102
МИКРОМОРФОЛОГИЯ, МИКРОТОМОГРАФИЯ И
103
обусловливают развитие вокруг везикулярных пор внутренних кутан, состоящих из аморфизованных слоистых силикатов с неупорядоченной структурой и образование микроконцентраций железа и железных пленок на минеральных зернах в основной массе горизонта.
Разрезы заложены (рис. 1.) в крайнеаридной (1, 3) и настоящей (2) пустынях, согласно почвенно-геоботаническому районированию Заалтайской Гоби Ю.Г. Евстифеева и Е.И. Рачковской (Пустыни Заалтайской Гоби, 1986).
Рис. 1. Расположение изучаемых объектов: 1-3 – номера
почвенных разрезов.
Разрез 1 характеризует наиболее молодую гаммаду в центре оазиса Эхий-Гол. Возраст ее оценивается менее 30 лет. На щебнистой отмостке отсутствует пустынный загар, гипсовый горизонт представлен мучнистым, а не шестоватым («бозынгенным») гипсом, корковый горизонт имеет небольшую мощность, текстурно-метаморфический горизонт уплотнен, но не рубефицирован. Профили 1 и 3 имеют вполне сформированные для пустынных почв профили с характерными признаками: пустынным загаром на щебне отмостки, везикулярной пористостью и осветленностью коркового горизонта, слоеватостью подкоркового, уплотненностью и рубефицированностью текстурно- метаморфического, шестоватые формы гипса.
104
Рис. 2. Микроморфология и сканирующая электронная микроскопия
(субмикроскопия) корковых горизонтов Skeletic Regosol Gypsiric
(Siltic, Yermic) (профиль 3): (а, b) обильная везикулярная
пористость; органоминеральные инфиллинги и слоистые
глинистые кутаны на стенках везикулярных пор (XPL); (с) при более
высоком увеличении видно, что большая везикулярная пора
заполнена сероватым гумусово-глинистым материалом; d)
многочисленные открытые везикулярные поры разных размеров
(SEM, вторичные электроны, х 30); e) резкая граница между рыхлой
упаковкой частиц основной массы и кутаной на поверхности стенки
105
везикулярной поры (х 3500); f) границей между частицами основной массы и аморфной пленкой являются пластинки слюд (х10000).
Рис. 3. Микротомографические изображения порового
пространства в корковых горизонтах почвенных профилей (SkyScan
106
1172; фото К. Абросимова): (a,c,e) молодая почва (профиль 1) и (b,d,f) развитая почва (профиль 2): (a, b) сечения объемной 3D модели образцов, построенных на основе томографических срезов (поры показаны в темно-коричневом цвете, увеличение 5 мм); (c, d) томографические cрезы через среднюю часть образцов с дифференциацией минеральных компонентов и пустот по оттенкам серого: микродули железа (ярко белые), обломки силикатных пород (светло-серые), силикатно-карбонатная масса и фрагменты карбонатных пород (серые) и пустоты (черные); (e, f) 3D модель порового пространства пустынных корок (белое поровое пространство; синяя окраска силикатно-карбонатной основы).
Результаты исследования.
1. Микроморфологические (Figueira, Stoops, 1983, Голованов, Лебедева и др., 2005, Pagliai, Stoops, 2010, Turk, Graham, 2011, Лебедева, Голованов, 2012), микротомографические (Turk, Graham, 2014, Лебедева и др., 2014, Скворцова и др., 2015, Lebedeva, Golovanov, Abrosimov, 2016) и субмикроскопические (Лебедева, Голованов, Иноземцев, 2009) описания пустынных корок показали структурные изменения (Anderson, Wells, Graham, 2002), связанные с почвообразовательными процессами (Панкова, Герасимова, 2012). Применение комплекса микроскопических исследований в разновозрастных крайнеаридных почвах показало, что структурные изменения в корковых горизонтах происходят относительно быстро, при этом возникают специфические почвенные новообразования разного состава.
2. Дифференциация микропризнаков в корковом горизонте наиболее развитых крайнеаридных пустынных почв Монголии (профили 2 и 3) позволяют диагностировать педогенную трансформацию почвенного материала на микроуровне – формирование глинистых кутан и аккумуляция тонкодисперсной органики в самих порах (рис. 2 a – c).
Свежий эоловый материал с мелкими округлыми везикулярными пустотами лежит над корковым горизонтом (Aye, по WRB, 2014), в котором везикулярные поры с деформированными стенками сохраняются под тонкими слоистыми глинистыми кутанами. Эти кутаны могут развиваться в течение краткосрочных периодов обильных осадков (Pagliai, Stoops, 2010).
3. Везикулярные поры в горизонте Aye наиболее развитых крайнеаридных почв можно наблюдать как в песчано-карбонатном материале (профиль 2), так и в глинистых зонах, содержащих меньше кальцита (профиль 3),
107
для которых предлагаются различные механизмы формирования. В профиле 2 везикулярные поры возникают в результате сдвига бикарбонатно-кальциевого равновесия в сторону образования кальцита и выделения СО2 при резких изменениях влажности и температуры (McFadden et al., 1998, Панкова, Герасимова, 2012). В профиле 3 везикулярные поры образуются за счет выделения воздуха, сорбированного высушенными частицами, в результате увлажнения поверхности атмосферными осадками и конденсационной влагой (Горбунов, Бекаревич, 1951).
