Чтение онлайн

Если ледниковый период окончился десять — двенадцать тысяч лет назад и наступила эпоха голоцена, четвертичного периода, в которую мы сейчас живем, то, может быть, возраст наших почв одинаков с возрастом голоцена и достигает десяти тысяч лет. А. А. Роде, анализируя подзолообразовательный процесс на территории Ленинградской, Московской и Калининской областей, решил по различию в содержании железа в гумусовом и подзолистом горизонтах и в материнской породе рассчитать время перераспределения, выноса этого элемента из почвы. Получилось, что для такой дифференциации почвы по содержанию железа требуется десять тысяч лет. Казалось бы, все сходится. Но тогда на сцену выступают данные палеоботаники, которые свидетельствуют о смене растительности в течение голоцена. А если изменялся растительный покров, то должны были меняться и почвы. В. О. Таргульян считает, что наши подзолистые и дерново-подзолистые почвы сформировались в основном уже шесть тысяч лет назад. Уже тогда в них выделялись аккумулятивный, подзолистый, иллювиальный горизонты. С тех пор отмечалось лишь изменение ряда свойств этих горизонтов под влиянием смены растительности и климата. Вывод В. О. Таргульяна близок к идеям некоторых других ученых. Они считают, что подзолистые почвы нашей лесной зоны сформировались на так называемых двучленных наносах — отложениях моренного и покровного суглинков, перекрытых сверху более легкими породами. Обедненность гумусового и подзолистого горизонтов в этих почвах илом связывают не с современными почвенными процессами, а с исходной двучленностью отложений.

Наиболее четко эту гипотезу сформулировал И. А. Соколов. Он полагает, что при таянии ледника всегда образуются двучленные отложения, причем сверху — более легкие по механическому составу (более бедные глинистыми частицами), на которых развиваются современные почвы.

Все перечисленные варианты гипотез приводят к одному: современная дифференциация подзолистых почв на верхнюю облегченную и нижнюю утяжеленную толщи унаследована от прошлого. Последние три-четыре тысячи лет дифференциации почв такого размаха не наблюдалось. Если принять эту гипотезу, то сразу возникает вопрос: как считать возраст почв нашей зоны — от начала формирования двучленности или от начала суббореального периода? Ясно одно, что почвы и их горизонты разновозрастны по своему формированию. Разные свойства почв, включая и разные горизонты, могли образоваться в разные периоды голоцена. Иными словами, просто ответить, что возраст данной почвы соответствует возрасту голоцена, нельзя. С началом голоцена связано начало формирования современного почвенного покрова, но установление возраста каждой конкретной почвы — это особая задача.

Возраст погребенных почв устанавливается более или менее точно. По возрасту тех отложений, которые подстилают и перекрывают погребенную почву, можно рассчитать интервал в возрасте погребенной почвы.

Непосредственно возраст органического вещества почв, как погребенных (но не свыше шестидесяти тысяч лет), так и современных (не моложе семидесяти — ста лет), можно определить радиоуглеродным методом.

Известно, что в атмосфере содержится три сотых процента углекислого газа, который постоянно потребляется растениями. В верхних слоях атмосферы под влиянием космических лучей идут ядерные реакции, и из азота образуется изотоп углерода С14. Углерод окисляется до С14O2. Таким образом, атмосферный углекислый газ всегда содержит определенный процент изотопа углерода. Растение поглощает радиоактивный изотоп вместе с углекислым газом, строит из него свое тело, а отмирая, привносит его в почву, где С14 входит в состав гумуса, как и обычный С12. Но, как и любой радиоактивный элемент, изотоп углерода распадается и постепенно снова превращается в азот. Остается один С12. И вот по количеству радиоактивного изотопа углерода в органическом соединении можно установить его возраст — сколько времени прошло с тех пор, как углерод этого соединения покинул атмосферу. Метод этот кажется очень простым и многообещающим, особенно при установлении возраста почвенного гумуса. По этому пути пошли многие исследователи и получили интересные и неожиданные результаты.

Основное количество гумуса содержится в верхних слоях почвы. Гумус состоит из разных групп соединений: гуминовых кислот, фульвокислот, гумина. Оказалось, что разные группы этих веществ имеют разный возраст. Например, гуминовые кислоты черноземов (слой в десять сантиметров) образовались шестьсот шестьдесят — тысяча шестьсот восемьдесят лет, гумин — тысячу сто десять — две тысячи сто двадцать лет назад. Это для курских, воронежских, тамбовских черноземов. Возраст же гумуса австралийских тропических почв (красноземов) — сто один — шестьсот лет в поверхностном слое, пятьсот семьдесят — тысяча лет — на глубине тридцати — пятидесяти сантиметров и четыре тысячи — в более глубоких слоях почвы. Растет с глубиной возраст гумуса и у черноземов. В наших черноземах на глубине десяти — двадцати сантиметров возраст гумуса — тысяча двадцать лет, на глубине пятидесяти — шестидесяти сантиметров — две тысячи шестьсот восемьдесят лет, на глубине ста десяти — ста двадцати сантиметров — четыре тысячи семьсот двадцать лет, а на глубине двухсот сорока — двухсот пятидесяти сантиметров — даже двенадцать тысяч четыреста семьдесят лет.

Это различие можно объяснить тем, что верхний слой почвы постоянно сносится (эрозия) или что в него приносится пыль, и в этом случае гумусонакопление идет заново. Пыль веков, попадая в почву, омолаживает ее. Этим можно объяснить более юный возраст гумусового горизонта.

