CC BY
0УДК 631.4
DOI: 10.24412/cl-37200-2024-1035-1038
ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ ПОЧВ МЕЛОВЫХ ПОЛИГОНОВ ЮГА ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ В ЗИМНЕ-ВЕСЕННИЙ ПЕРИОД
TEMPERATURE REGIME OF SOILS OF CRETACEOUS POLYGONS IN THE SOUTH OF THE ORENBURG REGION IN THE WINTER-SPRING PERIOD
Поляков Д.Г.1, Рябуха А.Г.1, Архангельская Т.А.2, Ковда И.В.3 Polyakov D.G.1, Ryabukha A.G.1, Arkhangelskaya T.A.2, Kovda I.V.3
1Институт степи УрО РАН, Оренбург, Россия 2Факультет почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия 3Почвенный институт им. В.В. Докучаева, Москва, Россия 1 Steppe Institute of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Orenburg, Russia 2Faculty of Soil Science, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia 3V.V. Dokuchaev Soil Institute, Moscow, Russia
E-mail: 1polakovdg@yandex.ru, 2arhangelskaia@gmail.com, 3ikovda@mail.ru
Аннотация. Исследован температурный режим почв комплексного почвенного покрова меловых полигонов Подуральского плато, Оренбургская область. Температуру почвы измеряли с начала ноября до середины июня на контрастных элементах микрорельефа с помощью автономных регистраторов температуры. Зимой и весной 2019-2020 гг. сезонные переходы через 0°С на разных элементах микрорельефа начинались примерно в одно и то же время и были приурочены ко вторым декадам ноября и марта. При этом глубина и скорость проникновения нулевой изотермы существенно отличалась по элементам микрорельефа. Нулевая изотерма в почве микроповышения устойчиво продвигалась с середины декабря до конца февраля, достигнув глубины 65 см. На микросклоне и в микропонижении ее продвижение прекратилось в конце декабря достигнув глубин 40 и 30 см соответственно. Основным фактором, влияющим на промерзание почв и проникновение нулевой изотермы, является глубина снежного покрова и микрорельеф как фактор его перераспределения.
Ключевые слова: микрорельеф, нагревание, охлаждение, нулевая изотерма.
Abstract. The temperature regime of the soils of the complex soil cover of the Cretaceous polygons of the Poduralsky plateau, Orenburg region, has been studied. Soil temperature was measured from early November to mid-June on contrasting microrelief elements using autonomous temperature recorders. In winter and spring 2019-2020, seasonal transitions through 0°C on different elements of the microrelief began at about the same time and were timed to coincide with the second decades of November and March. At the same time, the depth and rate of penetration of the zero isotherm differed significantly in the elements of the microrelief. The zero isotherm in the micro-elevation soil steadily advanced from mid-December to the end of February, reaching a depth of 65 cm. On the micro slope and in the micro-slope, its progress stopped at the end of December, reaching depths of 40 and 30 cm, respectively. The main factor influencing soil freezing and penetration of the zero isotherm is the depth of the snow cover and the microrelief as a factor of its redistribution.
Key words: microrelief, heating, cooling, zero isotherm.
Введение. Меловые полигоны - это специфический микрорельеф геометрически правильных многоугольников с незадернованным меловым пятном в центре. Микроповышения в виде многоугольников высотой около 30 см расположены рядами и разделены между собой хорошо задернованными микропонижениями, образующими в плане единую полигональную сеть. Меловые полигоны признаны уникальными природными объектами и включены в Кадастр геологических памятников природы [1], Красную книгу почв Оренбургской области [2] и России [3]. Генезис меловых полигонов, в этих изданиях связывался с современными криогенными процессами, которым сопутствуют химическое растворение и механическое разрушение мело-мергельных пород подземными водами [2, 4] или с увеличением объема глины при ее сезонном смачивании [1]. Обе гипотезы основывались на особенностях резко континентального климата и сезонного промерзания.
Наши исследования показали, что меловые полигоны сформировались в условиях криоаридного климата, многолетней мерзлоты, морозобойного растрескивания грунтов и роста полигонально-жильных льдов [5, 6]. Согласно палеоклиматическим реконструкциям, подобные условия существовали во время последнего ледникового максимума валдайского оледенения
(25-12 тыс. л.н.) [6, 7]. В результате этого почвы полигонов имеют серию реликтовых криогенных признаков: псевдоморфозы по повторно-жильным льдам, криотурбации, гумусовые прослои в нижней части профиля и др.
