ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 10, с. 1163-1178
ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
УДК 631.4
РАДИОУГЛЕРОДНОЕ ДАТИРОВАНИЕ КАРБОНАТНЫХ АККУМУЛЯЦИЙ В ПОЧВАХ ГОЛОЦЕНОВОГО ХРОНОРЯДА
СТЕПНОГО ПРИУРАЛЬЯ*
© 2004 г. О. С. Хохлова1, А. А. Хохлов1, О. А. Чичагова2, Н. Л. Моргунова3
1Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 142290, Пущино, Московской обл., ул. Институтская, 2 2Институт географии РАН, 117109, Москва, Старомонетный пер., 27/7 3Оренбургский государственный педагогический университет, Оренбург Поступила в редакцию 29.10.2003 г.
Предложен новый подход к интерпретации результатов радиоуглеродного (РУ) датирования педо-генных карбонатных аккумуляций. Показано, что РУ возраст карбонатов в изученном хроноряду черноземных супесчаных почв степного Приуралья определяется климатическими условиями в период их образования и трансформации, причем отмечаются периоды как омоложения, так и удрев-нения этого возраста. Предложена методика расчета относительной величины удревнения или омоложения РУ возраста педогенных карбонатов, в которой отражается интенсивность процессов аккумуляции - в аридные и растворения-перекристаллизации и переотложения карбонатов - в гумидные эпохи голоцена.
ВВЕДЕНИЕ
Радиоуглеродное (РУ) датирование карбонатных аккумуляций в почвах мира проводилось многими исследователями [19-21, 25, 26, 28-31, 33, 34, 36, 38-40]. В ранних работах Бартлетта и Броикера [20, 22] 14С-даты для карбонатов рассматривались как несоответствующие возрасту почв и отложений из-за возможного включения в них первичных (литогенных) карбонатов. Позже исследованиями стабильных изотопов углерода было показано, что педогенные карбонаты сформированы в изотопном равновесии с почвенным С02 и растворение первичных карбонатов практически не влияет на соотношение изотопов углерода в почвенных карбонатных аккумуляциях из-за полного изотопного обмена с почвенным С02 [23, 24, 32]. Эти выводы явились причиной возобновления интереса к РУ датированию карбонатов. В работах Амунсоля с соавт. и Ванга с соавт. [19, 36] рассмотрен возможный механизм образования педогенных карбонатов. "Общее 14С02, произведенное на любой глубине в почве, происходит из двух главных источников: разложения органического вещества и дыхания живущих корней. Эти источники могут значительно различаться по содержанию 14С: корни, бактериальное разложение корневых экссудатов продуцируют диоксид углерода, который имеет содержание 14С, приблизительно равное атмосферному
Работа выполнена при поддержке РФФИ гранты < 02-04-96449-р2002урал, < 03-06-80305.
(514С = 0%е в условиях до взрывов атомных бомб [27], а органическое вещество продуцирует С02, который может, в зависимости от возраста почвы и климатических условий, быть значительно меньше по 14С содержанию в сравнении с атмосферой" [19, с. 391-392]. Педогенные карбонаты формируются в равновесии с почвенным диоксидом углерода, который складывается из этих двух источников, следовательно, даже вновь образованные карбонаты в почвах будут иметь уже некий возраст по 14С, выше нуля. По мере увеличения возраста почвы и, соответственно возраста органического вещества, будет возрастать и начальный РУ возраст С02, происходящего от разложения гумуса. Возрастание будет происходить до установления квазиравновесного состояния свойств почвы с условиями среды, когда возраст гумуса перестанет увеличиваться.
В упомянутых работах предложены математические модели распределения РУ возраста педогенных карбонатов по глубине в пустынных почвах разного возраста с учетом того, что углерод карбонатов складывается из двух указанных источников. В рассмотренных почвах карбонаты оседают в виде корочек, наслоений на щебнистых включениях, поэтому было даже высказано предположение, что и толщина этих наслоений растет с возрастом почвы [35]. Важно указать, что авторами модели при расчетах было сделано допущение, что числовые характеристики, описывающие процесс разложения органического вещества, постоянны во времени и меняются только по
глубине почвы. Несмотря на значительные усилия, предпринятые для того, чтобы понять, как меняется РУ возраст карбонатов в зависимости от возраста почвы и глубины их залегания в профиле, сами авторы этих работ в конечном итоге заключили, что при переходе от моделей к реальным измеренным цифрам РУ возраста педоген-ных карбонатов отмечается несовпадение его с модельным возрастом, а также с другими методами датирования и временными критериями развития почвы (soil development index) [37], следовательно, необходимы дальнейшие исследования для понимания причин подобных расхождений.
