Палеопочва
В геонауках , палеопочва ( палеопочва в Великобритании и Австралии ) — древняя почва образовавшаяся в прошлом. Определение этого термина в геологии и палеонтологии несколько отличается от его употребления в почвоведении .
В геологии и палеонтологии палеопочва — это бывшая почва, сохранившаяся в результате захоронения либо под отложениями ( аллювий или лесс ), либо под вулканическими отложениями ( потоки лавы или вулканический пепел ), которые в случае более старых отложений литифицировались в горную породу . В четвертичной геологии, седиментологии , палеоклиматологии и геологии в целом является типичной и общепринятой практикой использование термина «палеопочва» для обозначения таких « ископаемых почв », обнаруженных погребенными в осадочных и вулканических отложениях, обнаженных на всех континентах. [1] [2]
В почвоведении определение несколько иное: палеопочвы — это давно сформировавшиеся почвы, не имеющие связи по своим химическим и физическим характеристикам с современным климатом и растительностью. Такие почвы встречаются в чрезвычайно старых континентальных кратонах или в небольших разрозненных участках в останцах других древних скальных областей.
Характеристики
[ редактировать ]Земли Из-за изменений климата за последние 50 миллионов лет почвы, образовавшиеся под тропическими лесами (или даже саванной ), стали подвергаться воздействию все более засушливого климата, который вызывает бывших оксисолей , ультизолей или даже альфисолей высыхание таким образом, что образуется очень твердая корочка. Этот процесс произошел настолько широко в большей части Австралии , что ограничил развитие почвы: бывшая почва фактически является материнским материалом для новой почвы, но она настолько не подвержена выветриванию, что только очень плохо развитая почва может существовать в нынешнем сухом климате, особенно когда они стали намного суше во время ледниковых периодов четвертичного периода .
В других частях Австралии и во многих частях Африки высыхание бывших почв не было столь сильным. Это привело к образованию больших площадей реликтовых подзолов в довольно засушливом климате на крайнем юге внутренней части Австралии (где раньше преобладали тропические леса умеренного пояса ) и к образованию торроксовых почв (подотряда оксисолей) на юге Африки . Здесь современный климат позволяет эффективно сохранять старые почвы в климате, при котором они не могли образоваться из исходного материала в течение мезозоя и палеоцена .
Палеопочвы в этом смысле всегда представляют собой чрезвычайно неплодородные почвы , содержащие уровень доступного фосфора на несколько порядков ниже, чем в регионах с умеренным климатом с более молодыми почвами. Экологические исследования показали, что это вызвало высокоспециализированную эволюцию австралийской флоры. [3] получать минимальные запасы питательных веществ . Тот факт, что почвообразования не происходит, еще больше затрудняет экологически устойчивое управление. Однако палеопочвы часто содержат самое исключительное биоразнообразие из-за отсутствия конкуренции . [4]
Таксономическая классификация
[ редактировать ]Запись палеопочв простирается до докембрия в истории Земли, причем редкие палеопочвы старше 2,5 миллиардов лет. Геология, биология и атмосфера существенно изменились за это время, с резкими изменениями во время Великого события окисления (2,42 миллиарда лет назад) и во время палеозоя , когда стали размножаться сложные животные и наземные растения.
Следовательно, нашу современную систему классификации почв невозможно применить к палеопочвам. Например, современный альфисоль, в широком смысле определяемый как лесная почва, не существовал бы до появления деревьев. Еще более проблематично то, что оно определяется химическими свойствами, которые не сохраняются в летописи горных пород. Хотя современные порядки почв часто используются для описания палеопочв в качественном смысле, была предложена схема наименования, специфичная для палеопочв: [5] хотя в литературе оно используется лишь спорадически.
До тех пор, пока не будет полностью принята схема наименования, специфичная для палеопочв, многие палеопедологи придерживаются таксономической классификации почв, предоставленной Министерством сельского хозяйства США (USDA). [6] Таксономия почв Министерства сельского хозяйства США пытается использовать измеримые свойства и объективные характеристики почв для их классификации. Методология разработала иерархическую структуру различных почвенных таксонов, классифицируя почвы первоначально на общем уровне, а затем относя почвы к постепенно более ограниченным подразделениям.
