ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2009, том 425, № 2, с. 265-270
^ ОБЩАЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^
БИОЛОГИЯ
УДК 551.8;550.4
ГУМИНОВЫЕ ВЕЩЕСТВА В СОСТАВЕ ПАЛЫГОРСКИТОВОГО ОРГАНО-МИНЕРАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ИЗ ИСКОПАЕМОЙ ПОЧВЫ ВЕРХНЕГО КАРБОНА ЮЖНОГО ПОДМОСКОВЬЯ
© 2009 г. Т. В. Алексеева, П. Б. Кабанов, Б. Н. Золотарёва, А. О. Алексеев, В. А. Алексеева
Представлено академиком Г.А. Заварзиным 31.01.2008 г. Поступило 30.07.2008 г.
Почва и почвенный покров являются природными феноменами, фиксирующими в своем составе и свойствах этапы развития и эволюции жизни на Земле. Коры выветривания, демонстрирующие отдельные признаки почвенного строения, распознаются, начиная с архея [1]. Колонизация суши сосудистыми растениями в позднем силуре (около 420 млн. лет), по-видимому, дает начало почвам как среде обитания высших растений. К началу каменноугольного времени (360286 млн. лет) в пределах гумидных областей суши развитие получили древесная наземная растительность и торфонакопление, давшие крупнейшие в истории Земли скопления угля [1, 2]. Восточно-Европейская платформа в это время располагалась между экватором и низкими северными широтами, в основном в пределах аридной зоны. Крупнейшим осадочным бассейном Восточно-Европейской платформы в карбоне является Московская синеклиза (рис. 1), в пределах которой накапливались мелководно-морские карбонатные осадки. В фазы регрессий на обнажавшихся ювенильных морских карбонатных осадках здесь формировались маломощные почвы, изучение которых находится в начальной стадии [2, 3].
Литификация, диагенез и метаморфизм уничтожают большинство диагностических свойств ископаемых почв, в первую очередь это касается органического вещества. Известно, что для четвертичных палеопочв потери органического углерода могут составлять до 70% уже за первые
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения
Российской Академии наук, Пущино Московской обл. Палеонтологический институт Российской Академии наук, Москва, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
сотни лет погребения [2]. В более древних ископаемых почвах органический углерод, как правило, полностью минерализуется. Его былое присутствие обычно фиксируется по микростроению, наличию карбонатных микро- и макроструктур (следы корней, копролиты и т.д.), педогенных карбонатов, а также характерной ассоциации минералов и пирита, образованного при гидроморфизме гумуса [4]. В связи с этим обнаружение нами орга-но-минерального комплекса в палыгорскитовой ископаемой почве московского яруса карбона представляет особый интерес.
Материал получен из так называемой сенни-церучейской палеопочвы разреза Горы, развитой в кровле васькинской свиты подольского горизонта (рис. 1). Данная ископаемая почва была также прослежена в соседних разрезах Акатьево и Приокский (рис. 1) [3]. Морфологически профиль субаэральной экспозиции представляет собой толщу раскарстованного известняка (слой 6), перекрытую плотными зеленовато-серыми суглинками с включениями известняка - "глинистым чехлом" (слой 7). Он состоит в нижней части из глубоковыветрелой окарбоначенной палеопочвы (слой 77), внешне напоминающей рендзины или кальциевые литосоли. Слой 7 перекрыт глинистыми континентальными осадками (Ts), в свою очередь Тя перекрыт трансгрессивными тиховодными микрозернистыми известняками горской свиты. Слой Тя, скорее всего, представляет собой осадок эфемерных континентальных озер (плайа).
Минералогический состав валовых образцов и илистой фракции (<2 мкм) изучен методом рентгеновской дифрактометрии (ДРОН-3, Си-излучение) и ИК-спектроскопии (Бресогё М-80, КБг-тех-ника). Общее содержание органического углерода в илистой фракции образцов определяли по методу Тюрина, состав гумусовых веществ - по схеме Пономаревой-Плотниковой [5].
и о я
а >
и >
я >
и м
К К
д >
я
н о
(О
%
к>
к> о о
Местная
(В)
ю о\ о\
Для а:
\
9
10 11
▲ - разрезы: 1 - Горы, 2 - Акатьево, 3 - Приокский
>
Й И Я О и и
и
>
м тз
Рис. 1. Геологическое и стратиграфическое положение изученного материала, а - распространение московского яруса карбона в пределах Восточно-Европей-ской платформы, местная геологическая карта и расположение изученных разрезов, б - местные литостратиграфические подразделения, схема трансгрессивно-регрессивной цикличности подольско-мячковского интервала и стратиграфический диапазон разреза Горы, в - строение изученного профиля сенницеручейской палеопочвы в разрезе Горы и уровни отбора образцов. Для а: 1 - мелководно-морские преимущественно карбонатные обстановки, 2 - внутриплатформенные впадины, 3 - воздымающиеся складчатые области, 4 - Днепрово-Донецкая впадина, 5 - современная эрозионная граница распространения московского яруса, 6 - границы Восточно-Европейской платформы, 7 - предположительное распространение трансгрессий в московское время, 8 - предположительная область осушения во время низких стояний уровня моря (для Московской синеклизы). Общие климатические пояса: 9 - умеренный, 10 - аридный, 11 - гумидный тропический; для в: 1 - горизонт Г^ (осадок), 2 - горизонт 77 (палеопочва), М1 - поверхность морского затопления, СИ - кремни, 6-7 - образцы. На геологической карте: С2т -московский ярус карбона, Сок-^ - касимовский и гжельский ярусы карбона, I + К - юра и мел.
