Горные почвы евразии как палеоклиматический архив позднеледниковья и голоцена 03. 00. 27 Почвоведение



страница1/8
Дата01.12.2017
Размер1.83 Mb.
ТипАвтореферат
  1   2   3   4   5   6   7   8

На правах рукописи

Ковалева Наталия Олеговна
ГОРНЫЕ ПОЧВЫ ЕВРАЗИИ КАК ПАЛЕОКЛИМАТИЧЕСКИЙ АРХИВ

ПОЗДНЕЛЕДНИКОВЬЯ И ГОЛОЦЕНА

03.00.27 – Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук

Москва - 2009

Работа выполнена в Институте экологического почвоведения Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.

Научный консультант: академик РАН Добровольский Глеб Всеволодович


Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Трифонова Татьяна Анатольевна,

доктор географических наук

Александровский Александр Леонтьевич,

доктор сельскохозяйственных наук

Когут Борис Маратович


Ведущее учреждение: Институт физико-химических и биологических

Проблем почвоведения РАН, Пущино


Защита состоится 10 ноября 2009 г. в 15 часов 30 мин. в аудитории М-2 на заседании Диссертационного совета Д 501.001.57 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, д.1, строен. 12, МГУ имени М.В.Ломоносова, факультет почвоведения.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова.

Автореферат разослан ______________ 2009 г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор биологических наук,

профессор А.С.Никифорова

Актуальность работы. Глобальное потепление климата, таяние высокогорных ледников и сокращение ресурсов пресной воды, непрекращающийся подъем уровня мирового океана и неравномерное распределение последствий климатических изменений привлекают все возрастающий интерес к фундаментальной проблеме выявления климатических трендов прошлых эпох и к поиску методов их исследования. Понимание закономерностей атмосферных флуктуаций, от которых напрямую зависит жизнеспособность человечества, осложняется тем, что климатические процессы инерционны, а потому трудно предсказуемы на основе прямых измерений, масштабы проблемы глобальны и требуют общерегиональных и общепланетарных подходов к исследованию.

Однако любой климатический сценарий, даже кратковременный, проявляется и регистрируется, прежде всего, в наивысших частях биосферы – в горных ландшафтах, которые до сегодняшнего дня являются центрами современных оледенений и 95 % которых расположено в средних широтах (300-700) северного полушария. Тем не менее, экологические функции горных ландшафтов в комплексном планетарном контексте не изучены вовсе. Настоящим архивом палеоклиматической информации в горах являются почвы. Однако сводных сравнительно-аналитических работ о палеопочвах горных экосистем не существует, как не существует и методологии их использования для целей палеоклиматических реконструкций или прогнозного моделирования.



Цель исследования – разработка теоретических основ и методологии распознавания и считывания палеоклиматической информации из разновозрастных почвенных объектов (педоклиматостратиграфии) на примере создания обобщенной палеоклиматической реконструкции для горной Евразии в позднеледниковье и голоцене.

Задачи исследования:

  • изучить закономерности распространения и хронологии горных палеопочв;

  • разработать систему почвенных индикаторных признаков (климатических индикаторов) для целей ее использования в педоклиматостратиграфии;

  • выполнить палеоклиматические реконструкции для горных регионов Евразии с различными типами вертикальной зональности;

  • составить обобщенную картину изменения климата горной Евразии в позднеледниковье и голоцене;

  • сопоставить полученные результаты с глобальной климатической шкалой.

Научная новизна

    1. Впервые на большом фактическом материале о дневных и погребенных почвах выполнено обобщающее сравнение палеоклиматического прошлого горных систем Евразии.

    2. Методологической базой работы стали методы молекулярного и квантового почвоведения.

    3. Впервые для горных регионов Средней Азии и Кавказа получена изотопная кривая и проведена ее корреляция с изотопной кривой для регионов Северной Атлантики и Гренландии.

    4. Впервые для горных территорий Евразии установлены хронологические рубежи смены типов растительности, фотосинтеза и почвообразования в последние 30 тысяч лет.

    5. При выборе объектов исследования использован нетрадиционный для почвоведения «моренный подход», который позволил выделить серии разновозрастных дневных и погребенных почв и установить полихронность почвенного покрова в горах.

    6. Впервые для целей диагностики молекулярных следов наземной растительности прошлых эпох разработана методология использования фракционного состава лигниновых фенолов.

    7. Разработана теоретическая и методологическая база педоклиматостратиграфии.

    8. Расширены географические границы применения палеопочвоведения, методы которого успешно использованы в горных ландшафтах.

    9. Предложена оригинальная система почвенных индикаторных признаков для целей палеоклиматических реконструкций и прогнозного моделирования.

Защищаемые положения

  1. Установлена полихронность и полигенетичность почв в горах. Доказано, что облик почвенного покрова определяется эволюцией ландшафтов и динамикой оледенения.

  2. Существующие современные структуры вертикальной зональности почв, а также типы гумуса и типы почвообразования разновозрастны. Тип гумуса определяется биохимическим составом растительности.