Таксономия почв Министерства сельского хозяйства США имеет недостатки, в том числе упор на наблюдаемые особенности, новую номенклатуру и иерархическую организацию. Акцент на наблюдаемых характеристиках может сделать почвенную таксономию похожей на юридический документ. Иерархическая структура не может быть применена глубже, чем уровень порядка палеопочв. Однако, несмотря на эти недостатки, таксономия почв Министерства сельского хозяйства США по-прежнему остается наиболее полной и влиятельной системой классификации почв на сегодняшний день. [7] Для отличия и идентификации палеопочв друг от друга необходимо учитывать определенные диагностические горизонты и особенности. Например, все палеопочвы имеют горизонт А, но гистопочвы имеют горизонт О над горизонтом А.
Идентификация
[ редактировать ]Рожь и Голландия (1998) [8] изложил пять критериев идентификации палеопочвы. Хотя это было вызвано необходимостью более строгой идентификации докембрийских палеопочв, оно применимо к палеопочвам любого возраста. Критерии:
- Образовавшийся на месте на скале ,
- мягкие осадки в верхней части профиля и
- Высокие изменения в химическом составе, текстуре и минералогии соответствуют процессам земного выветривания.
В полевых условиях физические признаки палеопочвы включают свидетельства горизонтализации (например, изменения цвета и текстуры), коренную породу, включенную в более тонкую вышележащую литологию (корневые камни), а также свидетельства поверхностных процессов (например, следы корней, органическое вещество, норы, окислительно-восстановительные процессы). переделка).
Ниже приведен список почв и некоторые их диагностические признаки, которые позволяют отличить эти палеопочвы или даже современные почвы:
Энтисол (зарождающаяся почва)
[ редактировать ]Горизонты (сверху вниз): A и C
Эта почва имеет очень слабую степень почвообразования. Первоначальные кристаллические, метаморфические или осадочные особенности исходного материала мало изменились в результате почвообразования. Большинство из них встречается на молодых геоморфных поверхностях, таких как поймы рек и на крутых склонах, где эрозия удаляет материал по мере формирования почвы. Признаки ранней сукцессионной вегетации трав и других трав и кустарников. Следы корней являются диагностическими признаками этого типа палеопочвы из-за небольших изменений по сравнению с исходным материалом в других отношениях. Однако для энтисолей ордивикского возраста или старше пик магнитной восприимчивости указывает на энтисоль.
Инцептизол (молодая почва)
[ редактировать ]Горизонты: A, иногда E, Bw и C.
Эти почвы представляют собой стадию формирования, выходящую за энтисоли, но не до такой степени развития, как другие почвенные отряды. Обычно можно представить себе светлый поверхностный горизонт над умеренно выветрелым подземным горизонтом. Формируется на равнинных участках ландшафтов на крутых горных склонах и вокруг них. Для этой палеопочвы особенно характерны кустарниковые редколесья из жердей, образующиеся при реколонизации нарушенных лесами почв. Для этой палеопочвы также характерны редколесья и лесистые луга.
Андисол (почва из вулканического пепла)
[ редактировать ]Горизонты: A, Bw и C
Это грунты вулканического пепла кремнистого характера, состоящие из пузырьков или осколков вулканического стекла с высокой площадью внутренней поверхности. Эта почва быстро выветривается до имоголита и смектита. Таким образом, они очень плодородны, богаты органическими веществами и имеют особенно низкую объемную плотность. Эти свойства и вышеупомянутые продукты выветривания обычно изменяются во время захоронения, иногда превращаясь в особые минералы, такие как селадонит и клиноптилолит. Для этой палеопочвы характерно не менее 60% распознаваемых в шлифах пирокластических обломков. Эта палеопочва образуется внутри и вокруг вулканов.
Гистосоль (торфянистая почва)
[ редактировать ]Горизонты: O, A, иногда Bg и C.
