Признаки педогенеза в среднеплейстоценовых отложениях Южного Урала и реконструкция биоклиматических условий на их основе : диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук : 03.02.13
ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………………………. 3
ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМА ДИАГНОСТИКИ ПАЛЕОПОЧВ ПО ПРИЗНАКАМ
ПЕДОГЕНЕЗА И РЕКОНСТРУКЦИИ ПАЛЕОПРИРОДНОЙ СРЕДЫ НА ИХ
ОСНОВЕ…………………………………………………………………………………………………………… 9
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ……………………………………. 27
2.1. Объекты исследования …………………………………………………………………………………………….. 27
2.2. Методы исследования ………………………………………………………………………………………………. 39
ГЛАВА 3. СОВРЕМЕННЫЕ ПОЧВЫ ЮЖНОГО УРАЛА И ПРИЛЕГАЮЩИХ
ТЕРРИТОРИЙ КАК ОСНОВА ДИАГНОСТИКИ И РЕКОНСТРУКЦИИ
ПАЛЕОПРИРОДНОЙ СРЕДЫ ………………………………………………………………………… 42
ГЛАВА 4. ХАРАКТЕРИСТИКИ СРЕДНЕПЛЕЙСТОЦЕНОВЫХ ОТЛОЖЕНИЙ
МИАССКОГО КАРЬЕРА НА ЮЖНОМ УРАЛЕ И РЕКОНСТРУКЦИЯ
БИОКЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ИХ ОСНОВЕ ………………………………….. 66
4.1. Физико-химические свойства среднеплейстоценовых палеопочв
и отложений ………………………………………………………………………………………………………………………… 66
4.2. Состав гумуса палеопочв и отложений и диагностика палеопочв на его
основе ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 98
4.3. Состав и свойства гуминовых кислот палеопочв и отложений
и реконструкция биоклиматических условий на их основе ………………………………. 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………………….. 127
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ………………………………………………………………………………. 130
Актуальность исследования. Для обоснования прогнозов поведения
природной среды в условиях антропогенного потепления климата важно знать
ход и циклы ее изменения в ретроспективе, которые отражают как можно более
длительный период палеогеографической истории Земли, поскольку это дает
возможность вычленить антропогенную составляющую на фоне естественной
эволюции. Данная проблема требует привлечения региональных материалов,
обобщение которых в конечном итоге будет способствовать более точному
прогнозированию природной среды в меняющихся условиях. При решении этой
проблемы могут использоваться палеопочвы, поскольку они являются продуктом
взаимодействия факторов-почвообразователей: биоты, климата, породы, рельефа
и времени, и отражают эти взаимодействия в своем морфологическом облике
и свойствах.
Одним из регионов, представляющих интерес для выявления особенностей
природной среды в разные отрезки палеогеографической истории плейстоценового
периода, является Урал, имеющий меридиональное расположение,
обусловливающее его роль как климатораздела. Данные о биоклиматических
условиях плейстоцена на Южном Урале пока малочисленны. Это затрудняет
воссоздание непрерывного хода ландшафтно-климатических изменений
в плейстоцене и получение качественных и количественных характеристик
климата прошлого. В то же время палеопочвы в силу своего статуса как
естественно-исторического тела представляют собой архив сведений об изменении
условий за период своего формирования [Палеопочвы…, 2012] и поэтому
в конечном итоге дают возможность восстанавливать ход эволюции природной
среды в ретроспективе. Учитывая, что в отложениях Миасского карьера
на Южном Урале вскрывается серия хорошо сохранившихся и четко
прослеживаемых сарыкульских (миасских) палеопочв, маркируемых, согласно
В. В. Стефановскому [1997], границей Брюнес-Матуяма, и соотносимых со средним
плейстоценом [stratigraphy.org], а также перекрывающий его тыньинский
стратиграфический горизонт и расположенные выше последнего батуринские
палеопочвы, представляется, что отложения этого карьера могут иметь большое
значение для диагностики палеопочв и реконструкции условий среднего
плейстоцена на Южном Урале.
Новые материалы и выводы о развитии природной среды среднего
плейстоцена на территории Южного Урала будут способствовать решению
сложной и актуальной проблемы современности – установлению общих и частных
закономерностей эволюции ландшафтно-климатических условий в плейстоценовую
эпоху.
Степень разработанности темы исследования подробно рассмотрена
в главе 1.
Цель исследования – диагностировать по признакам педогенеза
среднеплейстоценовые почвы Южного Урала с целью реконструкции на их
основе биоклиматических условий этого периода и встраивания их в систему
разновозрастных палеопочв Урала.
Задачи исследования:
1. Изучить морфологические, физико-химические свойства, состав гумуса
и основные характеристики гуминовых кислот среднеплейстоценовых палеопочв,
вскрытых в обнажении отложений Миасского карьера на Южном Урале, выявить
их специфику как диагностирующих признаков палеопедогенеза и выделить на их
основе палеопочвы.
2. Обобщить литературные и оригинальные материалы по составу гумуса
и гуминовых кислот современных почв Южного Урала и прилегающих территорий
с целью составления рецентной (современной) основы для диагностики палеопочв
и реконструкции природной среды их формирования педогумусовым методом.