  3. Граница позднеледниковья и голоцена – хронологический рубеж эволюции атмосферы, растительного мира и педосферы.

  4. Система почвенных климатоиндикаторов может успешно применяться для палеоклиматических реконструкций. Обосновано направление педоклиматостратиграфии в системе климатической стратиграфии.

  5. Выявленные длинноперидные климатические тренды носят глобальный характер, короткопериодные – не были синхронны в разных регионах Евразии.

Практическая значимость диссертации. Результаты исследований могут быть использованы при развитии стратегии регистрации сигналов изменений окружающей среды в горных регионах, для определения последствий глобальных изменений климата. Полученные данные необходимы при решении вопросов прогнозирования климатических изменений в локальном и региональном масштабе. Представленная в работе информация о структуре почвенного покрова изученных горных регионов может послужить целям землепользования и ресурсологии, а установленные палеоклиматические рекорды могут быть использованы для решения задач климатологии, археологии, социоестественной истории, экологического проектирования, стратиграфии, экономического и политического прогнозирования. Предложенные методики могут применяться в палеопочвенных, палеоклиматических и палеоландшафтных работах. Полученные результаты используются при чтении курса лекций «Инженерное почвоведение» на факультете почвоведения МГУ, «Почвоведение» - в МАРХИ.

Проведение исследований было поддержано грантами Немецкого Фонда Академических Обменов (1999, 2000 гг) и Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проекты 03-04-48916, 04-04-59727, 05-04-63105, 08-04-00809, 08-04-08292, 09-04-00747).



Апробация работы. Основные результаты работы апробированы на теоретическом семинаре по фундаментальным проблемам почвоведения, на Всемирном конгрессе почвоведов (1998), на общеевропейских конгрессах почвоведов (2004, 2008), на конференциях по эволюции почв в г. Пущино (2001, 2003), на семинаре по горному почвоведению в ФРГ (1999), на кафедре общего почвоведения факультета почвоведения МГУ (1995), на кафедре почвоведения Байройтского университета (1991, 1999), в Институте экологического почвоведения МГУ (1998, 2009), на отечественных и зарубежных тематических конференциях. Результаты работы удостоены Премии молодых ученых МГУ (1998) и Медали РАН за лучшую научную работу года (2002).

Публикации. Результаты работы опубликованы в 92 печатных и электронных изданиях, из них 13 – в рецензируемых журналах.

Личный вклад автора. Диссертационная работа является результатом многолетних (1986-2009 гг.) исследований автора. Автором сформулирована цель работы, поставлены задачи исследования, проанализированы результаты и сделаны итоговые заключения. Автор спланировала и организовала проведение полевых стационарных и экспедиционных, в том числе международных, исследований и лично принимала участие в них. Лабораторные исследования выполнены автором (70%) или под руководством автора в России и в Германии. Автор лично подготовила все представленные научные публикации, многократно выступала с научными докладами на отечественных и зарубежных форумах. В работе использованы материалы, полученные в соавторстве с аспирантами и студентами, выполнявшими свои исследования под руководством автора. Доля личного участия в совместных публикациях пропорциональна числу соавторов.

Структура работы. Диссертационная работа изложена на ___ страницах, включает ___ таблицы, ___ рисунков, состоит из введения, ____ глав, выводов и заключения. Список литературы включает ___ наименования, в том числе ___ на иностранных языках.

Благодарности. Автор благодарна своим учителям, коллегам и друзьям: Г.В.Добровольскому, Т.И.Евдокимовой, А.С.Владыченскому, С.В.Зонну, М.А.Глазовской, В. Цеху, И.В.Ковалеву, Б.М.Косаревой за поддержку идей, консультации, помощь при выполнении отдельных разделов полевой и экспериментальной работы, дискуссии, критические замечания и советы, оказавшие решающее влияние на научное мировоззрение автора.

Основное содержание работы

ГЛАВА 1. Современные представления о возможности использовании горных почв в палеоклиматических исследованиях