Богатые органикой почвы с мощным торфянистым горизонтом, образующиеся в прохладных, хорошо дренированных местах или в низинных, постоянно заболоченных местах. Первичным процессом формирования является накопление торфа (органического вещества), то есть органическое вещество образуется быстрее, чем оно может разложиться в почве. С накоплением торфа связано выщелачивание или образование глеевых минералов (пирита или сидерита), перекрывающих предыдущую почву или осадочные породы.
Сподосол (песчаная лесная почва)
[ редактировать ]Горизонты: A, E, иногда Bh, Bs и C.
Для сподосолей характерен подповерхностный горизонт, обогащенный оксидами железа и алюминия или органическим веществом. Обнаруживает непрозрачный цемент, который образует характерные радиально растрескавшиеся конкреционные каймы с многочисленными кварцевыми зернами в тонких срезах. Сподосоли образуются на холмистых коренных породах или низких, холмистых, богатых кварцем отложениях. Встречается преимущественно во влажном климате, где глина и растворимые соли растворяются и вымываются из профиля, и наиболее распространена в регионах с умеренным климатом. Характерной растительностью являются хвойные леса и другие виды вечнозеленой древесной растительности, которые могут переносить низкие уровни питательных веществ и высокую кислотность почвы.
Альфисол (плодородная лесная почва)
[ редактировать ]Горизонты: A, иногда E, Bt, иногда Bk и C.
Богатые основанием лесные почвы, имеющие светлый поверхностный горизонт над глинистым подземным горизонтом, богатые обменными катионами. Если палеопочвы содержат конкреции карбоната в глубоком горизонте профиля, можно предположить такое насыщение основаниями. При отсутствии карбонатных конкреций альфисоли можно отличить по обилию глин, богатых основаниями, или по соотношению молекулярного выветривания глинозем/основания менее 2. Эти почвы не встречаются на полюсах или на высоких горных вершинах.
Ультисол (бедная лесная почва)
[ редактировать ]Горизонты: A, иногда E, Bt и C.
Бедные по основанию лесные почвы, на первый взгляд похожие на альфисоли. Однако Ultisols более глубоко выветриваются минеральными элементами питания. В профиле Ultisol не должно быть каких-либо известковых материалов, а коэффициенты молекулярного выветривания глинозем/основания должны быть более 2. В профиле часто встречаются каолинит и сильно выветрелые глиноземистые минералы, такие как гиббсит. Статус низкой базы объясняется длительным временем формирования. Образуются в основном на старых частях ландшафта, таких как холмы из коренных пород, высокие аллювиальные террасы и вершины плато. Естественная растительность представлена хвойными или лиственными лесами.
Оксисол (тропическая глубоковыветрелая почва)
[ редактировать ]Горизонты: A, Bo, иногда Bv и C.
Глубоко выветрелые почвы с однородным по текстуре профилем. Преобладают каолинитовые глины или другие оксиды с низким содержанием оснований, такие как гиббсит или бемит. Содержит коэффициент молекулярного выветривания оксид алюминия/основания 10 или более. Эти почвы имеют глубоко выветрелые пестрые горизонты. Характерной чертой этого типа палеопочвы является устойчивая микроструктура сферических микропедалей размером с песок, окрашенных железом. Очень старый, часто насчитывающий десятки миллионов лет. Встречается на стабильных континентальных участках, на пологих склонах плато, террасах и равнинах. Естественная растительность Oxisols — тропический лес.
Вертисоль (набухающая глинистая почва)
[ редактировать ]Горизонты: A, Bw и C
Это однородные, мощные, глинистые почвы с глубокими и широкими трещинами. Растрескивание может привести к образованию холмистой топографии. Преимущественно состоит из смектитовых глин. Большинство вертисолей встречается в материалах среднего и базальтового состава. Встречается преимущественно на равнинной местности у подножия пологих склонов. Климат и растительность достаточно сухие и редкие, что позволяет поддерживать щелочные реакции. Растительность варьируется от лугов до редколесья, часто встречаются лесистые луга.
Моллисол (луговая почва)
[ редактировать ]Горизонты: A, иногда Bt, Bk, иногда By и C.
