Время почвообразования и возраст почв

Почвенный покров Земли – результат развития всей природы и в первую очередь жизни. Появление новых сочетаний жизненных форм организмов с другими природными факторами приводили к появлению и исчезновению различных типов почвообразования.

Древнеримский поэт и философ Тит Лукреций Кар говорил так:

Время меняет ведь всю мировую природу.

Мир не коснеет в одном положении:

Тлеет одно и от дряхлости чахнет,

Тогда как другое взрастает и выйти из мрака стремится.

Так изменяется с возрастом сущность великого мира.

Из одного состояния Земля переходит в другое.

Прежних нет свойств у неё,

Но есть то, что не было прежде.

Исследование вопроса о возрасте почв важно в двух аспектах. Во-первых, исторический анализ прошлого почв, их становления и развития в неразрывной связи с формированием биосферы, природных зон, ландшафтов и биогеоценозов позволяет глубже проникнуть в сущность явлений эволюции и генезиса почвенного покрова, в понимание природы и специфики компонентов и свойств почвы как самостоятельного природного тела. Это даёт возможность научно обоснованно строить прогнозы управления почвенными процессами, свойствами и, в конечном итоге, плодородием. Во-вторых, изучение возраста почв необходимо в плане решения проблем охраны окружающей среды. Скорость деградации почв и возобновления деградированных профилей, время превращения горной породы в полноразвитую почву при рекультивации земель, определение степени ущерба и перспектив восстановления разрушенного почвенного покрова на эродированных территориях, интенсивность биогеоценологического окультуривания малоплодородных почв – вот далеко не полный круг вопросов, имеющих, несомненно, практическое значение и в разной степени связанных с возрастными характеристиками почв.

Возраст почв занимал внимание ученых на всех этапах развития почвоведения. Основатель почвоведения В.В. Докучаев рассматривал длительность процессов, «возраст страны», как важное условие совместно воздействующих факторов почвообразования. Оформился самостоятельный раздел почвоведения – палеопочвоведение.

В тридцатые годы в связи с разработкой концепций о едином почвообразовательном процессе В.Р. Вильямс предложил понятия относительного и абсолютного возраста почв. Относительный возраст применялся для определения различных типов быстроты и энергии биологических процессов как конкретное отражение влияния среды на темпы почвообразования, как замедление или ускорение почвообразовательного процесса под воздействием разных материнских пород, неодинакового рельефного положения почв, и т. д. Относительный возраст почв не мог быть выражен определенными временными датами. В такой трактовке относительный возраст почв принимается большинством почвоведов.

Понятие абсолютного возраста почв представляет разные категории:

1) возраст типов почвообразования на планете Земля, например, подзолистого, чернозёмного, ферраллитного и т. д.;

2) возраст почвообразования на конкретной территории от начальных примитивных почв на исходной породе через ряд стадий до актуальной почвы;

3) возраст современных почв на данной территории, исключая предшествующие почвенные стадии;

4) возраст становления почвы или время её превращения из горной породы в полноразвитую почву, вступившую в равновесие с окружающей средой.

Все категории абсолютного возраста почв могут быть выражены единицами меры времени.

Возраст типов почвообразования. Разнообразие природных систем, ландшафтов, типов почв, которое мы наблюдаем сейчас на нашей планете, – это результат длительного исторического развития, усложнения и дифференциации отдельных компонентов земной поверхности. Существующая сейчас система генетических типов – суммарный результат развития всей природы и, в частности, природных систем суши. Менялись условия почвообразования, сочетания факторов-почвообразователей, появлялись новые типы почв. Прогрессивное усложнение почвенного покрова – характерная черта развития типов почвообразования. И это развитие почвообразования тесно связано с эволюцией всей жизни на Земле. Появление новых растительных сообществ, новых групп растений, новых сочетаний, растительных формаций с другими природными факторами приводили к появлению новых типов почв и новых типов почвообразования.

С большой достоверностью мы можем указать абсолютное время существования того или иного типа почвообразования, абсолютный возраст ряда типов почв, не как реальных почвенных тел, масс, а как время, начиная с которого могли появиться эти почвы на нашей планете.

