип почвообразования (чернозёмный, подзолистый),

б)              выявить вторичные процессы, наложенные на почвы после их погребения,

в)              определить гранулометрический состав,

г)              по водной вытяжке изучить солевой состав.

д)              по сухому остатку вытяжки определить величину минерализации,

е)              по величине pH определить тип среды (щелочная, кислая, нейтральная),

ж)              по сумме воднорастворимых органических веществ определить степень промытости почв (один из показателей плодородия),

з)              по содержанию гумуса можно судить о былом плодородии почв, возможно, о типе почв,

и)              по содержанию азота валового - этот показатель хорош для контроля возможного окисления гумуса.

к)              по составу гумуса (гумусовые кислоты, фульвокислоты) судить о типе почв Гк gt; Фк - это степные почвы, Фк gt; Гк - лесные почвы.

В ископаемом состоянии почвы претерпевают значительные изменения.

60

с учётом этих изменений можно более достоверно реконструировать первичный тип почв. по этим вторичным признакам можно восстановить более поздние процессы диагенеза пород вообще, а отсюда и физико- географические условия послепочвенного времени.

По степени и направленности изменений можно так сгруппировать погребённые почвы. Почвы в лёссовых породах. Эти хорошо аэрируемые почвы (лёссы пористые!!) имеют низкое (0,1-0,2 %) содержание гумуса. Это признак вторичный и вызван почти полным окислением гумуса. В ряде случаев по другим признакам реконструируются степные условия с чернозёмным почвообразованием. А чернозёмные почвы, какими бы слабогумусными они ни были, содержание гумуса в них не опускается 1-3 %. Для почв в лёссовых толщах характерно засоление (иногда значительное) карбонатного или сульфатного типа, реже хлоридного. Об интенсивности засоления можно судить по величине сухого остатка водной вытяжки. [200 г сухой почвы настаивается в течение суток в 0,5-1 л воды, затем делается анализ этой водной вытяжки]. По сумме солей судят о степени засоления, однако нужно иметь в виду, что различные соли имеют различную скорость растворения. Так, сульфатные соли растворяются быстрее, чем карбонатные, а хлоридные - быстрее, чем сульфатные. Поэтому хлоридные соли полнее переходят в раствор, повышая минерализацию водной вытяжки и создавая впечатление о более высокой степени засоления почв. В случае промывания лёссов (в более позднее плювиальное время) возможно рассоление почв (на смену сульфатному приходит слабокарбонатное засоление) и иногда слабое оглеение (то есть переход окис- ного железа в закисное; почвы приобретают слабую зеленоватую окраску). Почвы в обводнённых песчаных отложениях. Это древние аллювиальные почвы в разрезе террас или в озёрно-речных толщах. Характерно интенсивное промывание песчаных пород потоками подземных вод, что приводит к вымыванию воднорастворимых органических веществ, растворимого гумуса и к вымыванию солей.

61

менных реакций меняется солевой состав погребённых почв. Вообще для песчаных промываемых почв характерны сильнейшие вторичные изменения, что ограничивает использование их (почв) для палеогеографических реконструкций. Гидроморфные почвы в глинистых толщах. Для них характерно минимальное вторичное изменение. Они наиболее близки своему первичному состоянию. Палеогеографические реконструкции по ним наиболее достоверны. Здесь могут быть лишь такие изменения: кристаллизация солей, старение коллоидов, возможная гидротация коллоидов. Но эти процессы автохтонны, они почти не сопровождаются привносом или выносом органических или минеральных веществ.

Возраст почв (длительность формирования почв). Мощность почв ещё не характеризует длительность процесса почвообразования. Мощность почв зависит в основном от интенсивности самого процесса, а последний определяется глубиной проникновения корневой системы растений, биологической продуктивностью растительного покрова, количеством атмосферных осадков и др. Расчёт скорости накопления карбоната кальция показал, что длительное существование почв (ископаемых) невелика - 2—3 тыс. лет. Такие же цифры дают и археологические исследования (почвы со следами человеческой культуры) и исторические памятники. Следовательно, анализ почв позволяет реконструировать палеогеографию лишь за короткий промежуток времени. Это хорошо и плохо. Хорошо потому, что ими могут быть зафиксированы кратковременные состояния палеоландшафтов. Прослеживание по разрезу одновозрастной толщи позволит нарисовать в деталях картину этих изменений. И плохо потому, что по ним может быть получен непредставительный (нехарактерный) палеогеографический материал, если толща содержит мало (первые единицы) погребённых почв. В таком случае рискованно распространить палеогеографические построения, полученные на основании изучения одного-двух горизонтов почв, на всю толщу.