Хорошо развитый, богатый основанием поверхностный горизонт, состоящий из тесно перемешанной глины и органического вещества. Для этой палеопочвы характерно обилие мелких следов корней и комковатых структур. Поверхностный горизонт, характерный для этой палеопочвы, создан мелкой корневой системой травянистой растительности и роющей деятельностью многих видов почвенных беспозвоночных. Моллисоли встречаются в низменной, холмистой или равнинной местности.
Аридсоль (пустынная почва)
[ редактировать ]Горизонты: A, иногда Bt, Bk, иногда By и C.
Формируется в засушливых и полузасушливых регионах, и отсутствие дождя позволяет создавать неглубокие известковые, гипсоносные или соленые горизонты. Эти цементы образуют крупные узелки или сплошные слои. Светлый, мягкий, часто везикулярный поверхностный горизонт. Подземные горизонты не цементируются ни одним из перечисленных цементов. Чаще всего встречается в низменных районах, поскольку крутые склоны в засушливых регионах имеют тенденцию подвергаться эрозии до коренных пород. Растительность скудная, включает колючие кустарники и кактусы.
Гелисол (вечномерзлый грунт)
[ редактировать ]Горизонты: A, иногда By и C.
Почвы с подземным льдом или другими элементами вечной мерзлоты в пределах одного метра от поверхности. В палеопочвах места расположения льда могут сохраняться в виде обломочных даек, полос замерзания или других деформаций, создаваемых грунтовым льдом. Для гелисолей характерны тиллиты и другие гляцигенные отложения. Эти почвы формируются под растительностью полярных пустынь, тундры и тайги. Включает удивительное множество исторических эпипедонов, пустынных тротуаров, салических и кальциевых горизонтов.
Многие другие факторы, такие как пед-структуры, такие как наличие блочных, угловатых или зернистых пед и тип ткани, например, клинобимазепическая плазматическая ткань, представляют собой структуры, которые могут помочь определить, имеют ли они дело с палеопочвой. Некоторые из этих структур очень полезны при сужении идентифицируемой палеопочвы. Однако любая палеопочва должна быть проверена геохимически перед использованием в реконструкциях на основе косвенных данных; Процессы изменений после отложений, такие как калиевый метасоматоз , могут изменить химический состав палеопочвы, не меняя радикально ее внешний вид.
Приложения
[ редактировать ]Палеоклиматические реконструкции
[ редактировать ]Палеопочвы часто используются в качестве палеоклиматологических инструментов для определения климата, в котором они образовались. [9] Поскольку скорость и стиль выветривания зависят от климатических факторов, палеопочвы можно использовать для реконструкции переменных климата прошлого. Среднегодовые осадки (MAP) и температура воздуха (MAAT) — это две обычно реконструируемые переменные, которые, наряду с сезонностью и в сочетании с другими палеоэкологическими инструментами, могут использоваться для описания климата Земли в прошлом. Существует целый ряд палеоклиматических индикаторов, и хотя они различаются по направленности, многие из них полагаются на изменения химического состава по всему профилю почвы, которые происходят во время выветривания, захоронения и постпогребальных процессов. [10] [11]
Их использование зависит от таких факторов, как изменения после захоронения, исходный материал и порядок почвы ; не все прокси применимы к каждой палеопочве. Большинство показателей применимо к палеопочвам фанерозоя (не старше), поскольку ландшафтные процессы резко изменились после появления наземных растений. Сезонность (наличие и сила сезонов) требует более тонкого подхода к реконструкции. Предлагаемые показатели сезонности в первую очередь основаны на процессе увлажнения/высыхания почвы, во время которого может образовываться почвенный карбонат; [12] как и другие прокси, этот инструмент постоянно тестируется и совершенствуется. [13]
Реконструкции палеоатмосферы
[ редактировать ]Почвы формируются при почти постоянном контакте с атмосферой , поэтому на их химический состав влияет состав атмосферы как прямым, так и косвенным образом. Окисление палеопочв использовалось как индикатор содержания кислорода в атмосфере. [14] который возвышался над историей Земли. Палеопочвы также использовались для реконструкции уровней углекислого газа в атмосфере. [15] на основе современных исследований почвенного углеродного газообмена, [16] изотопы углерода в педогенных карбонатных конкрециях, [17] и подходы массового баланса, принимающие во внимание несколько атмосферных газов (обычно углекислый газ , кислород и метан ). Эти методы активно развиваются в области ранних исследований Земли.
