CC BY
104
ПОЧВОВЕДЕНИЕ
УДК 631.48
Е. В. Абакумов, В. Ф. Сапега
МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ИЛИСТЫХ ФРАКЦИЙ НЕКОТОРЫХ АНТАРКТИЧЕСКИХ ПОЧВ
Введение
Сведения о почвах Антарктиды ограничены. Изучение природы и почв шестого континента началось не так давно. Всего около пятидесяти лет отечественные экспедиции исследуют различные части Антарктиды, притом наиболее изучены береговые участки, так как они относительно доступны.
Почвенные исследования в Антарктиде исчисляются десятками и публикуются главным образом в зарубежных статьях, а работы по минералогии почв единичны. В настоящее время описано классификационное положение почв основных экоклиматиче-ских регионов континента, охарактеризован состав органического вещества некоторых почв, изучены гранулометрический и химический составы субантарктических и собственно антарктических почв. Одними из главных почвенных процессов в Антарктиде [3] являются иммобилизация соединений железа, марганца и кальция и накопление их на поверхности почв и камней. В этой работе на микроморфологическом уровне было зафиксировано образование вторичных глинистых минералов на обломках первичных слюд, ожелезнение поверхности минеральных зерен, а также интенсивное растрескивание обломков горных пород и минералов. Было показано, что холмы Ларсемана и оазис Бангера — участки обильного современного соленакопления, приуроченные либо к инсолированным поверхностям камней, либо к замкнутым депрессиям рельефа.
В последнее время представления о выветривании пород в Антарктических почвах существенно расширились благодаря работам Бейер [6]. Так на Земле Уилкса было обосновано выделение самостоятельного типа антарктических «подзолов», наряду с криосолями, гелисолями и солончаками. В прибрежной зоне, в условиях относительно влажного климата, также были обнаружены камбисоли. Примечательно, что вторичное ожелезнение (камбисоли) и иммобилизация соединений железа («подзолы») весьма характерны для прибрежных районов Антарктики, особенно в случае формирования почв на суглинках, супесях и песках. При этом следует отметить, что на интенсивность выветривания микроклимат влияет в большей степени, чем климатические условия, обусловленные широтной зональностью почв [7]. Литологический фактор оказы-
© Е. В. Абакумов, В. Ф. Сапега, 2010
вал влияние в большей степени на химический и минералогический состав почв, чем на гранулометрический. В работе Навас и соавторов [9] было показано, что в условиях Южно-Шетландских островов (субантарктические тундры) интенсивно проявляется физическое выветривание исходных пород, их состав отражается на химическом и минералогическом составе почв. Происходит также химическое выветривание и выщелачивание мелкозема. В связи с этим можно предположить, что изменения в твердой фазе субантарктических почв носят систематический характер и могут выражаться в организации самостоятельных почвенных процессов. В прибрежной зоне выщелачивание почв происходит интенсивнее, чем в центральной части островных территорий. Глубокое выветривание коренных пород и ледниковых отложений сухих долин Мак-Мердо привело к существенному накоплению соединений фосфора в почвах, количество которого превышает потребности слаборазвитых растительных ассоциаций, представленных в основном лишайниками [5]. В горах Сьерра-Роннане [10], находящихся в экстрааридном холодном климате описаны только процессы физического выветривания, тем не менее происходит существенное накопление солей на поверхностях камней, что является следствием миграции солевых растворов к сухой и сильнонагревающейся поверхности почв.
Таким образом, выветривание в Антарктиде является главным почвенным процессом, и, по-видимому, выражено в основном в физической дезинтеграции пород и аридно-аккумулятивном процессе. Интенсивность химического выветривания и вторичного глинообразования обусловлены в первую очередь климатическими условиями и эти процессы прослеживаются в наибольшей степени в почвах субантарктических ландшафтов. Почвенное глинообразование приводит к формированию иллита, а в условиях повышенного увлажнения и содержания щелочных катионов (в депрессиях рельефа) и смектита [8]. При этом присутствие в почвах каолинита связано исключительно с его наличием в почвообразующих породах. Характерным компонентом илистой фракции антарктических почв Кэмпбелл и Кларидж [8] считают тонкодисперсный кварц, полевые шпаты и рентгеноаморфную фазу, суммарное содержание этих компонентов может доходить до 20% всей илистой фракции. Эти же авторы показали, что в почвах происходит интенсивное дробление минеральных зерен и обломков пород, приводящее к постепенному утяжелению гранулометрического состава мелкозема.