По нашему мнению, одной из возможных причин ошибок при модельных расчетах является допущение о постоянстве процесса гумусоакку-муляции (то есть, равновесного процесса поступления-разложения органического углерода в профиле почвы) во времени, в частности в голоцене. Справедливости ради необходимо заметить, что в работе [19, с. 389] высказывается понимание этого: "инвариантность константы разложения органического углерода во времени не может быть гарантирована, но у нас нет иного подхода, чтобы определить их временную зависимость". Как нам представляется, выработать подходы к пониманию и моделированию динамики процесса гуму-соаккумуляции во времени (в частности в голоцене) можно, если обратиться к материалам палео-почвенного изучения археологических объектов, например, степной зоны России.
Во многих работах по археологическому почвоведению показано, что в хронорядах подкур-ганных почв в степной зоне России в голоцене (чаще всего рассматривается вторая его половина) происходили процессы активного гумусона-копления в периоды, благоприятные по увлажнению и температуре, и, напротив, уменьшения содержания, запасов гумуса и даже мощности гумусового горизонта в профилях почв в неблагоприятные периоды, например, резко засушливые [3-5, 13 и др.]. В обобщающей работе Иванова и Табанаковой [7] прослежено изменение интенсивности процесса гумусонакопления и мощности гумусового горизонта во времени на большом массиве данных. По этим данным, в частности во второй половине голоцена в степи Восточной Европы отмечаются периоды, когда мощность гумусового горизонта была меньшей, чем в предыдущее время.
Если сопоставить эти данные с представлениями зарубежных исследователей о формировании углерода педогенных карбонатов из двух источников С02 - атмосферного (в том смысле, что углерод имеет содержание 14С, равное атмосферному) и от разложения органического вещества, можно высказать некоторые предположения. Вероятно, в периоды активного гумусонакопления и
преобладания процессов гумусоаккумуляции над процессами разложения органического вещества (в эпохи, когда условия были благоприятными для накопления гумуса) атмосферный С02 будет основным "поставщиком" углерода в карбонаты, которые должны, следовательно, омолаживаться в такие периоды. Когда условия среды неблагоприятны для гумусонакопления и превалируют процессы дегумификации, запасенный ранее "древний" гумус разлагается, значительная часть его углерода поступает в почву и "усваивается" карбонатами, которые в этот период должны уд-ревняться, если следовать логике и продолжить рассуждения авторов упомянутых работ [19, 36]. Возможно, если изменить исходные посылки в предложенных ими моделях для 14С возраста педогенных карбонатов в связи с высказанными здесь соображениями (не принимать количество С02 от разложения гумуса за константу во времени), можно сблизить величины расчетного модельного и измеренного возраста карбонатов. Для этого надо использовать накопленные палеогеографами, палеопочвоведами знания о периодах потеплений-похолоданий голоцена-плейстоцена.
Также стоит иметь в виду, что в степной зоне с господством почв черноземного типа процессы гумусо- и карбонатоаккумуляции, а также противоположные процессы дегумификации - вымывания карбонатов, взаимосвязаны. Смена климата в сторону гумидизации способствует гумусона-коплению и выносу-переотложению карбонатов, тогда как аридизация приводит к дегумификации, подтягиванию к поверхности и увеличению аккумуляции карбонатов.
Александровский и Чичагова в работах [1, 17] по изучению РУ возраста гумуса палеопочв голоцена в лесостепи Восточной Европы показали, что этот возраст меняется во времени и различается в погребенных и фоновых почвах в одних и тех же горизонтах, что свидетельствует о разной интенсивности процессов аккумуляции и минерализации гумуса и связано с различиями климатических условий прошлого и настоящего. Для нас эти данные важны с точки зрения возможности ожидать, что и РУ возраст педогенных карбонатов будет различаться в связи с изменением условий среды различных эпох голоцена.
Основной задачей настоящей работы было изучить РУ возраст карбонатных аккумуляций черноземных почв в хроноряду второй половины голоцена на примере степного Приуралья с целью выявления механизмов аккумуляции и трансформации педогенных карбонатов и изменения их РУ возраста во времени.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Был изучен хроноряд, состоящий из палео-почв, погребенных под археологическими памятниками (курганами) в ямное время, в раннежелез-ном веке и в период средневековья, у с. Шумаево Ташлинского р-на Оренбургской обл. Это степная зона южного Приуралья с черноземными почвами. В геоморфологическом отношении указанный участок территории относится к долине р. Урал и ее притоков, которым является и р. Ир-тек. Рельеф участка могильников полого-волнистый, преобладающие абсолютные высоты составляют 100 м. Почвообразующими породами на первой террасе Иртека, где располагались курганные могильники, служат супесчано-песчаные практически бескарбонатные аллювиальные отложения. Основу современного почвенного покрова изученной территории составляют черноземы южные супесчаные. Климат района наиболее жаркий и засушливый в черноземно-степной полосе Оренбуржья. Средняя температура января - -15°С, июля - +22°С, среднегодовая норма осадков - около 350 мм. Растительность нераспаханных участков, на которых расположены курганные могильники - типчаково-ковыльная степь.
Раскопки Шумаевских могил
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.