3. Используя разработанную рецентную основу, определить соответствие
сохраняющихся во времени признаков педогенеза палеопочв таковым
современных почв Южного Урала и прилегающих территорий.
4. На основе комплекса признаков педогенеза в палеопочвах среднего
плейстоцена на Южном Урале, имеющих значимость для диагностики
палеоприродной среды, реконструировать биоклиматические условия
ихформирования.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
впервые выявлены специфические признаки педогенеза
в среднеплейстоценовых отложениях Миасского карьера на Южном Урале и на
их основе выделена серия палеопочв в пределах сарыкульского (миасского),
тыньинского и батуринского стратиграфических горизонтов;
показано, что основные изученные характеристики физико-химического
состава, а также состава, свойств гуминовых кислот и соотношения их с другими
компонентами гумуса палеопочв, выделенных в разных стратиграфических
подразделениях, имеют специфичные поля распределений их величин, которые
совпадают с таковыми типовых особенностей аналогов современных почв
степных – тундровых биоклиматических условий, свидетельствуя, согласно
принципу актуализма, об аналогичных природных условиях их формирования;
впервые определено, что условия педогенеза в начале среднего
плейстоцена на территории восточного склона Южного Урала соответствовали
лесостепным обстановкам с периодом биологической активности более 150 дней,
а распространенные там палеопочвы были аналогами современных черноземов,
формирующихся в условиях лесостепи;
впервые выявлено, что отложения тыньинского стратиграфического
горизонта характеризуются уменьшением интенсивности педогенной
переработанности осадков от их подошвы к кровле и изменением природной
обстановки до условий лесотундры – тундры;
впервые установлен тренд изменения природной среды в среднем
плейстоцене на Южном Урале и рассчитан диапазон периода биологической
активности (ПБА) в течение отрезка времени 800–600 тыс. л. н., лежащий
в пределах 55–165 дней и соответствующий смене природной обстановки
от аналогов условий южной лесостепи через северную лесостепь до тундровых
условий и затем через северную лесостепь к условиям умеренно-засушливой
степи.
Теоретическая и практическая значимость. Установленные в
среднеплейстоценовых палеопочвах Миасского карьера Южного Урала
специфические характеристики позволят встроить их в систему разновозрастных
почв Урала. Материалы и выводы диссертации могут использоваться при
решении широкого круга вопросов, относящихся к проблемам экологии и
палеоэкологии природной среды, а также эволюции почв и условий
почвообразования. Они могут способствовать обоснованию прогнозов поведения
природной среды на изученных и аналогичных им территориях.
Полученные данные могут использоваться в учебном процессе в вузах
соответствующего профиля при чтении лекций по палеопочвоведению,
палеогеографии, эволюции и экологии почв.
Методология и методы исследования. В основе исследования лежат
системный, сравнительно-экологический и сравнительно-аналитический подходы,
а также общепринятые методы и методики изучения почв, палеопочв и их
гумусовых веществ.
Положения, выносимые на защиту:
1. Использованная совокупность характеристик морфологии, физико-
химических свойств и гумусовой составляющей сарыкульских палеопочв,
маркированных границей Брюнес-Матуяма, позволила выявить, что условия
педогенеза в начале среднего плейстоцена на территории восточного склона
Южного Урала соответствовали лесостепным обстановкам с периодом
биологической активности более 150 дней, а палеопочвы были аналогами
современных черноземов, формирующихся в условиях лесостепи.
2. Полученные материалы изучения отложений тыньинского
стратиграфического горизонта (аналога MIS 18) свидетельствуют о слабой их
переработанности процессами педогенеза, уменьшении интенсивности последних
от подошвы к кровле отложений и о природной обстановке, изменяющейся
в диапазоне лесотундра – тундра.
Личный вклад. Автором совместно с научным руководителем определены
цель и задачи исследования, самостоятельно проведено полевое и лабораторное
изучение почв, интерпретированы полученные материалы, на основе которых
сформулированы и обоснованы защищаемые положения и выводы работы.
Достоверность материалов и выводов определяется значительным
объемом данных, полученных с использованием современных методов анализа,
а также применением статистических методов обработки результатов.
Апробация работы. Основные результаты работы представлены в виде
устных докладов на V, VI, VII, VIII и IX Международных научных молодежных
школах по палеопочвоведению «Палеопочвы – хранители информации
о природной среде прошлого» (Новосибирск – Володарка, 2014, 2015, 2016, 2017,
2018), на Всероссийском конгрессе молодых биологов «Симбиоз-Россия 2014»
(Екатеринбург, 2014), на V Международной научной конференции «Отражение
био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове»
(Томск, 2015), VII Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы
экологии Южного Урала» (Оренбург, 2015), VII съезде Общества почвоведов
им. В. В. Докучаева (Белгород, 2016), Всероссийской научной конференции
с международным участием, посвященной 50-летию Института почвоведения
и агрохимии СО РАН (Новосибирск, 2018), на Пятой Европейской конференции
по мерзлотоведению (Шамони, Франция, 2018).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, в том числе
5 статей в рецензируемых журналах, включенных в Перечень изданий,
рекомендованных ВАК при Минобрнауки России для опубликования результатов
диссертаций, и 1 статья в издании, входящем в международную базу
Web of Science.