В качестве отдельного почвообразовательного процесса было выделено орнитоген-ное почвообразование, в котором главным является накопление фосфора и азота, а также органического вещества. Данный процесс характерен в основном для почв прибрежных ландшафтов Антарктиды [11]. Он приводит даже к формированию новых почвенных минералов из класса фосфатов: тарнакита, минуилита и лейкофосфорита. Доказано, что накопление гуано на поверхности почв о-ва Кинг-Джордж приводит к подкислению мелкозема, выщелачиванию основных катионов, мобилизации соединений железа.
Обзор работ по минералогии антарктических почв позволяет сделать заключение, что наиболее вероятно внутрипочвенное образование глинистых минералов в субантарктическом регионе, в то время как в собственно антарктических ландшафтах возможно накопление минералов солей и гидроксидов железа вследствие экстрааридного климата.
Объекты и методы исследования
Пробы почв были отобраны Е. В. Абакумовым в ходе 53-й Российской Антарктической Экспедиции на станциях Ленинградская, Русская и Беллинсгаузен с 20.01 по 25.02.2008 г. (во время Западноантарктического рейса НЭС «Академик Федоров»). Логистические операции осуществлялись также на о-ве Линдси (твердая фаза всех почв здесь очень сильно обогащена гуано пингвинов, в связи с чем данные по гранулометрическому составу пока не получены) и в районе гор Хадсон (гора Мозес и нунатак Мэиш). Из почв станций Русская и Ленинградская было выделено очень мало илистой фракции, этого вещества было недостаточно для минералогического анализа.
Ниже дано краткое физико-географическое описание ландшафтов, где отбирались пробы, а также собственно краткая характеристика почв, подробные сведения о морфологии которых опубликованы ранее [1].
Горы Хадсон. Сведения о природе в районе гор Хадсон скудны, поскольку систематических наблюдений за природой здесь не проводили. Серия возвышенностей вулканического происхождения изучена в северной части берега Уолглина, в северовосточной части моря Амудсена. Гора Мозес и нунатак Мэиш характеризуются наибольшей свободной площадью дневной поверхности без снега. Высота массива около 750 м. Координаты горы Мозес: 74, 33, 04° ю.ш., 99, 09, 50° з.д., нунатака Мэиш — 74, 35, 22° ю.ш., 99, 27, 27° з.д. На основании данных американских исследователей, проводивших свои работы в 1970-х гг. на о-ве Линдси во время извержения вулканов, можно предположить, что вулканические шлаки, обнаруженные на дневной поверхности в районах исследования являются свежими. Вулканические шлаки, служащие субстратом для роста редких куртинок лишайников, представляют собой округло-кубовидные конгломераты. Эти обломки породы являются хрупкими, рассыпаются при небольшом усилии. Почвы обеих возвышенностей по морфологии сходны между собой. Изначальная масса почвообразующих пород состоит из черного пирокластического материала. Сведения о климатических условиях отсутствуют. Горы Хадсон относятся к зоне холодных пустынь или континентальному экоклиматическому региону.
Изучены петроземы гумусовые со строением профиля W (0-5)-С|. Реакция среды обеих почв нейтральная — рН = 7,0. Содержание углерода органических соединений составляет несколько десятых процента (0,2-0,6%). Пробы ила выделены только из почвы нунатака Мэиш.