Значепие погребённых почв. Почвы рассматриваются как компонент древнего ландшафта.

Стратиграфическое значение - мощные горизонты почвы или их сближенные горизонты свидетельствуют о длительном переры-

62

ве в осадконакоплении и характеризуют, таким образом, границу двух разновозрастных толщ. В Западной Сибири две разновозрастные толщи (Q] и Q2) лёссов, накапливавшиеся на древних междуречьях. На Украине долгое время считалось, что почвы имеют значение границ в лёссовых толщах, поскольку лёссовые толщи во времени сопоставлялись с оледенениями, то почвы должны «привязываться» к межледниковью. Но это уже палеогеографический анализ.

Погребённые почвы - субпараллельные наклонные линии в правой части рисунка.

Палеогеоморфологическое значение - почвы фиксируют собой древний рельеф. Они непосредственно отражают этот рельеф.

Прослеживая в естественных обнажениях погребённые почвы, можно выявить некоторые мезоформы былого рельефа - степные блюдца, болота, древние склоны.

Палеогеографическое значение - почвы в своём образовании и развитии отражают целый комплекс природных компонентов: состав грунтов, ход температуры и осадков, типы растительности. Это позволяет использовать почвы при комплексных палеогеографических реконструкциях. Например, засоление почв сульфатами или хлоридами указывает на формирование почв в тёплом климате с резким дефицитом влажности (с избыточным испарением). Высокое содержание гумуса в глинистых почвах, присутствие глеево- го горизонта (G), бобовины окислов марганца и железа указывают на формирование почв в достаточно влажном и относительно тёплом климате.

Красноцветные почвы с невысоким содержанием гумуса и свободными гидратами Fe203 и А1203 указывают на латеритное почвообразование в субтропической зоне с влажным или переменновлажным климатом.

Тектонические реконструкции. Погребённые почвы свойственны областям длительного погружения. В областях поднятий почвы, как правило, не сохраняются: здесь этому мешают интенсивные денудационные процессы. По-видимому, в областях локальных (местных) опусканий возможно частое чередование почв. Иногда это наблюдается в разрезах террас.

Палеогидрологическое значение. Присутствие погребённых почв в террасовом, в пойменном аллювии нескольких рек (соседних бассейнов) примерно на одной глубине указывает на изменение режима рек. Так, в пойме рек Алей, Чумыш, Иня, Аба (выше Новокузнецка) на глубине 0,7-1 м повсеместно присутствует погребённая почва. Следовательно, здесь река длительное время (первые тысячи лет) не заливала поймы, затем паводки увеличились, и почва была занесена пойменным аллювием, перешла в погребённое состояние.

Эволюция почв. Этот термин почвоведы заимствовали из биологии. Одними учёными эволюция понимается как развитие новых и более высокоорганизованных форм и видов почвы, другие считают, что эволюция почв представляет собой просто бесконечное

64

приспособление почвенных систем к изменениям климата, рельефа, свойств исходного вещества и растительности. Но раньше не было климатов, которые ныне не встречаются; ранее не было пород, минералов, которые ныне не встречаются. Только в биосфере можно обнаружить заметные качественные изменения во времени, и только жизнь могла повлиять на качественные изменения в общих свойствах почв.

По-видимому, правильны обе точки зрения. Флора, эволюционируя, приобрела в верхнем мелу качественно новый состав. Появились покрытосеменные с иным биохимическим составом. На этом фоне качественных изменений происходили изменения в географическом распределении различных почв по отношению друг к другу. Непосредственное изучение ископаемых почв и реконструкция их по косвенным признакам позволяет проследить следующие этапы эволюции почв Сибири в мезо- и кайнозое.

Триас - пока нет никаких прямых указаний о почвах этого времени. Можно предполагать, что в раннем триасе могли развиваться гидроморфные почвы на заболоченных участках, однако процесс почвообразования в триасе (добавим, и в юре) не может быть полностью отождествлён с каким-либо типом современного почвообразования. В это время (триас и юра) не было покрытосеменных, которые ныне доминируют в составе растительности. Поэтому биомасса, участвовавшая в создании гумуса, имела иной биохимический состав. Специальных работ по исследованию этого вопроса нет, но наблюдения над почвообразованием в современных лесах - хвойных и лиственных - свидетельствуют об этих различиях. Учёные отмечают, что «каждому типу лесной подстилки соответствует определённый характер строения перегнойных горизонтов почвы, отличный по содержанию и качественному составу перегноя». Это нужно иметь в виду, изучая почвы триаса и юры и раннего мела, когда покрытосеменные либо отсутствовали, либо представляли незначительный ингредиент флоры. Итак, в раннем триасе возможны были гидроморфные почвы, свойственные переувлажнённым грунтам. В позднем триасе дополнительно можем отметить краснозёмные почвы латеритного типа на цокольных равнинах. Красноцветные элювиальные образования известны под юрскими отложениями в Кузбассе.

