Палеопочвенные горизонты лессовых отложений четвертичного периода

2.1 Общие сведения о почве

Почва - один из основных компонентов природной среды, представляющий собой плодородную дневную поверхность земной коры, видоизменённую под влиянием воды, воздуха и живых организмов. Мощность почвенного горизонта в зависимости от условий почвообразования колеблется от нескольких сантиметров до полутора-двух метров.

Почвенный покров образуется в результате взаимодействия литосферы, атмосферы, гидросферы и биосферы, поэтому современное учение о почве опирается на такие науки как биология, физика, химия, геохимия, география и геология. С другой стороны, знания о почвах очень важны для понимания сущности процессов, происходящих в географической оболочке в настоящем и имевших место быть в геологическом прошлом. Поэтому методы почвенных исследований широко используются в геологии и географии.

В.В. Докучаев (1846-1903) впервые сформулировал научное определение почвы, разработал генетическую классификацию почв, методы их изучения и картографирования в поле, открыл основные закономерности географической организации почвенного покрова и т.д.

Большой вклад в развитие основ почвоведения внесли труды Н.М. Сибирцева, П.А. Костычева, К.Д. Глинки, В.И. Вернадского, В.Р. Вильямса, К.К. Гедройца, Л.И. Прасолова, Б.Б. Полынова, И.В. Тюрина и др.

Следует отметить, что почва обладает рядом свойств, которые отличают её от материнской горной породы. В первую очередь, неоднородность почвенного покрова по вертикали, т.е. если вскрыть почву шурфом, то можно увидеть, что она представляет собой ряд горизонтов, различающихся между собой общим обликом и рядом физических свойств. Эти горизонты образованы в результате эволюционного развития почвенного покрова и образуют так называемый «профиль почвы». Каждый тип почвы имеет характерное лишь для него строение генетических горизонтов.

Строение почвенного профиля в зависимости от наличия и характера соотношения генетических горизонтов может быть простым и сложным. Простое строение почвенного профиля включает пять типов: 1) примитивный профиль, имеет небольшое по мощности гумусовый горизонт, расположенный непосредственно на почвообразующей породе; 2) неполноразвитый профиль, имеет все генетические горизонты, но они не развиты и маломощны, сам профиль укорочен; 3) нормальный профиль, имеет все генетические горизонты, характерные для данного типа почв с нормальной для неэродированных территорий мощностью; 4) слабо дифференцированный профиль, имеет достаточно мощные, но однородные, слабо различимые генетические горизонты; 5) эродированные (нарушенный) профиль, имеет не все (или маломощный верхний) генетические горизонты из-за смыва верхней части профиля (В.Д. Муха, Н.И. Картамышев, В.Д. Кочетов, 2000).

Сложное строение почвенного профиля так же характеризуется пятью типами: 1) реликтовый профиль, в котором присутствуют погребенные горизонты или погребенные профили палеопочв; с другой стороны, в профиле могут присутствовать не погребенные, а реликтовые горизонты, являющиеся следами древнего почвообразования, идущего сейчас по иному типу; 2) многочисленный профиль формируется в случае литологических смен в пределах почвенной толщи; 3) полициклический профиль образуется в условиях периодического отложения почвообразующего материала (речной аллювий, вулканический пепел, эоловый нанос); 4) нарушенный (перевернутый) профиль с искусственно или природно-перемещенными на поверхность нижележащими горизонтами; 5) мозаичный профиль, в котором генетические горизонты образуют не последовательную по глубине серию горизонтальных слоев, а прихотливо мозаику, сменяя друг друга пятнами на небольшом протяжении (Г.Д. Белицина, В.Д. Васильевская, Л.А. Гришина, 1988).

Состав почв выражается сочетанием минеральных, органических веществ и живых организмов, главным образом микроорганизмов. В почвах много бактерий: обычно их в 1 г. содержится 200-500 млн. бактерий, а в черноземах - два и более миллиарда в 1 грамме. В целом микрофлора почв очень разнообразна, здесь встречаются представители разных физиологических групп бактерий: бактерии гниения, нитрофицирующие, азотофиксирующие, серобактерии и др.

В значительной степени почва повторяет состав подстилающих горных пород, но отличается от него присутствием повышенных количеств органического углерода и вариациями содержания кремнезема, глинозема и железа. Красноземы, возникающие в условиях жаркого тропического климата, обеднены кремнеземом и обогащены гидроокислами железа и алюминия, что определяет их окраску. Минеральная часть почвы возникла как прямой продукт выветривания коренных материнских горных пород; она представлена глинистыми минералами, некоторыми породообразующими минералами и гидроокислами железа и алюминия.