Остров Линдси находится в бухте Фарреро между полуостровами Кинг и Кани-стино в северо-восточной части моря Амудсена в районе берега Уолглина. Координаты острова — 73, 36, 79° ю. ш. и 103, 02, 00° з. д. Остров представляет возвышенный участок суши, сложенный базальтами и андезито-базальтами, местами на поверхность выходят метаморфизированные вулканические сланцы черного цвета. Абсолютные высоты ландшафтов острова составляют 20-30 м. Около трети площади острова занято снежниками, приуроченными к межгрядовым понижениям, в южной части острова на 15 м возвышается большой снежник, спускающийся в залив, заполненный айсбергами и паковыми льдами. Остров отделяется от материковой части полыньей, длиной около 400 м. Остров Линдси населен огромным количеством пингвинов Адели (Pygoscelis adeliae). Около 80% бесснежной территории острова покрыто свежим или слежавшимся гуано пингвинов.
Ландшафты острова относятся к береговому экоклиматическому региону, притом отличаются гораздо более мягким климатом, чем почвы холодных пустынь горных континентальных участков.
Изучена одна проба литозема, формирующегося на андезито-базальте. Из почвы под гуано был выделен мелкозем, из которого отобрали немного ила.
Станция Беллинсгаузен (62 12° ю. ш. 58 58° з. д., высота н. у. м. 40-150 м) расположена на п-ове Файлдс, о-ве Кинг-Джордж. Полуостров Файлдс сложен вулканическими породами, преимущественно палеоген-неогеновыми андезитами, базальтами, различными туфами, прибрежно-морские осадки представлены полиминеральны-ми песками местного происхождения и галечниками. Климат относится к морскому с малым сезонным ходом температуры. Средняя годовая температура воздуха составляет -2,8°С. Обычно в январе-феврале температура имеет положительное значение (0,7-0,8°С), все остальные месяцы — отрицательное. Наиболее холодный месяц — июнь (среднемесячная температура -7,2°С). Резкие среднесуточные колебания температуры не наблюдаются, число дней с осадками в каждом месяце колеблется от 22 до 30, причем нередко выпадают осадки в жидкой фазе при отрицательных температурах воздуха (до -7°С). Часты туманы (около 76 дней в году). Суммарное количество осадков достигает 729 мм. Климатические характеристики свидетельствуют о гораздо большем потенциале экзогенной трансформации пород в субантарктических условиях по сравнению с континентальными и прибрежными районами собственно Антарктиды.
На о-ве Кинг-Джордж изучены следующие почвы.
Б-1-2008 — литозем серогумусовый глеевый на элювиях андезито-базальтов на останце мелкосопочника, под моховым покровом — О1 (1-2)—О2 (2-6) — О3 (6-8) — АУ (8-20) — ACg (20-30)—С|. С глубины 35 см встречается льдистая мерзлота в середине Антарктического лета. Органогенные горизонты с материалом мхов различной степени разложенности сменяются серогумусовым горизонтом, который представляет органоминеральный материал светло-серой окраски с непрочнокомковатой структурой. В переходном горизонте ACg обильны редоксиморфные признаки в виде ржавых диффузионных пятен и разводов. Глеевый горизонт характеризуется серо-сизой окраской. Реакция среды почвы — нейтральная (рН = 7,0).
Б-4-2008 — литозем серогумусовый под гуано пингвинов (вид пингвинов — Pygoscelis аntarctica) на элювиях андезито-базальтов, прибрежная часть, Берег Биологов, пролив Дрейка — О (0-5) — АУ (5-15) — С1(15-30) — С2|. Льдистой мерзлоты до глубины 50 см не обнаружено. Органогенный горизонт представлен среднеразложившимся темно-серо-коричневым мажущимся веществом. Под слоем гуано расположен серый горизонт без видимых признаков механической примеси органического вещества. Реакция среды нейтральная (рН = 7,0).
Б-6-2008 — литозем на галечниках литорали под прибойным органическим материалом водорослей — О1 (0-10) —О2 (10-13) —АУ (13-40) — С40|. Органогенные горизонты представлены свежим неразложившимся материалом водорослей (О1) и бурым среднеразложившимся слабомажущимся органическим материалом (О2). Серогумусовый горизонт содержит небольшую примесь тканей водорослей. В горизонте почвообразующей породы наблюдается четкая слоистость. Льдистой мерзлоты до глубины 50 см не обнаружено. Реакция среды — кислая (рН = 4,6-5,0).