Блестящее использование информационной функции почв многократно продемонстрировано при стратификации лессовых отложений (Величко, 1973; Морозова, 1981; Степанов, Абдуназаров, 1977), реконструкции природной среды различных регионов (Александровский, 2004; Алифанов, 1995; Гугалинская, 1982; Хохлова, 2008; Ковалева, 2002; Макеев, 1995 и др.), диагностике стадий ледниковых осцилляций в горах (Соломина, Савоскул, 1996; Zech, Baumler, 2002 и др.); объяснении исторических событий (Рысков, Демкин, 1997; Иванов, Васильев, 1995; Чендев, 2008). В основном, все существующие исследования палеопочв при этом выполнены на равнинных ландшафтах. Палеоландшафтные реконструкции в горах единичны (Ромашкевич (1988), Александровский (1988), Ковалева, Евдокимова (1997), Дергачева, Гончарова (1999), Kovaleva, Zech (2000)). Во многих горных районах, таких как Хибины или Внутренний Дагестан ни палеопочвенные исследования, ни радиоуглеродное датирование почв не проводились вовсе. Сводных сравнительно-аналитических работ о горных палеопочвах просто нет, а имеющиеся палеогеографические корреляции и обобщения с постоянной закономерностью игнорируют рассмотрение характера почвенного покрова во времени и часто даже не обращаются к палеопедологическому методу в списке методов палеогеографических реконструкций. Между тем, работами Геннадиева (1984), Евдокимой, Ковалевой (1995, 1996, 1997), Глазовской (2008), Владыченского (1998), Дергачевой (1988), Алифанова, Гугалинской (1999), Трифоновой (1999) обнаружено, что горные почвы полигенетичны и полихронны. Теоретическая концепция памяти почв, разработанная Таргульяном и Соколовым (1978, 1996, 2005, 2008), позволяет использовать свойства почв для палеоклиматических реконструкций. При этом хорошо обоснована возможность считывания информации с различных носителей почвенной памяти: карбонатных новообразований (Хохлова и др., 2000, 2007, 2008; Ковда, 2004, 2008), кутан иллювиирования (Бронникова, Таргульян, 2005), биолитов (Гольева, 1995, 2008), молекул гуминовых кислот (Бирюкова, Орлов, 1980; Дергачева, 1998, 2008; Ковалева, Евдокимова, 1995), жирных кислот (Ковалева, Терентьева, 2002), лигниновых фенолов (Ковалева, Ковалев, 2008, 2009), валовых химических элементов почв (Baumler, 1995, 1998), группового состава соединений железа (Водяницкий, 2008; Zech, Baumler, 2000), песчаных компонент (Величко, 2005; Sgibhev, 1999; Narama, 2002; Runge, 2002), магнитных минералов (Иванов и др., 1998; Степанов, Абдуназаров, 1977), частиц крупной фракции (Владыченский, Ковалева и др., 2005), нано- и микроструктур почв (Герасимова, Губин, Шоба, 1992; Седов и др., 1992, 2008; Макаров, 1995), отдельных горизонтов (Караваева, Черкинский, Горячкин, 1985), профилей (Лебедева, Тонконогов, 2008; Александровский, 1989, 2004, 2005; Макеев, 2007) и почвенного покрова в целом (Козловский, Горячкин, 2008).



ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований

2.1. Объекты исследований

Объектами исследования стали хронопоследовательности почв, приуроченные к фронтальным и латеральным моренам позднеплейстоценового и голоценового возраста в горных системах Евразии.



  • В азиатской части континента - горы Северного Тянь-Шаня с суббореальным континентальным типом вертикальной поясности; Центрального Тянь-Шаня - с субтропическим континентальным; экстраконтинентальные засушливые высокогорья Памиро-Алая,

  • На границе Европы и Азии – Северный Кавказ с суббореальным гумидным типом высотной поясности и Восточный Кавказ - с суббореальным континентальным;

  • В субполярном климате Европы– Хибинский горный массив с бореальным типом вертикальной поясности.

1) Почвы Тянь-Шаня

На Северном Тянь-Шане топо-катены почв заложены в ледниковых долинах ледника Шопокова (урочища Татыр, Чон-Курчак), ледника Аксай (урочища Кой-Таш, Ат-Джайлау), ледника Кургак-тор (урочище Кургак-Тор) северного макросклона Киргизского хребта. От подножия до вершины макросклона в указанных долинах заложено 47 почвенных разрезов, которые позволили выделить следующие вертикальные почвенные зоны.

1. В нижних частях долин (1400-1700 м) ниже морен максимальной стадии оледенения - светло- и темнокаштановые почвы, сформированные на лессах под полынно-разнотравной степью.

2. Горные черноземы (1700-2100 м) - под шиповнико-разнотравно-эстрагоной лугостепью среднегорий на лессах и моренных отложениях максимальной стадии позднеплейстоценового горного оледенения.

3. Горные луговостепные черноземовидные почвы (2100-2300 м) - под типчаково-разнотравной лугостепью на моренах последней волны оледенения, перекрытых лессовым чехлом.

4. На моренах голоценовых стадий ледниковых осцилляций и в предморенных понижениях троговых долин - горно-луговые субальпийские черноземовидные почвы под зопниковыми и манжетковыми остепненными субальпийскими лугами (2300-2600 м). Мощность лессового чехла здесь не более 2 м, подстилается он красноцветным песчаником.

5. Горные склоны тех же высотных отметок в высокогорье заняты коричневыми почвами лесолугового пояса под низкорослыми можжевеловыми лесами или еловыми лесами на горных черноземовидных почвах.

6. Горно-луговые субальпийские почвы - на батолитах зеленокаменных пород, из которых сложены морены верхнего голоцена (2600-3100 м) под гераниево-манжетковым субальпийским лугом.

