Введение к работе
Актуальность исследований. В настоящее время проблемы экологии, охраны природы и климатических прогнозов будущего заняли приоритетное место в связи с направленным изменением климата в сторону потепления, усилившимся влиянием антропогенного фактора -прогрессирующим загрязнением природной среды, интенсификацией техногенных нагрузок на все природные системы. Рациональное природопользование сейчас невозможно без знания о закономерностях эволюции региональных природных геосистем. В связи с длительностью формирования современных геосистем прогноз их развития при длительном использовании в хозяйственной деятельности, установление степени их устойчивости и чувствительности к внешним воздействиям, в том числе климатическим, невозможны без изучения их эволюции и закономерностей развития в прошлом.
Лёссово-почвенная толща содержит огромную информацию об изменениях природной среды и климата в недавнем геологическом прошлом и наиболее полно отражает последовательность климатических изменений на континентах. Состав и строение лёссовой толщи показывает, что в эпохи слабой активности атмосферной циркуляции преобладало биогенное осадконакопление, формировались почвы, в эпохи активизации атмосферной циркуляции атмосфера была насыщена пылью, которая, осаждаясь, образовывала лессовые покровы. Ископаемые почвы составляют основу расчленения лёссовой толщи и, как природные системы, заслуживают тщательного изучения с целью познания их эволюционного развития, восстановления особенностей формирования природной среды и климата различных геохронологических срезов, расчленения и корреляции разрезов. Они способны фиксировать в своём профиле различные состояния природной среды, результат функционирования всех прошлых экосистем (Докучаев, 1948; Полынов, 1946; Соколов, Таргульян, 1976; Таргульян, Александровский, 1976; Таргульян, 2005). Это позволяет по степени сохранности и набору устойчивых признаков ископаемых почв восстановить ход почвообразования, прочитать страницы прошлых ландшафтов, выделить характерные морфотипические признаки для каждой их них. Установленные закономерности использованы как основа при расчленении лёссово-почвенной последовательности, прогноза развития почв и изменения структуры почвенных покровов в будущем. Для реконструкции природно-климатических обстановок прошлого
необходима обширная палеоклиматическая информация и достаточно точная хронология палеоклиматических событий.
Цель работы. Комплексное исследование неоплейстоценовых ископаемых почв и лёссов для создания детальной последовательности субаэрального осадконакопления и выявления структуры лёссово-почвенной серии Западной Сибири, установления характерных особенностей педогенеза теплых эпох, эволюционного тренда в развитии ископаемых почв и почвообразовательных процессов, изучения структуры педокомплексов и выявления их соответствия структуре глобальных записей изменения климата и природной среды.
Задачи исследований:
-
Изучение геологического строения разрезов неоплейстоценовых субаэральных отложений Западной Сибири на различных элементах рельефа и содержащихся в них ископаемых почв и педокомплексов.
-
Обоснование методических приемов изучения ископаемых почв с целью получения максимально достоверной информации о неоплейстоценовых эпохах почвообразования.
-
Получение данных по строению профилей неоплейстоценовых ископаемых почв, их положению в педокомплексе, морфотипическим признакам, микростроению, специфике распределения физико-химических компонентов в профиле, составу органического вещества с целью установления типов почвообразования и выделения диагностических критериев для идентификации одновозрастных почв. Восстановление пространственной структуры древних разновозрастных почвенных покровов.
-
Установление эволюционного тренда и основных закономерностей развития почв и процессов почвообразования в течение каждой тёплой эпохи и всех эпох педогенеза неоплейстоцена, позволяющих достоверно расчленять лёссово-почвенные последовательности, проводить региональные, межрегиональные и глобальные корреляции по их основному компоненту - почве.
5. Создание детальной последовательности осадконакопления
неоплейстоценовой лёссово-почвенной серии Западной Сибири,
выявление её структуры и соответствия глобальным изменениям климата.
