CC BY
1
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2023. Т. 78. № 4 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2023. Vol. 78. No. 4
УДК 631.44 |(сс)Т7аТТЯ
DOI: 10.55959/MSU0137-0944-17-2023-78-4-29-43
ГОРИЗОНТЫ ПАЛЕОПОЧВОВЕДЕНИЯ А. О. Макеев1*, А. В. Русаков2
1 МГУ имени М.В. Ломоносова, факультет почвоведения, 119991, Россия, Москва, Ленинские горы, д. 1, стр. 12
2 Санкт-Петербургский государственный университет, Институт наук о земле, 199178, Россия, Санкт-Петербург, В.О., 16-я линия, д. 29
* E-mail: makeevao@gmail.com
Палеопочвоведение — это бурно развивающаяся наука, изучающая почвы прошлых геологических эпох с целью получения информации об эволюции природной среды. Объектами палеопочвоведения являются не только собственно почвы, но и продукты их вовлечения в биогеосферные циклы (ресайклинг). Это определяет планетарную роль почвообразования, проявляющегося в воздействии на состав верхних слоев литосферы и приводящего к появлению новых минералов, изменении дисперсности, остаточной или аккумулятивной концентрации элементов. В геологической истории Земли почвообразование реализуется в рамках единого процесса — экзогенеза, включающего взаимообусловленную совокупность процессов выветривания, почвообразования, осадконакопления, диагенеза и геохимической миграции веществ. Педолитосфера отражает главные события в эволюции ландшафтной оболочки Земли с самого начала геологической летописи, такие как формирование кислородной атмосферы, появление высших растений и травянистых биомов, динамику межледниково-ледниковых циклов и др. Палеопочвы являются основой палеогеографических реконструкций и прогностических моделей климатических изменений. Палеопочвоведение раздвигает горизонты почвоведения в системе биогеосферных наук и определяет формирование новых научных дисциплин: бактериальной палеонтологии, палеогеохимии, биогеоморфологии, астропедологии, геоархеологии, экологического палеопочвоведения, почвенного палеокриогенеза и учения о криобиосфере. Историческое измерение, которое привносит палеопочвоведение, делает почвоведение зрелой исторической наукой.
Ключевые слова: палеопочвы, палеогеографическая реконструкция, стратиграфия, эволюция почв.
Введение
Палеопочвоведение — это наука на стыке наук о жизни и о Земле, изучающая почвы прошлых геологических эпох с целью получения информации об эволюции природной среды. Пионерные находки палеопочв связаны с именами крупных ученых-энциклопедистов. Так, первое описание палеопочв в составе лессово-почвенных серий террас Дуная выполнено основателем современной океанографии графом де Марсильи (Luigi Ferdinando de Marsigli) в 1726 г. [Markovich et al., 2009]; М.В. Ломоносов впервые исследует погребенные почвы как палеогеографический архив [Ломоносов, 1949]; Д. Хаттон, один из основателей современной геологии, описал палеопочвы в геологических несогласиях [Hutton, 1795], а В. Баклэнд, первый исследователь динозавров (Megalosaurus), исследовал палеопочвы в слоях осадочных пород [Buckland, 1837]. Очевидно, однако, что научная дисциплина «палеопочвоведе-ние» не могла оформиться до того, как В.В. Докучаев заложил основы фундаментальной науки «почвоведение» [Докучаев, 1949]. К.Д. Глинка сформулировал основные постулаты палеопочвоведения [Глинка,
© Макеев А.О., Русаков А.В., 2023
1904]. Само же название новой дисциплины «Палеопочвоведение» было предложено Б.Б. Полыновым [Полынов, 1917]. Ко второй половине XX в. развитие стратиграфии и методов абсолютного датирования обусловило возможность использовать палеопочвы для палеогеографических реконструкций. Организация в 1965 г. международной палеопочвенной комиссии в составе трех научных обществ (ISSS, IUGS, INQUA) способствовала развитию широкого международного сотрудничества. В последние десятилетия палеопочвоведение — это одна из наиболее быстро развивающихся дисциплин почвоведения.
Объекты палеопочвоведения
Палеопочва — это почва, сформировавшаяся под воздействием былых природных обстановок в геологическом прошлом [Ruhe, 1965]. Согласно определению палеопочвенной комиссии Международного Союза наук о почве (IUSS), выделяются следующие виды палеопочв: 1) погребенные (ископаемые); 2) непогребенные (реликтовые) — surface paleosols, non-buried paleosols, relict paleosols; 3) ре-экспонированные (погребенные палеопочвы, экспонированные на дневную поверхность в резуль-
тате эрозии) — exhumed paleosols [Paleopedology Glossary, 1997]. Однако анализ литературы показывает, что диапазон объектов палеопочвоведения существенно шире.
В геологической летописи наличие палеопочв, особенно зрелых профилей, отмечает периоды метастабильности в геологических циклах [Ruhe, 1965]. Это, однако, не гарантирует дальнейшую сохранность палеопочв. И палеопочвы, и включающие их осадки уничтожаются геоморфологическими процессами, вовлекаются в геологический круговорот. До недавнего времени находки дочетвертич-ных палеопочв, особенно полнопрофильных, были крайне редки. Еще реже встречаются сохранившиеся участки древних почвенных покровов. Тем не менее еще К.Д. Глинка подчеркивал: «Если мы будем хорошо знакомы с внутренними свойствами почвенных типов, то во многих случаях в состоянии будем различать их и тогда, когда для нашего изучения осталась не почва, а продукт ее разрушения, какой-нибудь нанос, образовавшийся из почвенного материала» [Глинка, 1904]. То есть о характере почвообразования и, в целом, о ландшафтной обстановке можно судить не только по сравнительно редким находкам собственно палеопочв, но и по характеру геологических отложений, испытавших на себе воздействие почвообразования.
И.П. Герасимов, первый президент международной палеопочвенной комиссии, предложил понятие педолит для седиментационных горизонтов, состоящих в значительной степени из почвенного материала (переотложенные почвы, пе-доседименты) [Gerasimov, 1971]. Таким образом, педолиты — это осадочные породы, несущие признаки почвообразования. Очевидно, что педолиты входят в число объектов палеопочвоведения. Но судьба палеопочв в геологических циклах не ограничивается простым перемещением почвенного материала. Для того чтобы понять роль палеопочв в истории Земли и их влияние на эволюцию гео-сферно-биосферных циклов, нам необходимо опираться на учение о биогеохимической роли живого вещества. В.И. Вернадский подчеркивал: «Влияние жизни не ограничивается одним поверхностным слоем. Благодаря геологическим процессам происходят смещения земных слоев, и почва нередко целиком во всей своей массе на значительных протяжениях переносится в другие земные оболочки, прекращая свое существование как почва, но внося в эти оболочки ту химическую энергию, которая дана ей деятельностью живого вещества. В общем, этот процесс играет в истории земли гораздо большую роль, чем мы ему обычно приписываем» [Вернадский, 1992]. С влиянием живого вещества В.И. Вернадский связывал такие важные свойства горных пород, как мелкоземистость и смешение большого числа химических элементов. Большую часть осадочных пород В.И. Вернадский
рассматривал как бывшие палеопочвы. И.П. Герасимов отмечал, что история субаэральных отложений — это история палеопочв. Очевидно, что с таким же основанием к бывшим палеопочвам следует относить и значительную часть метаморфических (бывших осадочных) пород [Gerasimov, 1971]. Другими словами, речь идет о непрерывном взаимодействии на протяжении геологической истории Жизни и Почвы, приводящем к формированию не только, собственно, палеопочв, но и преобразующем, в конечном счете, всю земную кору. Эти подходы затем развиты в трудах исследователей, раскрывающих роль геологического и биологического круговоротов в почвообразовании [Полынов, 1948; Ковда, 1973; Goldshmidt, 1954]. Согласно В.А. Ковде, «Появление жизни, создавшей биосферу и исключительно деятельное "живое вещество", играющее огромную роль в геохимических процессах земной коры, привело к тому, что геологические процессы протекают при определяющем значении биосферы и геологические круговороты веществ тесно сочетаются и находятся в единстве с биологическими круговоротами и почвообразованием» [Ковда, 1973, т. 1, с. 102]. Г.А. Заварзин предложил понятие «биосферно-геосферная система», а Г.В. Добровольский — «биогеосфера» [Заварзин, 2003; Добровольский и др., 2010]. Для описания эволюции этих взаимодействий мы будем использовать понятие «биогеосферные циклы». Речь идет о том, что связь между биологическими циклами и геологическим круговоротом в биогеосфере осуществляется через почву (палеопочву). Таким образом, роль почв в истории Земли следует оценивать по эволюции взаимодействия биологического и геологического круговоротов в биогеосфере. Для всей совокупности почв и продуктов их вовлечения в геологический круговорот М.А. Глазовская [2009] предложила понятие «педолитосфера». Именно педолитосфера, а не только профили и горизонты собственно палеопочв, является объектом изучения палеопочвоведения.