7. Альпийские почвы перигляциальной зоны - на моренах малого ледникового периода (3100-4000 м) под кобрезиевыми пустошами.



В Центральном Тянь-Шане топокатена почв (8 разрезов) заложена в ледниковой долине ледника Ача-Каинды (урочище Ак-Таш) хребта Ат-Баши.

1. На моренах ниже максимальной стадии плейстоценового оледенения – светло- и темно-каштановые почвы (2300-2400 м ).

2. На моренах максимальной стадии последнего плейстоценового оледенения, перекрытых лессовым чехлом, - горные черноземы под полынно-злаковой степью (2400-2500 м).

2. Среднегорье (2500-2700 м) представлено горно-луговостепными субальпийскими почвами под полынно-эстрагоновой лугостепью на моренах и в предморенных понижениях последней волны оледенения, перекрытых лессами. На горных склонах под редкостойными арчовыми лесами - коричневые почвы.

3. Ландшафты высокогорий хребта (2700-3000 м) заняты зарослями низкорослого можжевельника туркестанского на горно-лугово-степных черноземовидных альпийских почвах, развитых на моренах голоценового возраста.

4. В перигляциальной зоне обнаружены маломощные высокогорные полуторфянистые почвы под кобрезиевыми пустошами или высокогорные примитивно-щебнистые почвы под подушками дриадоцвета на высоте выше 3000 м на моренах малого ледникового возраста.



2) Почвы Памиро-Алая

На северном склоне Алайского хребта от подножия до вершины склона заложено 18 разрезов в ледниковой долине р. Коксу, представляющих экстраконтинентальный тип вертикальной поясности.

1. Коричневые почвы кустарниковых полусаванн и сухих можжевеловых лесов из арчи зеравшанской (1200-2500 м), сформированные ниже и на моренах максимальной стадии плейстоценового оледенения.

2. Коричнево-бурые почвы - под зарослями арчи полушаровидной (2500-3300 м) на моренах последней волны оледенения.

3. Горные примитивные субальпийские почвы - под арчовым стлаником на моренах позднего голоцена (3000-3500 м).

4. Высокогорные дерновые промерзающие почвы - на моренах малого ледникового возраста (3500-4000 м).



3) Почвы Кавказа

Северный макросклон Большого Кавказского хребта представлен:

1. Горными черноземами (11 разрезов) в Кисловодской впадине и в долинах рек Большой Зеленчук, Аксаут, Маруха, Кардоник Карачаево-Черкесии на лессовых отложениях ниже морен максимальной стадии горного оледенения на высотах от 500 м до 1300 м под лугостепью, а также под сельскохозяйственными угодьями.

2. Горно-луговыми черноземовидными почвами (19 разрезов) под луговой растительностью на террасах рек Кяфар и Кривая (1100-1300 м) на моренах максимальной стадии оледенения.

3. Горно-луговыми субальпийскими и альпийскими почвами (15 разрезов) на моренах и в предморенных понижениях позднеголоценового возраста и малого ледникового периода в горных долинах хребта Малая Хатипара, ледниковой долине Алибек и р. Муху (1500 до 3000 м).

4. Горными бурыми лесными почвами (7 разрезов) на склонах изучаемых долин (1000-2000 м).

Почвенный покров Восточного Кавказа, или Внутреннего Дагестана представлен 30 почвенными разрезами, заложенными в Ахтынском районе Дагестана (массив горы Шалбуздаг, 4141 м).

1. Горно-лугово-степные почвы - на известняковых породах и моренах раннего голоцена в Нижнем Дагестане (2000-2500м) под типчаково-ковыльной растительностью.

2. Горно-луговые субальпийские и альпийские почвы - под разнотравной субальпийской и и альпийской луговой растительностью на сланцевых породах и моренах позднего голоцена в Верхнем Дагестане (2500 – 4000 м).

4) Почвы Хибинского горного массива

30 разрезов, заложенных в троговых долинах плосковершинного Хибинского горного массива, приурочены к ледниковым долинам между хребтами Кукисвумчорр, Поачвумчорр и Тахтарвумчорр.

1. На элювиально-делювиальных отложениях горных склонов под лишайниково-кустарничковой тундровой растительностью - иллювиально-гумусово-железистые подбуры.

2. На флювиогляциальных отложениях моренных уступов горных оледенений на высотах 440-450 м, 470-490 м и 530-550 м и в предморенных луговинах сформированы разновозрастные средне- и позднеголоценовые дерново-подбуры с сериями погребенных горизонтов.