В почвах происходит разложение первичных органических веществ биологического происхождения до образования наиболее устойчивых продуктов, содержание которых варьирует в широких пределах. Органическое вещество почвы можно разделить на две группы: неразложившиеся и полуразложившиеся остатки растений, животных и микроорганизмов; гумус или перегной. Первая группа содержит обычные для живого вещества еще неразложившиеся органические соединения: углеводы, жиры, белки. Вторая, более распространенная группа, содержит гумус, представляющий ту часть органического вещества почвы, которая утратила следы первоначального строения и довольно тесно перемешалась с минеральной частью почвы. Содержание гумуса в верхних горизонтах подзолистых почв достигает 4-5%, в сероземах - 1,5-2,0%, в красноземах - до 7%. Наиболее богаты гумусом черноземы, которые в верхних горизонтах содержат до 10-15%.

Состав и количество гумуса в почве зависит от состава поступающих в почву органических остатков, от интенсивности и характера сложных и разнообразных процессов минерализация и гумификации. Основная часть гумуса - гуминовые кислоты, представляющие собой смесь аморфных органических веществ коллоидной природы, непостоянного состава и относительно высокого молекулярного веса.

В состав гумуса входят битумы - смолы, воск, жирные кислоты и их производные. Также в небольшом количестве в гумусе есть различные углеводы - клетчатка, гемицеллюлоза, крахмал. Эти вещества обычно неустойчивы и легко минерализуются. Часть органического вещества переходит в почвенные растворы.

В образовании почв и почвенных процессах активное участие принимают живые организмы: растения, микроорганизмы и животные. В связи с этим можно выделить три группы почвенных биологических процессов: 1) деятельность почвенных микроорганизмов, производящих глубокие преобразования органического и частично минерального вещества почвы; 2) деятельность высших растений, обуславливающих круговорот химических элементов в системе почва-растение, и накопление органического вещества в почве. Механическая деятельность корневой части; 3) деятельность почвенных животных, разрушающих органическое вещество, которое служит источником пищи, и оказывающих существенное влияние на химические и физические свойства почвы. Особую роль в почвообразовании играют дождевые черви, измельчая материал почвы.

Таким образом, почва отличается от горной породы наличием закономерно сменяющих друг друга внутрипочвенных горизонтов, специфическими физическими, физико-химическими, химическими и биологическими свойствами. В связи с этим при исследовании почв широко используются историко-геоморфологический и почвенно-геохимический методы.

Для более точной характеристики почвенного покрова применяется ряд конкретных методов его изучения:

1. Профильный метод, посредством которого изучается весь почвенный профиль, исследуются физические, химические и другие свойства всех внутрипочвенных горизонтов.

2. Морфологический метод, основанный на изучении свойств почв по их внешним признакам: окраске, структуре, наличию и характеру новообразований, глубине и последовательности залегания почвенных горизонтов.

3. Картографический метод, являющийся ключевым способом отражения и анализа пространственного размещения почвенного покрова.

2.2 Морфологические особенности почвенных горизонтов

В полевых условиях изучают и определяют почвы и дают им название по внешним, так называемым морфологическим признакам, которые отражают внутренние процессы, проходящие в почвах, их происхождение (генезис) и историю развития.

Н. М. Сибирцев считал, что по морфологическим (внешним) признакам можно определить почву подобно тому, как мы определяем минерал, растение или животное. Поэтому в полевых условиях особенно важно правильно описать почву, отметить все ее признаки.

Почвы обладают устойчивыми характерными внешними признаками: окраской, структурой, сложением, сочетанием горизонтов и т.д. ([19]).

Окраска горизонтов почв является важным морфологическим признаком, свидетельствующим о физико-географических условиях почвообразования. Поэтому почвам даются цветовые названия типа: коричневые почвы, черноземы, сероземы и т.д.

Окраска почв находится в прямой зависимости от ее химического состава, условий почвообразования, влажности. Носителями основных цветов являются определенные химические соединения, находящиеся в почвах. Отмечается, что черный цвет в почве связан с накоплением гумусовых веществ. Если содержание гумуса менее 5%, то для почвы характерны серые цвета, а если содержание гумуса 8-10% и более, то преобладает черный цвет. Красный и жёлтый цвет связан с наличием в почве разных соединений окислов железа. Желтоземы, красноземы, латериты - почвы субтропиков и тропиков - обогащены окислами железа и поэтому окрашены в желтые, оранжевые, красные, красно-бурые цвета. Соединения закиси железа создаёт восстановительные условия почвообразования, поэтому профиль соответствующих типов почв характеризуется преобладанием сизых, зеленых и голубых цветовых оттенков. Наличие белых оттенков связано с присутствием некоторых минералов, например, каолинита, гидроокислов алюминия, соединений кремнезема и др. Почвы редко бывают окрашены в однородный цвет. Обычно окраска почв довольно сложная и включает несколько цветов (например, серо-бурая, белесовато-сизая, красновато-коричневая и т.д.). При этом название преобладающего цвета в номинации типа почвы ставится на последнем месте. При описании почвы указывают степень однородности окраски. Например, буровато-сизый, неоднородный, на сизом фоне бурые и ржавые пятна и примазки. Такое описание помогает полнее охарактеризовать почву и более точно оценить ее в генетическом отношении. При определении окраски почвы также учитывают влажность почвы и степень освещенности почвенного разреза. Влажная почва имеет более темную окраску, чем воздушно-сухая.