Ключевые этапы эволюции педосферы
в геологической истории Земли
Многочисленные исследования последних лет подтверждают, что палеопочвы — это не экзотика в геологической летописи, и распространены очень широко. Еще шире распространены продукты их вовлечения в геологический круговорот — продукты педолитосферы. Биогеохимическая летопись, представленная в педолитосфере, позволяет воспроизвести практически непрерывную картину эволюции ландшафтной оболочки Земли. Это своего рода периодическая система, в клеточки которой предсказанным образом вкладываются находки вновь открываемых палеопочв. Подробная картина эволюции педосферы рассмотрена нами ранее [Макеев, 2012а]. На основании имеющихся в насто-
ящее время данных мы можем выделить ключевые этапы эволюции педосферы Земли.
Формирование педосферы связано с наиболее древними признаками наземной жизни в раннем докембрии. Почвообразование — постоянное звено геологического круговорота с самого начала геологической летописи. Очевидно, что вопрос о времени появления почв связан с вопросом появления на суше живых организмов. Почва не могла сформироваться без участия жизни, а жизнь на суше не могла возникнуть и развиваться вне условий существования, то есть почв. Г.А. Заварзин обратил внимание на соотношение понятий «обитание» — признаки жизни и «обитаемость» — условия, необходимые для жизни [Заварзин, 2001]. К признакам обитаемости относятся мелкоземистые субстраты, обладающие емкостью поглощения, благоприятными физическими свойствами и признаками биогенного синтеза вторичных минералов, содержащие элементы минерального питания и др. Обитание и обитаемость на суше возникли одновременно. По-видимому, почвообразование — неизменное звено биогеосферной системы с самого начала геологической летописи. Значительное разнообразие палеопочв связано с докембрием [Retallack, 2019]. Древнейшие почвы имеют горизонтное строение профиля, характеризуются наличием кутан на структурных отдельностях, имеют признаки глубокого биохимического выветривания и обладают лито- и климасенсорностью [Nedachi et а1., 2005]. Мощные профили докембрийских палеопочв позволяют пересмотреть представления о функциональных возможностях древнейших сообществ микроорганизмов. Биохимическая роль микроорганизмов определяется невероятно высокой скоростью их размножения. С их деятельностью связан синтез органических веществ и первые биологические циклы С, 8, N Р, Fe, Мп, а в дальнейшем — расширение биологического круговорота минеральных веществ [Ковда, 1973]. При близости свойств докем-брийских палеопочв и их современных аналогов, они близки и по экологическим функциям. Древние почвы формировались как компоненты существовавшего тогда биогеоценоза: сложно построенного сообщества микроорганизмов.
Революционные изменения в характере биохимического выветривания и почвообразования связаны с появлением кислородной атмосферы в па-леопротерозое, определившей изменение геохимической обстановки и формирование защитного озонового экрана, без наличия которого существование живых организмов на поверхности суши невозможно из-за воздействия солнечных ультрафиолетовых лучей. Именно палеопочвы дают документальное подтверждение произошедшей революции. Профили палеопочв старше 2,45 Ga характеризуются бледной зеленоватой окраской даже при высоком содержании железа (так называемые зеленые глины,
«green clays»). Отсутствие оксидных пленок и минералогический состав отражают низкое содержание кислорода в атмосфере в эпоху до «кислородного взрыва» [Murakami et al., 2001].
В процессе эволюции биогеосферной системы росло многообразие типов климата, связанное со становлением современной суши, горообразованием и др. При этом увеличивались биологическая составляющая геологического круговорота и разнообразие форм жизни. Возрастала и внутритиповая и пространственная диверсификация педосферы [Global Soil Change, 1990]. Каждый генетический тип почв — это историческая категория, возникшая в определенный исторический этап.
Следующий этап революционных изменений в эволюции педосферы связан с появлением высших растений в девоне, сопровождавшимся глубоким проникновением корневой системы, вовлечением подземных вод в атмосферный гидрологический цикл, усилением биохимического выветривания, формированием гумусовых горизонтов на основе органоминеральных взаимодействий и др. Комплекс биологических остатков в почвах девона указывает на высокое биоразнообразие [Алексеева, 2020]. Не менее принципиальные изменения в характере почвообразования в кайнозое связаны с распространением травянистой растительности в мезозое, определившим формирование черноземов [Retallack, 2019].
Экзогенез и почвообразование
Почвообразование является частью более общего процесса экзогенеза (гипергенеза). Последний понимается как взаимообусловленная система процессов выветривания, почвообразования, седи-ментогенеза, диагенеза и геохимической миграции веществ [Полынов, 1956; Соколов, 1997; Таргульян, 2019]. Изучение палеопочв позволяет расширить наши представления о соответствии и взаимной обусловленности почвообразования и седиментации в сходных ландшафтных обстановках, а также о влиянии почвообразования на свойства гипергенной оболочки (экзосферы) в геологической истории Земли. Именно во взаимоотношении с характером седиментации реализуются различные модели почвообразования и формируются кумулятивные, срезанные, составные профили и педокомплексы [Palaeopedology Glossary, 1997]. При этом зрелые палеопочвы фиксируют и наиболее стабильные поверхности. Взаимное смешивание палеопочв в циклах эрозии и переотложения обусловливает формирование продуктов с высокой климатической сенсорностью [Соколов, 1976]. Экзогенез проявляется в согласованной реакции характера почвообразования и седиментации на климатические тренды. Например, гумидному/аридному типу седиментации соответствует гумидный/аридный тип почвообразования. Циклы накопления эоло-
вых песков согласуются с формированием аридных почв. В лессово-палеопочвенных сериях горизонты лессов указывают на сухие холодные периоды в лед-никово-межледниковых циклах.
Специфика палеопочвенной записи заключается в том, что в основном находки погребенных палеопочв связаны либо с геологическими несогласиями (geological unconformities), либо с циклами осадконакопления (sedimentary sequences) [Палеопедология, 1974; Retallack, 2019], когда почвенные покровы, сформировавшиеся в периоды замедления осадконакопления, погребаются при последующем седиментационном цикле. Наличие и степень развития палеопочв определяются мор-фоструктурой той или иной области суши. Так, в геосинклинальных областях на фоне денудации и врезания гидрографической сети почвенные покровы со зрелыми почвами либо не формируются, либо уничтожаются. Чаще всего палеопочвы приурочены к платформенным областям, особенно к областям опускания — седиментационным бассейнам. Чередование циклов осадконакопления и почвообразования тесно связано с эволюцией седиментационного бассейна и определяется динамикой тектонических движений. Скорость седиментации возрастает при погружении бассейна, в то время как эрозионные процессы преобладают при циклах поднятий. В результате в толще осадочных пород формируются ярусы погребенных почв. Амплитуды колебательных движений могут достигать нескольких километров. Даже субаэральные отложения, такие как эоловые пески и лессово-по-чвенные серии, сохраняются преимущественно в пределах седиментационных бассейнов. Высокая доля гидроморфных почв в палеопочвенной записи, особенно дочетвертичного времени, определяется не столько биоклиматическими условиями, сколько сохранностью почв в подчиненных позициях. В этом смысле палеопочвоведение — это в значительной степени наука о флювиальных палеопочвах. Во всем диапазоне природных обстановок именно во флювиальных системах представлена наиболее детальная палеопочвенная запись. Конечно, почвы долин могут значительно отличаться от почв водоразделов. Однако и в долинных комплексах на высоких террасах могут быть представлены зрелые почвы, хорошо отражающие палеоландшафтную обстановку. В древних флювиальных системах согласованная эволюция почвообразования и флю-виальной архитектуры (строения речных долин) на климатические тренды проявляется особенно ярко. Так, в верхнемеловых-нижнепалеогеновых почвах Египта и Бразилии реконструкция палеоландшафт-ной обстановки основывается на соответствии па-леопочвенных и седиментационных признаков, которые взаимно дополняют друг друга [Wanas, El-Hassan, 2006; Basiliki, Fuhr Dal Bo, 2010]. В этих осадочных толщах палеопочвы и аллювиальные
фации фиксируют относительно гумидные циклы. Таким образом, седиментацию и почвообразование следует рассматривать как единый взаимосвязанный процесс, определяемый как тектоникой, так и климатом.
Особое место среди архивов палеопочв занимают вулканические отложения — лавы и тефра. Их отложение определяется эндогенными процессами, а благодаря стадийному выпадению в их толщах могут быть представлены палеопочвы самого различного облика и степени сформированности. Цикличность вулканических выбросов обусловливает формирование тефра-палеопочвенных серий [Solleiro-Rebolledo et я1., 2015]. Уникальность этих серий состоит в том, что они могут представлять запись о мезоморфном почвообразовании, часто выпадающую вследствие денудации. Кроме того, вулканические отложения часто бронируют различные почвенно-седиментологические серии, обеспечивая их сохранность.