2.2. Методы и подходы

В работе использовались как традиционные методы палеопочвоведения и изучения эволюции почв, такие как морфологический и микроморфологический, сравнительно-географический, метод хронорядов и стратиграфии почвенно-лессовых серий, так и оригинальные авторские подходы. Например, «моренный подход». На общем фоне деградации плейстоценового оледенения наблюдаются временные наступания и стационирования концов горных ледников в голоцене в зависимости от погодных условий. Эпохи стабильного положения ледников сопровождаются отложениями конечных морен. Последующее отступание ледников от своих конечно-моренных образований приводит к формированию заболоченных ландшафтов или озер в трогах. На их месте со временем формируются выровненные участки (моренные равнины), заполненные флювиогляциальными, лессовыми или озерно-ледниковыми отложениями – троги, луговины и т.д. Именно на таких выровненных участках наблюдается лучшая сохранность многослойных разновозрастных почвенных профилей. Предлагается на основе хронологии моренных стадий по свойствам развитых на них почв восстанавливать характер ландшафта и климата.

Выбор индикаторных почвенных признаков среди наиболее инерционных показателей осуществлялся в результате апробации различных методов палеодиагностики (микроморфология, анализ валового химического состава почв и обменных оснований, гранулометрический анализ и минералогия крупной и илистой фракций, измерение магнитной восприимчивости, многоплановый анализ органического вещества, изотопные исследования по ядрам фосфора, азота, углерода и т.д.). В процессе исследований было выявлено, что наибольшей информационной емкостью обладают внутренние слои почвенной памяти, поэтому и наиболее информативными были признаны методы молекулярного и квантового почвоведения: изотопные анализы δ13С, 15δN, ЯМР-спектроскопия 31Р, 13С, анализ оптических плотностей гуминовых кислот по Салфелду, спектральной отражательной способности, ИКС-спектроскопия, газо-жидкостная хроматография и т.д.

Современной идеей мировой науки в области палеоклиматических исследований является реконструкция истории наземных экосистем, от которых в конечном итоге и зависит величина парциального давления углекислоты, а, значит, и «парниковый эффект». Методы биохимии почв, теоретически обоснованные кинетической теорией гумификации Орлова (1990) и известные как педогумусовый метод Дергачевой (1988), доработаны автором (Евдокимова, Ковалева, 1996; Ковалева, Евдокимова, 1997; Ковалева, Терентьева, 2001; Владыченский, Ковалева, Косарева, 2005) на атомарно-молекулярном уровне организации почвенной массы. Этот тонкий биохимичекий подход нов и оригинален с точки зрения мировой науки, и включает не только определение группового состава гумуса, но и оптических свойств гуминовых кислот, инфракрасную спектроскопию, диагностику грибных меланинов и разложение липидов на спектр жирных кислот. Хорошо известное за рубежом хроматографическое разделение лигнина на лигниновые фенолы и альдегиды (Kogel, 1989), углеводов – на аминосахара (Amelung, 1998), липидов – на спектр жирных кислот, равно как и ядерно-магнитный резонанс ядер углерода, фосфора и азота (Ковалев Ковалева, 2003; Макаров, 2001) для целей палеоклиматической диагностики автором применяется впервые (Ковалева, Ковалев, 2009). Нужно заметить, что начало исследованиям трансформации лигниновых фенолов в ряду «растения-опад-подстилка-почвы-гуминовые кислоты-гуминовые кислоты погребенных горизонтов» в различных горизонтальных и вертикальных природных зонах Евразии и обоснование возможности использования лигниновых параметров в качестве палеоклиматических меток положено публикациями автора (Ковалева, Ковалев, 1997; Ковалева, Ковалев, 2007; Ковалев, Ковалева, 2008; Ковалева, Ковалев, 2009). В этих работах продемонстрировано, что количество и относительные пропорции лигниновых фенолов служат молекулярными следами наземной растительности, так как ткани высших растений разных видовых групп, обладая биохимической специфичностью, накапливают фенолы в строго определенных пропорциях. Как показали наши исследования, эти пропорции хорошо и долговременно узнаваемы в почвах, и даже в диагенезе их соотношение не меняется. Предварительно определены лигниновые фенолов в тканях доминирующих видов растений изучаемых горных долин.



Глава 3. Теоретические основы и методология использования свойств горных почв в диагностике палеоклимата. Концепция педоклиматостратиграфии

Теоретической основой работы является концепция памяти почв (Таргульян, Соколов,1978), а также учение о функциях почв в биосфере (Добровольский. Никитин, 1986) и теория географии почв (Добровольский, Урусевская, 2004; Фридланд, 1986). Способность почвенной системы запоминать, записывать в своих устойчивых свойствах информацию об условиях и процессах формирования и дальнейшего изменения во времени, включая геосферно-биосферные взаимодействия и взаимодействия природы и общества, называемая памятью почв (Память почв, 2008), может быть использована для целей палеоклиматических реконструкций в любых географических регионах планеты.