В конце силурийского периода с появлением растений псилофитов возникли болотные почвы. Эти почвы относились к группе болотноиловатых, и их остатки в виде горючих сланцев наблюдаются сейчас в Ленинградской области и Эстонии. В конце девонского периода, около 350-360 млн. лет назад, исчезают псилофиты. Повсюду распространяются папоротники и хвощи. Под лесами с этой растительностью формировались почвы, похожие на красные и жёлтые ферраллитные влажных тропических и субтропических лесов. Реликты этих почв находят в породах каменноугольного периода в Донбассе. Они кислы, бедны кремнезёмом, содержат много окислов железа и алюминия. Однако настоящие красные и жёлтые ферраллитные почвы возникли вместе с появлением современных гелей уже в третичном периоде.

Остатки таких почв на Земле редки. Они встречаются в Африке и Южной Америке. В России эти уникальные реликты сохранились только на Северном Кавказе, в предгорьях. Они известны как красноцветные коры выветривания, фиксирующиеся при почвенных исследованиях в качестве почвообразующих пород. В современной классификации почв выделяются особые роды пёстроцветных (красноцветных) лесных почв.

Голосемянные хвойные растения появляются в юрском периоде (140 млн. лет назад). Вместе с хвойными лесами этого периода начинают формироваться и подзолистые почвы. Дубравы и близкие к ним широколиственные леса типичны для третичного периода (56 млн лет назад). Вместе с ними распространились буролесной и серолесной типы почвообразования. В конце третичного периода оформились как самостоятельные природно-географические сообщества луговые степи, разнотравнозлаковые сухие степи и вместе с ними чернозёмные и каштановые почвы, а также почвы болотные торфяные верховые со сфагновыми мхами.

Таким образом, от группы иловато-болотных почв началось развитие почвенного покрова суши, который насчитывает сейчас около двухсот типов. Наблюдаемые современные подзолы, серые лесные, бурые лесные, краснозёмы, чернозёмы, красные и жёлтые аллитные почвы и т. д. имеют различный возраст возможного начала почвообразования и возникли в разные геологические эпохи. Они появлялись и исчезали на Земле, суша занималась морями, морское дно становилось сушей, пустыни замещались лесами, ледники выпахивали громадные площади. Однако почвообразовательные процессы следовали за растительными формациями, исчезая и возникая вновь, сменяя друг друга вместе с изменением всей географической среды.

Абсолютный возраст почвообразования на конкретной территории предполагает период от начала почвообразовательного процесса до сегодняшних дней. Этот период соизмерим с геологическими масштабами. Начало почвообразования может быть чётко зафиксировано, если оно наступает на исходной породе относительно молодого геологического возраста: конец ледникового периода, смещение почвенных масс в результате оползней, эрозии, сбросов, поднятий, а также перекрытия почв, превращение их в палеопочвы за счёт лавовых потоков и вулканического туфа, эоловых, аллювиальных, делювиальных, пролювиальных и других явлений. Это учёт всей истории развития почвы с возникновения почвообразования. В частности, в Северном полушарии абсолютный возраст почв определяется геологическим временем после отступления ледникового покрова. При этой трактовке в понятие абсолютного возраста входит вся история эволюции почвообразования на определенной территории, которая включает несколько стадий развития в меняющейся физико-географической обстановке.

На значительной территории почвенный покров Земли отличается сравнительной геологической молодостью, которая проявляется в наличии в почвах обломков пород и маловыветренных минералов, в литологической слоистости почв и материнских пород и в небольшой мощности почвенного покрова в ряде районов суши. Это объясняется тремя общепланетарными факторами: величиной материкового оледенения от полюсов к экватору и от вершин гор к низменностям, альпийским орогенезом и непрерывным повышением уровня Мирового океана (мирового базиса эрозии и аккумуляции) на всём протяжении послеледникового периода. Большая роль в непрерывном динамическом преобразовании рельефа земной поверхности, а, следовательно, в обновлении почв, отводится процессам денудации и аккумуляции поверхностных отложений. А суммарный результат всех указанных процессов – молодой возраст почв на поверхности нашей Земли. Однако история развития отдельных регионов Земли неодинакова. Конкретные территории имеют свою специфику почвообразования, которая во многом определяется возрастом поверхности. Поэтому на территории планеты выделяются области с разным возрастом: молодые почвы аллювиальных и приморских равнин с недавним супераквальным режимом, молодые почвы эоловых песчаных равнин, относительно молодые почвы лессовых равнин, относительно молодые почвы ледниковых равнин, постоянно омолаживаемые почвы горных территорий, древние коры выветривания и почвы денудационных равнин.