Наряду с палеопочвами к числу наиболее ярких индикаторов палеоклиматической обстановки относятся эвапориты, бокситы, латериты, каолини-товые глины, каменные угли, ледовые отложения и пр. Высокой сенсорностью обладают и эоловые отложения. Таким образом, осадочные породы, палеопочвы и продукты их переотложения представляют собой взаимодополняющие архивы. Так же, как и по биогеохимическим индикаторам, мы можем даже предсказывать свойства неоткрытых палеопочв по седиментационным обстановкам того или иного геологического периода. В.А. Ковда впервые рассмотрел эволюцию педосферы в геологической истории Земли на основе анализа биогеохимических и седиментационных обстановок [Ковда, 1973]. Единичные находки дочетвертичных палеопочв были в то время практически неизвестны, для докембрия отсутствовали совсем. Тем не менее с высоты наших современных представлений мы можем сказать, что В.А. Ковде удалось представить биогеохимическую матрицу («периодическую систему»), в которую укладываются вновь открываемые древние почвы.
Изучение педолитосферы как объекта палео-почвоведения показывает, что субстратом для почвообразования в подавляющем большинстве случаев являются породы, прошедшие, иногда многократно, через биогеосферные циклы в процессе экзогенеза. Большая часть осадочных и метаморфических пород является продуктами ресайклинга [Макеев, 2012a]. Так, отложения ледниковой формации (морены, водно-ледниковые и озерно-лед-никовые отложения), а также лессы являются продуктами ресайклинга в ледниково-межледниковых циклах. Ресайклинг обусловливает то, что почвообразование утилизирует продукты предшествующих биосферно-геосферных циклов. Соответственно многие особенности состава и свойств почв на
осадочных и метаморфических породах являются унаследованными от былых биосфер. Например, глинисто-пылеватые фракции в значительной степени унаследованы от биосфер прошлого. На протяжении геологической истории экзогенез приводит к расширению мелкоземистой базы почвообразования. В геологической истории абсолютно преобладали теплые биосферы. Периоды с холодными биосферами составляют около 4% от продолжительности фанерозоя [Чумаков, 2001]. Субстратами для почвообразования являются в основном продукты, прошедшие через древнее тропическое лесное почвообразование [Ковда, 1973]. Холодные биосферы в основном утилизируют мелкозем теплых биосфер. В частности, четвертичное почвообразование, в том числе и голоценовое, реализуется в обстановках холодной биосферы кайнозоя и в значительной степени на продуктах теплых дочетвертичных биосфер, прошедших многократное переотложение в процессе экзогенеза.
Роль ресайклинга ярко проявляется в формировании красноцветных отложений, широко распространенных в различных обстановках фанеро-зоя как в областях аридной и семиаридной, так и гумидной седиментации. Это часто ставит исследователей в тупик и приводит их к выводу о невозможности использования красноцветов в качестве палеоландшафтного индикатора [Sheldon, 2005]. Наибольшая сложность диагностики красноцве-тов связана с тем, что в геологической летописи они чаще всего представлены переотложенными продуктами. Примером этого являются верхнепермские педокомплексы востока Московской си-неклизы [Иноземцев, Таргульян, 2010]. Пермские красноцветные толщи, долгое время считавшиеся индикатором жарких пустынь [Полынов, 1956], сформированы в озерно-аллювиальных толщах в пределах обширного седиментационного бассейна. Красная окраска горизонтов почвенного профиля не связана с почвообразованием и диагенезом — почвообразующие породы были исходно красно-цветные и представляли собой переотложенные продукты разрушения кор выветривания. В процессе почвообразования произошла трансформация исходной окраски под воздействием оглеения. Таким образом, инситные красноцветные коры выветривания являются индикаторами климатических условий на месте их образования, а переотложенные отложения характеризуют ландшафтные условия их переотложения и эпигенетического преобразования. Аналогичным образом объясняется и широкое распространение красноцветных отложений в современных пустынных областях (пустыни США, Аризона, и Австралии). Их красный цвет связан с тем, что это продукты переотложения красноцветных триасовых и миоценовых палеопочв и кор выветривания, сформированных в условиях влажного тропического климата.
Итак, почвообразование в геологической истории Земли реализуется в рамках единого процесса — экзогенеза, включающего взаимообусловленную совокупность процессов выветривания, почвообразования, седиментогенеза, диагенеза и геохимической миграции веществ. Участие продуктов почвообразования в биогеосферных циклах (ресайклинг) определяет планетарную роль почвообразования, заключающуюся в преобразовании состава верхних слоев литосферы и образовании новых минералов, изменении дисперсности, остаточной или аккумулятивной концентрации элементов. В системе биогеосферных циклов почвы являются связующим звеном между биологическим и геологическим круговоротами.
Палеогеографические реконструкции
на основе изучения палеопочв
Ценность палеопочв как палеогеографического архива определяется их способностью аккумулировать в себе запись о многочисленных параметрах природной среды, в том числе и в изменившихся ландшафтных условиях. Эту способность принято называть почвенной памятью [Таргульян, 2019]. По своей сути понятие почвенная память появилось в результате эволюции крылатого докучаевского выражения: «Почва — зеркало ландшафта». При работе с палеопочвами в ряду меняющихся ландшафтных обстановок на первый план выступает другая сторона способности почв отражать ландшафтные условия: «Почва — память ландшафта». Основу памяти составляет широкий набор известных почвенных свойств, поскольку все они формировались под воздействием ландшафтных условий. Это генетические почвенные горизонты, цвет, структура на разных уровнях организации, новообразования, гранулометрический, минералогический и валовой химический состав и др. Поскольку многие свойства изменены диагенезом, задача исследователя — отбор информативных признаков, адекватно отражающих условия формирования палеопочв. В настоящее время учение о почвенной памяти хорошо разработано, что избавляет нас от задачи проводить подробный анализ свойств палео-почв как палеоландшафтных индикаторов [Таргульян, 2019]. Большинство свойств используется для качественной оценки ландшафтных условий. Например, глинистые кутаны указывают на преобладание гумидных, а карбонатные конкреции — аридных-семиаридных условий.
Однако при комплексных палеогеографических реконструкциях перед палеопочвоведением часто ставятся задачи определить конкретные количественные параметры. Количественные показатели активно развиваются, и они используются для оценки ландшафтных условий от докембрия до кайнозоя [Алексеев и др., 2019; Sheldon, Tabor, 2009; Muhs, 2018]. Это среднегодовые количества осадков
и температуры (MAP и MAT), содержание кислорода и углекислого газа в атмосфере (pCO2) и другие параметры. Эти количественные индикаторы основываются на сопоставлении свойств палеопочв с современными аналогами.
Расширяющиеся задачи палеогеографических реконструкций приводят к пониманию особенностей записи информации в различных архивах. Данные по палеопочвам пока заметно уступают другим палеогеографическим архивам, в том числе и наземным. Среди различных палеогеографических архивов палеопочвы обладают одним из самых высоких пространственных разрешений, что связано с формированием почв in situ [Таргульян, 2019]. В то же время палеопочвы обладают относительно низким временным разрешением — процессы почвообразования накладываются на одну и ту же толщу. Происходит наложение, маскировка, стирание предшествующих свойств.
В этой связи интересно сопоставить особенности почвенных и породных архивов. Считается, что в своих центральных идеальных образах почвы и породы представляют собой диаметрально противоположные экзогенные образования [Таргульян, 2019]. У почв в идеале инситный характер записи, накладывающийся на один и тот же объем (палимп-сестная память), а у пород — аллохтонный, так как записывается информация обо всей области мобилизации осадочного материала (книгоподобная память). Однако, как показано выше, почвообразование и седиментогенез в биогеосферных циклах эволюционируют согласованно, в рамках единого для педолитосферы процесса экзогенеза. При палеогеографических реконструкциях их следует рассматривать как два взаимно дополняющих способа записи информации о внешней среде. И в почвах, и в осадочных породах сложно сочетаются как аллох-тонная, так и инситная модели записи информации. Так, свойства осадочных пород могут быть обусловлены инситными процессами, такими как диагенез, гидротермальное воздействие и пр., а инситная почвенная запись сохраняется не только, собственно, в почвах, но и в продуктах их переотложения и вовлечения в геологический круговорот. Поэтому почвенная память представлена как в погребенных почвах, так и в других компонентах педолитосфе-ры: педолитах, инситных и перемещенных корах выветривания, терригенных осадочных, а часто и метаморфических породах, и пр.. В этом контексте можно говорить о глобальной памяти почв [Таргульян, 2019].
С этой точки зрения память осадочных пород действительно обладает сложной природой, в которой сочетаются оба способа записи информации: аллохтонный (о материале-источнике, механизмах мобилизации осадка, способах и дальности транспорта, условиях отложения) и инситный, сохраняющий информацию о предшествующем седимен-
тации этапе почвообразовании. Иными словами, значительную долю в породной памяти составляет память почвенная. Картина будет раскрыта во всей полноте, если мы добавим к этому тот факт, что осадочные породы в основном являются продуктами неоднократных циклов осадконакопления, сочетающегося с почвообразованием и эрозией. Таким образом, почвообразование вносит значительный вклад в формирование климасенсорности осадочных пород. Иллюстрацией к сказанному служат верхнепермские красноцветные алевролиты Московской синеклизы, которые сохранили инситную запись о предшествующем переотложению цикле почвообразования/выветривания [Иноземцев, Таргульян, 2010].