Расчленяя почвенный покров горных литоводосборных бассейнов на части по степени устойчивости, и тем самым, по возрасту, Трифонова (1999), обнаружив универсальность процесса поступательного бассейнообразования, разработала теоретическую базу для систематики горных почв. Действительно, как нами обнаружено ранее, нетронутые дневные палеопочвы (вплоть до третичного возраста) в рефугиумах реликтовой флоры и фауны в горах сохранились на высоких сыртах и водораздельных гребнях. В верхних частях склонов высоких террас на дневную поверхность экспонируются эродированные варианты палеопочв. Нижние части склонов и горных долин отличает развитие наложенной эволюции почв с иконоподобной записью в почвенных профилях. Ритмично-слоистые лессово-почвенные толщи приурочены к аккумулятивным частям котловин и предморенных понижений. И, наконец, в зонах бифуркации обнаружены самые молодые почвенные образования, как правило, на выходах древних пород. Переотложенные экзогенными процессами палеопочвы или части почвенных профилей и отдельных горизонтов погребены слоями аллювия в речных долинах или озерных чашах, эоловыми наносами в аккумулятивных позициях нижних частей склонов и замкнутых котловин. Выделение полихронных структур почвенного покрова в горах – одна из теоретических основ работы.

Методологической основой исследования стали также работы геоморфологов (Максимов, 1967; Тушинский, 1948; Ващалова, 1982; Ромашкевич, 1996; Соломина, 1999; Zech, 2000), гляциологов (Дюргеров,1985; Баков, Мельникова, 1971) и палеогеографов (Соломина, Савоскул, 1996; Сгибнев, 1999; Будагов, 1975; и др.), выделивших, описавших и датировавших большинство ледниковых осцилляций и их моренных стадий в изучаемых горных долинах. Использование метода хронорядов и моренного подхода для хронологизации этапов почвообразования - также базовое положение предлагаемой концепции.

Ледники чутко реагируют на изменение климата, который является главной силой дифференциации почвенного покрова в горах. По мере приближения к краю глетчера во всех типах вертикальной поясности уменьшается степень различия почв, а действие климата быстрее и интенсивнее проявляется в горных системах континентальных типов вертикальной поясности. Использование собранной Владыченским (1998) базы данных о горных климатах наряду с теорией географии почв легло в основу поиска климатических аналогов и обеспечило возможность палеоклиматических реконструкций.

Решение проблемы внутризонального полиморфизма почв при восстановлении палеоклиматов - в контроле полученных данных результатами других методов и сведениями, записанными на разных слоях почвенной памяти – как внутренних, так и внешних, или в комплексном подходе к интерпретации результатов.

При этом концепция иерархической организации почвенной массы, сформулированная Ворониным (1979), позволила использовать для целей палеоклиматических реконструкций информацию, считанную с различных уровней структурной организации почв. Разработана, апробирована и предложена к использованию система климатоиндикаторов, включающая диагностические критерии всех порядков – от наноуровня (изотопы) до уровня профиля и структуры почвенного покрова и даже типа вертикальной поясности. При этом, как показано нашими предыдущими исследованиями (Евдокимова, Ковалева, 1996, Kovaleva, 2003; Ковалева, Ковалев, 2009), репрезентативность информации на нано- и микро-уровне записи значительно выше и полнее, а ее сохранность во времени лучше. Предлагаемая, апробированная в работе система климатоиндикаторов включает параметры разных уровней:

I. Уровень почвенного покрова.



  1. Тип вертикальной поясности почв.

  2. Структуры почвенного покрова троговых долин.

  3. Геохимические сочетания почв горных литоводосборных бассейнов.

II. Уровень педона.

  1. Морфология почвенных профилей

  2. Морфология почвенно-осадочных толщ и обнажений.

III. Горизонтный уровень.

  1. Горизонты почвенных профилей.

  2. Горизонты почвенно-осадочных толщ и обнажений.

  3. Горизонты экзогенных образований.

  4. Кротовины, насыщенность почвенной фауной и корневыми системами.

IV. Агрегатный уровень.

  1. Почвенные агрегаты, структура почв и пород.

  2. Новообразования (карбонаты, кутаны и т.д.).

  3. Включения (антропоморфы, фито- и зоолиты, степень каменистости).

V. Уровень элементарных почвенных частиц.

  1. Гранулометрический состав.

  2. Степень отсортированности и диаметр песчаных компонентов.

  3. Показатель облессованности.

  4. Минералогия крупной фракции.

VI. Молекулярно-ионный уровень.

  1. Состав и содержание обменных оснований.

  2. Величина магнитной восприимчивости.

  3. Валовый элементный состав почв.

  4. Содержание гуминовых и фульвокислот.

  5. Оптические плотности гуминовых кислот, коэффициент цветности, коэффициент Алешина, показатель Салфелда.

  6. Пропорции лигниновых фенолов.

  7. Пропорции жирных кислот.

  8. Фракционный состав аминосахаров.

  9. Содержание хлорофилла и грибного пигмента.

  10. Содержание азота, углерода и серы, фосфора.

  11. Минералогия илистой фракции.

  12. Накопление оксидов тяжелых металлов.

  13. Содержание оксида кремния.

  14. Групповой состав соединений железа.

  15. Отношение Fe к Mn в конкрециях.

VII. Атомарный (нано) уровень.

  1. Соотношение изотопов 12С и 13С.

  2. Соотношение изотопов 12С и 14С.