Б-7-2008 — петрозем гумусовый типичный на элювии андезито-базальта в наскальной ванне останца — W (0-2)—С (2-8)—И, 8|. Талломы лишайника переплетают материал мелкозема, отмершие ткани лишайника аккумулируются между частичками скелета и мелкозема. Реакция среды — слабокислая (рН = 5,9).
Б-8-2008 — литозем серогумусовый глеевый на делювии подножья склона, берег пролива Брансфилда — О (0-3) — АУ (3-12) — АСg (12-35) — С 35|. Под органогенным материалом слаборазложившихся тканей лишайника (О) находится серый мелкоземистый
материал, в горизонте ACg много разводов оксидов железа, далее следуют серо-сизый глеевый горизонт. Льдистая мерзлота обнаруживается на глубине 50 см. Реакция среды — слабокислая (рН = 5,4).
Содержание углерода органических соединений в серогумусовых горизонтах всех почв о-ва Кинг-Джордж составляет около 1%, гумус характеризуется фульватным составом (Сгк/Сфк = 0,40-0,70), среди фульвокислот преобладают фракции наиболее агрессивные к минеральной части (ФК 1-а и 1).
Для определения первичных породообразующих минералов использовался метод рентгеноструктурного анализа. Исследование показало, что основными породообразующими минералами антарктических почв являются: кварц, кальций-натриевый полевой шпат, преимущественно олигоклазового состава, биотит, гранат (альмандин) и авгит. Рудные и акцессорные минералы представлены магнетитом, ильменитом, пиритом, пирротином, цирконом и анатазом. Различия между почвами заключаются в соотношении этих первичных минералов.
Из проб мелкозема отмучиванием в дистиллированной воде выделялась илистая фракция с размером механических элементов менее 0,001 мм. Из данной фракции готовились препараты проб методом осаждения на подложку из кварцевого стекла, которые снимались на рентгеновском дифрактометре ДРОН-6 с Соа-монохроматиче-ским излучением, длиной волны А = 1,79021 A, при напряжении U = 35 Кв с силой тока I = 25 мА, в пошаговом режиме — с шагом 0,02°. Для выявления набухающей составляющей препараты глинистой фракции проб насыщались этиленгликолем. Для уточнения кристаллохимических характеристик фаз, препараты проб прокаливались в муфельной печи при температурах 350 и 650°С в течение одного часа. Обработка полученных спектров производилась с помощью пакета программ PDWin-4. Идентификация фаз велась по картотеке JCPDS. Для полуколичественного определения минералов использовали методику Ю. С. Дьяконова [2]. Элементный состав проб глинистой фракции размерностью менее 0,001 мм был определен на микрорентгеноспектральном анализаторе Cam Scan MV-2300.
Результаты исследования и их обсуждение
Проведенное комплексное исследование проб показало, что изученные пробы представлены полиминеральной смесью, состоящей в основном из смектитов с различными межслоевыми катионами, рентгеноаморфной фазы, примеси иллита, кварца, полевых шпатов плагиоклазового ряда, каолинита и кальцита, иногда в пробах отмечалось присутствие галита и цеолитов (табл. 1).
Смектиты встречались двух видов — с одновалентными (K-Na) и двухвалентными (Ca-Mg) межслоевыми катионами, и в самостоятельной фазе они выявлены преимущественно во фракции менее 0,001 мм. Смектиты с одновалентными межслоевыми катионами определялись на дифрактограммах по интенсивным пикам 00L с межплос-костным расстоянием d = 12,5-12,8А, а для смектитов с двухвалентными межслоевыми катионами характерно наличие пиков с межплоскостным расстоянием d = 14,75-15,3A, при насыщении препаратов этиленгликолем оба пика смещались в малоугловую область с межплоскостным расстоянием d = 16,67-17,09A, наиболее ярко эти различия проявлены в пробах Б-1 (литозем серогумусовый под мхами, горизонты АУ и С), Б-4 (литозем серогумусовый под гуано) и Б-8 (литозем серогумусовый под лишайником). Методика Ю. С. Дьяконова [2] позволяет определить соотношение этих видов смектитов в процентном отношении в составе группы смектитов (табл. 1).