Есть еще одно обстоятельство, влияющее на изменение действительного возраста. Обнаружено, что новые порции органического вещества, поступая в почву, «обновляют» старый гумус. Они присоединяются к старым молекулам, замещают в них целые «блоки». И таким образом гумус по содержанию С14 как бы молодеет.

Но существует и противоположный процесс. Гумус может казаться старше, чем на самом деле. Представьте такую картину: гумус разрушается после какого-то длительного этапа «хранения» в почве, в воздух выделяется углекислый газ, который по сравнению с атмосферным беднее радиоактивным изотопом углерода. Выделившийся углекислый газ сразу перехватывается и ассимилируется растениями, он не успевает обогатиться радиоактивным углеродом, не успевает равномерно перемешаться с атмосферным углекислым газом. Содержание изотопа в растениях будет меньше нормы. Тем более меньше нормы оно будет в новом гумусе, образовавшемся из этих растений. Получится (по определению на приборах), что гумус старше, чем в действительности. Так, например, на Камчатке в ряде мест растения усваивают углекислый газ, выделяющийся из земной коры. Поэтому возраст растительных остатков здесь получается завышенным. Аналогичная ошибка происходит и при определении возраста трав около шоссейных дорог. По радиоуглеродному методу возраст трав здесь иногда измеряется чуть ли не миллионами лет. Но это не возраст трав — фактически это возраст бензина, на котором работают моторы проезжающих но шоссе автомобилей. Выделяющийся при сгорании бензина углекислый газ поглощается придорожными растениями, а так как он беден изотопом углерода, то получается очень большой возраст.

Итак, радиоуглеродный метод позволяет нам с учетом всевозможных ошибок оценить возраст гумусовых горизонтов почвы. Но он мало говорит о возрасте самой почвы. В лучшем случае, даже если все исследования проведены точно, мы узнаем возраст лишь одного горизонта. А их по крайней мере три: гумусовый, переходный, материнская порода. Правда, в некоторых почвах имеются карбонатные образования: лёссовые куколки, журавчики, белоглазка, псевдомицелий и т. д. Эти образования тоже содержат углерод, и к ним иногда можно применить радиоуглеродный метод. Анализ таких карбонатных включений в Новой Зеландии, в так называемых серо-коричневых почвах, показал, что на глубине тридцати — сорока сантиметров карбонаты по С14 имеют возраст две с половиной тысячи лет, на глубине шестидесяти — семидесяти сантиметров — шесть — девять тысяч лет, а на глубине один метр — уже двадцать восемь тысяч лет.

Все приведенные данные и по гумусу, и по карбонатным включениям показывают, что почва — образование разновозрастное, что на разной глубине одинаковые элементы почвенного профиля имеют разный возраст. Не во всех почвах есть карбонаты, по которым можно было бы хотя бы ориентировочно назвать возраст почвенных горизонтов. На некарбонатных почвах возраст пытаются определить другими методами, например по оценке скорости выноса разных соединений из почвы, скорости разрушения минералов почвенных горизонтов. Этот метод пригоден и на карбонатных почвах, особенно если карбонаты диффузно распределены в нижних слоях почвы.

В почву и на поверхность почвы поступают растительные остатки. Сквозь растительный опад и почву просачиваются осадки, растворяющие некоторые почвенные соединения. По мере их движения в почве часть растворов поглощается и на определенной глубине промачивания почвы уже не наблюдается. Замедление движения раствора и повышение концентрации растворенных веществ приводят к выпадению их в осадок. Постепенно на границе среднемноголетнего промачивания почвы накапливаются принесенные из верхних горизонтов растворимые вещества. На этой глубине они выпадают в осадок. Если учесть, что разные вещества, растворенные в одном растворителе и находящиеся в одном растворе, движутся с разной скоростью, то можно ожидать на разных глубинах скопления разных веществ. Так, в почвах сухих степей можно на глубине сорока — пятидесяти сантиметров встретить карбонатный горизонт, на глубине ста — ста тридцати сантиметров — гипсовый, а на глубине ста пятидесяти — двухсот сантиметров — слой растворимых солей (поваренной соли, сернокислого натрия и др.).

Еще Докучаев связывал образование карбонатных скоплений в черноземах с выщелачиванием кальция из верхних горизонтов. И действительно, прослеживается связь между количеством выпадающих осадков и глубиной залегания растворимых соединений, в частности карбонатов: чем больше осадков, тем глубже залегают карбонаты. Но конечно, связь эта не такая простая. На нее влияет механический состав почвы, ее водопроницаемость и изменение водопроницаемости в процессе почвообразования. Влияет на указанную зависимость обработка почвы, ее использование в сельском хозяйстве. Поэтому всегда трудно выбрать точку нулевого отсчета для определения возраста почвы, «нуль-момент».

Не менее трудно найти в толще почвы слой ненарушенной материнской породы. Обычно почвообразовательные процессы захватывают толщу почвы до четырех метров. А на глубине один-два метра очень часто заметна смена почвообразующих пород. Эта смена может быть контрастной, резкой, а может быть и постепенной, малозаметной. Но в любом случае она затрудняет все наши расчеты по скорости выноса веществ из верхних горизонтов почв.

Однако найденная связь между осадками и выносом солей широко используется мелиораторами для прогноза рассоления почв. Его применяли голландцы для расчетов скорости формирования отмытой от солей почвы определенной мощности после осушения морского дна. Но это уже обратная задача: по скорости выщелачивания прогнозировать мощность отмытой за определенный срок почвы.