Однако наиболее существенной их особенностью является дифференцированное по микрорельефу формирование шлировой криотекстуры, морозного пучения и других современных криогенных процессов в почвах в пределах микроповышений.
Целью работы является исследование температурного режима почв меловых полигонов в период зимнего охлаждения и весеннего прогревания, как фактора дифференцированного проявления криогенных процессов в почвах.
Объект и методы. Меловые полигоны исследовали на ключевом участке, расположенном у с. Новопавловка Акбулакского района Оренбургской области (51°08'10" СШ, 55°37'16" ВД). Климат резкоконтинентальный. Коэффициент увлажнения около 0,55. Среднегодовая температура воздуха за период с 1990 г. по 2020 г. составила 5,7°С, средняя температура января равняется -11,9°С, июля - 22,8°С. Годовая сумма осадков составляет 336 мм. Глубина промерзания почвы может достигать 140 см, высота снежного покрова составляет около 30 см.
Почвенный покров комплексный. В микропонижениях расположены светлогумусовые почвы, на микросклонах - светлогумусовые криоструктурнометаморфические и в центральной части микроповышений - криоструктурнометаморфические [9].
Температуру почв измеряли с 01.11.2019 по 14.06.2020 автономными регистраторами температуры с разрешающей способностью 0,5°С и 0,0625°С. Датчики располагали колонкой на разных элементах микрорельефа на глубинах около 5, 10, 15, 20, 25, 40, 60, 80, 100 и 130 см (рисунок 1). Относительные превышения поверхности почвы в местах закладки логгеров составили: на микроповышении 27 см, в верхней и средней частях микросклона 20 и 17 см соответственно. Криогенную текстуру изучали в образцах, полученных колонковым бурением с помощью аккумуляторного шуруповерта и коронки для сверления по бетону. Глубину промерзания устанавливали по изменению твердости почвы при бурении и контролировали наличием ледяных включений в отбираемых образцах.
Рисунок 1. Схема расположения автономных регистраторов температуры.
Результаты и обсуждение. По данным метеостанции Акбулак (51°00' 11" СШ, 55°37'31" ВД), погода в период наблюдений была существенно мягче климата последних трех десятилетий. Зимой выпало на 41% больше осадков, а температура воздуха была выше на 5,1°С. Это создало условия для менее интенсивного охлаждения и промерзания почвы, по сравнению с условиями последних десятилетий.
Охлаждение почв ниже 0°С отмечалось в середине ноября на всех элементах микрорельефа (рисунок 2). С середины ноября до начала декабря во всех позициях происходило быстрое проникновение нулевой изотермы вглубь профиля. К началу декабря в ряду микроповышение, микросколон и микропноижение нулевая изотерма проникла до глубин 25, 30 и 20 см соответственно. Быстрее всего охлаждался микросклон, несмотря на более высокую температуропроводность мелового материала микроповышения по сравнению с температуропроводностью гумусового горизонта микросклона и микропонижения [10]. Это связано с формированием на микроповышении шлиров из избыточного льда, при образовании которых выделялась энергия. За декабрь нулевая изотерма в этом же ряду продвинулась на 20, 10 и 8 см - до глубин 45, 40 и 28 см соответственно. В январе и феврале продвижение нулевой изотермы наблюдалось только на микроповышении. В январе нулевая изотерма продвинулась вглубь на 13 см, а в феврале на 7 см, достигнув к концу зимы глубины 65 см. В этот период нулевая изотерма на микросклоне колебалась в пределах 38-40 см и в целом не продвигалась глубже декабрьского максимума, а в микрозападине находилась на глубине 28-30 см, достигнув максимума в конце февраля.
Месяцы
Микроповышение
Микросклон
Микрозападина
Рисунок 2. Термохроноизоплеты почв меловых полигонов для разных элементов микрорельефа (построены по среднедекадным значениям).
Температура почвы в зимнее время была наиболее динамичной на микроповышении и микросклоне, колеблясь по профилю от 0°С до -5°С в зависимости от температуры воздуха. В микропонижении температура почвы отличалась стабильностью, связанной с большей мощностью снежного покрова на этом участке по сравнению с возвышенными элементами микрорельефа.