Щуров-ская
Акатьев-ская
Марковская
Горская
Васькин-ская
Суворовская
Песко-ская
Домодедовская
Суша| Море
Короб-чеевская
В минералогическом составе илистой фракции слоев Тб и Т1 преобладающей фазой является магнезиальный ленточный силикат - палыгорскит, формула которого Si8(Mg2Al2)O20(OH)2(OH2)4 • 4Н20. Палыгорскит диагностирован на основании следующих дифракционных рефлексов: 10.65, 6.51, 5.41, 4.51, 3.30 А.
Слой Т дополнительно содержит высокомагнезиальный ленточный силикат - сепиолит, тонкодисперсный вторичный кальцит (микрит) и гипс. Наличие сепиолита и отсутствие терриген-ных минералов в пределах Т свидетельствуют в пользу аутигенного генезиса минералов, а наличие гипса - о гиперсоленых условиях синтеза. Слой Тб, помимо палыгорскита, содержит кварц и небольшую примесь хлорита, что свидетельствует в пользу терригенного происхождения материала глинистого чехла.
Необходимо отметить, что палыгорскит - се-пиолитовые глины - достаточно редкие отложения, встречающиеся начиная с девона, но шире распространенные в отложениях третичного времени. Палыгорскит может иметь различное происхождение: осадочное (морские бассейны, озера и лагуны как с соленой, так и с пресной водой), терригенно-обломочное, гидротермальное, элювиально-гипергенное (почвенное). Эти глины представляют дополнительный интерес для исследователей, поскольку формируются в специфических условиях: щелочной рН, высокая активность Si и Mg. По сравнению с палыгорскитом, который синтезируется при рН 7.7-8.5 и достаточной концентрации подвижного А1, сепиолит осаждается при более щелочных рН (8.5-9.5). Данные минералы являются индикаторами аридного литогенеза. Палыгорскит встречен в современных аридных и полуаридных почвах Средней Азии, Северной Африки, стран Ближнего Востока, Австралии и др. [6-8]. При повышении гумидности климата палыгорскит трансформируется в смектит.
Палыгорскитовый состав описываемой палео-почвы и наличие в ее нижней части гипса позволяют сделать вывод, что величина годовых осадков была ниже 300 мм/год, а величина рН находилась в интервале 6-9 [7, 8].
ИК-спектры илистых фракций образцов из Т1 и Тб представлены на рис. 2. Основные линии на спектрах принадлежат палыгорскиту [9]. Спектры образцов из Т дополнительно содержат линии кальцита. Однако наиболее специфической чертой ИК-спектров образцов из Т являются линии, которые принадлежат органическим - гуми-новым веществам: 2958-2976 (СН3), 2871-2898 (СН3, СН2), 2931-2934 (СН2) см-1. Положение линий и соотношение их интенсивностей практически идентичны алифатическим цепочкам фульвокис-
7/2
7/6
4000
3000
2000
1000 см-1
Рис. 2. ИК-спектры илистой фракции, выделенной из нерастворимого в ацетатном буфере остатка образца 7/6 и образца 7/2.
лот плейстоценовых, голоценовых почв и других современных экосистем [10-12]. Еще одна особенность ИК-спектров палыгорскитовых глин наблюдается в области колебания Si-0 (1200-800 см-1). Характерная интенсивная линия 1028 см-1 на наших спектрах отсутствует, но появляются линии 1125-1140 см-1, а линия 986 смещена к 950-970 см-1. Подобные преобразования в спектре палыгорскита были обнаружены после обработки минерала соляной кислотой [13]. По мнению авторов [13], под влиянием кислоты происходит полное или частичное растворение октаэдрических фрагментов структуры силиката, что приводит к формированию связей Si-0-H, которым соответствует линия 963 см-1 на ИК-спектрах. Таким образом, можно заключить, что осадки были подвержены кислотному выщелачиванию по крайней мере кратковременному. Другим доказательством в пользу данного предположения является наличие зерен кварца с сильно корродированной поверхностью.
Содержание органического углерода в илистой фракции образцов из Т составляет 1.1-1.5%, что сравнимо с современными аридными почвами. Заметное содержание органического углерода позволило нам изучить фракционный состав гумусовых веществ ископаемой почвы по методике Пономаревой-Плотниковой [5], которая является общепринятой при изучении голоценовых почв и была успешно использована для ископаемых плиоценовых-плейстоценовых почв [12]. Кратко схема состоит в последовательной экстракции гумусовых веществ 0.1 N Н^04 ^ 0.1 N №0Н ^ 0.02 N №0Н (6 ч кипячения на водяной
(в)
(б)
(а)
4000
3000
2000
1000
см
Рис. 3. ИК-спектры илистой фракции, выделенной из нерастворимого в ацетатном буфере остатка образца 6-7 (а); органо-минерального остатка после извлечения из илистой фракции гуминовых веществ по схеме Пономаревой-Плотниковой (б) и фракции III гуминовых кислот (в).
бане); параллельно выполняется непосредственная 0.1 N NaOH-вытяжка из отдельной навески. Различия в степени растворимости разных фракций гумусовых веществ объясняют формами их связи с минеральными компонентами. Наиболее прочносвязанная фракция остается в форме не-гидролизуе
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.