Структуру почв образуют отдельные комочки более и менее четкой геометрической формы, на которые распадается почва без применения какого-либо значительного механического воздействия. Форма структурных элементов зависит от свойств почв, прежде всего от их механического состава, и характера почвообразовательных процессов. Самыми распространенными разновидностями почвенной структуры являются зернистая, комковатая, глыбистая, ореховатая, призматическая, столбчатая, пластинчатая структуры (рис. 4).

Выделяют также и бесструктурные почвы с рыхлым сложением, например, песчаные.

Рис. 4 Типичные структурные элементы почв (по С. А. Захарову, 1930)

Каждому типу почв и каждому генетическому горизонту свойственны определенные типы почвенных структур. Для гумусовых горизонтов, например, характерны зернистая, комковато-зернистая, порошисто-комковатая структуры, для элювиальных горизонтов - плитчатая, листоватая, чешуйчатая, пластинчатая, для иллювиальных - столбчатая, призматическая, ореховатая, глыбистая и т.д. (табл. 4).

Под сложением почвы понимают внешнее выражение степени и характера ее плотности и порозности. При внимательном рассмотрении почвенных горизонтов можно заметить сеть трещин, пор, ячеек, пустот и т.д., различных по форме и размерам. По величине и форме воздушных пор и полостей различают следующие типы сложения почв: А. Полости, расположенные внутри структурных отдельностей: а) тонкопористые - диаметр пор, пронизывающих почву, до 1 мм; характерны для лёссов и образовавшихся из них почв; б) пористые - диаметр пор 1-3 мм, характерны для лёссовидных пород и соответствующих почв, сероземов, дерново-подзолистых почв; в) губчатые - почва пронизана порами диаметром 3-5 мм, характерны для некоторых подзолистых горизонтов; г) ноздреватые или дырчатые - диаметр пор 5-10 мм, характерны для сероземов и обусловлены работой землероющих животных; д) ячеистые - диаметр пустот 10 мм, характерны для субтропических и тропических почв; е) трубчатые - пронизаны каналами, прорытыми крупными землероями. Б. Полости расположены между структурными отдельностями: а) тонкотрещиноватые - воздушные полости, обычно вертикального направления, мене 3 мм; б) трещиноватые - размер трещин 3-10 мм, характерны для горизонтов с призматической и столбчатой структурой; в) щелеватые - вертикальные полости размером более 10 мм, свойственны столбчатым горизонтам некоторых солонцеватых почв.

По степени плотности почв в сухом состоянии различают: 1) очень плотное или слитое сложение; 2) плотное сложение; 3) рыхлое сложение; 4) рассыпчатое сложение. Сложение почвы зависит от её механического и химического состава, а также от влажности.

Почвообразование сопровождается скоплением вторичных минералов, обычно называемых новообразованиями (конкреции, стяжения, корочки, выцветы и др.). Почвенные новообразования - это прямой результат почвообразовательных процессов, которые часто служат важными диагностическими признаками для классификации почв. Новообразования можно разбить по химическому составу на группы, а по морфологической выраженности - на формы.

Группа легкорастворимых солей (хлориды натрия, кальция, магния и сульфаты натрия) характерна для засоленных почв и образует белые тонкие налеты и выцветы на поверхности почвы и на подсохшей стенке разреза, белые уплотненные корочки с поверхности, белые прожилки и крапинки и тонкие игольчатые кристаллы в виде инея или густых щеточек.

Т а б л и ц а 4

Типы почвенной структуры (по С. А. Захарову, 1930)

Примечание. Название структуры чаще всего бывает комплексным: пылевато-комковатая, глыбисто-комковато-пылеватая, зернисто-ореховатая, ореховато-призматическая и т.д.

Форма новообразований зависит от степени соленасыщенности почвенного профиля. Выделения гипса также характеризуют южные засоленные почвы и представляют собой светлые налеты, выцветы, крапинки и жилки, заполненные кристаллическим веществом, натечные образования на нижней поверхности щебня и гальки, одиночные и сросшиеся крупные кристаллы (ласточкин хвост, гипсовые розы), пористые, ноздреватые корки и прослойки на поверхности почвы (гажи).