Фактический материал и методы исследования. Основу работы составляют материалы, полученные автором при многолетних (1975-2006 гг.) полевых и аналитических исследованиях разрезов субаэральных отложений на территории Западной Сибири. В качестве опорных и дополнительных разрезов исследовано более 150 естественных и
искусственных обнажений, а также шурфы и скважины большого диаметра. Автором проводился тщательный морфологический анализ, являющийся основой при изучении ископаемых почв и лёссов и зачастую обусловливающий результативность всех последующих аналитических исследований. Он сочетался с комплексом других методов: микроморфологическим, гранулометрическим, валовым, определением органического вещества почв (общее содержание гумуса, групповой и фракционный состав его, оптические свойства гуминовых кислот), определение солевого состава ископаемых почв. Преобладающая часть анализов выполнена автором. Аналитические данные представлены в виде таблиц и графиков, часть из них не вошли в работу, но были опубликованы в ряде статей. Исследования проводились с учётом геоморфологического положения разрезов, а также с отбором палеонтологического материала. Палеопедологические исследования сочетались с получением из исследуемых разрезов радиоуглеродных и термолюминесцентных дат. Под руководством автора были исследованы палеомагнитным методом поздненеоплейстоценовые субаэральные отложения семи опорных разрезов, имеющих чёткое хроностратиграфическое расчленение. Защищаемые положения:
1. Структура лёссово-почвенной последовательности неоплейстоцена
Западной Сибири обусловлена закономерным чередованием девяти
регионально распространённых горизонтов лёссов и педокомплексов.
Каждый педокомплекс состоит из 2-3 почв, соответствует теплому
интервалу, отражает его структуру и глубину потепления.
Типологический состав почв педокомплексов показывает четкую
направленность и периодичность в развитии процессов
почвообразования. Каждый интерстадиал и интергляциал неоплейстоцена
Западной Сибири характеризуется только им присущими особенностями
строения почв, сочетаниями генетических типов и закономерностями их
географического распространения.
2. Реконструкция условий почвообразования в неоплейстоцене
показывает, что в эпохи педогенеза раннего, среднего и начала позднего
(казанцевское межледниковье) неоплейстоцена в условиях лесостепей-
степей, а в ранний этап шадрихинского времени (средний неоплейстоцен)
под лесом, при умеренном климате с более высокой влаго- и
теплообеспеченностью, чем ныне, формировались длительное время
почвы с мощным зрелым профилем хорошо дифференцированным на
генетические горизонты. В интерстадиалы позднего неоплейстоцена в
условиях аридного и прохладного климата развивались почвы с
укороченным слабо дифференцированным профилем.
Неоплейстоценовые эпохи педогенеза сменялись во времени влажным и холодным периодом, во время которого происходило криогенное преобразование почв.
3. Важной закономерностью эпох почвообразования являлась
зональность почвенного покрова. Наиболее детальная и типологически
близкая к современной структура почвенного покрова устанавливалась в
оптимум голоцена и казанцевское межледниковье (начало позднего
неоплейстоцена, МИС 5е), отличие заключалось в расширении к северу
пояса лесостепных и таёжных почв. В раннезырянский и каргинский
интерстадиалы широкое распространение имели почвенные покровы с
упрощенной структурой, формировавшиеся в условиях холодных степей-
лесостепей.
4. Соответствие структуры лессово-почвенной последовательности
Западной Сибири строению непрерывных глобальных записей климата
(байкальская запись, изотопно-кислородная шкала) показывает, что
изменения климата в средних широтах Северной Азии сходны
глобальным. Строение педокомплексов в лёссовой толще в пределах
эпохи Брюнес отчетливо отражает структуру теплых нечетных стадий
непрерывных глобальных летописей климата, что подтверждает
глобальность, общность хода и единый механизм эволюции климата.
Научная новизна. Впервые в Западной Сибири проведены обширные
систематические исследования неоплейстоценовых ископаемых почв
лёссово-почвенной последовательности. Предложены основные
принципы подхода и система методов их изучения, что повысило
уровень, достоверность и научную результативность
палеопедологических исследований. Они показали, что, несмотря на диагенетические изменения, иногда значительные, плейстоценовые почвы можно подвергать морфогенетическому анализу.
Впервые для оценки и сравнения интенсивности педогенеза в различные эпохи почвообразования предложена полуколичественная характеристика по пятибалльной шкале, которая учитывает сложность организации и степень зрелости профиля конкретного типа почвы. Система оценки интенсивности педогенеза позволяет с большей достоверностью проводить внутри - и межрегиональные корреляции одновозрастных почв и педокомплексов, а в сочетании со структурой педокомплексов уверенно проводить сопоставления со структурой теплых нечетных стадий изотопно-кислородной шкалы.