4. Повышенное количество замкнутых везикулярных пор в корковых горизонтах (гор. Аye) наиболее развитых крайнеаридных почв (рис. 3 b,d,f) определяет низкую водопроницаемость этих горизонтов (Fox, Mills, and Poch, 2009) и возможность их переувлажнения даже после минимальных дождей с образованием зон околопорового обезжелезнения и микроконкреций железа (микронодулей) и кутан. Электронная микроскопия позволяет зафиксировать развитие кутан на стенках пор, состоящих из слоистых силикатов с частично неупорядоченной структурой (рис. 2 d – f). Разупорядочение слоистых силикатов (аморфизация) может быть связано с воздействием иссушения/гидратации их поверхности атмосферными осадками.
5. В молодых крайнеаридных почвах, крупные везикулярные поры практически отсутствуют (рис. 3 a,c,e) из-за их грубой (супесчаной) текстуры и периодического перевыпаса (Гунин, 1990). Эти почвы характеризуются преобладанием плотной упаковки силикатных частиц с тонкими глинисто-карбонатными кутанами и мостиками между ними, изометричные изолированные поры единичны.
Благодарности. Исследования выполнены при финансовой поддержке РНФ (проект № 14-27-00133) и с привлечением оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием «Функции и свойства почв и почвенного покрова» Почвенного института им. В.В.
Докучаева. Сбор материалов осуществлен в 2013 году в составе совместной российско-монгольской комплексной биологической экспедиции (руководитель П.Д. Гунин).
Литература.
1. Голованов Д.Л., Лебедева М.П., Дорохова М.Ф., Слободкин А.И., 2005. Микроморфологическая и микробиологическая характеристика элементарных почвообразовательных процессов в пустынных почвах Монголии. Почвоведение. № 12, с. 1450-1460.
108
2. Горбунов Н.И., Бекаревич Н.А. 1951. Взаимодействие почвы, воды и воздуха при орошении // Хлопководство. № 7. С. 58-65.
3. Гунин П.Д. 1990. Экология процессов опустынивания аридных экосистем. М.: ВАСХНИЛ, 354 с.
4. Лебедева М.П., Голованов Д.Л., 2012. Микроморфологическая диагностика почвообразовательных процессов в субаридных и аридных почвах суббореального пояса Евразии //
ПОЧВОВЕДЕНИЕ В РОССИИ: ВЫЗОВЫ СОВРЕМЕННОСТИ, ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ, с. 250-255.
5. Лебедева М.П., Голованов Д.Л., Иноземцев С.А. 2009.
Микростроение пустынных почв Монголии. Почвоведение. № 11.
С. 1294–1307.
6. Лебедева М.П., Голованов Д.Л., Абросимов К.Н., Лебедев М.А.
2014. Строение коркового горизонта пустынных почв по данным микротомографии и микроморфологии: диагностическое, классификационное, генетическое и экологическое значение //
ПРАКТИЧЕСКАЯ МИКРОТОМОГРАФИ. III Всероссийская Научная Конференция. Санкт-Петербург, С. 102-105.
7. Панкова Е.И., Герасимова М.И. 2012 Пустынные почвы: свойства, почвообразовательные процессы, классификация Аридные экосистемы, издательство Товарищество науч. изд. КМК (М.), том 51, № 2, с. 5-17.
8. Пустыни Заалтайской Гоби. Природные условия, экосистемы и районирование. 1986. / Гунин П.Л., Евстифеев Ю.Г., Рачковская Е.И. и др. 206 с.
9. Скворцова Е.Б., Шеин Е.В., Абросимов К.Н. и др. 2015.
Рентгеновская микро-томография в Российском почвоведении:
достижения и перспективы // Современные методы исследований почв и почвенного покрова. Москва: Почвенный институт им. В.В.
Докучаева, С. 19-35
10. Anderson, K.A., Wells, S.G., Graham, R.C., 2002. Pedogenesis of vesicular horizons, Cima volcanic field. Mojave Desert. SSSA Journal 66, 878-887.
11. Figueira, H., Stoops, G., 1983. Application of micromorphometric techniques to the experimental study of vesicular layer formation.
Pedologie 33, 77-89.
12. Fox S. J., Mills A. J., and Poch R. M., 2009, Micromorphology of surface crusts in the Knersvlakte, South Africa. J. Mt. Sci., 6 (2), 189–196.
13. IUSS Working Group WRB, 2014. World Reference Base for Soil Resources 2014. World Soil Resources Report no. 106. FAO, Rome.
14. Lebedeva M.P., Golovanov D.L., and Abrosimov K.N., 2016, Micromorphological diagnostics of soil, aeolian and deluvial processes according to the peculiar fabric of crusty horizons in different-aged
109
extreme aridic soils of Mongolia, Quaternary International, Elsevier.
Online 2016. DOI: 10.1016/j.quaint.2015.12.042.
15. McFadden, L.D., McDonald, E.V., Wells, S.G., Anderson et al., 1998.
The vesicular layer and carbonate collars of desert soils and pavements, formation, age and relation to climate change.
Geomorphology 24, 101-145.
16. Pagliai, M., Stoops, G., 2010. Physical and Biological Surface Crusts and Seals. In: Stoops, G., Marcelino, V., Mees, F. (Eds), Interpretation of Micromorphological Features of Soils and Regoliths, Elsevier, Amsterdam. 419–440.
17. Turk K. J. and Graham C. R., 2011, Distribution and properties of vesicular horizons in the Western United States, Soil Science Society of America Journal, 75 (4), 1449–1461.
18. Turk K. J. and Graham C. R., 2014, Analysis of Vesicular Porosity in Soils using High Resolution X-Ray Computed Tomography. Soil Sci.
Soc. Am. J., 78(3), 868-puted Tomography. Soil Sci. Soc. Am. J., 78(3), 868-880.