Минералы и их содержание (% от суммы минералов)
Смектиты
одновалентные
двухвалентные
Иллит
Каолинит
Хлорит
о-в Линдси, литозем под гуано остаточно-копрогенный, АУ
__________0___________I_________0__________| 100 | о I о
Нунатак Мэиш, петрозем гумусовый под лишайником, W
______________________I____________________I__________I______100______I____________
Б-1, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под мхами, АУ
__________69__________|_________31_________|__________|_______________|____________
Б-1, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под мхами, С
__________51__________|_________49_________|__________|_______________|____________
Б4, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под гуано, АУ
__________70__________|_________30_________|__________|_______________|____________
Б-5, о-в Кинг-Джордж, петрозем гумусовый под лишайником, W
__________10__________|_________44_________\ 46 |_______________|____________
Б-6, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под прибойными водорослями, АУ
__________56__________|_________44_________|__________|_______________|____________
Б-6, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под прибойными водорослями, С
__________87__________|__________В_________|__________|_______________|____________
Б-7, о-в Кинг-Джордж, петрозем гумусовый под лишайником, W
__________69__________I_________31_________[__________I_______________I____________
Б-8, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под лишайником, АУ
__________65__________I_________24 |__________| 10 |____________
Б-8, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под лишайником, С
__________64__________I_________36_________|__________|_______________|____________
Б-9, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под щучкой, АУ 57 I 27 I I I 16
Иллит хорошо проявляется в ориентированных препаратах по наличию пиков с межплоскостными расстояниями й = 10; 4,97; 3,33; 2,51 и 1,99А. Хлорит — также характерен для проб из донных осадков и определен по наличию рефлексов с й = 14,14; 7,08; 4,72; 3,54 и 2,82А. Наличие же рефлекса с й = 3,56А и слабого рефлекса с й = 2,38А свидетельствовало о присутствии в пробах каолинита. Кварц — выявлен в пробах по присутствию пика с й = 4,25А, не исчезающем при термических обработках, а его рефлексы с й = 3,34; 1,97А накладываются на рефлексы 00Ь иллита. Полевой шпат преимущественно плагиоклазового состава присутствует в качестве примеси практически во всех пробах — его наличию соответствуют рефлексы с й = 3,21-3,19 и 4,02А_ слабо изменяющих свое положение при термических обработках. Присутствие рентгеноаморфной фазы (РАФ) выявляется по наличию широкого аморфного гало в промежутке от 20 до 35 градусов по шкале 20. Повышенная интенсивность пика с й = 2,82А. указывала на наличие в пробах галита, а наличие рефлексов с й = 9,4 и 2,23А_, которые не исчезают после термических обработок, может указывать на возможное присутствие в пробах цеолитов натролит-гейландитового ряда (проба почвы с о-ва Линдси). Изменение симметрии пиков 001 хлорита и 001 иллита в малоугловой области, после насыщения препаратов этиленгликолем и последующей термической обработки, указывает на наличие в пробах неупорядоченно-смешаннослойных образований — иллит-смектит и хлорит-смектит.
В таблице 1 представлены результаты полуколичественного определения фазового состава илистой фракции почв. Нужно отметить, что процентное содержание какого-либо глинистого минерала здесь соответствует его доле от суммы всех глинистых минералов. Так, например, если содержание каолинита составляет 100%, это не значит,
что весь ил представлен каолинитом: в эти сто процентов не входят рентгеноаморфная фаза, тонкодисперсный кварц, полевые шпаты и прочие примеси. Стопроцентное участие каолинита в формировании состава глинистых минералов свидетельствует только о том, что в илистой фракции других глинистых минералов нет.