Палеоботаника
[ редактировать ]Палеопочвы являются важным архивом информации о древних экосистемах, а различные компоненты ископаемых почв могут быть использованы для изучения прошлой жизни растений. Палеопочвы часто содержат древние растительные материалы, такие как пыльцевые зерна и фитолиты , биоминерализованную форму кремнезема , вырабатываемую многими растениями, такими как травы. И пыльца, и окаменелости фитолитов разных видов растений имеют характерные формы, которые можно проследить до их родительских растений. [18] В течение длительных геологических временных масштабов фитолиты не обязательно могут сохраняться в палеопочвах из-за способности плохо кристаллического кремнезема растворяться.
Другим индикатором состава растительного сообщества в палеопочвах является изотопный состав углерода . Соотношение различных изотопов углерода в органическом веществе в палеопочвах отражает долю растений, использующих фотосинтез C3 , которые растут в более прохладном и влажном климате, по сравнению с растениями, использующими фотосинтез C4 , которые лучше приспособлены к более жарким и засушливым условиям. [19] Другие методы обнаружения прошлой растительной жизни в палеопочвах основаны на выявлении остатков листового воска , которые со временем медленно разлагаются в почве. [20]
Палеосейсмология
[ редактировать ]Последовательности палеопочв как записи предыдущих поверхностей Земли, которые можно накладывать друг на друга, также полезны в области палеосейсмологии .
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Реталлак, Дж.Дж. (2001). Почвы прошлого (2-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Blackwell Science. ISBN 0-632-05376-3 .
- ^ Краус, MJ (1999). «Палеопочвы в обломочных осадочных породах: их геологическое применение». Обзоры наук о Земле . 47 (1): 41–70. Бибкод : 1999ESRv...47...41K . дои : 10.1016/S0012-8252(99)00026-4 .
- ^ Фланнери, Тим Ф. (1994). Пожиратели будущего: экологическая история австралийских земель и людей . Джордж Бразиллер.
- ^ Тилман, Дэвид (1982). «Конкуренция за ресурсы и структура сообщества». Монографии по популяционной биологии . 17 . Издательство Принстонского университета: 1–296. ПМИД 7162524 .
- ^ Мак, Грег Х.; Джеймс, В. Кальвин; Монгер, Х. Кертис (1 февраля 1993 г.). «Классификация палеопочв». Бюллетень ГСА . 105 (2): 129–136. Бибкод : 1993GSAB..105..129M . doi : 10.1130/0016-7606(1993)105<0129:COP>2.3.CO;2 . ISSN 0016-7606 .
- ^ Исследование почвы, штат (1975). «Почвенная таксономия, базовая система классификации почв для проведения и интерпретации почвенных исследований». Справочник Министерства сельского хозяйства США . 436 :754.
- ^ Реталлак, GJ (2019). Почвы прошлого (3-е изд.) . Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons Ltd., стр. 83–86. ISBN 978-1-119-53045-9 .
- ^ Рожь, Роб; Голландия, Генрих Д. (октябрь 1998 г.). «[название не указано]» . Американский научный журнал . 298 (8): 621–672. дои : 10.2475/ajs.298.8.621 . ПМИД 11542256 . Проверено 4 декабря 2019 г. [ нужна полная цитата ]
- ^ Сайед, MRG (1 ноября 2014 г.). «Палеопочвы, содержащиеся в базальте паводка: потенциальные палеоклиматические индикаторы глобального изменения климата» . Геонаучные границы . 5 (6): 791–799. Бибкод : 2014GeoFr...5..791S . дои : 10.1016/j.gsf.2013.08.005 . ISSN 1674-9871 .