Полученные характеристики вещественного состава и гумусовой
составляющей отложений, вскрытых в бортах Миасского карьера на Южном
Урале, лежащих выше границы Брюнес–Матуяма и охватывающих, согласно
В. В. Стефановскому [2006], три стратиграфических подразделения
(сарыкульский, тыньинский и батуринский горизонты), позволили выявить в них
разной сохранности признаки педогенеза (от полного почвенного профиля
до отдельных горизонтов или их совокупности, а также свойств почвенной массы
в целом или отдельных их компонентов), провести сравнение характеристик
палеопочв с современными почвами разных условий формирования, выявить
аналоги между ними и определить биоклиматические условия их формирования.
Тренд изменения природной среды в этот временной отрезок соответствовал
смене природной обстановки от аналогов условий южной лесостепи через
северную лесостепь до тундровых условий и затем через северную лесостепь
к условиям умеренно-засушливой степи.
На основе элементного состава и спектральных свойств одного из основных
компонентов органо-минеральных взаимодействий в палеопочвах – гуминовых
кислот, их долевого участия в составе гумусовых веществ и соотношении
с другими компонентами гумуса (в частности, Сгк:Сфк) проведена диагностика
отложений среднего плейстоцена не только теплых периодов, фиксируемых
по внешне выраженному присутствию палеопочв или их горизонтов, но и
отложений холодных стадий, педогенное преобразование которых не фиксируется
морфологически. Анализ параметров соотношения основных структурообразующих
элементов в гуминовых кислотах позволил впервые определить диапазон периода
биологической активности для временного отрезка 800–600 тыс. лет назад.
Проведенные исследования позволили сделать ряд выводов, логично
вытекающих из полученных материалов и их интерпретации:
1. Выявленные специфические разноуровневые признаки педогенеза
в среднеплейстоценовых отложениях Миасского карьера на Южном Урале,
относящихся к сарыкульскому (миасскому), тыньинскому и батуринскому
горизонтам, позволили выделить в них четыре палеопочвы, расчленить их на
горизонты и провести диагностику биоклиматических условий их формирования.
2. Составленная на основе оригинальных и литературных материалов
рецентная основа по составу гумуса, а также составу и свойствам гуминовых
кислот основных типов почв разных ландшафтных условий Южного Урала
и прилегающих территорий, позволила выявить аналоги между палеопочвами
и современными почвами с целью диагностики палеопочв и реконструкции
природной среды их формирования.
3. Ряд показателей физико-химического состава палеопочв разного возраста,
а также долевого участия гуминовых кислот в составе гумуса, их состава, свойств
и соотношения с другими компонентами гумусовых веществ находятся в
соответствии друг с другом и свидетельствуют о преобладании лесостепных –
степных условий в период формирования гумусовых горизонтов палеопочв и
очень холодных и влажных (аналогичных лесотундровым или тундровым) – при
формировании отложений тыньинского горизонта.
4. Состав гумуса и свойства почв, а также соотношения элементов в
гуминовых кислотах палеопочв сарыкульского и батуринского стратиграфических
горизонтов позволили установить, что преобладающим типом почвообразования
в период их формирования было черноземообразование в лесостепных и степных
условиях, причем нижние sr палеопочвы формировались в условиях, характерных
для южной части лесостепи, верхние sr″ и нижние bt палеопочвы – для более
северных ее районов, а верхние батуринские bt″ палеопочвы – в условиях
умеренно-засушливой степи; период биологической активности этих палеопочв
не переходит границ, лежащих в диапазоне 55–165 дней.
5. Признаки педогенеза в отложениях тыньинского горизонта,
перекрывающего сарыкульский, соответствуют условиям холодного и влажного
климата с периодом биологической активности не более 60 дней и показывают
постепенное изменение условий их формирования от подошвы отложений к их
кровле в сторону похолодания.
6. Изменение условий природной среды в период 800–600 тыс. лет назад
имело направленность от аналогов условий южной лесостепи на границе Брюнес–
Матуяма через северную лесостепь до тундровых условий в период педогенного
преобразования отложений тыньинского горизонта и затем через северную
лесостепь к условиям умеренно-засушливой степи в палеопочве, приуроченной к
кровле изученных отложений.
Дальнейшие исследования будут дополнены данными по составу гумуса
и гуминовых кислот современных почв северных территорий Урала для
уточнения условий формирования холодного Тыньинского стратиграфического
горизонта на Южном Урале. Планируется провести аналогичное исследование
палеопочв и отложений более древних и более молодых плейстоценовых
геологических горизонтов Южного Урала.
Помогаем с подготовкой сопроводительных документов
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.8 (373 отзыва)
4.7 (18 отзывов)
4.6 (71 отзыв)
4.9 (343 отзыва)
4.4 (59 отзывов)
4.6 (92 отзыва)
5 (8 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.6 (30 отзывов)