Наиболее молодые почвы характерны для горных территорий. В результате смыва и переотложения идет постоянное омолаживание почв. Очень молодые почвы на аллювиальных и приморских равнинах, например, на Прикаспийской.

Абсолютный возраст почв для территорий оледенения 5-12 тыс. лет, для других участков суши – 10-30 тыс. лет. Возраст современного почвообразования на Русской равнине на покровных отложениях дал интервал 8-10 тыс. лет.

Таким образом, на поверхности суши абсолютный возраст почвообразования в современных почвах исчисляется в очень широких пределах от менее 100 лет и до более миллиона лет. Однако преобладают на Земле относительно молодые почвы с абсолютным возрастом менее 10-30 тыс. лет.

Абсолютный возраст почвообразования обязательно предполагает развитие почв через ряд стадий. Современные почвы в прошлом были иными, так как неизбежно меняются биоклиматические и геоморфологические условия. При изменении факторов почвообразования некоторые признаки почв становятся несоответствующими этим факторам и приобретают свойства реликтовости, т. е. сохраняют информацию о былых состояниях факторов почвообразования.

Возраст современного почвообразования или возраст современных почв отражает длительность существования конкретных почв, находящихся в состоянии климакса при относительно устойчивых условиях внешней среды. При установлении этой категории почвенного возраста необходимо отделить актуальную стадию развития почвенного покрова от предшествующих и ставших уже реликтовыми стадиями. Эти категории абсолютного возраста включают длительность только последней стадии развития без учета предшествующих почвенных фаз.

С большой уверенностью можно предположить, что возраст современных почв соответствует последним климатическим изменениям, прошедшим в голоцене. Для Русской равнины можно констатировать повсеместную молодость почвенного покрова, не превышающую 2,5 тыс. лет.

Возраст становления почвы или время превращения горной породы в почву. Наблюдения в природе и полученные экспериментальные данные установили скорость первичного почвообразования. Окружающая нас действительность иногда предоставляет нам возможность наблюдать за развитием почвы от обнаженной горной породы до почвенного тела зрелого профиля, возраста. Процесс превращения горной породы в почву совершается довольно быстро в масштабах геологического времени. В.В. Докучаев на основе наблюдений за развитием почв на стенах Староладожской крепости пришёл к выводу, что вполне развитая перегнойно-карбонатная почва образуется за 400-500 лет. В.В. Акимцев приводит аналогичные данные в отношении почвенного слоя, образовавшегося на башнях Каменецкой крепости на Украине.

Интересны наблюдения за скоростью отдельных процессов, приводящих к определенным генетическим результатам в почвенном профиле. Н.Н. Соколов изучал почвы на старых постройках и морских террасах, производил косвенные подсчеты гумусированности, выветренности, выщелачивания. Его главный вывод: за 50-100 лет возможно формирование почв, но ещё не имеющих устойчивой стадии.

Материнская порода через ряд стадий первичного почвообразования превращается в полноразвитую климаксную почву. Различные стадии первичного почвообразования целесообразно назвать сукцессиями почвы по аналогии с сукцессиями биоценозов при их развитии до климаксного состояния. Почвы – более консервативные тела природы, чем биоценозы. Сукцессии биоценозов протекают относительно почвы значительно быстрее. Сукцессии почвы наблюдаются при климаксном состоянии биоценоза. Существенная черта ландшафтов и биогеоценозов – состояние равновесия достигается не одновременно всеми компонентами, а путем постепенного вхождения в стадию климакса отдельных составных частей этих объектов. Климаксное состояние почв достигается значительно позже, чем биоценоза.

Таким образом, на обнажённых горных породах почвы в довольно короткий исторический срок (500-1500 лет) приобретают уровень полной генетической зрелости профиля. Скорость достижения генетической зрелости отдельными свойствами и компонентами почв не одинаково. В равновесие с факторами почвообразования могут вступать в разные периоды содержание и запасы гумуса, pH, выщелоченность от карбонатов или аккумуляция карбонатов, состав почвенного поглощенного комплекса, мощность и оформленность генетических горизонтов и т. д. Особенно быстрыми темпами развиваются солончаковый и солонцовый процессы, слитогенез при возникновении соответствующих условий. Очень медленны скорости преобразования первичных алюмосиликатов, связанные с их конечным распадом в процессах оглинивания, оподзоливания, аллитизации и др. В современных суббореальных условиях процессы алюмосиликатных превращений и распада минералов далеки от завершающих стадий. Даже в Черноморских субтропиках фиксируются только аллитсиаллитные коры выветривания, далекие от типичных ферраллитных кор тропиков, где конечными продуктами являются только минералы окислов железа и каолинит. Но во многих частях тропических стран возраст почвообразования достигает многие сотни тысяч лет.