  3. Содержание изотопа 15N.

  4. Спектры ядерно-магнитного резонанса изотопа 31Р.

  5. Спектры ядерно-магнитного резонанса изотопа 13С.

  6. Инфра-красные спектры гуминовых веществ.

  7. Рентген-структурная организация почвенной массы.

  8. Микрофорфология почв в режиме катодолюминисценции.

Разработанная система климатоиндикаторов положена нами в основу педоклиматостратиграфии. Это научное направление предлагается ввести в систему биостратиграфии и климатической стратиграфии в качестве отдельного раздела. Объектом изучения педоклиматостратиграфии являются дневные, погребенные и ископаемые почвы, а также их части, сохранившиеся на месте их образования или переотложенные в процессе денудации. Педоклиматостратиграфия изучает почвенно-стратифицированные толщи (педоциклиты и педолитоциклиты, по Гугалинской (1997)), сформированные в результате процессов морфо-, лито- и педогенеза (Гугалинская, Алифанов, 1995, 1996, 2000), в которых почвенными признаками записаны климатические изменения и связанные с ними изменения экологических условий. При этом, в отличие от традиционной стратиграфии, педоклиматостратиграфия распространяется на изучение палеопризнаков в дневных и погребенных почвах и в любых почвенных образованиях. Любые почвенные объекты, содержащие органическое вещество, могут быть датированы высокоразрешающими методами и поэтому позволяют диагностировать любые нарушения закономерностей временной ритмичности, не будучи ограниченными ее рамками, как прежде в биостратиграфии. На основе представлений об инерционности почв (Остроумов, 1988) и предложенной системы диагностических почвенных признаков впервые выполнена палеоклиматическая реконструкция для горных регионов Средней Азии в позднеледниковье и голоцене (Kovaleva, 2003); обнаружены и датированы стадии горного оледенения в Хибинском горном массиве (Владыченский, Ковалева и Косарева, 2005); выявлены климатические причины миграции алан на Северном Кавказе (Ковалева, Косарева, 2008).

Глава 4. Запись природной среды в почвах горных ландшафтов

4.1. Педоклиматостратиграфия Тянь-Шаня и Памиро-Алая

Облик почвенного покрова в изученных долинах Северного Тянь-Шаня представлен полигенетичными дневными, погребенными и ископаемыми почвами плейстоценового и голоценового возраста и отражает динамику оледенений. В нижних частях долин ниже морен максимальной стадии плейстоценового оледенения (предположительно, среднеплейстоценового), которое не опустилось до предгорий и зафиксировано на высотах 1400-1700 м, на ритмично-слоистых лессово-почвенных толщах плейстоцена развиты дневные светло- и темнокаштановые почвы под сухой степью. А на моренах максимальной стадии оледенения в интервале высот от 1700 до 2000 м сформировались мощные хорошо развитые профили горных черноземов под типчаково-ковыльными степями. Лессово-почвенные серии нижних частей вскрытых профилей представлены слоями бесструктурных лессовидных суглинков розоватого, сероватого или желто-палевого цвета со структурными, окрашенными в бурые тона, содержащими палеокротовины и корневые ходы ископаемыми почвами.

Отложения последнего плейстоценового оледенения заполняют межгорные котловины и впервые для данного региона по величинам δ13С (таблица 1) нами диагностирована криоаридная эпоха последней волны оледенения. Вся поверхность северного склона Тянь-Шаня до высоты 1500 м представляла собой перигляциальную пустыню, аналог которой сегодня можно наблюдать в высокогорных ландшафтах Памира. На равнине аналогов этим ландшафтам нет, так как невозможно подобное сочетание низких температур и интенсивной солнечной радиации. Среднегодовые температуры ниже 00С (-1,80 - -11,80 ), количество осадков – около 150-250 мм. Утяжеление значений δС13 в лессах и погребенных почвах интерстадиалов обусловлено его утяжелением в гляциальной атмосфере, которое, в свою очередь, должно было сопровождаться резким понижением его концентрации. Отсутствие процессов биологической активности диагностируется по отсутствию разницы между значениями δ13С гумуса и карбонатов и по минимальным значениям δ15N. Изотопный состав атмосферы был тяжелее сегодняшней на 4 ‰ по углероду. Так как самые древние из обнаруженных почв последнего межледниковья имеют позднеплейстоценовый возраст (24000 -26000 л.н.), то эпоха последнего оледенения (изотопная стадия 3) имела место в Средней Азии раньше 26000 лет назад, ледники в самой северной части гор Средней Азии по долинам не опустились ниже среднегорий. Судя по величинам δ13С в климате низкогорий сочетались арктические условия перигляциальной зоны и резкая континентальность высокогорной пустыни. Температура над поверхностью ледника -20 - -25 0С. Почвы интерстадиалов, сохраняющиеся на склонах, - тундровидные или бурые полупустынные.