К сожалению, палеопочвы до сих пор недостаточно используются для палеогеографических реконструкций, основу которых составляет палеонтологическая запись. Однако почвы и биота неотделимы друг от друга в эволюции географической оболочки. Современные подходы к палеогеографическим реконструкциям по палеопочвенным записям включают в себя разносторонний комплекс палеонтологических, палеопочвенных и геологических параметров. Палеогеографические реконструкции четвертичного периода опираются на широкую совокупность архивов, каждый из которых отличается пространственными и временными разрешениями:
Водные архивы содержат наиболее полную запись и обладают наиболее полным разрешением. Среди водных архивов выделяются глубоководные океанические осадки, позволяющие оценить температуру поверхности океана на протяжении последних 2,5 млн лет. Причем данные по глубоководным осадкам легко коррелировать между собой. В настоящее время на основе десятков тысяч измерений §18O в фораминиферах глубоководных океанических осадков различных частей Мирового океана построена обобщенная температурная кривая — глобальный палеотермометр [Lisiecki, Raymo, 2005]. Различные участки этой кривой подразделяются на морские изотопные стадии (MIS — marine isotope stages). При этом минимумы нумеруются четными номерами (MIS6, MIS4, MIS2) и соответствуют ледниковым периодам, а максимумы (MIS5, MIS3, MIS1) — нечетными. Последние соответствуют межледниковьям, или интерстадиалам. В настоящее время как водные, так и наземные архивы подразделяются на эти стадии, что облегчает их корреляцию между собой. Прекрасным разрешением обладают и слоистые озерные осадки — ленточные глины и т. п.
Ледниковые толщи (Антарктида, Гренландия и др.) также служат одним из наиболее ярких реперов для палеогеографических реконструкций.
К числу наземных архивов относятся лессово-палеопочвенные и тефра-палеопочвенные серии,
толщи ледниковых и водно-ледниковых отложений, флювиальные толщи и др. Наземные архивы выделяются меньшей полнотой и непрерывностью и лишь в отдельных случаях приближаются к водным и ледниковым записям. Это прежде всего лессово-палеопочвенные серии Китая и Таджикистана, позволяющие проводить палеогеографические реконструкции на протяжении последних 2,4 млн лет. Почвенно-тефрохронологические серии могут быть достаточно полными, но они раскрывают картину палеогеографических изменений лишь на региональном уровне. Их ценность заключается, однако, в том, что они представлены в геосинклинальных областях по периферии материков, там, где лессовые покровы отсутствуют [Sedov et a1., 2003; 80^0^130^0 et a1., 2015]. Еще меньше возможности для межрегиональных корреляций предоставляют аллювиальные серии и озерные отложения, однако на местном уровне они могут выделяться очень высоким разрешением и существенно дополнять представления о динамике ландшафтной обстановки. Важную информацию может содержать и изучение отложений, связанных с динамикой береговых линий — морских террас. Отложения речных террас и дельт широко распространены прежде всего в семиаридных областях. Эволюция флювиальных систем не всегда определяется изменением климата и отражает ритмические колебания, связанные с тектонической активностью. Делювиальные шлейфы характеризуют резкие и катастрофические события на локальном уровне, такие как засухи, пожары и т. п. В последнее время формирование этих архивов все больше связывается с климатическими ритмами. Делювиальные отложения широко представлены в регионах с переменно-влажным климатом (субтропики, Средиземноморье). Прослои каменного угля — один из основных источников палеогеографической информации древних эпох. Археологические объекты содержат палеопочвы и педоседименты, представляющие большую ценность для характеристики ландшафтных изменений в короткие временные отрезки.
Каждый из перечисленных архивов обладает своими особенностями и степенью пространственно-временного разрешения. Наземные архивы уступают водным по непрерывности записи и по ее временному разрешению. Однако последние предоставляют гораздо более полный набор параметров для реконструкции былых природных обстановок. Основу записей в наземных архивах составляют прежде всего палеопочвы. При работе с разнообразными наземными четвертичными архивами мы часто имеем возможность повышать временное разрешение. Например, дополнять лессово-палеопоч-венные серии аллювиальными. Наиболее полные лессовые разрезы часто также связаны с отложениями погребенных балок [Sycheva et a1., 2020]. Итак,
палеопочвы представляют собой важнейший палеогеографический архив с присущими ему пространственными и временными разрешениями.
Ретроспективный анализ динамики природной среды позволяет строить и прогностические модели глобальных изменений климата. Особое значение имеет анализ динамики природной среды за последний межледниково-ледниковый макроцикл (125-10,7 тысяч лет назад). Изучение почв на переходе от последнего межледниковья к оледенению показало, что этот период сопровождался нестабильностью ландшафтно-климатических условий и усилением аридизации. Так, лесные почвы межледниковий в умеренных широтах сменяются степными и в дальнейшем — криоаридными. Начиная с 1960-х гг. на планете усиливается опустынивание [Ковда, 2008]. Аридизация суши определяется не только деятельностью человека, а, возможно, наряду с усиливающимися погодными экстримами означает постепенный переход к новой ледниковой эпохе. Текущее межледниковье (голоцен — М181) уже длится дольше (10,7 тысяч лет), чем другие меж-ледниковья.
Эволюция педосферы в контексте
экосистемной теории эволюции
Во все периоды геологической истории почвы являлись не только средой обитания и жизнедеятельности подавляющего большинства наземных организмов, но и полифункциональной природной системой, обеспечивающей совместно с процессом фотосинтеза циклический характер воспроизводства жизни на Земле. Экологическая роль почв была очевидна с самого начала становления почвоведения. Мы постарались рассмотреть проявление экологических функций палеопочв на фоне биологической эволюции. В свете современных научных представлений, развиваемых отечественными учеными с XIX в., биологическая эволюция происходит путем изменения и развития не отдельных видов, а их сообществ и, более того, в виде эволюции экосистем (коэволюции). Экосистема определяет граничные рамки эволюции отдельных компонентов биоценоза (когерентная эволюция, или эволюция биоценозов) [Красилов, 1980; Разумовский, 1981; Жерихин, 1986]. Эволюция экосистем — это новая парадигма современного естествознания [Заварзин, 2003]. Экология палеопочв также раскрывается с позиций экосистемной теории эволюции, поскольку почвы играют ключевую роль в биогеоценозе. На протяжении геологической истории, а особенно в фанерозое, наблюдается сопряженная эволюция наземной биоты и палеопочв. Яркими примерами коэволюции Жизни и Почв являются: а) завоевание суши высшими растениями, определившее глубокое проникновение корневой системы и формирование гумусовых горизонтов; б) формирование травянистых биомов как экосистем нового типа, с дерно-
выми почвами, уникальным углеродным пулом, водным балансом и альбедо [Ковалевский, 1956; Retallack, 2019]
Коэволюция почв и биоты сводится не только к их согласованной изменчивости под воздействием условий среды. С точки зрения биологической эволюции почвы представляют собой как бы внешний фенотип сложного строения, являющийся и продуктом, и показателем этой эволюции [Phillips, 2009]. Коэволюция включает в себя как воздействие биоты на окружающую среду, так и воздействие ландшафтных условий на биоту. Причем в обоих случаях включается процесс селективного отбора и эволюции. Совокупным выражением селективного отбора являются наиболее благоприятные для биоты свойства земной коры: мелкоземистый состав, структура, гумусовые горизонты и другие свойства [Van Breemen, 1993].
В последнее время представление о роли коэволюции почв и биоты заметно расширяется и охватывает и другие компоненты экосистем. В несколько вольном стиле описывается ряд событий, в которых проявлялась ключевая роль палеопочв: «признаки участия биоты в коэволюционном взаимодействии различных сфер, прежде всего педосфе-ры и биосферы, обнаруживаются в формировании на Земле невоспламеняемой атмосферы, жидкой воды, сфероидного выветривания, гранитных пород, выпуклых склонов, карбонатных и глинистых горизонтов почв, черноземных профилей и цивилизаций» [Retallack, 2019]. Вспомним, что продуктами былых биосфер называли граниты и некоторые отечественные ученые [Вернадский, 1960; Gerasimov, 1971]. Несмотря на столь широкие заключения, выходящие за рамки строго научного анализа, многие положения, раскрывающие масштабную роль коэволюции, находят подтверждение в исследованиях последних лет. Мы, по-видимому, до сих пор недооцениваем роль почв в геологической истории Земли: «...значение почв в истории планеты гораздо больше, чем это обычно кажется» [Вернадский, 1960, стр. 97]. Кларки большинства химических элементов в «живом веществе» наиболее близки к кларкам тех же элементов в почвах и далеки от таковых в горных породах, Мировом океане и атмосфере [Ферсман, 1937; Вернадский, 1960]. Тонкодисперсное вещество, прежде всего глинистые минералы, рассматривается как преимущественно продукт почвообразования. Избирательное накопление тонкодисперсного вещества в педоли-тосфере определяется его большей эрозионной устойчивостью по сравнению с грубодисперсными фракциями. В этом избирательном накоплении сказывается роль почвенной биоты, под воздействием которой мелкозем организован в структурные элементы (биогенная структура).