65

Юра. В это время Сибирь пережила эпоху интенсивных перестроек рельефа. Тогда оформились и очень чётко проявились мор- фоструюуры отрицательные. На положительных морфоструктурах могли возникнуть лишь маломощные щебнистые почвы подзолистого типа. В отрицательных морфоструктурах возникали гидро- морфные высокогумусные почвы. Они известны и изучены макроскопически, но лабораторные исследования не проведены. В конце юрского периода стала заметна аридизация, что должно привести к сокращению площади гидроморфных почв.

Нижний мел. Пустынные условия были выражены ещё более резко. Какие-либо признаки гумусации в нижнемеловых отложениях не отмечены.

Верхний мел. На значительной части Сибири распространился субтропический климат средиземноморского типа. На положительных морфоструктурах были развиты краснозёмы типа латеритов. В депрессиях рельефа (карстовые полья, тектонические впадины) развивались тёмные почвы болотного или лугового (?) типа. Эти почвы свойственные обширным равнинам (пенеплены), сформировавшимся на месте горных сооружений.

Палеоцен и эоцен. В Сибири существовала сходная с верхнемеловой обстановка. Развитие почвенного покрова, в основном, зависит от орографических условий.

Олигоцен. К этому времени относится смена климата субтропического (средиземноморского) на умеренно-теплый с влажным летом. На повышенных участках формировались подзолистые почвы с мощным горизонтом оподзоливания (зона отбеливания). Ниже зоны отбеливания (подзолистый горизонт) развит иллювиальный горизонт в виде скопления окислов железа в форме стяжений сидерита. Верхний горизонт - гумусовый - сохранился не повсеместно.

Неоген. Усилилась континентальность климата, что отразилось на почвообразовании. Уменьшилось количество атмосферных осадков, впервые произошло остепнение, наметились иные пути развития почв. На юге Сибири были развиты каштановые почвы и серозёмы.

Четвертичный период характеризуется значительным разнообразием почв, свойственным умеренной зоне.

66

Погребённые почвы олигоцена, неогена и четверичного периода Бийско-Барнаульской впадины прошли лабораторную обработку по обычной методике исследования почв.

Олнгоценовые почвы сильно гумусные, мощные. Как правило, имеют в основании горизонт оглеения, что указывает на избыточное увлажнение почв. Содержат обрывки унифицированной растительной ткани, остатки корневой системы растений, как травянистых, так и древесных. Свойства почв в песчаных грунтах в процессе длительного нахождения в погребённом состоянии изменились под влиянием анаэробных процессов и особенно — воздействия грунтовых вод (гумуса 0,17 %, реакция водной вытяжки щелочная, преобладают ионы гидрокарбоната и натрия, воднорастворимых веществ всего лишь 0,07 %). Лучше сохранились почвы, законсервированные в мощных толщах глин. Почвы в глинистых породах высокогумусные (2,45-8,45 %) с кислой реакцией водной вытяжки и высоким содержанием сульфат-иона, высоким содержанием воднорастворимых веществ (0,305-0,910 %).

Неогеновые почвы имеют хорошо выраженные генетические горизонты и относятся к лугово-чернозёмовидным, или луговым, лугово-болотным и болотным типам. Несмотря на тёмный цвет почвы содержат мало гумуса (0,28-0,34 %). Реакция почв щёлоч- ная (pH 8,3-8,7), характер засоления сульфатно-содовый с резким преобладанием в водной вытяжке сульфат-иона (55-81 %экв.). и натрий-иона (91-98 %экв.). Почва с глубины 219 м формировалась в более засушливых условиях. Она отличается более низким содержанием гумуса, сильным сульфатным засолением, более высоким значением pH. Все неогеновые почвы относятся к типу лугово-степных солонцов. Под погребёнными почвами обычно присутствует горизонт более или менее интенсивного ожелезнения с мелкими бобовинами окислов железа, известковистыми стяжениями и зеленоватыми пятнами оглеения. Эти признаки указывают на вторичность процессов, приведших к формированию солонцов, и о развитии их по болотным (лугово-болотным?) почвам.