Карбонатные выделения - распространенный вид новообразований во многих почвах с многообразным морфологическим проявлением. Они встречаются в виде налеток и выцветов (плесень) на поверхности структурных отдельностей или в виде частой сети переплетающихся жилок, корневых пустот, заполненных известью (карбонатный псевдомицелий или лжегрибница), а также образуют форму округлых белых мягких пятен и стяжений (белоглазка) или твердых, плотных, причудливой формы образований (дутики, журавчики, погремки). Прочные конкреции извести грязно-белого цвета размером 10-20 см называют желваками, а натечные формы - бородками. Возможна полная пропитка почвенных горизонтов карбонатными растворами, которая проявляется в мучнистой присыпке высохшей стенки почвенного разреза.

Широко распространены новообразования, формирующиеся из окислов железа, алюминия и марганца, в образовании которых большое участие принимают подвижные гумусовые вещества. Это могут быть налеты и выцветы, пленки и корочки охристого, желтого, бурого, темно-бурого цвета на поверхности структурных отдельностей, по трещинам и корневым ходам; примазки, пятна, разводы и языки ржавого, охристого, красноватого и черного цвета на стенке почвенного разреза; плотные округлые образования черно-бурого цвета - бобовины, зерна, дробины, а также темно-бурые, коричневые, ржавые и охристые плотные стяжения - ортштейны, жерства, рудяк и т.д. Соединения закиси железа, как и предыдущая группа новообразований, широко распространены в переувлажненных почвах любой почвенной зоны и образуют голубоватые, сизые и зеленоватые пятна, разводы, пленки и примазки, буреющие на воздухе, а иногда белые, синеющие при доступе кислорода жилки вивианита (в болотных почвах).

Очень характерны для элювиального процесса выделения кремнезема, представляющие собой налет (присыпку) на структурных отдельностях, белые и белесые пятна и языки на стенке разреза, тонкие прожилки, пронизывающие почву и натеки на камнях. Отличие их от карбонатных новообразований заключается в том, что последние вскипают под действием слабого раствора соляной кислоты, тогда как кремнеземистые образования на нее не реагируют.

Новообразования гумуса в подзолистых почвах - гумусовые пленки, тонкие корочки и потеки по граням структурных элементов иллювиальных горизонтов. Для степных почв характерны темные пленки, корочки, дендриты, в солонцеватом горизонте - лаковые пленки по граням призматических и столбчатых отдельностей и т.д.

Изучение почвенных новообразований имеет большое значение для понимания генезиса отдельных горизонтов почвы, всей почвы и определения ее плодородие. Детальное исследование новообразований дает возможность выявить ряд важных явлений, происходящих в почве.

Почвы также различаются по механическому составу, т.е. по процентному соотношению минеральных частиц (табл. 5). Так, глинистыми почвами в зоне подзолистого типа почвообразования называются такие почвы, в которых содержится более 50% физической глины. В суглинистых почвах физической глины будет содержаться от 20 до 50% и т.д.

Распределение илистой фракции по профилю почвы является хорошим показателем наличия процессов образования вторичных глинистых минералов (т.е. оглинения почвы). В горизонтах оглинения увеличивается содержание илистых частиц по сравнению с их содержанием в почвообразующей породе, что дает основание для выделения метаморфических горизонтов в почвенном профиле. Характер распределения илистой фракции в почве указывает в некоторой степени на интенсивность и качественную направленность процессов почвообразования.

Механический состав является очень важным свойством почвы, по которому изучаемая почва относится к той или иной разновидности. Определение механического состава почвы по горизонтам играет большую роль при изучении генезиса (происхождения) почвы, так как механический состав зависит не только от состава материнской породы, но и от процессов почвообразования, происходящих в почве. От механического состава почвы зависят почти все физические и физико-механические свойства почвы: влагоемкость, водопроницаемость, воздушный и тепловой режим, водоподъемная сила и др. Существует сухой и мокрый способ приблизительного определения механического состава в поле (табл. 6).

Глинистые почвы в сухом состоянии с большим трудом растираются между пальцами, но в растертом состоянии ощущается однородный тонкий порошок. Во влажном состоянии эти почвы сильно мажутся, хорошо скатываются в длинный шнур, из которого легко можно сделать кольцо.

Суглинистые почвы при растирании в сухом состоянии дают тонкий порошок, в котором прощупывается некоторое количество песчаных частиц. Во влажном состоянии раскатываются в шнур, который разламывается при сгибании в кольцо. Легкий суглинок не дает кольца, а шнур растрескивается и дробится при раскатывании. Тяжелый суглинок дает кольцо с трещинами.