Впервые разработана детальная неоплейстоценовая лёссово-почвенная последовательность Западной Сибири, доказано региональное распространение ископаемых почв. Установлено, что строение ископаемых педокомплексов в лессовой записи Западной Сибири отчетливо отражает структуру теплых нечетных стадий непрерывных глобальных последовательностей, состоящих из сближенных теплых событий, разделенных относительно короткими холодными событиями, а структура лёссовой толщи соответствует строению этих записей. Сопоставление с непрерывными глобальными записями изменений климата и природной среды свидетельствует о глобальном характере лессовой записи, подтверждает глобальность, общность хода и единый меанизм климатических изменений, как в средних широтах Северной ' Азии, так и всей планеты и показывает ту же периодичность, обусловленную изменениями орбитальных параметров планеты. Совпадение лессово-почвенной последовательности Западной Сибири с непрерывными записями климата, в которых спектральным анализом выявлены циклы около 20, 40 и 100 тысячелетней периодичности, обусловленные изменениями орбитальных параметров планеты, показывает наличие аналогичной периодичности и в лессовой толще.
По строению плейстоценовых педокомплексов и типологическому составу почв прослежена четкая направленность в развитии процессов почвообразования и климата теплых эпох неоплейстоцена. Впервые дана морфогенетическая характеристика преобладающих типов почв девяти теплых этапов неоплейстоцена, выделены диагностические признаки почв, позволяющие прослеживать одновозрастные почвы на большой территории. Составлены карты-схемы почвенных покровов Западной Сибири для оптимума голоцена и казанцевского межледниковья. Корректная реконструкция древних почвенных покровов Западной Сибири базировалась на достоверной, обоснованной корреляции почвенных профилей.
Теоретическое и практическое значение работы.
На огромных пространствах лёссы являются материнской породой современных почв, служат источником многих строительных материалов, основанием для построек, сооружений и коммуникаций. Это предопределяет необходимость всестороннего и углублённого изучения покровных лёссовых образований не только для научных, но и практических целей.
Пространственная выдержанность неоплейстоценовых ископаемых почв, их диагностические признаки позволяют уверенно использовать
почвы в качестве маркирующих горизонтов при расчленении
неоплейстоценовых отложений, судить об их возрасте, что значительно
повышает эффективность геологоразведочных работ. Результаты
палеопедологических исследований и палеопедологического
картирования были использованы для обоснования детальной
стратиграфической схемы Приобской и Предалтайской возвышенных
равнин (Новосибирск, 1990, 2000). Автором при совместной работе с
геологами поисково-съёмочных партий (Запсибгеология,
Новосибирскгеология) давались консультации по методике расчленения плейстоценовых отложений, используя горизонты ископаемых почв.
Тщательное исследование эволюционного развития почв дало возможность восстановить особенности природной среды для различных геохронологических срезов и обосновать прогнозные оценки развития ландшафта и изменения климата в будущем. Результаты по реконструкции почвенного покрова казанцевского межледниковья легли в основу палеопочвенных карт атласа-монографии «Динамика ландшафтных компонентов и внутренних морских бассейнов Северной Евразии за последние 130000 лет». Опубликовано методическое руководство, которое служит практической рекомендацией к использованию основных принципов подхода и системы методов исследования и интерпретации полученных результатов при изучении ископаемых почв (Проблемы ..., 1984). При работе на археологических стоянках автором на основании изучения ископаемых почв проводились реконструкции природной обстановки времени существования древнего человека, а по комплексу диагностических признаков почв обосновывался возраст отложений, содержащих артефакты (Дроздов, Зыкина и др., 1998; Зыкин и др., 2005).
Апробация работы и публикации. Исследования проводились в соответствии с планами НИР ОИГГМ СО РАН по приоритетному направлению СО РАН № 28 по проекту 28.1.3 «Эволюция климата и природной среды Северной и Центральной Азии в позднем кайнозое и устойчивость экогеосистем». Работа была поддержана грантами РФФИ № 96-05-64844, № 99-05-39077-ГФЕН, № 01-05-65085, № 04-05-64486 и Интеграционными проектами СО РАН № 121 «Хронология и периодичность глобальных изменений климата и природной среды в позднем кайнозое Сибири и их воздействие на развитие человека», № 71 «Эволюция природных процессов, человека и его культуры в позднем кайнозое Сибири и их влияние на стабильность эко - и геосистем», № 6.7.3. «Внутриплитная активность, горообразование, осадконакопление и
палеоклиматические изменения в мезозое и кайнозое Центральной Азии».