Но коэволюция проявляется и во взаимной обусловленности эволюции наземной биоты, почв
и геоморфологических процессов. Так, анализ массового материала показал согласованный тренд изменения аллювиальных отложений и архитектуры речных долин в различных районах Северной Америки и Европы от кембрия до верхнего девона [Davies, Gibling, 2011]. В связи с появлением высших растений в девоне формирование мощных профилей почв, скрепленных глубоко проникающей корневой системой и обогащенных глинистым веществом, изменило характер эрозионных процессов и архитектуру речных долин. Формирование педо-сферы современного типа в среднем палеозое определило изменение атмосферного гидрологического цикла. С завоеванием суши высшими растениями связано изменение характера эоловых процессов, что можно проследить по изменению степени ока-танности пылеватых частиц в дочетвертичных лессовых отложениях от верхнего протерозоя до верхнего палеозоя. Додевонские лессы выделяются большей окатанностью зерен за счет многократного перевевания, в то время как пермо-карбоновые лессы по характеру окатанности пылеватых частиц уже не отличаются от четвертичных.
Таким образом, почвы являются совокупным выражением воздействия биосферы на геосферу. Применение теории коэволюции позволяет проводить комплексный палеоэкосистемный анализ на основе биологических, экологических и седимен-тационных характеристик, отражающий одновременно эволюцию биосферы и педосферы и ландшафтной оболочки в целом. В настоящее время палеоэкосистемный анализ может дать только приближенное представление об экосистемах прошлого на основе лишь отдельных следов ее существования. Тем не менее понимание экосистемных связей позволяет в значительной мере восполнять недостающие звенья в геологической летописи. Так, палеоландшафтная реконструкция, основанная на изучении палеопочв, может включать даже не сохранившиеся компоненты биоценоза.
Интеграция палеопочвоведения
в системе геосферных и биосферных наук
Ключевая роль палеопочв в эволюции биосфер-но-геосферной системы повышает вес фундаментального почвоведения в науках о жизни и о Земле. Исследования палеопочв принимают комплексный характер и становятся в центре новых междисциплинарных вызовов. Это проблемы эволюции биосферы на самых ранних этапах, коэволюция жизни и почв, глобальные изменения климата и др. Для планетарных наук докембрийские палеопедолито-сферы (коры выветривания, палеопочвы) — единственные достоверные свидетельства продолжительных континентальных обстановок в докембрии. Для палеоклиматологии палеопочвы позволяют реконструировать динамику содержания кислорода и углекислого газа в атмосфере, чередование аридных
и гумидных циклов по погребенным почвам в ци-клотемах, лессово-палеопочвенным сериям и др. Исследования палеопочв играют ключевую роль в таких традиционных дисциплинах, как геология, геоморфология, палеогеография, тефрохронология и лимнология.
Палеопочвоведение и геология. Стратиграфия и корреляция отложений представляют собой одну из ключевых задач геологии. Известно, что геология приобрела статус науки с возникновением стратиграфии c ее концепцией геоисторизма. Поэтому совершенствование подходов и методов стратиграфии является актуальным для геологической науки в целом. В основу стратиграфии была положена эволюция биоты. Уже на самых начальных этапах ископаемые остатки использовались для разделения и корреляции геологических слоев. В настоящее время стратиграфия претерпевает качественные изменения за счет расширения числа подходов и методов расчленения и корреляции отложений. Широко используются литостратиграфический, седиментационно-циклостратиграфический, маг-нитостратиграфический, геохимический и другие методы [Гладенков, 2004]. По-прежнему наиболее важным методом остается биостратиграфия, поскольку в ее основе лежит необратимость развития органического мира, а часто и широкое распространение палеобиоценозов. Кроме того, биота является самым чутким элементом экосистем, и именно она прежде всего фиксирует те или иные абиотические изменения. Ключевая роль палеопочв в стратиграфическом разделении и корреляции пород основывается на том, что их формирование связано с перерывами в осадконакоплении. Однако роль палеопочв как стратиграфического репера долгое время недооценивалась в геологии.
Накопление систематических данных с использованием методов датирования и осознание значимости палеопочв как палеогеографического архива привели к появлению педостратиграфии. Палеопочвы позволяют различать отложения различного возраста и играют ключевую роль в сек-вентной стратиграфии. Исследования палеопочв одного стратиграфического положения и их региональные и межрегиональные корреляции привели к разработке одного из фундаментальных понятий палеопочвоведения — геосоль (geosol). Геосоль характеризуется выдержанной стратиграфической приуроченностью и протяженностью в пространстве [Palaeopedology Glossary, 1997]. Это не только определенная почва, а почвенный ландшафт (soilscape), отражающий закономерные пространственные вариации факторов почвообразования (фации геосоли). В настоящее время геосоли широко используются для межрегиональных корреляций горизонтов плейстоценовых лессово-почвенных серий [Markovic et al., 2015]. Важным обстоятельством является и то, что по палеопочвам можно
оценить временной интервал между циклами осад-конакопления.
В последнее время развитие стратиграфии все чаще связывается со стратиграфией экосистем. Будущая стратиграфия — это стратиграфия былых биосфер по Вернадскому, а в региональном масштабе — палеоэкосистем [Гладенков, 2004]. Теоретической основой экостратиграфии является экосистемная теория биологической эволюции, рассмотренная выше. Экостратиграфический метод базируется на этапах изменений сообществ организмов и абиотических компонентов внешней среды. Он подразумевает палеоэкосистемный анализ на основе биологических, экологических и седимента-ционных характеристик, отражающий одновременно эволюцию биосфер и литосфер. С учетом задач развития теории стратиграфии необходимо также осознать роль палеопочв при экостратиграфиче-ском анализе. К сожалению, до сих пор педостра-тиграфия не включена в международный и национальные стратиграфические коды, за исключением Северо-Американского, в котором стратиграфия осуществляется на основе педо- и литостратигра-фических единиц (composite stratigraphy) [Morrison, 1998].
Палеопочвоведение и палеонтология. Тесная связь этих наук подробно рассмотрена нами ранее [Добровольский, Макеев, 2009]. Во все периоды геологической истории почвы являлись преимущественной средой обитания для существовавших в то время форм жизни. Именно поэтому палео-почвоведение можно рассматривать как раздел палеонтологии. С точки зрения палеонтологии палеопочвы могут рассматриваться как ископаемые тела, содержащие информацию об экосистемах прошлого, и как консервирующая среда для многих видов ископаемых живых организмов. В палеопочве представлена ископаемая экосистема в целом, с самым разнообразным набором сохранившихся параметров, включая разнообразные функциональные связи, причем на качественном и количественном уровне.
Почвы и биота обладают различной способностью записывать информацию о прошлых природных обстановках. Если почвенная память отличается низким временным и высоким пространственным разрешением, то для палеобио-ты характерно высокое временное и низкое пространственное разрешение. При сопоставлении палеопочвенной и палеонтологической записей мы должны осознавать, что и той и другой присуща принципиальная неполнота. Специфика сохранности палеопочв определяет их приуроченность к седиментационным бассейнам. Следует заметить, что и палеонтологические остатки также сохраняются преимущественно в областях седиментации. Скажем, карбон считался временем влажного климата на основе присутствия залежей углей, в
то время как растительность и почвы за пределами седиментационных бассейнов были уничтожены. Однако на периферии седиментационных бассейнов в карбоне формировались и аридные почвы [Алексеева и др., 2018]. Помимо этого, сохранность палеонтологических остатков имеет и дополнительные ограничения. В геологической летописи не сохраняются мягкотелые организмы. В большинстве случаев в окаменелости попадают высокоминерализованные части тела, имеющие высокую долю кремния, карбоната или фосфата кальция. Массовые остатки биоты встречаются начиная с кембрия. Не случайно ранние этапы эволюции Земли называют криптозоем, временем скрытой жизни. Эволюция докембрийской биосферы основывается, по сути, на изучении педолитосферы с помощью методов бактериальной палеонтологии и изотопного анализа.
Итак, изучение палеобиоты невозможно без изучения палеопочв. В геологических толщах пале-опочвы и палеонтологические объекты чаще всего пространственно совпадают, за исключением тех случаев, когда растительные или животные остатки залегают не in situ. С точки зрения учения об экологических функциях почв [Добровольский, 2006], среди многочисленных физических, химических и биологических функций, осуществляемых почвой, для палеонтологии особенный интерес представляет функция сохранения памяти о палеоланд-шафтных условиях, реализуемая в палеопочвенных архивах.
Палеопочвенные и палеонтологические архивы существенно дополняют друг друга. Однако информация, получаемая от палеопочв, может быть независима от палеонтологической записи и часто встречается там, где палеонтологическая запись отсутствует. Часто палеопочвы являются единственным источником палеоландшафтной информации. Так, представление о наземных биосферах докембрия можно получить только на основании палеопочвенных архивов. Наиболее раннее свидетельство тропических дождевых лесов в карбоне получено по палеопочвам [Retallack et al., 1994].