Полновозрастной зрелой почвой можно считать только ту, у которой все свойства, все показатели достигли равновесия с окружающими условиями среды. Эталонами такой зрелости являются зонально-провинциальные и интразональные почвенные типы. В разных природных условиях время достижения равновесного состояния неодинаково. Безусловно, в более влажных и теплых ландшафтах равновесие наступает быстрее.

Реликты в почвах. Почвообразование обязательно предполагает развитие почв через ряд стадий. Современные почвы в прошлом были иными, так как неизбежно меняются биоклиматические и геоморфологические условия. При изменении факторов почвообразования некоторые признаки почв становятся несоответствующими этим факторам и приобретают свойства реликтовости, т. е. сохраняют информацию о былых состояниях факторов почвообразования.

Академик И.П. Герасимов отмечает широкую распространённость в современных почвах отдельных признаков и свойств реликтового характера, образованных в других условиях, чем существующие сейчас. В.А. Ковда, Е.В. Лобова, Б.Г. Розанов приводят целый перечень показателей, которые можно считать достоверными реликтами древнего гидроморфизма: наличие новообразований кремнезема, остатков гидрофильной флоры и фауны, слоев, цементированных полуторными окислами, кремнеземом, известью и т. д.

В Восточной Африке реликтами 20-25-миллионной давности являются мощные коалиновые красноцветные коры выветривания, не содержащие свободных соединений железа, но включающие его в состав кристаллической решётки глинистых минералов. В этих же районах встречаются латеритные панцири скоплений окислов железа. Всё это свидетельствует о высокой в отдаленном прошлом геохимической миграции железа, свойственной длительному плювиальному периоду. Яркие примеры реликтов ферраллитного и латеритного влажнотропического почвообразования составляют характерную черту пустынь Австралии. Мощные кремневые, карбонатные, гипсовые и солевые коры в почвах аридных областей считаются реликтами древнего почвообразования, протекавшего в более влажных условиях.

Моногенетические профили строения почв – явление относительно редкое. Чаще встречаются почвы полигенетические с признаками реликтовости. Эти признаки органически включены в состав современных почв, преломляют в определенном направлении почвенные процессы и становятся существенной частью актуального почвообразования и плодородия. Два наиболее убедительных примера. Слитость в чернозёмах слитых и лесостепных почвах способствует созданию в почве условий поддержания этой слитости современными процессами: в осенне-зимние периоды года почвы из-за крайне низкой водопроницаемости переувлажняются, а летом сильно иссушиваются, что является обязательным условием слитогенеза. Из-за слитости эффективное плодородие снижается почти в два раза в сравнении с чернозёмами. Другой пример – реликтовые палеогидроморфные аккумуляции карбонатов в почвообразующих породах чернозёмной полосы. Карбонаты включаются в элементарный почвообразовательный процесс выщелачивания и формируют иллювиально-десуктивный горизонт новообразований, который рассматривается как существенная черта строения профиля чернозёмов. В некоторых местах предгорий Северного Кавказа наблюдаются древнеферраллитные коры выветривания третичного времени, являющиеся почвообразующими породами современных бурых и коричневых лесных почв.

ПРОЦЕССЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ

Концепция процессов почвообразования в общей теории генезиса почв

Почвообразовательный процесс представляет собой совокупность явлений превращения и передвижения веществ и энергии, формирующих самостоятельное биокосное тело в поверхностном слое земной коры – почву. Почвообразование совершается под влиянием солнечной энергии при взаимодействии живых организмов и продуктов их распада с корой выветривания, содержащей воду и воздух. Сущность почвообразовательного процесса определяют два противоположных и взаимосвязанных комплекса биохимических, химических, физических, физико-химических процессов – поглощение живыми организмами минеральных веществ из окружающей среды и воздействие на окружающую среду живых организмов, продуктов их жизнедеятельности и распада.

В порядке усложнения и генетической результативности почвообразовательные процессы объединяются в следующие три группы: простейшие микропроцессы, элементарные почвенные процессы (ЭПП) и общие (тотальные) макропроцессы.