Минералы илистой фракции почвы под гуано на о-ве Линдси полностью представлены иллитом (см. табл. 1; рисунок), скорее всего, его образование здесь связано с трансформацией слюдистых минералов. Почвенное глинообразование на острове находится на самых начальных стадиях, заключающихся в первичной трансформации исходных породных слюд, о чем ясно свидетельствует очень широкое отношение кремния к сумме алюминия и железа (табл. 2), а также очень низкое содержание кальция и магния, повышенное содержание здесь фосфора свидетельствует об обогащении ила материалом гуано. Тонкодисперсные цеолиты в этой почве по всей вероятности связаны с эоловым привносом, так как рядом расположены вулканические массивы гор Хадсон.
Таблица 2. Элементный состав илистой фракции почв (содержание элементов, %)
^2
^2^ ^3 CaO MgO ТО2 SOз P2O5
§Ю2
^3
91,73
О-в Линдси, литозем под гуано остаточно-копрогенный, АУ
0,60 I 0,62 I 0,24 I 0,44 I 0,15 I 2,13 I 2,05 I 1,41 I 0,74
153,65
Нунатак Мэиш, петрозем гумусовый под лишайником, Ш 13,04 I 15,96 I 10,93 I 4,60 I 3,14 I 4,64 I 2,30 I 0,21 I 0,00
45,64
3,15
Б-1, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под мхами, АУ 63,37 I 9,88 I 12,54 I 1,40 I 7,99 I 0,60 I 1,55 I 1,14 I 0,45 I 0,90
5,64
Б-1, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под мхами, С 79,00 I 5,97 I 3,59 I 0,90 I 6,70 I 0,16 I 1,10 I 0,70 I 0,12 I 0,35 I 17,98
85,89
Б4, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под гуано, АУ 4,26 I 4,13 I 0,68 I 3,35 I 0,15 I 0,90 I 0,58 I 0,00 I 0,00 I 21,07
Б-6, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под прибойными водорослями, АУ 73,17 | 9,20 | 4,69 | 0,60 | 2,97 | 0,26 | 5,49 | 0,54 | 2,06 | 0,36 | 11,68 Б-6, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под прибойными водорослями, С 57,10 I 11,90 I 15,1 I 1,33 I 10,53 I 0,72 I 1,93 I 1,42 I 0,00 I 0,19 I 4,22
55,6
Б-7, о-в Кинг-Джордж, петрозем гумусовый под лишайником, Ш
10,34 I 16,17 I 3,11 I 8,45 I 0,65 I 4,03 I 1,09 I 0,00 I 0,00
4,09
Б-8, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под лишайником, АУ 73,44 | 6,27 | 10,75 | 1,65 | 5,07 | 0,48 | 1,53 | 0,86 | 0,21 | 0,04 | 8,34
Б-8, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под лишайником, С 88,54 | 3,49 | 3,22 | 0,78 | 2,13 | 0,01 | 0,72 | 0,32 | 0,00 | 0,7 | 27,32
Б-5, о-в Кинг-Джордж, петрозем гумусовый под лишайником, Ш 63,84 | 8,94 | 6,69 | 0,98 | 8,06 | 0,24 | 7,54 | 1,84 | 1,32 | 0,00 | 8,66
Б-9, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под щучкой, АУ
52,35 I 12,03 I 16,9 I 2,04 I 7,74 I 0,86 I 3,85 I 1,62 I 0,49 I 0,00 I 3,57
На нунатаке Мэиш почвы (петроземы гумусовые) очень слабо развиты и почвенного глинообразования здесь не происходит. Тем не менее илистую фракцию для съемки спектров здесь выделить удалось. Она представлена рентгеноаморфной фазой, а также продуктами интенсивного дробления кварца и плагиоклаза. В качестве примеси при-
сутствует каолинит, образовавшийся вероятно не в почве, а в ходе постмагматических процессов, что весьма характерно для изверженных пород и их элювиев [4].