- ^ Шелдон, Натан Д.; Табор, Нил Дж. (1 июня 2009 г.). «Количественная палеоэкологическая и палеоклиматическая реконструкция по палеопочвам». Обзоры наук о Земле . 95 (1): 1–52. Бибкод : 2009ESRv...95....1S . doi : 10.1016/j.earscirev.2009.03.004 . ISSN 0012-8252 .
- ^ Табор, Нил Дж.; Майерс, Тимоти С. (2015). «Палеопочвы как индикаторы палеосреды и палеоклимата» . Ежегодный обзор наук о Земле и планетах . 43 (1): 333–361. Бибкод : 2015AREPS..43..333T . doi : 10.1146/annurev-earth-060614-105355 .
- ^ Реталлак, Грегори Дж. (1 апреля 2005 г.). «Педогенные карбонатные показатели количества и сезонности осадков в палеопочвах». Геология . 33 (4): 333–336. Бибкод : 2005Geo....33..333R . дои : 10.1130/G21263.1 . ISSN 0091-7613 .
- ^ Брекер, DO; Шарп, ЗД; Макфадден, LD (1 марта 2009 г.). «Сезонные отклонения в формировании и стабильном изотопном составе педогенного карбоната в современных почвах центрального Нью-Мексико, США». Бюллетень ГСА . 121 (3–4): 630–640. Бибкод : 2009GSAB..121..630B . дои : 10.1130/B26413.1 . ISSN 0016-7606 .
- ^ Рожь, Роб; Голландия, Генрих Д. (октябрь 1998 г.). «[название не указано]» . Американский научный журнал . 298 (8): 621–672. дои : 10.2475/ajs.298.8.621 . ПМИД 11542256 . Проверено 4 декабря 2019 г.
- ^ Шелдон, Натан Д. (10 июня 2006 г.). «Докембрийские палеопочвы и уровни CO 2 в атмосфере ». Докембрийские исследования . 147 (1): 148–155. Бибкод : 2006PreR..147..148S . doi : 10.1016/j.precamres.2006.02.004 . ISSN 0301-9268 .
- ^ Брекер, DO (2013). «Количественная оценка и понимание неопределенности атмосферных концентраций CO 2 , определенных по кальциевым палеопочвам» . Геохимия, геофизика, геосистемы . 14 (8): 3210–3220. Бибкод : 2013GGG....14.3210B . дои : 10.1002/ggge.20189 . ISSN 1525-2027 .
- ^ Серлинг, TE (1 апреля 1991 г.). «Углекислый газ в атмосфере: данные кайнозойских и мезозойских палеопочв» . Американский научный журнал . 291 (4): 377–400. Бибкод : 1991AmJS..291..377C . дои : 10.2475/ajs.291.4.377 . ISSN 0002-9599 . ОСТИ 5895659 .
- ^ Курманн, МЗ (1985). «Исследование опалового фитолита и палиноморф современных и ископаемых почв Канзаса (США)». Палеогеография, Палеоклиматология, Палеоэкология . 49 (3): 217–235. Бибкод : 1985PPP....49..217K . дои : 10.1016/0031-0182(85)90055-0 .
- ^ Серлинг, Т.Э. (1984). «Стабильный изотопный состав современных карбонатов почвы и его связь с климатом». Письма о Земле и планетологии . 71 (2): 229–240. Бибкод : 1984E&PSL..71..229C . дои : 10.1016/0012-821X(84)90089-X .
- ^ Чжан, З.; Чжао, М.; Эглинтон, Г.; Лу, Х.; Хуанг, CY (2006). «Лифиды воска листьев как палеовегетативные и палеоэкологические индикаторы Китайского Лёссового плато за последние 170 тыс. лет». Четвертичные научные обзоры . 25 (5): 575–594. Бибкод : 2006QSRv...25..575Z . doi : 10.1016/j.quascirev.2005.03.009 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Палеопедология . (Под) Комиссия по палеопедологии (Отчет). Международный союз почвоведения и Международный союз четвертичных исследований. Комиссия МСУС 1.6.