Дальнейший синтез палеонтологии и палеопоч-воведения представляется неизбежным с учетом экосистемной теории эволюции. Синтез двух научных дисциплин — палеонтологии и палеопочвове-дения — позволит полнее осознать и планетарную роль живого вещества в масштабах, о которых говорил В.И. Вернадский [1992]. Как для палеопоч-воведения, так и для палеонтологии важно то, что геологическая роль живого вещества проявляется при воздействии живых организмов на почвы в экосистемах прошлого. Взаимосвязь между биологическим и геологическим круговоротами неизбежно осуществляется через палеопочвы.
Расширение идей коэволюции привело к формированию новой комплексной дисциплины, изу-
чающей коэволюцию живых организмов и условий среды в биогеоморфологических системах, — биогеоморфологии [Corenblit et al., 2011]. В представлении о почве как о расширенном (внешнем) фенотипе явно угадывается перекличка с учением В.И. Вернадского о почвах как биокосных телах, при котором сфера деятельности живого вещества расширяется на почву [Вернадский, 1960]. Связь палеопочвоведения и этих новых отраслей знаний можно рассматривать как экологию почв в исторической ретроспективе, на фоне эволюции экосистем, включая биологическую эволюцию. Поскольку экологические функции палеопочв проявляются на фоне биологической эволюции, мы можем говорить о зарождении новой отрасли знаний —экологии палеопочв, или экологическом палеопочвоведении.
К числу новых отраслей знаний относится и геомикробиология, возникшая на стыке палеопоч-воведения и бактериальной палеонтологии. Функциональные возможности древнейших сообществ микроорганизмов, их появление на суше и зона воздействия связаны с палеопочвами. Фактически биосфера докембрия — это в основном проблематика палеопочвоведения. С другой стороны, и палеогеохимия, объектом изучения которой является педолитосфера, — это тоже часть палеопочвове-дения.
Палеопочвоведение и астропедология. В последнее время приходит понимание того, что законы генетического почвоведения во многом приложимы не только, собственно, к почвам, но и к более широкой совокупности объектов, включающей почвопо-добные тела, прошедшие стадию абиогенного выветривания (экзоны), в том числе и на других планетах [Таргульян, 2019]. Это перспективное направление оформляется в новую научную дисциплину — астропедология. Трудно согласиться, однако, со взглядами ряда палеопочвоведов, которые говорят о почвах Марса, Венеры, Луны [Retallack, 2019]. Наиболее близкими аналогами внеземных реголитов представляются палеопочвы докембрия. Получаемые в последнее время материалы показывают, что все же докембрийские почвы, формировавшиеся под воздействием биохимического выветривания, сильнее отличаются от внеземных экзонов, чем от современных почвенных аналогов.
Палеопочвоведение и археология. Возможности палеопочвоведения в палеоландшафтных реконструкциях все шире используются в археологии, что привело к развитию археологического почвоведения и геоархеологии в целом [Демкин, 1997; Дерга-чева, 1997; Holliday, 2017; Macphail, Goldberg, 2017; Nicosia, Stoops, 2017]. Палеопочвоведение обладает огромным потенциалом для реконструкции среды обитания палеолитических культур. Артефакты палеолита чаще всего привязаны к уровням погребенных почв в лессово-палеопочвенных сериях [Ranov,
2012]. Изучение почв, погребенных под археологическими памятниками, позволяет проводить сопряженный анализ эволюции ландшафтов и развития цивилизаций прошлого. Наряду с погребенными почвами в поле зрения палеопочвоведения входит изучение земляных насыпей курганов и городищ, грунтовых могильников, культурных слоев древних поселений, древних земледельческих и пастбищных ареалов. Одно из наиболее востребованных направлений связано с оценкой масштабов древних долговременных антропогенных изменений почвенных систем. Изучаются воздействия разных типов: сельскохозяйственное, поселенческое и др., ставится вопрос о максимальном возрасте АпШгозок и Technoso1s и их распространении в разные эпохи. Перспективным направлением геоархеологических исследований является изучение строительных технологий археологических объектов, прежде всего курганов [Borisov et a1., 2019; Khokh1ova et a1., 2020; Makeev et a1., 2021]. Технологии строительства земляных насыпей важны для расшифровки культурного кода древних племен и определения связей между различными археологическими культурами. Материалы почвенных горизонтов, используемых для производства земляных кирпичей, могут служить независимым индикатором для палеоланд-шафтных реконструкций.
Палеопочвоведение и генетическое почвоведение. Палеопочвоведение опирается на фундаментальные законы генезиса и географии почв. Приложение этих законов к древним почвам позволяет проводить ландшафтную интерпретацию прошлых эпох. Аппарат и методы генетического почвоведения в полной мере используются при описании и интерпретации палеопочв. Палеопочвоведение дает генетическому почвоведению временную шкалу для оценки скоростей эволюции почв, позволяет верифицировать генетические гипотезы и классификационные построения. Палеопочвоведение, широко использующее стратиграфические подходы, позволяет изучать микростратиграфию и расшифровывать палимпсестовые записи в профилях дневных почв. Наиболее тесно связаны между собой палео-почвоведение и учение об эволюции почв. Наблюдается даже пересечение понятийных аппаратов этих двух направлений. Так, полигенетичные почвы, то есть почвы с реликтовыми признаками в учении об эволюции почв — это поверхностные палеопочвы в палеопочвоведении.
По-видимому, наиболее важным вкладом па-леопочвоведения в генетическое почвоведение является обоснование представления о том, что субстратами для современного почвообразования в значительной степени являются продукты предшествующих, часто многократных, биогеосферных циклов (ресайклинг). Реальный вклад голоценового почвообразования и выветривания в формирование мелкоземистого материала педосферы состав-
ляет около 10-20%, а возможно, и менее того [Тар-гульян, 2019].
До недавнего времени вне поля зрения генетического почвоведения оставались неглубоко погребенные почвы [Krasilnikov, García-Calderón, 2006]. Исследования последних лет показали их широкое распространение. Так, на Русской равнине горизонты криоаридных почв позднеледниковья играют роль срединных и нижних горизонтов в профилях дерново-подзолистых, серых почв и черноземов (определяя их структуру, карбонатность и другие значимые свойства) [Rusakov et al., 2019; Makeev et al., 2019]. Криоаридная почва описана даже в профиле эталонного чернозема из Курского биосферного заповедника [Guidebook for field excursions, 2013]. При этом география этих неглубоко погребенных почв отвечает гиперзональности холодных эпох верхнего плейстоцена.
Изучение палеопочв привело к формированию нового направления и в науке о почвенном крио-генезе — почвенный палеокриогенез. Диагностика палеокриогенных признаков основывается на сопоставлении реликтовых признаков и их аналогов в современных мерзлотных почвах. В отличие от многих других реликтовых признаков такое сопоставление позволяет давать однозначные трактовки. Воздействие почвенного криогенеза связано с поверхностью почвы, что облегчает реконструкцию строения почвенного профиля в случае его частичной денудации. Наряду с другими почвенными признаками палеокриогенные признаки являются надежным стратиграфическим репером. Палеокриогенные признаки играют особую роль в палеогеографических реконструкциях. Корреляция мерзлотных признаков и климатических параметров в современных холодных и мерзлотных областях позволяет реконструировать палеоландшафт-ную обстановку. Смещение полюсов и тектоника плит определили встречаемость палеокриогенных признаков во всех современных ландшафтных поясах Земли, включая тропические. В периоды оледенений ледники покрывали до трети суши, а перигляциальные зоны распространялись еще шире. В геологической летописи палеокриогенные признаки часто являются единственными индикаторами природных обстановок ледниковых эпох и позволяют проводить палеоландшафтные реконструкции при отсутствии палеонтологических данных. Палеокриогенные признаки прослеживаются в геологической летописи до палеопротерозоя (гуронское оледенение). Широкое распространение ледниковых отложений в криогении (неопротерозой) и в верхнем ордовике привело к разработке гипотезы глобального оледенения (Snowball Earth — Земля-снежок). Однако изучение древних почвенно-седиментационных серий не подтверждает эту гипотезу. Уже в докембрии можно проследить чередование межледниковых и ледниковых
эпох с мерзлотными почвами. Мерзлотные клинья в древних почвах сопоставимы с современными аналогами в арктических областях [Retallack, 2015]. В верхнем палеозое палеокриогенные признаки связаны с масштабными пермо-карбоновыми оледенениями, определившими широкое распространение лесситов — дочетвертичных отложений лессово-почвенной формации [Soreghan, 2022]. В четвертичный период мерзлотные признаки соответствуют ледниковым периодам и периодам похолоданий. Выделение ледниковых эпох во многом основывается на палеокриогенных признаках, что позволяет рассматривать лессовые породы как лессово-палеопочвенно-криогенную формацию [Velichko et al., 2006]. Изучение палеокриогенных признаков имеет большое значение и для геоархеологии палеолита, поскольку мерзлотные процессы могут оказывать воздействие на расположение археологических артефактов. Палеокриогенные признаки широко представлены в современных почвах, в которых они трансформируются голоценовым почвообразованием. В пределах ледниковых и пе-ригляциальных равнин северного полушария мерзлотные признаки верхнего плейстоцена определяют широкую совокупность реликтовых свойств в поверхностных почвах, а также структуру почвенного покрова. Так, на Русской равнине палеокриоген-ные признаки представлены в почвах тундровой, лесной, лесостепной и степной зон [Макеев, 2012b].