В почвах о-ва Кинг-Джордж в составе илистой фракции доминируют смектиты. Скорее всего, высокое содержание последних связано с их существенной долей в составе илистых фракций почвообразующих пород. В автоморфном литоземе серогумусовом (Б-1) наблюдается повышенное содержание калия и натрия в илистой фракции гумусового горизонта, что хорошо согласуется с доминированием здесь одновалентных смектитов. Кроме того, отношение кремния к сумме алюминия и железа в данном случае существенно ниже, чем в иле почвообразующей породы, что свидетельствует об оглинивании минеральной массы верхнего горизонта. В литоземе серогумусовом под гуано пингвинов (Б-4) гумусовый горизонт характеризуется очень высоким содержанием одновалентных смектитов по сравнению с двухвалентными, широкое отношение кремния к сумме алюминия и железа связано с тем, что почва находится на берегу и материал гумусового горизонта здесь обновляется приносным материалом. Доминирование одновалентных смектитов над двухвалентными можно связать с воздействием кислых продуктов трансформации гуано на почву.
Петроземы гумусовые Б-5 и Б-7 образуются в небольших углублениях на скалах, где аккумулируется приносной (эоловый) материал, смешивающийся с обломками дробления исходных пород. Химический состав илистых фракций этих почв практически одинаков. При этом наблюдается очень узкое отношение кремния к сумме алюминия и железа, в почве Б-5, кроме смектита, в составе илистой фракции присутствует хлорит, вероятно, образующийся в процессе изменения слюд, унаследованных от породы.
Литозем серогумусовый под лишайником Б-8 в трансэлювиальной позиции показывает также неоднородность профиля, связанную с накоплением склонового делювиального материала в верхней части профиля. Здесь глинистая фракция представлена в обоих горизонтах в основном одновалентными смектитами, в верхнем горизонте присутствует каолинит, который, скорее всего, привносится в почву в составе делювиальных отложений с вышележащих территорий. Расположенный рядом, у берега, литозем серогумусовый под куртинками щучки (Б-9) при похожем составе илистой фракции характеризуется наличием хлорита, скорее всего, унаследованного от породы. Учитывая высокое содержание железа и алюминия по отношению к кремнию, можно предположить, что глинообразование в этой почве происходит сравнительно интенсивно.
Литологическая неоднородность литозема серогумусового под водорослями связана (Б-6) с прибрежным положением этой почвы и синлитогенным типом накопления веществ. В связи с этим соотношение одновалентных и двухвалентных смектитов в верхнем и нижнем горизонтах противоположное. Это четко подтверждается и данными химического анализа илистой фракции (в верхнем горизонте гораздо шире отношение кремния к сумме алюминия и железа, а также пониженное содержание кальция и магния).
Пробы почв Антарктиды, из которых выделены илистые фракции:
1 —о-в Линдси, литозем под гуано остаточно-копрогенный, АУ; 2 — нунатак Мэиш, петрозем гумусовый под лишайником, W; 3 — Б-1, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под мхами, АУ; 4 — Б-1, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под мхами С; 5 — Б-4, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под гуано, АУ; 6 — Б-5, о-в Кинг-Джордж, петрозем гумусовый под лишайником, W; 7 — Б-6, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под прибойными водорослями, АУ; 8 — Б-7, о-в Кинг-Джордж, петрозем гумусовый под лишайником, W; 9 — Б-8, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под лишайником, АУ; 10 — Б-9, о-в Кинг-Джордж, литозем серогумусовый под щучкой, АУ
Таким образом, можно сделать заключение, что глинистые минералы нешироко распространены в почвах высоких широт, при этом состав илистых фракций почв не отличается высоким разнообразим глинистых минералов. Почвенное глинообразование практически не выражено в петроземах холодных пустынь, в то время как под мощными залежами гуано на о-ве Линдси начинается формирование иллитов, что, вероятно, является следствием разрушения слюд. Ранее при микроморфологических исследованиях нами была обнаружена серицитизация полевых шпатов в собственно антарктических литоземах. Этот процесс, видимо, является основным, наряду с формированием иллитов, среди процессов глинообразования в почвах тундропустошей и холодных пустынь.
В субантарктических условиях на о-ве Кинг-Джордж сложно найти литологически однородные объекты, так как большинство почв испытывает периодическое обновление мелкозема в результате действия делювиальных потоков или прибойного накопления материала. При этом не исключено и эоловое накопление легких тонкодисперсных частиц вулканогенного материала. Поэтому следует считать, что смектит, каолинит и хлорит, обнаруженные в литоземах о-ва Кинг-Джордж, являются в основном унаследованными от почвообразующей породы. Тем не менее в автоморфных вариантах ли-тоземов наблюдается увеличение одновалентных смектитов в верхних горизонтах, что сопровождается резким сужением отношения кремния к сумме железа и алюминия. Это свидетельствует о возможности почвенного глинообразования в субантарктических тундрах.