Т а б л и ц а 5

Классификация почв по механическому составу (Н.А. Качинский, 1958)

Т а б л и ц а 6

Мокрый способ определения механического состава почв в поле

Супесчаные почвы легко растираются между пальцами. В растертом состоянии явно преобладают песчаные частицы, заметные даже на глаз. Во влажном состоянии образуются только зачатки шнура.

Песчаные почвы состоят только из песчаных зерен с небольшой примесью пылеватых и глинистых частиц. Почва бесструктурна, не обладает связностью.

Окончательное уточнение механического состава почвы производится в камеральный период путем специального лабораторного анализа, и на основании его дается название почвы.

Общее название почвы по механическому составу дается по данным механического анализа верхнего горизонта (0-25 см). Например, дерново-среднеподзолистая, суглинистая или чернозем южный, глинистый и т.д. Если наблюдается резкое различие механического состава верхнего и нижнего горизонтов, то это обстоятельство должно отразиться и в названии почвы. Например, дерново-луговая, тяжелосуглинистая почва на песчаных отложениях или дерново-сильноподзолистая суглинистая почва на супесчаных наносах и др. Дальнейшее подразделение почв по механическому составу производится на основании соотношений фракций песка (>0,05 мм), пыли (0,05-0,001 мм), ила (<0,001 мм), причем название преобладающей фракции ставится в конце. Например, чернозем легкоглинистый, пылевато-иловатый означает, что физической глины (частиц <0,01 мм) в верхнем горизонте почвы содержится от 60 до 75% (см. табл. 2), а в ней по содержанию на первом месте стоит ил, а на втором - пыль. Скелетные почвы классифицируются по степени каменистости (табл. 7).

Т а б л и ц а 7

Классификация почв по каменистости (Н.А. Качинский, 1958)

Характер перехода от одного горизонта к другому как морфологические признаки. Характер перехода между горизонтами в профиле имеет диагностическое значение и может служить в ряде случаев критерием интенсивности почвообразования, его направления и даже возраст. При этом необходимо обратить внимание как на форму границ между горизонтами, так и на их выраженность в профиле. По своей форме граница между двумя горизонтами может быть ровной, волнистой, карманной, языковатой, затечной, размытой, пильчатой, палисадной. По степени выраженности, ясности границ переход между горизонтами может быть резким, ясным, заметным и постепенным.

Границы между горизонтами в профиле обычно выделяются по ряд морфологических признаков, но наиболее часто и в первую очередь по окраске, изменения которой всегда отражают изменения состава почвы. Однако переход к другому горизонту или подгоризонту не всегда сопровождается изменением окраски; иногда его можно определить по структуре, сложению плотности, характеру и обилию новообразований, наличию тех или иных включений.

Ровные границы характерны для изогумусового, метаморфического, гидрогенно-дифференцированного профиля, в то время как переход от элювиальной к иллювиальной части в текстурно-дифференцированном профиля всегда характеризуется более или менее нервной границей.

Постепенные переходы между горизонтами характерны как для молодых слаборазвитых почв на рыхлых породах, так и для очень древних почв на мощных корах выветривания, хотя причины этой постепенности разные: первичная гомогенность материнской породы и вторичная гомогенизация почвы уже на фоне совсем иного минералогического и химического состава. Чем более дифференцирован профиль на генетические горизонты, тем более четко выражены переходы между ними.

2.3 Время как фактор почвообразования

Для палеопочвенных исследований исключительно важное значение имеет изучение возраста и длительность почвообразовательных процессов в разные геологические эпохи. Возраст большинства современных почв колеблется от нескольких столетий до нескольких тысячелетий.

В течение геологического времени условия почвообразования многократно менялись. Вследствие тектонических поднятий и опусканий, ритмичного изменения климата происходило изменение скорости почвообразования и осадконакопления. В этих условиях только на сравнительно небольших участках суши сохранился древний почвенный покров. Древние почвы в большинстве случаев были разрушены, смыты или погребены. Эти процессы особенно интенсивно происходили в умеренных и высоких широтах, а также в геосинклинальных областях.

Большинство исследователей считает, что периоды осадконакопления резко отличались от периодов почвообразования. Поэтому для понимания исторического развития территории в разные геологические эпохи большую помощь может оказать изучение погребённых почв.

Под развитием почв понимают их постепенное образование в результате взаимодействия почвообразующей породы, воды, воздуха и организмов, достижения почвой состояния динамического равновесия с комплексом факторов почвообразования, специфическим для каждого участка суши. Но поскольку сами факторы почвообразования находятся в постоянном развитии, то это отражается и на эволюции почвенного покрова.