Нагревание почвы выше 0°С по всему профилю почв комплекса отмечалось в середине марта. Нулевые изотермы в почвах микросклона и микропонижения расположены вертикально, что свидетельствует о быстром оттаивании и нагревании почв. На микроповышении нулевая изотерма имела слегка выпуклую форму, что свидетельствует о нагревании почвы выше 0°С как сверху, так и снизу промерзшего слоя.
Неоднородность температурного режима сопровождалась неоднородным проявлением криогенных процессов. 17 декабря 2021 года глубина промерзания микроповышения составила 50 см, а микропонижения 18 см. В промерзшем слое микроповышений обнаружена шлировая криогенная текстура на всю глубину промерзания сочетающая линзовидно-плетенчатую до глубины 10 см и слоистую ниже. В микропонижениях шлировая криотекстура формировалась только в верхнем 4 см слое в виде микрошлировой линзовидно плетенчатой, а ниже переходила в массивную.
Заключение. Температурный режим почв микроповышения и микропонижения меловых полигонов существенно отличается. Почвы микроповышения промерзают глубже и на протяжении всей зимы. Промерзший слой характеризуются динамичностью температуры в ответ на повышения и понижения температуры воздуха. Почвы микросклона промерзают на меньшую глубину, а само промерзание останавливается в начале января. Здесь также выражена динамичность температуры промерзшего слоя, даже в отсутствии дальнейшего углубления нулевой изотермы. Почвы микропонижения отличаются минимальным промерзанием, остановкой продвижения нулевой изотермы вглубь профиля в начале января и стабильностью температуры почвы. Латеральная неоднородность температуры почвы, меньшие температуры и более долгое во времени промерзание микроповышений создает предпосылки для подтягивания к ним почвенной влаги из подчиненных элементов микрорельефа, что наблюдается визуально в виде шлировой криотекстуры с избыточным льдом в пределах микроповышений.
Список литературы
1. Чибилев А.А., Мусихин Г.Д., Павлейчик В.М., Петрищев В.П., Сивохип Ж.Т. Геологические памятники природы Оренбургской области. Оренбург: ОКИ, 2000. 400 с.
2. Климентьев А.И., Чибилев А.А., Блохин Е.В., Грошев И.В. Красная книга почв Оренбургской области. Екатеринбург: УрО РАН, 2001, 295 с.
3. Красная книга почв России: Объекты Красной книги и кадастра особо ценных почв / Науч. ред.: Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин. М.: МАКС Пресс, 2009. 576 с.
4. Михно В.Б. Меловые ландшафты Восточно-Европейской равнины. Воронеж: Петровский сквер, 1992. 232 с.
5. Рябуха А.Г., Поляков Д.Г., Стрелецкая И.Д., Ковда И.В. Морфология и современное функционирование меловых полигонов Общего Сырта, юго-восток Восточно-Европейской равнины // Геоморфология. 2022. № 3. С. 128-133. DOI: 10.31857/S0435428122030130.
6. Рябуха А.Г., Стрелецкая И.Д., Поляков Д.Г. Морфология, генезис и современная динамика полигональных меловых ландшафтов в долине р. Итчашкан // Вестник ВГУ. Сер. География, геоэкология. 2022. № 3. С. 57-68. DOI: 10.17308/geo/1609-0683/2022/3/57-68.
7. Величко А.А. (ред.). Палеоклиматы и палеоландшафты внетропического пространства Северного полушария. Поздний плейстоцен - голоцен. Атлас-монография. М.: ГЕОС, 2009. 120 с.
8. Vandenberghe J., French H., Gorbunov A. et al. The Last Permafrost Maximum (LPM) map of the Northern Hemisphere: permafrost extent and mean annual air temperatures, 25-17 ka BP // Boreas. 2014. Vol. 43. No. 3. P. 652-666. DOI: 10.1111/bor.12070.
9. Поляков Д.Г., Ковда И.В., Рябуха А.Г. Почвы меловых полигонов Подуральского плато: морфология, свойства и классификация // Почвоведение. 2024. № 1. (в печати)
10. Поляков Д.Г., Архангельская Т.А., Рябуха А.Г. Ковда И.В. Температуропроводность криомофных почв степных комплексов на меловых породах // Почвоведение. 2021. № 9. С. 1051-1060. DOI: 10.31857/S0032180X21090069.