Проведенные исследования в целом подтвердили данные Симас и соавторов [11] о том, что большая часть глинистых минералов наследуется почвами от почвообразующих пород. В отличие от этих авторов на о-ве Кинг-Джордж мы еще не обнаружили почв с вторичным ярозитом и натроярозитом в глинистой фракции, однако, можно с уверенностью свидетельствовать о наличии в некоторых илистых фракциях галита.
Заключение
Впервые проведенные исследования почв холодных пустынь Западной Антарктики показали, что глинистые минералы в этих почвах унаследованы от почвообразующей породы. В прибрежном экоклиматическом регионе возможно внутрипочвенное формирование некоторых глинистых минералов, что связано как с климатическими условиями, так и с накоплением больших количеств органического вещества гуано.
Наибольшее разнообразие минералов глин характерно для почв субантарктического о-ва Кинг-Джордж, где илистая фракция представлена как унаследованными от породы, так и новообразованными глинистыми минералами. По сравнению с данными Кэмпбелла и Клариджа [8] в изученных почвах обнаружено гораздо больше минералов группы смектита. Это можно связать с гораздо большим потенциалом выветривания и, соответственно, внутрипочвенного глинообразования в субантарктических условиях.
Литература
1. Абакумов Е. В., Помелов В. Н., Власов Д. Ю., Крыленков В. А. Морфологическая организация почв Западной Антарктики // Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 3. 2008. Вып. 3. С. 102-115.
2. Дьяконов Ю. С. Полуколичественное рентгенографическое определение минералов глин (слоистых силикатов). М., 1984. 24 с.
3. Марков К. К. Некоторые данные о перигляционных явлениях в Антарктиде (Предварительное сообщение) // Вестник МГУ им М. В. Ломоносова. Сер.: география. 1956. №1. С. 139— 148.
4. Соколова Т. А., Дронова Т. Я., Толпешта И. И. Глинистые минералы в почвах. Тула, 2005, 336 с.
5. Bate D. B., Barret J. E., Poage M. A., Virginia R. A. Soil phosphorous cycling in an Antarctic polar desert // Geoderma. 2008. Vol. 144. P. 21-31.
6. Beyer L., Pingpank K., Wriedt G., Bolter M. Properties, formation, and geo-ecological sig-
nificance of organic soils in the coastal region of East Antarctica (Wilkes Land) // Catena. 2000. Vol. 39. P. 79-93.
7. Cannone N., Wagner D., Hubberten H. W., Gugliemin M. Biotic and abiotic factors influencing soil properties across a latitudinal gradient in Victoria Land, Antarctica // Geoderma. 2008. Vol. 144. P. 50-65.
8. Campbell I. B., Claridge G. G. G. Antarctica: soils, weathering processes and environment. Amsterdam: Elsevier, 1987. 368 p.
9. Navas A., Lopez-Martinez J., Casas J. Soil characteristics on varying substrates in the South
Shetland Islands, maritime Antarctica // Geoderma. 2008. Vol. 144. P. 123-139.
10. Matsuoka N., Thomachot C., Oguchi C., Hatta T., Abe M., Matsuzaki H. Interactions be-
tween permafrost, weathering, and soil formation in the S0r Rondane Mountains, East Antarctica // International Workshop on Antarctic Permafrost and Soils, November 14-18, 2004, University of Wisconsin, Madison. P. 67.
11. Simas F. N. B., Schaefer C. E. G. R., Melo V. F., Guerra M. B. B., Saunders M., Gilkes R. J. Clay-sized minerals in permafrost soils (Cryosols) from King George Island, Antarctica // Clays and Clay Minerals. 2006. Vol. 54. P. 721-736.
Статья поступила в редакцию 5 апреля 2010 г.