Этот процесс можно обрисовать следующим образом. В один из перерывов в озёрно-речном осадконакоплении, когда поверхность стабилизировалась, проявились процессы почвообразования. Близкий уровень грунтовых вод способствовал заболачиванию

67

микропонижений аккумулятивного рельефа с образованием болотных оглеёных почв. По мере обсыхания поверхности аккумулятивной равнины уровень грунтовых вод понижался, вследствие улучшения аэрации двухвалентного железо переходило в трёхвалентное с переконцентрацией окислов железа в мелкие бобовины.

Почвы четвертичного периода изучены полнее, что объясняется их большей доступностью. В нижней субаквальной толще раннечетвертичных отложений преобладали гидроморфные почвы - темно-серые, глинистые, иногда насыщенные обуглившимся растительным материалом. Отчётливо выражены признаки оглеения нижних горизонтов почвенного профиля; присутствуют бобовины окислов железа. Несколько ниже хорошо выражен карбонатный горизонт с различимыми выделениями карбоната кальция. Реакция почв щелочная. Почвы малогумусные (менее 1 %), слабо засолены, тип почв - лугово-болотный. Верхняя часть толщи имеет лёссотипный облик. Почвы, изученные по разрезу левого берега Оби у с. Вяткино, свойственны ландшафту сухих степей, возможно они формировались в условиях лесостепи или луговой степи в пределах долины. Содержание гумуса невысокое (0,61-1,20 %), засоление сульфатное магниево-кальцевое.

Среднечетвертичная лёссотипная краснодубровская свита, судя по наблюдениям по левому Берегу Оби (Вяткино,Усть- Чарышская пристань), содержит до 13 горизонтов погребённых почв. Макроскопически почвы буровато-серые, легкоглинистые, с редкими корневыми ходами. Содержание гумуса менее 1 %. Среди солей преобладают хлориды, что указывает на весьма сухие климатические условия.

Верхнечетвертичные песчаные отложения касмапинской свиты (свита выполняет боровые лощины) очень редко содержат горизонты погребённых почв. Изучена одна проба с глубины 44 м. Водная вытяжка имеет нейтральную реакцию. Содержание гумуса низкое (менее I %) Среди анионов преобладает гидрокарбонат (71 %-экв.), среди катионов в убывающем порядке представлены кальций- (45), натрий- (31) и магний-ион (24%-экв.).

Гэлоценовые почвы довольно широко представлены в разрезе пойменных отложений. На правом берегу Алея у с. Безголосово в разрезе 7-метровой поймы на глубине 2,2-2,7 м залегает погребён-

68

ная почва мощностью 1,3 м, содержащая поселение древних людей (4-3 тыс. лет назад). Почвенный анализ прошли четыре пробы. Общим признаком почв является их высокая щёлочность (pH 7,9- 8,2), почти полная насыщенность почвенно-поглощающего комплекса (почти 100 %), большие величины содержания кальция и магния в поглощающем комплексе. Это вполне определённо указывает на аридность климатической обстановки. Поглощённый натрий отсутствует. Изменение величины СО2 (карбонатной) по глубине свидетельствует о различном содержании карбонатов. Верхняя часть почвы не вскипает с соляной кислотой, содержание двуокиси углерода здесь низкое (1,4 %). Максимума этот показатель (19,18%) достиг в пробе, взятой из карбонатных потёков сразу же под почвой. Горизонт С (подпочва или материнская порода) бурно реагирует с соляной кислотой и содержит многочисленные известковистые конкреции. Это свидетельствует о высоком содержании в ней карбонатов, что и обусловило величину СО2 в 18,14 %, почти как в горизонте вмывания. Содержание валового железа (0,05-0,09 %) относительно невысокое, что указывает на отсутствие оглеения. Это позволяет отнести описываемую почву к автоморфному типу (формируется в хорошо аэрируемых условиях при относительно низком стоянии грунтовых вод). Типологически она может быть отнесена к группе лугово-чернозёмных почв.

Почвы отличаются высоким содержанием гумуса (см выше), валовых азота (0,26-4), 18 %) и пятиокиси фосфора (0,24-0,21 %). ‘ Это можно объяснить участием древних людей в формировании почвы. Люди занимались скотоводством и рыбной ловлей. Кухонные и иные отходы жизнедеятельности людей способствовали накоплению на селитебной территории соответствующих химических соединений.

После ухода людей (3 тыс.лет назад) пойма стала заливаться водой. Культурный слой был погребён болотными гумусированными породами, по которым получена радиоуглеродная дата 2360 лет от наших дней. Почвенные анализы отсюда дали почти такие же результаты, что и по культурному слою.