Под эволюцией почв понимают изменение уже сформированных почв в новые типы или подтипы, связанное с эволюцией всей природной среды.

В эволюции почв по Н.Н. Розову (1956) можно различать несколько циклов:

Биогенный - биологическая аккумуляция веществ и геологический вынос, т.е. биологический и геологический круговорот.

Биогеоморфологический. В этом цикле почва изменяется в результате эволюции рельефа и поверхностных отложений.

Биоклиматический, связанный со сменой климата в течение геологических эпох.

Все названные циклы как бы вложены один в другой и почва участвует в них одновременно, но для выявления сущности и причин процессов, протекающих в почве, эти циклы необходимо отличать друг от друга.

Биогенный цикл эволюции почв иногда называют циклом саморазвития. В рамках этого цикла происходят глубокие необратимые изменения в составе и строении почв в процессе почвообразования. Данный цикл разделяется на две фазы: 1) фазу образования почвы из горной породы и 2) фазу развития зрелой почвы.

Длительность первой фазы - образования из почвообразующей породы полностью сформированной (зрелой) почвы, достигшей динамического равновесия со средой, различна в разных литологических и биоклиматических условиях. По имеющимся фактам этот процесс происходит в течение сотен, тысяч и десятков тысяч лет. Дальнейшая эволюция зрелой почвы в биогенном цикле происходит вследствие накопления глубоких необратимых изменений в составе и строении самих почв в процессе почвообразования при относительно неизменном комплексе факторов почвообразования, что может привести к обратному воздействию на растительный покров и весь географический ландшафт (заболачивание подзолов вследствие уплотнения иллювиального горизонта, затрудняющего фильтрацию влаги; осолодение солонцов и др.).

Вместе со всем ландшафтом почва переживает биогеоморфологический цикл развития, связанный с развитием рельефа. В результате взаимодействия эндогенных и экзогенных сил земная поверхность испытывает постоянное преобразование, которое влияет на развитие почвенного покрова. Главным образом, это происходит из-за изменения гидротермического режима (экспозиционности склонов, стока, дренажа, грунтового увлажнения). По мере врезания гидрографической сети, размыва и денудации первичного рельефа территории и превращения его в пенеплен происходит эволюция почвенного покрова. Неоднородный по составу почвенный покров «первичной» равнины сменяется зрелым, с хорошо выраженными зональными чертами почвенным покровом эрозионной равнины. Связь эволюции почвенного покрова с изменением рельефа прослеживается в процессе развития речных долин. Переход пойм в речные террасы вследствие понижения базиса эрозии и врезания гидрографической сети влечет за собой эволюцию пойменно-аллювиальных почв лугового типа в почвы элювиального ряда, свойственные современным климатическим условиям. В таежно-лесной зоне формируются подзолистые почвы, в лесостепи и северной степи - лугово-черноземные и т.д. Для древнеаллювиальных и аккумулятивно-морских равнин с близко залегающими грунтовыми водами характерен пестрый почвенный покров с участием заболоченных и засоленных почв. По мере эрозионного расчленения территории и опускания уровня грунтовых вод почвенный покров испытывает глубокие преобразования, приближаясь по характеру к типичным зональным почвам. Однако еще долгое время в составе и свойствах почв будут наблюдаться реликтовые признаки, характерные для прежних эпох. Поэтому для понимания особенностей современного почвенного покрова важно знать историю развития почв в связи с эволюцией рельефа.

Биоклиматический цикл эволюции почв связан с крупными изменениями климата в геологические отрезки времени. Они обусловлены общепланетарными или космическими причинами, такими как потепление или похолодание, смена сухих (ксеротермических) эпох влажными (плювиальными). При этом происходит смещение границ климатических зон и фаций. Одновременно происходят изменения в растительном покрове, в тепловом и водном режиме почв, что влияет на ход почвообразовательного процесса и отражается в свойствах почв. В профиле почвы происходит постепенное ослабление признаков, отвечающих прежней фазе почвообразования, и возникают новые признаки, соответствующие новому комплексу факторов почвообразования. Однако, также как и в ходе геоморфологической эволюции почвенного покрова, современные почвы часто содержат реликтовые признаки и свойства, связанные с изменением климатических условий.

Таким образом, ритмические изменения природных условий четвертичного периода обусловили прерывистость почвообразования. Эпохи почвообразования сменялись эпохами денудации и аккумуляции отложений, на которых вновь начиналось почвообразование. Следы этого явления отмечены в чередованиях погребенных почв и горных пород в профилях лёссовых отложений.