Ключевая роль палеопочвоведения проявляется при исследовании почв ледового комплекса [Murton et al., 2015]. Криосинлитогенные мерзлые почвы содержат детальную информацию о динамике природной среды за последние 2 млн лет. Их изучение открывает загадку продуктивности ландшафтов Берингии, обеспечивавших процветание мамонтовой фауны в холодных травянистых прериях (тундростепях) с черноземовидными почвами [Zimov et al., 2012]. Фундаментальное значение имеет обнаружение в мерзлых толщах семян растений и микроорганизмов, сохраняющих жизнеспособность в течение геологического времени [Zanina et al., 2011]. Это положило начало новому научному направлению — учению о криобиосфере. Ландшафты ледового комплекса (едомы), формировавшиеся как аласные термокарстовые равнины, отличаются высоким содержанием органики, часть которой образовывалась в анаэробных условиях [Strauss et al., 2017]. При этом содержание льда в них достигает 90%, что делает их чрезвычайно подверженными термокарсту. При потеплении климата это может привести к эмиссии углерода с высокой долей метана в количествах, не учитываемых в существующих климатических сценариях. Дальнейшие исследования углеродного баланса в почвах ледово-лессового комплекса могут существенно изменить наши представления о последствиях глобальных изменений климата.
Заключение
Семьдесят лет назад В.В. Набоков в предисловии к роману «Лолита» назвал двух прадедов своего антигероя (прототипом одного из которых был, вероятно, В. Баклэнд, 1784-1856) экспертами по замысловатым (obscure) предметам — эоловым арфам и палеопедологии. С тех пор благодаря комплексным исследованиям и интеграции со смежными дисциплинами палеопочвоведение приобрело новый статус. Этот статус обеспечивается следующими обстоятельствами:
• Палеопочвы — не экзотика в геологической летописи. Педолитосфера содержит непрерывную запись биосферно-геосферных циклов с момента их зарождения.
• Эволюция педосферы — неотъемлемая часть эволюции экосистем (коэволюция Жизни и Почв).
• Современная педосфера — один из бесчисленных временных срезов в эволюции педосфер в геологической истории Земли. В этом контексте не выглядит абсурдным утверждение о том, что почвоведение, изучающее современные почвы, — это часть более широкой науки палеопочвоведение. Поскольку речь идет об общем фундаменте и синтезе этих двух направлений, правильнее говорить об историческом почвоведении (по аналогии с исторической геологией) либо об эволюционном почвоведении (по аналогии с эволюционной биологией). В любом случае историческое измерение, которое привносит палеопочвоведение, делает почвоведение зрелой исторической наукой.
Информация о финансировании работы
Работа подготовлена при поддержке гранта РНФ № 23-17-00073.
КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Алексеев А.О., Калинин П.И., Алексеева Т.В. Почвенные индикаторы параметров палеоэкологических условий на юге Восточно-Европейской равнины в четвертичное время // Почвоведение. 2019. № 4.
2. Алексеева Т.В., Алексеев А.О., Калинин П.И. Палеопочвы нижнего карбона в карьере «Бронцы» (Калужская область) // Почвоведение. 2018. № 7.
3. Алексеева Т.В. Почвы девона и карбона. Современное состояние исследований в России (обзор литературы) // Почвоведение. 2020. № 10.
4. Вернадский В.И. // Избр. соч. Т. 5. М., 1960.
5. Вернадский В.И. Химическое строение биосферы Земли и ее окружения. М., 1965.
6. Вернадский В.И. Об участии живого вещества в создании почв // Труды по биогеохимии и геохимии почв. М., 1992.
7. Гладенков Ю.Б. Биосферная стратиграфия (проблемы стратиграфии XXI века). М., 2004.
8. Глазовская М.А. Педолитогенез и континентальные циклы углерода. М., 2009.
9. Глинка К.Д. Задачи исторического почвоведения // Зап. Ново-Александр. Ин-та сел. хоз-ва и лесоводства. Т. 16, вып. 2. Варшава, 1904.
10. Демкин В.А. Палеопочвоведение и археология: интеграция в изучении природы и общества. Пущино, 1997.
11. Дергачева М.И. Археологическое почвоведение. Новосибирск, 1997.
12. Добровольский Г.В. Роль и значение почв в становлении и эволюции жизни на Земле // Эволюция биосферы и биоразнообразия. М., 2006.
13. Добровольский Г.В., Макеев А.О. Палеопочвове-дение и палеонтология // Труды Ин-та экологического почвоведения Моск. гос. ун-та им. М.В. Ломоносова. Т. 9. 2009.
14. Добровольский Г.В., Карпачевский Л.О., Криксу-нов Е.А. Геосферы и педосфера. М., 2010.
15. Докучаев В.В. Избранные сочинения. Т. III. М.,
1949.
16. Жерихин В.В. Биоценотическая регуляция эволюции // Палеонтологический журнал. 1986. № 1.
17. Заварзин Г.А. Становление биосферы // Вестн. РАН. 2001. Т. 71, № 11.
18. Заварзин Г.А. Становление системы биогеохимических циклов // Палеонтологический журнал. 2003. № 6.
19. Иноземцев С.А., Таргульян В.О. Верхнепермские палеопочвы: свойства, процессы и условия формирования. М., 2010.
20. Ковалевский В. О. Собрание научных трудов. Т. II. М., 1956.
21. Ковда В.А. Основы учения о почвах. Т. 1. М., 1973.
22. Ковда В.А. Проблемы опустынивания и засоления почв аридных регионов мира. М., 2008.
23. Красилов В.А. Дискуссионные проблемы классификации и номенклатуры и экостратиграфии // Экосистемы в стратиграфии. Владивосток, 1980.
24. Ломоносов М.В. О слоях земных. М., 1949.
25. Макеев А.О. Экологическая роль почв в геологической истории Земли // Почвы в биосфере и жизни человека. М., 2012а.
26. Макеев А.О. Поверхностные палеопочвы лессовых водоразделов Русской равнины. М., 2012б.
27. Палеопедология // Сборник статей / Отв. ред. М.Ф. Веклич, Н.А. Сиренко. Киев, 1974.
28. Полынов Б.Б. Время как фактор почвообразования // Известия Почв. Ком. 1917. № 3-4.
29. Полынов Б.Б. К вопросу о роли элементов биосферы в эволюции организмов // Почвоведение. 1948. № 10.
30. Полынов Б.Б. Избранные труды. М., 1956.
31. Разумовский С.М. Закономерности динамики биоценозов. М., 1981.
32. Соколов И.А. Основные географо-генетические понятия и термины // Почвоведение. 1976. № 12.
33. Соколов И.А. Почвообразование и экзогенез. М., 1997.
34. Таргульян В.О. Теория педогенеза и эволюции почв. М., 2019.
35. Ферсман А.Е. Геохимия. Т. 1. М., 1937.
36. Чумаков Н.М. Общая направленность климатических изменений на Земле за последние 3 млрд лет // Доклады РАН. 2001. Т. 381, № 5.
37. Alonso-Zarza A.M., Wright V.P., Calvo J.P. et al. Soil landscape and climatic relationships in the middle Miocene of the Madrid Basin // Sedimentology. 1992. Vol. 39.
38. Basilici G., Führ Dal' Bó P.F. Anatomy and controlling factors of a Late Cretaceous Aeolian sand sheet: The Marília and the Adamantina formations, NW Bauru Basin, Brazil // Sed. Geol. 2010. Vol. 226, № 1-4.
39. Borisov A., Krivosheev M.V., Mimokhod R.A. et al. «Sod blocks» in kurgan mounds: historical and soil features of the technique of tumuli erection // Journal Archaeol. Sci. 2019. Report 24.
40. Buckland W. Geology and Mineralogy Considered with Respect to Natural Theology. London, 1837.
41. Corenblit D., Baas A.C.W, Bornette G. et al. Feedbacks between geomorphology and biota controlling Earth surface processes and landforms: A review of foundation concepts and current understandings // Earth-Sci. Rev. 2011. Vol. 106.
42. Davies N.S., Gibling M.R. The co-evolution of fixed-channel alluvial plains and Carboniferous vegetation // Nature Geoscience. 2011.Vol. 4, № 9.
43. GerasimovI.P. Nature and originality of paleosols // Paleopedology: origin, nature and dating of paleosols. Ed. D. Yaalon. Jerusalem, 1971.
44. Global soil change. Report of an IIASA-IUSS-UNEP Task Force on the Role of Soil in Global Change. Ed.: R.W. Arnold, I. Szabolcs, V.O. Targulian. Budapest, 1990.