Основные положения и результаты работы обсуждались на XI, XIII,
XIV конгрессах INQUA (Москва, 1982, Пекин, 1991, Берлин, 1995);
международных совещаниях: «Стратиграфия и корреляция четвертичных
отложений Азии и Тихоокеанского региона» (Находка, 1988),
«Четвертичная стратиграфия и события Евразии и Тихоокеанского
региона» (Якутск, 1990), «Хроностратиграфия палеолита Северной,
Центральной, Восточной Азии и Америки» (Новосибирск, 1990),
«Палеоэкология и расселение древнего человека в Северной Азии и
Америке» (Красноярск, 1992), «Палеоэкология плейстоцена и культуры
каменного века Северной Азии и сопредельных территорий»
(Новосибирск, 1998), «Современные проблемы почвоведения в Сибири»
(Томск, 2000), «Катастрофы окружающей среды в голоцене и их
восстановление» (Лондон, 2002), «Лёсс и палеосреда» (Москва, 2003),
«Заселение первобытным человеком Центральной, Северной и Восточной
Азии: археологический, палеоэкологический и антропологический
аспекты» (Денисова пещера, 2005), «Изменения природной среды в
Центральной Азии» (Улан-Батор, 2005), «Stratigraphy, paleontology and
paleoenvironment of Pliocene-Pleistocene of Transbaikalia and interregional
correlations» (Улан-Удэ, 2006); на VI и VII Всесоюзных (Кишинев, 1986,
Таллинн, 1990) и Всероссийском (Москва, 1991, 1994) совещаниях по
изучению четвертичного периода, по цикличности лёссовых пород
(Новосибирск, 1977); на Всесоюзных совещаниях: «Зональные и
инфразональные шкалы бореального мезозоя и кайнозоя СССР»
(Новосибирск, 1986), «Геолого-геоморфологические и
водохозяйственные аспекты изучения рек Сибири» (Новосибирск, 1987); V и VIII съезде почвоведов (Минск, 1977, Новосибирск, 1989); III и IV съезде Докучаевского общества почвоведов (Суздаль, 2000, Новосибирск, 2004); совещаниях, организованных Сибирской секцией Комиссии по изучению четвертичного периода и Сиб.РМС (Новосибирск, 1982, 1983, 1988, 2000, Тюмень, 1976); XX, XVI Пленуме Геоморфологической комиссии (Владивосток, 1989, Барнаул, 2001); на научно-практических конференциях (Тюмень, 1981, Бийск, 1987, Пятигорск, 1987, Барнаул, 1988); в Географическом институте Венгерский Академии наук (Будапешт, 1991), Университете имени «Альберта» (Эдмонтон, 2004).
По теме диссертации опубликованы 8 монографий в соавторстве, 68 публикаций в рецензируемых отечественных и зарубежных изданиях и 26 тезисов
Структура и объём диссертации. Работа изложена на 646
страницах, включая 66 рисунков и 105 таблиц. Она состоит из введения, шести глав, заключения и списка литературы из 477 наименований.
Благодарности. Искреннюю благодарность я приношу моему учителю и наставнику д. г.-м. н. И.А. Волкову. Большую поддержку в становлении палеопедологических исследований в Сибири оказали член-корр. АН СССР В.Н. Сакс, B.C. Волкова, Т.Д. Морозова, А.А. Величко, Н.А. Сиренко, М.Ф. Веклич, B.C. Зыкин и автор выражает им свою признательность. Считаю приятным долгом выразить благодарность академику РАН А.П. Деревянко, Н.И. Дроздову, В.П. Чеха, М.В. Шунькову за возможность совместно работать на археологических объектах и обсуждать полученные данные, за обсуждение результатов исследования С.А. Архипову, член.-корр. РАН И.М. Гаджиеву, В.А. Хмелёву, Ф.С. Тофанюку, за получение радиоуглеродных дат Л.А. Орловой, В.А. Панычеву, В.Л. Лыхину, а термолюминесцентных - М. Frechen, A. Zander, за определение остатков мелких и крупных млекопитающих B.C. Зажигину, А.А. Круковеру, Н.Д. Оводову и И.В. Фороновой, за помощь при исследовании органического вещества М.И. Дергачевой, за консультации по микроморфологии С.А. Сычёвой, Ж.М. Матвиишиной. В полевых исследованиях совместно с автором в Западной и Средней Сибири в разные годы участвовали, З.Н. Гнибиденко, АЛО. Казанский, В.А. Кравчинский, С.К. Кривоногое, Л.А Магаева, Г.Г. Матасова, СВ. Николаев, В.В. Семёнов. Творческое сотрудничество с ними способствовало получению важных результатов. Очень эффективным было сотрудничество с зарубежными коллегами М. Frechen, G. Linke, М. Pecsi, A. Zander и я выражаю им глубокую благодарность. Благодарю за помощь при оформлении диссертации К.А. Чиркина, Г.М. Мельгунову, Л.Г. Смолянинову, С.Н. Щеглову.