2.4 Методы изучения эволюции и возраста палеопочв

Для понимания эволюции почв и почвенного покрова важную роль играют исследования погребенных почв, реликтовых признаков почвенных горизонтов и почв в целом. Изучение ископаемых почв (палеопочв) дает очень ценный материал для суждения о географической обстановке минувших эпох. Ископаемые почвы существуют почти везде, где происходили изменения в осадконакоплении, связанные с тектонической деятельностью, оледенением, миграциями пойм, дельт и т.д.

Прошлые эпохи почвообразования в почвенном профиле диагностируют так называемые реликтовые признаки современных почв. Реликтовые признаки почв - это все свойства современной почвы, не соответствующие современным условиям почвообразования, например, железисто-марганцевые конкреции в хорошо аэрируемых почвах, запасы гумуса и фракционный состав гумуса, присутствие железистых, карбонатных и других аккумулятивных горизонтов в почвах, наличие кротовин несовременного происхождения и т.д. Наиболее часто реликтовые признаки свидетельствуют о сменах гидрологического режима (палеогидроморфизм) обычно под влиянием смены климата.

К реликтам гидроморфизма можно отнести следующие признаки: 1) прослои гальки, гравия, песка в почвах, особенно часто встречающиеся на пролювиальных равнинах; 2) слоистость; 3) оглеенные горизонты в средней и нижней частях профиля; 4) горизонты аккумуляции гипса и легкорастворимых солей в почвах (если они развиты на первоначально незаселенных породах).

В зависимости от соотношения скоростей аккумуляции и денудации твердого материала на поверхности почвы и скоростей почвообразования и выветривания выделяют три основных тренда почвообразования.

1. Автохтонный, или нормальный. Почвообразование идет при фиксированном объеме и конечном запасе веществ исходной породы на стабильной дневной поверхности, почва «растет» в глубь породы. В стабильных условиях почвообразовательный процесс направлен на формирование «климаксной» почвы равновесной со средой. На это указывали В.В. Докучаев, А.А. Роде, Г. Пенни и др.

2. Аллохтонно-аккумулятивный. Почвообразование происходит при регулярном поступлении на дневную поверхность твердого материала извне (эолового, аэрально-вулканического, флюанального). Почва как бы «скользит» вверх по растущей толще породы, оставляя в глубине погребенные профили. В таких условиях образование «климаксной» почвы маловероятно.

3. Денудационный. Почвообразование идет при регулярном удалении твердого материала с дневной поверхности. В результате образуются постепенно срезаемые денудацией и «прирастающие» снизу омолаживаемые почвы, которые не только растут в глубь, но и как бы «скользят» в глубь породы всем профилем. Образование «климаксного» профиля невозможно. Кроме трех основных выделяются также турбационный, в котором происходит процесс направленных зоотурбаций с выносом материала на поверхность почв и гидрогенно-аккумулятивный, в котором наблюдается саморазвитие почв при заболачивании.

В каждом из указанных трендов саморазвитие почв существенно отличается. В автохтонном тренде идет непрерывное саморазвитие, т.е. образование почвы во времени при стабильном состоянии абиогенных факторов среды и развитии биотических факторов. Саморазвитие обычно подразделяют на два последовательных этапа:

1. Развитие от нульмомента (неизменной материнской породы) до образования зрелого профиля, в какой-то мере равновесного со средой (начальный период саморазвития по А.А. Роде, малый цикл жизни почвы по А.Г. Розанову, направленное саморазвитие по В.О. Таргульяну и А.Л. Александровскому).

2. Квазиравновесное или равновесное существование зрелого профиля. При этом состоянии характеристики почвы не меняются или колеблются около среднего значения.

Эволюция почв (по В.О. Таргульяну и А.Л. Александровскому) - это развитие, при котором почва претерпевает более чем один период саморазвития. При этом почва трансформируется вслед за изменениями факторов почвообразования. Почвы, пережившие одно состояние (один период саморазвития), считают моногенетичными, несколько состояний - полигенетичными. Различают также почвы погребенные, т.е. перекрытые наносами. В противоположность им почвы непогребенные иногда именуют экспонированными, или дневными.

Методы, используемые для изучения эволюции почв. Первая группа методов - профильные, заключающиеся в реконструкции последовательности изменения почв путем изучения статичных состояний профилей. Во вторую группу входят методы межпрофильных сравнений: сравнение почвенных профилей в пространстве (сравнительно-географические методы) и сравнение во времени (сравнительно-хронологические, или метод хронорядов почв). Третью группу методов изучения эволюции почв составляют палеогеографические методы, которые заключаются в реконструкции трансформации почвообразования по данным палеогеографии об изменениях природной среды (спорово-пыльцевой, фитолитный и др.). Четвертая группа - комплексные методы: исторический, почвенно-археологический и биогеоценотический.