45. Goldshmidt V.M. Geochemistry. Oxford, 1954.
46. Guidebook for field excursions, XIIth International Symposium and Field Seminar on Paleopedology. M., 2013.
47. Holliday Vance T. Soils in Archaeological Research. Oxford, 2004.
48. Hutton J. Theory of the Earth with proofs and illustrations. V.1. Edinburgh.1795.
49. Khokhlova O.S., Nagler A.O. Kurgan Marfa in the Stavropol Territory as an example of an ancient architectural structure studied using approaches of soil science // Archaeology Ethnology Anthropology of Eurasia. 2020. Vol. 48, № 2.
50. Krasilnikov P. García-Calderón N.E. A WRB-based buried paleosol classification // Quat. Int. 2006. Vol. 156-157.
51. Lisiecki L.E., Raymo M.E. A Pliocene-Pleistocene Stack of 57 Globally Distributed Benthic 518O Records // Pa-leoceanography. 2005. Vol. 20.
52. Macphail R., Goldberg P. Applied Soils and Micro-morphology in Archaeology. Cambridge, 2017.
53. Makeev A., Aseyeva E., Rusakov A. et al. The environment of the Early Iron Age at the southern fringe of the forest zone of the Russian plain // Quat. Int. 2019. Vol. 502.
54. Makeev A., Rusakov A., Kurbanova F. et al. Soils at archaeological monuments of the Bronze Age — a key to the Holocene landscape dynamics in the broadleaf forest area of the Russian Plain // Quat. Int. 2021. Vol. 590.
55. Markovic S.B., Smalley J., Hambach U. et al. Loess in the Danube region and surrounding loess provinces: the Marsigli memorial volume // Quat. Int. 2009. Vol. 198.
56. Markovic S.B., Stevens T., Kukla G.J. et al. Danube loess stratigraphy — Towards a pan-European loess strati-graphic model // Earth-Sci. Rev. 2015. Vol. 148.
57. Morrison R.B. How can the treatment of pedostrati-graphic units in the North American Stratigraphic Code be improved? // Quat. Int. 1998. Vol. 51/52.
58. Muhs D. The geochemistry of loess: Asian and North American deposits compared // Journal of Asian Earth Sciences. 2018. Vol. 155.
59. Murakami T., Utsunomiya S., Imazu Y. et al. Direct evidence of late Archean to early Proterozoic anoxic atmosphere from a product of 2.5 Ga old weathering // Earth and Planetary Science Letters. 2001. Vol. 184.
60. Murton J.B., Goslar T., Edwards M.E. et al. Palaeo-environmental interpretation of Yedoma silt (Ice Complex) deposition as cold-climate loess, Duvanny Yar, Northeast Siberia // Permafr. Periglac. Process. 2015. Vol. 26, № 3.
61. Nicosia C., Stoops G. Archaeological Soil and Sediment Micromorphology. 2017.
62. Nedachi Y., Nedachi M., Bennett G. et al. Geochemistry and mineralogy of the 2.45 Ga Pronto paleosols, Ontario, Canada // Chemical Geology. 2005. Vol. 214.
63. Paleopedology Glossary // Paleopedology Commission Newsletter. 1997. № 14. http://fadr.msu.ru/inqua/nl-14/ glossary.html (26.06.2023)
64. Phillips J.D. Soils as extended composite pheno-types // Geoderma. 2009. Vol. 149.
65. Ranov V.A., Kolobova K.A., Krivoshapkin A.I. The Upper Paleolithic assemblages of Shugnou, Tajikistan // Archaeology Ethnology and Anthropology of Eurasia. 2012. Vol. 40.
66. Retallack G.J., Germán-Heins J. Evidence from Paleosols for the Geological Antiquity of Rain Forest // Science. 1994. Vol. 265.
67. Retallack G.J., Gose B.N., Osterhout J.T. Periglacial paleosols of Cryogenian and paleoclimate near Adelaide, South Australia // Precambrian Research. 2015. Vol. 263.
68. Retallack G.F. Soils of the past. An introduction to Paleopedology. Third edition. Wiley, Chichester, 2019.
69. Ruddiman W.F. Cold climate during the closest Stage 11 analog to recent Millennia // Quat. Sci. Rev. 2005. Vol. 24, № 10-11.
70. Rusakov A.V., Makeev A.O., Khokhlova O.S. et al. Pa-leoenvironmental reconstruction based on soils buried under Scythian fortification in the southern forest-steppe area of the East European Plain // Quat. Int. 2019. Vol. 502.
71. Ruhe R. V. Quaternary paleopedology // Wright H.E., Frey D.G. (Eds.). The Quaternary of the United States. Princeton: Princeton Univ. Press, 1965.
72. Sedov S.N., Solleiro-Rebolledo E., Gama-Castro J.E. Andosol to Luvisol evolution in Central Mexico: timing,
mechanisms and environmental setting // Catena. 2003. Vol. 54.
73. Sheldon N.D. Do red beds indicate paleoclimatic conditions? A Permian case study // Palaeogeography, Palae-oclimatology, Palaeoecology. 2005. Vol. 228.
74. Sheldon N.D., Tabor N.J. Quantitative paleoenviron-mental and paleoclimatic reconstruction using paleosols // Earth-Sci. Rev. 2009. Vol. 95.
75. Soreghan G.S., Heavens N.G., Pfeifer L.S. et al. Dust and Loess as Archives and Agents of Climate and Climate Change in the Late Paleozoic Earth System // Special Publications. London: Geological Society. 2022. Vol. 535.
76. Strauss J., Schirrmeister L., Grossea G. et al. Deep Yedoma permafrost: A synthesis of depositional and carbon vulnerability // Earth-Sci. Rev. 2017. Vol. 172.
77. Sycheva S., Frechen M., Terhorst B. et al. Pedostra-tigraphy and chronology of the Late Pleistocene for the extra glacial area in the Central Russian Upland (reference section Aleksandrov quarry) // Catena. 2020. Vol. 194.
78. Van Breemen N. Soils as biotic constructs favouring net primary productivity // Geoderma. 1993. Vol. 57.
79. Velichko A.A., Morozova T.D., Nechaev V.P. et al. Loess/paleosols/cryogenic formation and structure near the northern limit of loess deposition, East European Plain, Russia // Quat. Int. 2006. Vol. 152-153.
80. Wanas H.A., Abu El-Hassan M.M. Paleosols of the Upper Cretaceous-Lower Tertiary Maghra El-Bahari Formation in the northeastern portion of the Eastern Desert, Egypt: Their recognition and geological significance // Sed. Geol. 2006. Vol. 183.
81. Zanina O.G., Gubin S.V., Kuzmina S.A. et al. Late-Pleistocene (MIS 3-2) palaeoenvironments as recorded by sediments, palaeosols, and ground-squirrel nests at Duvanny Yar, Kolyma lowland, northeast Siberia // Quat. Sci. Rev. 2011. Vol. 30.
82. Zimov S.A., Zimov N.S., Tikhonov A.N., Chapin III, F.S. Mammoth steppe: a high productivity phenomenon // Quat. Sci. Rev. 2012. Vol. 57.
Поступила в редакцию 10.07.2023 После доработки 30.08.2023 Принята к публикации 01.09.2023
ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА. СЕРИЯ 17. ПОЧВОВЕДЕНИЕ. 2023. Т. 78. № 4 LOMONOSOV SOIL SCIENCE JOURNAL. 2023. Vol. 78. No. 4
THE SKYLINE OF PALEOPEDOLOGY A. O. Makeev, A. V. Rusakov
Paleopedology is a booming scientific discipline that studies the soils of the past geological epochs in order to assess the paleoenvironmental evolution. The scope of paleosol studies embraces not only soils themselves, but also the products of their involvement in biogeosphere cycles. This ensures the planetary role of pedogenesis, which includes the transformation of the upper layers of the lithosphere including the increase in fine earth, new minerals, residual or accumulative concentration of elements. In the geological history of the Earth, pedogenesis is realized within the framework of exogenesis, which includes weathering, soil formation, sedimentation, diagenesis, and geochemical migration. The pedolithosphere records the critical points in the landscape evolution of the Earth from the very onset of the geological record, including the oxygenation of the atmosphere, the emergence of the higher plants and herbaceous biomes, the dynamics of interglacial-glacial cycles, etc. Paleosols are the base for paleogeographic reconstructions and predictive models of the future climate change. Paleopedology expands the horizons of soil science within the system of biogeosphere sciences and determines the development of new scientific disciplines — bacterial paleontology, paleogeochemistry, biogeomorphology, astropedology, geoarchaeology, ecological paleopedology, soil paleocryogenesis and the cryobiosphere studies. The historical dimension granted by paleopedology makes pedology a mature historical science.
Keywords: paleosols, paleolandscape reconstruction, pedostratigraphy, soil evolution.
СВЕДЕНИЯ ОБ АВТОРАХ
Макеев Александр Олегович, докт. биол. наук, вед. науч. татр. кафедры географии почв факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова, e-mail: makeevao@gmail.com
Русаков Алексей Валентинович, докт. геогр. наук, профессор, зав. лабораторией почвоведения Института наук о Земле СПбГУ, e-mail: spp-06@mail.ru
© Makeev A.O., Rusakov A.V., 2023