Простейшие микропроцессы представляют, как правило, различные противоположно направленные явления. Главная черта этих процессов: они не оставляют в почвах в данный момент заметных морфологически выраженных признаков.

Можно назвать следующие пары явлений, свойственных генезису почв:

Поглощение живыми организмами из почвы минеральных соединений и синтез органического вещества. Выделение живыми организмами в почвенный покров и почвенную атмосферу органических и минеральных соединений.

Разложение и минерализация органических остатков. Синтез из органических и минеральных соединений гумусовых веществ почвы.

Подкисление почвенных растворов органическими кислотами, продуцируемыми организмами при жизни, освобождающимися после отмирания и образующимися при гумификации. Нейтрализация почвенных растворов при обменных реакциях водорода органических кислот с основаниями, освобождающимися при минерализации органических остатков и разложении первичных минералов.

Разрушение первичных минералов почвообразующей породы. Синтез вторичных минералов и органо-минеральных комплексов.

Коагуляция органических, органо-минеральных и минеральных коллоидов, образование устойчивых агрегатов. Пептизация почвенных коллоидов, разрушение агрегатов.

Гидратация минеральных соединений. Дегидратация этих соединений.

Окислительные процессы, идущие при свободном доступе кислорода в почвенную толщу или при отсутствии дефицита кислорода в почвенных водах. Восстановительные процессы при постоянном или периодическом застое влаги и недостатке кислорода.

Движение растворов вверх и накопление подвижных соединений в верхней части профиля. Движение растворов вниз, растворение и вынос подвижных соединений.

Поглощение элементов органогенов живыми организмами и биогенное их накопление в верхних горизонтах почв. Растворение и вынос элементов биогенной аккумуляции.

Адсорбция почвенными коллоидами и живущими в почве живыми организмами газов почвенной атмосферы. Десорбция газов, их выделение в процессе дыхания и при разложении растительных остатков.

Дифференциация почвенного профиля и формирование различных по составу и свойствам генетических горизонтов. Нарушение строения почвенного профиля при физико-механических деформациях в результате деятельности почвенных животных и перемещениях почвенной массы.

Элементарные почвообразовательные процессы (ЭПП) представляют сочетание взаимосвязанных биологических, химических и физических явлений, протекающих в почвах и являющихся главными составляющими почвообразования в целом. Это конкретные явления, механизмы и процессы, приводящие к образованию того или иного признака почвы, например, гумусового горизонта, солонцеватости почвы, горизонтов карбонатных новообразований или гипса и т. д. По своей сущности ЭПП является проявлением многолетнего суммирования веществ и энергии простейших микропроцессов.

До настоящего времени нет четкой классификации элементарных почвообразовательных процессов. Разные авторы неодинаково представляют их содержание по объему и сущности явлений. Часто вызывает нарекания термин «элементарные». Его следует понимать не в смысле элементарной простоты, а как составляющий компонент (элемент) более сложных тотальных явлений, формирующих почвенное тело, целостное самостоятельное природное образование.

Общие (тотальные) макропроцессы формируют определенные почвенные индивидуумы (типы, подтипы и др.). В почвоведении они рассматриваются как чернозёмообразование, подзолообразование, бурозёмообразование, солонцеобразование и т. д. Чернозём, подзол или солонец образуются в результате определённого совместного воздействия нескольких элементарных почвообразовательных процессов.

Прецессионный подход к генезису почв позволяет глубже познать их производственно-генетические возможности. При рассмотрении конкретного почвенного профиля внимание концентрируется на двух-трех ведущих элементарных почвообразовательных процессах, которые формируют тип (подтип) почвы и поддерживают его в равновесии с окружающими внешними факторами.

Развитие почвенного типа (подтипа) происходит под воздействием нескольких элементарных процессов, и эти процессы являются главными, определяющими генезис конкретной почвы. Главные процессы могут сочетаться с сопутствующими подчиненными явлениями, не характерными для данного почвообразования. Главенство процессов не абсолютно. В зависимости от типов почв и конкретных условий главное может стать второстепенным, подчиненным.

Любой почвенный профиль не формируется только каким-либо одним ЭПП. Поэтому явления подзолообразования, чернозёмообразования, бурозёмообразования, солонцеобразования и другие представляют совокупность ЭПП, приводящих к формированию соответствующих почв.