Профильные методы изучения погребённых почв. Суть метода заключается в детальном изучении почвенного профиля в морфологическом, химическом и прочих аспектах, а также генетико-эволюционной интерпретации полученных результатов. При этом необходимо учитывать разновременность и синхронность процессов, происходящих в почвенном профиле, разные скорость и интенсивность почвообразования, неоднозначность роли в формировании почвенного профиля тех или иных внутригенетических почвенных горизонтов. Наряду с морфологическим широко применяется также и микроморфологическое изучение почвенного профиля. При этом выявление реликтовых микропризнаков, имеющихся в почвенных горизонтах, может дать дополнительный материал для анализа условий почвообразования. К ним можно отнести степень выветренности минералов или запасы гумуса, не соответствующие современной продуктивности фитоценозов, фракционный состав гумуса, наличие железистых, карбонатных и других горизонтов почв там, где в ходе современных процессов такие аккумуляции не могут создаваться. Для территорий с мощным покровом мелкоземистых отложений немаловажную роль играет также глубокопочвенные исследования до глубины 5-7 м. Они имеют значение для установления процессов палеогидроморфизма, аллоктонности гипса или карбонатов, встречающихся в почвенном разрезе и не соответствующих современным условиям.

Методы межпрофильных сравнений. Суть этой группы методов заключается в сопоставлении особенностей строения и свойств почв с факторами почвообразования. Сопоставляются почвы различных ландшафтов для нахождения корреляции и генетических связей между ними или наоборот для установления различий между ними. Для геологических исследований большое значение имеет метод сопоставления одновозрастных погребённых почв. Погребённые почвы как объект изучения имеют ряд особенностей. Самым главным является прекращение нормального процесса почвообразования и биологического круговорота вещества. Почва как бы «консервируется», и в ней длительное время сохраняются индивидуальные особенности почв, характерные для неё до момента погребения. Исходными (первичными, диагностическими) признаками погребённых почв являются общее строение вертикального почвенного профиля, некоторая дифференциация его генетических горизонтов, особенности микроструктуры, гранулометрический состав почв, наличие плотных новообразований типа карбонатных конкреций, полуторных окислов и т.д.

Палеогеографический метод изучения почв заключается в реконструкции изменений почвообразования по данным палеогеографии, касающихся изменений природной среды (климат, биота, тектонические движения). В основе изучения лежат объекты и методы палеоботаники, палеозоологии, палеоклиматологии и др. Палеогеографический метод в общем виде выступает как палеоландшафтный с включением литолого-геохимического, палеогидрогеологического, палеоботанического и других методов изучения природной среды. Здесь особое значение имеет спорово-пыльцевой метод, дающий основную информацию об истории растительности и климата изучаемых эпох. По процентному соотношению содержания пыльцы и спор растений можно реконструировать характер растительного покрова и климатических условий разных эпох четвертичного периода.

Применение почвенно-археологического метода связано с изучением почв археологических памятников, стоянок древнего человека. При этом изучаются почвы насыпей, выемок и погребённые почвы. Почвы современной поверхности служат фоном для сопоставления с вышеперечисленными. Археологическим методом можно установить время погребения почвы, начало почвообразования на насыпях и выемках. Путем сопоставления погребённых почв друг с другом и с современной фоновой почвой можно выявить этапы и проследить изменение скорости почвообразования. Погребённые почвы в меньшей степени изменены в результате антропогенного воздействия и поэтому они могут служить эталоном незагрязнённой среды данной местности. В результате изучения погребённых почв возможна реконструкция природных условий различных временных отрезков четвертичного периода.

Методы определения возраста почв. Возраст почв - основа современных исследований эволюции почв. В настоящее время недостаточно определения простой последовательности почвенных событий, необходимо знать их точные хронологические рамки. Только на точной хронологической основе данные об эволюции почв могут использоваться для реконструкции геологической обстановки прошлых эпох, оценки скорости почвообразовательных процессов и в прогнозных целях. Различают абсолютный и относительный возраст почв.

Абсолютный возраст почв - длительность образования и существования почв в единицах времени. Относительный или сравнительный возраст почв означает принадлежность почв к определённым ступеням развития (юность, молодость, зрелость и т.д.), т.е. сравнительную оценку возраста различных почв по принципу старше-моложе. Кроме того, следует различать два основных понятия «возраста почвы»: а) возраст как продолжительность формирования почвы от нуль-момента до времени наблюдения, погребения почвы или завершения определенной стадии её формирования (подобное понимание возраста на сегодняшний день преобладает в почвоведении) и б) возраст как давность, древность почвы, почвенного события, т.е. их положения на шкале геологического времени, называемое геологическим возрастом почвы.