Таблица1


Изотопный состав карбонатов и гумуса почв Тянь-Шаня и Памиро-Алая

Горизонт,

глубина

Возраст,

лет назад

(Максимов, 1980; Поморцев, 1980; Zech,1999;

Ковалева и др. 1997)

δ13С гумуса

δ 13С

карбона

тов

δ 15N

доля C4

растений,

%

Горный чернозем, 1950 м

Аd 0-18

А 18-32


[А] 32-44

[АВ] 44-55

ВС1 55-73

[АВ2] 73-83

[В2] 83-101

ВС2 101-114

С2 114-126

[A3] 126-157

С3 157-187

[A4] 187-200


16500+700

18600+400
26340+540

> 30000


-25,50

-25,50


-25,22

-25,20


-25,03

-9,50


-12,30

-9,00


-9,59

-9,41


- 5,09

-5,59


-10,07


-7,67

-8,53


-8,01

-4.36


-4,65

7,20

7,10


6,90

6,37


6,38

6,35


5,35

5,19


5,19

4,70


2,20

3,46


10,79

12,81


14,17

86,98


100

100


100

100


100

100


отсутствуют

100


Горная луговостепная черноземовидная почва, 2100 м

Аd 0-12

A 12-37


[A] 37-50

[АВ] 50-80

B 80-95

Bt 95-100



C1 100-110

[A2] 110-125

ВС2125-135

C2 135-165

[A3] 165-200

3805+145

5225+80

10100+564


14030+880

24300+1160



-25,34

- 25,35


-25,39

-25,03


-19,37

-19,00


-8,30

-24.41


-8,53

-8,62


-9,11

-7,84


-19,55

-7,80


-7,54

-8,04


8,21

8,20


7,23

7,21


6,26

4,49


4,50

4,66


5,37

1,47


5,17

11,94

11,90


11,58

11,57


54,89

100


100

18,63


100

100


100

Горнолуговая субальпийская черноземовидная, 2300 м

А 7-35

[A1] 35-50

[АВ1] 50-68

В 68-87


Bt 87-97

С1 97-110

[A2 ] 110-146


3010+90

5560+120


7130+610

15950+350



-24,91

-25,25


-24,11

-28,80


-28,80

-10,58


-10,36

-12,30


-11,94

-8,00


-9,30

7,78

5,12


4,73

3,14


3.89

1,89


3,95

15,00

12,59


14,50

8,63


8,63

100


100

Горнолуговая субальпийская черноземовидная, 2400 м

Аd 0-14

А 23-37


[A1] 37-50

[АВ1] 50-73

Bt 73-85

ВС1 85-100

С2 100-130

[A2]  130-150



6440+180


9130+640

-26,01

-25,43


-25,32

-25,00


-21,01

-11,12


-10,19

-10,62


-11,52

-10,09


-9,11

-9,27


8,63

7,62


6,11

6.50


6,80

4,77


5,07

5,22


7,12

11,29


12,09

13,00


43,09

100


100

100


Горнолуговая субальпийская черноземовидная, 2600 м

А 6-36

[А1] 36-57

В 57-77

С 77-95


[A2] 114-152




-28,80

-25,13


-24,67

-24,74


-15,78


-24,11

-9,85


8,18

5,78


6,00

3,89


1,89

0

13,45



16,26

16,76


Горная коричневая почва, 2700 м

А 0-40

АВ 40-60


В 60-90

[A1] 90-120

[A2] 120-150


2030+60

4470+180


7290+80

-26,00

-25,26


-25,20

-24,59


-8,09

-14,64


-7,73

7,0

6,52


6,00

-1,69


4,21

12,00

12.52


15,00

17,34


100

Горно-луговая альпийская черноземовидная, 3100 м

Аd 0-7

А 7-20


[А] 20-50

985+115




-19,78

-24,18


-24.13

-

-


7,15

6,20


3,10

51,94

20,65


20,10

Горно-луговая альпийская почва, 2900 м

А 3-20

АС 20-35


С 35-50

109+47

-24,18

-24,21


-23,89

-

-

-



3,89

3.09


1,26

20,28

20,07


22,37

Каталог: common -> img -> uploaded -> files -> vak -> announcements -> biolog -> 2009
announcements -> Численное моделирование термохимической мантийной конвекции и циклическая эволюция континентов и океанов
announcements -> Влияние структурного состояния на кинетику локализованного усталостного разрушения конструкционных сталей
2009 -> Особенности почвообразования и геохимии почв в условиях активного вулканизма
biolog -> Закономерности влияния пестицидов на показатели метаболизма агрокультур и формирование патологий раннего онтогенеза человека 03. 00. 16 экология 03. 00. 04 биохимия
biolog -> Актуальность
biolog -> Актуальность темы
biolog -> Актуальность проблемы
2009 -> Зональные фаунистические комплексы и структура сообществ мелких млекопитающих и связанных с ними членистоногих в Западной Сибири 03. 00. 08 зоология


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8


База данных защищена авторским правом ©geo.ekonoom.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница