КРИОГЕННЫЕ ПОЧВЫ Криогенные почвы – это обширная группа различных типов почв, формирующихся в условиях криогенеза, общим признаком которых служит наличие на той или иной глубине от поверхности в подстилающих их грунтах многолетнемёрзлых слоев – «вечной мерзлоты». При этом многолетнемёрзлые породы смыкаются в почвенном профиле со слоем сезонного промерзания-протаивания. К этой группе не относятся почвы сезонного промерзания, если они не имеют подстилания многолетнемёрзлыми грунтами. Все криогенные почвы являются сезонно промерзающими с поверхности вплоть до многолетнемёрзлого слоя и оттаивают в летний период на глубину 0,3 - 4 м – мощность слоя современного почвообразования (в слое многолетней мерзлоты почвообразование не идёт). Этот ежегодно оттаивающий слой криогенных почв называется деятельный слой или слой сезонного промерзания-протаивания. Криогенез – это генезис (образование, развитие и эволюция) почв в условиях влияния многолетней мерзлоты. Понятия «криогенные (мерзлотные) процессы» и «криогенные явления» охватывают весь комплекс процессов и явлений, связанных с длительным, в т. ч. сезонным, промораживанием почв и грунтов. Криогенные (мерзлотные) процессы имеют место, например, в глееподзолистых почвах северной тайги или в серых лесных почвах лесостепи европейской части России, но это не делает такие почвы «криогенными» и не относится к понятию «криогенеза». Криогенные почвы – это почвы высоких широт и высокогорий. Однако в Азии их южная граница опускается далеко в средние широты. В Восточной Сибири многолетняя мерзлота в виде отдельных островов спускается южнее государственной границы России (местами до 48° с. ш.). Мощность толщи мёрзлых грунтов нередко достигает нескольких сотен метров. В западных районах тундровой зоны многолетняя мерзлота встречается в виде отдельных островов. Территория распространения многолетнемёрзлых грунтов (и криогенных почв), составляет почти 25% всей внеледниковой суши Земли и 2/3 площади России. Наиболее типичны и широко распространены они в арктическом и субарктическом поясах, а также в восточно-сибирской и западно-канадской частях бореального пояса; в горах – в субнивальной и нивальной зонах; в Антарктике их распространение крайне ограниченное в связи с ничтожной площадью внеледниковой суши. Распространение многолетнемёрзлых пород Южная граница криогенных почв проходит приблизительно по нулевой изотерме средней температуры воздуха за год. Влияние мерзлоты на почвообразование проявляется в систематическом механическом нарушении, деформации почвенного покрова и образовании специфических форм мерзлотного нано- и микрорельефа, полигональности почв. Причины образования полигональных структур: сжатие грунтов при промерзании и оттаивании; сортировка материала, выталкивание к поверхности крупных частиц; развитие жил и линз подземного льда. При образовании криогенных форм микрорельефа происходит: 1. растрескивание (морозобойное или вследствие усыхания) тонкодисперсных грунтов, слагающих слой сезонного протаивания; 2. промерзание сезонно-талого слоя образование закрытых систем, окруженных замёрзшей частью грунта; 3. развитие в закрытых системах напряжений, деформаций, а иногда и разрывов. Схема образования глинистых пятен (разрез по линии АВ): 1 – многолетнемёрзлая толща; 2 – замерзающая часть грунта, образующая оболочку закрытой системы; 3 – талый, влажный, тиксотропный грунт; 4 – выдавливаемая через разрыв на поверхность часть грунта (глинистое пятно) Эти процессы приводят к появлению многообразных полигональных форм микрорельефа: «пятнистые тундры», «пятна-медальоны», «каменные венки», «котлы кипения» и др. Кроме пятнистых форм микрорельефа, большое распространение в Субарктике имеют бугорковатые и бугристые образования, связанные с процессами пучения. Образование гидролакколита: 1 – породы деятельного слоя; 2 – лёд; 3 – водоносные трещины Пучение грунтов – неравномерное увеличение их объёма при промерзании, происходящее как за счет увеличения объёма имевшейся в грунте воды на 9% при ее кристаллизации, так и вследствие замерзающих новых объёмов воды, мигрирующих извне в рассматриваемый объём грунта и к фронту промерзания. В песчаных грунтах влага накапливается в незначительных количествах, поэтому пучению они практически не подвергаются. В суглинистых и особенно глинистых почвогрунтах миграция воды к фронту промерзания и её последующее расширение происходят интенсивно процессы пучения широко распространены на тяжелых грунтах в наиболее влажных условиях. В отдельных случаях возникают крупные бугры с ледяным ядром – гидролакколиты. Процессы образования бугорков и бугров пучения, поверхностного пятнообразования осложняются в мерзлотных районах явлениями солифлюкции – текучестью грунта по склону. Переувлажнение почвенной толщи в период весенне-летнего протаивания приводит к тому, что деятельный слой почв приобретает консистенцию плывуна и сползает по поверхности горизонта многолетней мерзлоты под воздействием силы тяжести. Процессы солифлюкции тесно связаны с явлением тиксотропии. Кроме криогенных деформаций почвенного профиля за счёт растрескивания и пучения, перемешивания и смещения почвенных масс, в мерзлотных почвах интенсивно идут также процессы сезонной миграции влаги и растворённых в ней продуктов выветривания и почвообразования к более холодному фронту. Под влиянием градиента температур в зимний период происходит восходящая миграция растворов и увеличение содержания водорастворимых веществ в более холодных поверхностных горизонтах почвы, в летний период – их отток вниз, к мёрзлой части почвенного профиля. Влияние подстилающего многолетнемёрзлого слоя проявляется также и в том, что он служит водоупором, замыкающим, снизу почвенный профиль, затрудняет внутрипочвенный сток, обусловливает переувлажнение и оглеение почвы, способствует накоплению в надмерзлотном горизонте гумуса и других продуктов почвообразования. С точки зрения роли мерзлоты в увлажнении почвы различают два её типа: 1. «Льдистая» мерзлота – порода или почва (главным образом суглинистого и глинистого гранулометрического состава) содержат в больших количествах лёд (до 50 - 70% об.). Именно такая мерзлота служит фактором переувлажнения почвы. 2. «Сухая» мерзлота – в песчаных и щебнистых отложениях из-за низких запасов влаги могут наблюдаться отрицательные температуры без накопления существенных количеств льда (лишь ограниченное количество кристаллов по трещинам и порам). Это обеспечивает хороший дренаж почв и не может создавать условий для их переувлажнения. Низкие или отрицательные температуры профиля криогенных почвогрунтов определяют преобладание физического выветривания над химическим, низкую скорость разложения органических остатков. Продукты выветривания коренных пород в мерзлотных районах обломочные и обогащённые слаборазложившимся органическим веществом. Общие свойства криогенных почв: 1. мерзлотный тип температурного и водного режимов; 2. низкие скорость и ёмкость биологического круговорота веществ; 3. оторфованность и грубогумусность органогенных горизонтов; 4. слабая дифференциация минеральной части профиля на генетические горизонты; 5. наличие в профиле признаков криогенной деформации и криотурбаций (полигональность, бугорковатость и пятнистость поверхности, морозобойная трещиноватость, криогенная дифференциация скелетного материала и т. д.); 6. криогенная оструктуренность; 7. криогенная коагуляция продуктов выветривания и почвообразования. Почвы полярной (арктической) зоны Арктические почвы – это хорошо дренированные почвы высокой Арктики и Антарктики, формирующиеся в условиях полярного холодного сухого климата (осадков 50 - 200 мм, температура июля не выше +5°С, среднегодовые температуры отрицательные – от –14 до –18°С); под водорослево-лишайниковой пленкой и подушками мхов и цветковых растений (высшие растения на водоразделах занимают менее 25% поверхности или их нет совсем); характеризующиеся слаборазвитым маломощным почвенным профилем типа А - С. В России арктические почвы развиты на Северной Земле, Новой Земле, Земле ФранцаИосифа, Новосибирских островах, на северной оконечности Таймыра (мыс Челюскин). В Северной Америке арктические почвы типичны для части островов Канадского Арктического архипелага, Баффиновой Земли, Гренландии. В Антарктиде арктические почвы встречаются в её оазисах (0,06% территории). Растительный покров представлен накипными лишайниками, литофильными мхами, зелёными и сине-зелёными водорослями. В высокоширотной Арктике, где более тёплое лето и менее суровая зима, появляются цветковые растения. Большая роль также принадлежит мхам, лишайникам, различным видам водорослей. Растительный покров приурочен к морозобойным трещинам, трещинам усыхания и т. д. Выше 100 м над уровнем моря растительность практически отсутствует. Основные типы распределения растительной дернины – куртинно-подушечный и полигонально-сетчатый. Голый грунт занимает от 70 до 95%. Почвы оттаивают всего на 30 - 40 см и на период около полутора месяцев. Весной и в начале лета профиль арктических почв сильно переувлажнён; летом почва с поверхности пересыхает и растрескивается за счёт круглосуточной инсоляции и сильных ветров. Основные черты арктических почв: комплексность почвенного покрова, связанная с характером микрорельефа, полигональность; укороченность профиля из-за низкой интенсивности почвообразовательных процессов и неглубокого сезонного оттаивания; неполнота и недифференцированность почвенного профиля из-за малой интенсивности передвижения веществ; значительная скелетность из-за преобладания физического выветривания; отсутствие оглеения из-за небольшого количества осадков. Территории Арктики и Антарктики лежат вне пределов сельскохозяйственной деятельности человека. В Арктике эти районы могут быть использованы лишь как охотничьи угодья и резерваты для сохранения и поддержания численности редких видов животных. Почвы тундровой (субарктической) зоны На островах и материковой части субарктической зоны Северного полушария располагаются безлесные ландшафты, занимающие более 2,5% всей суши земного шара. Тундровые почвы на территории Евразии занимают широкую полосу на севере континента. Большая часть тундровой зоны находится за Северным полярным кругом, но на северо-востоке континента тундровые и лесотундровые ландшафты распространяются значительно южнее, следуя побережью Берингова моря, т. к. высокая относительная влажность воздуха в сочетании с низкими температурами неблагоприятны для лесной растительности. В Западном полушарии (включая горно-тундровые ландшафты) тундровая зона занимает почти всю Аляску и обширную площадь северной Канады. Тундровые почвы распространены также в Исландии, на южном побережье Гренландии. Тундровые ландшафты – сравнительно молодое образование. В районах, находящихся за полярным кругом, еще 1,5 млн. лет назад были распространены хвойно-широколиственные леса. Формирование тундровой зоны связано с общим похолоданием и ледниковыми эпохами на протяжении плейстоцена. Карельское слово «тундра» означает безлесное место. Тундровые ландшафты широко распространены на Кольском полуострове и полуострове Канин, в бассейне Печоры и Воркуты, на полуостровах Ямал, Гыдан, Таймыр, побережье морей Северного Ледовитого океана, на Чукотском полуострове, Камчатке и в северной части побережья Охотского моря. Климат тундр характеризуются отрицательной среднегодовой температурой – от - 2 в европейской до - 14°С в азиатской части России. Средняя температура июля не поднимается выше +10°С, а средняя температура января опускается до - 30 - 40°С в Индигирско-Колымской тундре. Безморозный период очень короткий – около трёх месяцев. Количество осадков в европейской части России – от 450 мм/год в тундрах Кольского полуострова до 360 мм в районе Воркуты; на востоке – 150 - 250 мм. Осадки преобладают над испарением. Летом – высокая относительная влажность воздуха (80 - 90%) и непрерывное солнечное освещение. Растительность тундр: преобладают кустарники, кустарнички, травянистые растения, мхи и лишайники. Древесные формы в тундре отсутствуют из-за: переувлажнения почвы летом и развития анаэробных микробиологических процессов; сильных ветров, иссушающих молодые побеги на протяжении холодного периода; низкой температуры и т. д. Почвенная микрофлора довольно разнообразна (бактерии, грибы, актиномицеты). Бактерий в тундровых почвах значительно больше, чем в арктических. Переувлажнённость тундровых почв в безморозный период и обусловленный этим недостаток кислорода способствуют развитию значительного количества анаэробных бактерий. В тундре выделяют подзоны: лишайниково-моховых (арктических) тундр, кустарничковых (типичных) тундр, кустарниковых (южных) тундр лесотундры. В отличие от южных и типичных тундр для арктических тундр характерна несомкнутость растительного покрова; доминирующий тип распределения растительности, как и в арктической зоне, полигональносетчатый. Наиболее типична для тундры лишайниково-моховая растительность: глинистые пространства покрыты преимущественно мхами и травами, каменистые – лишайниками. Южнее наряду с мхами и лишайниками появляются кустарники (главным образом ерник), а ещё южнее, в пределах лесотундры, встречаются изолированные лесные массивы. Лесная растительность заходит вглубь тундровой зоны лишь по речным долинам. Несмотря на сильную увлажненность почв, в тундре не образуется крупных скоплений торфа. Значительные массивы торфяных болот появляются лишь в лесотундре. На растительности тундровых ландшафтов, почвообразовании и геологических процессах сказывается влияние многолетней мерзлоты. Глубина ежегодного оттаивания многолетней мерзлоты зависит от состава пород и почв. Песчаные почвы и грунты оттаивают примерно на 1,2 - 1,6 м, глинистые – на 0,7 - 1,2, торфяноболотные – на 0,2 - 0,4 м. Расположение плотного промерзшего грунта так близко от поверхности обусловливает сильное увлажнение почвенно-грунтовой массы и вследствие этого региональное заболачивание территории, несмотря на малое количество атмосферных осадков. Близость мерзлых грунтов сильно охлаждает почвенную толщу, что задерживает развитие почвообразовательного процесса. Низкая температура и пересыщенность водой тундровых почв отрицательно сказываются на биогеохимических процессах. Биологический круговорот в тундрах заторможенный, застойный, с малой ёмкостью за счет низкой продуктивности и невысокой зольности тундровых растений. Почвообразующие породы: преобладают ледниковые отложения. К западу от Урала ледниковые отложения содержат значительное количество грубообломочного материала горных пород областей сноса – Балтийского щита, с одной стороны, и Новой Земли и Полярного Урала – с другой. К востоку от Урала, на севере Западной Сибири, почвообразующими являются породы комплекса ледниковых отложений с морскими и озерными осадками, которые содержат значительно меньше валунного материала, чем морены Европы. Источником формирования минерального состава ледниковых отложений Зауралья служили Северный Урал и Таймырско-Норильский район. В восточной части Северо-Сибирской и на площади Яно-ИндигирскоКолымской низменности среди четвертичных отложений преобладают озерно-аллювиальные. В связи с тектоническими погружениями отдельных районов эти отложения имеют мощность в несколько сотен метров. В местах близкого расположения плотных метаморфических изверженных пород распространены каменистые и дресвяные россыпи. и Специфические условия климата, усиливающиеся многолетней мерзлотой, обусловливают появление особых форм микрорельефа – полигональных форм и бугров. В тундровой зоне полигоны имеют тот же характер, что и в арктической, но менее выражены. Вспучивание грунта В тундрах распространён термокарст. Таяние прослоев и жил льда, заключенных в толще четвертичных отложений, вызывает образование депрессий различного размера – от мелких до крупных впадин, часто занятых озёрами. Кислые бурые тундровые почвы (подбуры) формируются на рыхлых отложениях в условиях хорошего промывания профиля и достаточного доступа кислорода отсутствуют признаки анаэробности и застоя почвенных вод. Развиты на боровых террасах рек, повышенных элементах рельефа, в области зандровых равнин. Распространены в тундре и лесотундре. Характерно накопление слабо разложенных растительных остатков в верхней части профиля располагается хорошо выраженный торфянистый горизонт. Нижняя часть профиля слабо дифференцирована на генетические горизонты. Ниже горизонта Ат располагается маломощный гумусовый горизонт коричнево-бурого цвета, постепенно переходящий в горизонт В, морфологически слабо отличающийся от С. Образованию дифференцированного профиля препятствуют процессы периодического замерзания и оттаивания почвенно-грунтовой массы и её многократное перемешивание. Тундровые глеевые почвы формируются в условиях затрудненного дренажа почвенногрунтовых вод и дефицита кислорода на плохо дренированных низменностях, слабо расчленённых водоразделах, на фоне длительного застаивания вод, часто над поверхностью многолетнемёрзлых толщ. Имеют глеевый горизонт, образующийся в результате восстановительных процессов в условиях водонасыщения почвенной толщи. Благодаря присутствию Fe (II) глеевый горизонт приобретает специфический голубовато-серый (сизый) цвет. Этот горизонт располагается сразу под гумусовым и продолжается до верхней поверхности многолетней мерзлоты. Строение профиля O (T) - (A) - (Bg) - G. Профиль слабо дифференцирован по распределению ила и минеральных компонентов. Факторы, ограничивающие дифференциацию профиля: мерзлотный массо- и влагообмен в профиле (перемешивание и постоянное обновление); наличие труднопроницаемых глеевых тиксотропных горизонтов; затруднённость бокового оттока веществ из-за неравномерного оттаивания мерзлоты на различных элементах нано- и микрорельефа. Содержание гумуса в горизонте А тундрово-глеевых почв 1 - 3%, преобладают бесцветные подвижные вещества типа фульвокислот; большую долю (30-40%) составляют неспецифические вещества. Реакция близка к нейтральной. При глубоком расположении ММП почвы более выщелочены и обладают кислой реакцией. Важную роль в генезисе тундровых почв играют криогенные процессы: пятнообразование, пучение, морозобойное растрескивание, тиксотропное течение, криотурбация. Криотурбационные процессы в тундровых глеевых почвах определяют чётко выраженную микрокомплексность почвенного покрова и цикличность всех процессов: почва каждого элемента микрорельефа – это относительно кратковременная стадия в общем криогенном цикле данного ландшафта. Для тундровых глеевых почв характерна высокая плотность, низкая порозность (особенно в глеевых горизонтах), слабая аэрация. Тундрово-болотные (торфянисто- и торфяно-глеевые) почвы с хорошо выраженным торфяным горизонтом формируются в более мягких климатических условиях южной тундры, в отрицательных элементах рельефа, под влиянием вод, стекающих с участков, занятых тундрово-глеевыми почвами. В южной части тундры встречаются полигональные торфяники, в которых мощность скоплений торфа необычайно велика для современных условий тундры – до 4 - 5 м. В торфяниках погребены остатки стволов и пней деревьев. Нижняя часть торфяников находится в постоянно мёрзлом состоянии, а поверхность обычно разбита морозобойными трещинами и вспучена. Эти торфяники – реликтовые образования, возникшие в середине голоцена в менее суровых условиях, когда на месте современной тундры были распространены ландшафты тайги и лесотундры. Охрана почвенного покрова тундровой зоны Рассмотренные почвы – компоненты очень чувствительных тундровых и лесотундровых экосистем. Основная часть территории тундры используется как оленьи пастбища. В связи с активным освоением минеральных богатств Севера, строительством горно-рудных предприятий, разведочным бурением и эксплуатацией газонефтяных залежей, строительством протяжённых газо- и нефтепроводов и т. д. остро встаёт проблема охраны природы тундры, в первую очередь её почвенного покрова. Строительство трубопроводов и других инженерных сооружений, использование гусеничного транспорта часто приводит к необратимым нарушениям почвенного покрова, восстановление которого происходит крайне медленно. Верхний торфянистый горизонт тундровых почв легко нарушается, для его восстановления требуются десятилетия. Следы транспорта, буровых и строительных работ глубокими шрамами покрывают поверхность, способствуют развитию эрозионных процессов и термокарста. Механическое нарушение и нефтяное загрязнение почвенного покрова наносит непоправимый ущерб уникальной природе тундры. Любое освоение территорий с тундровыми глеевыми почвами вызывает деградацию мерзлоты, термокарст и другие неблагоприятные изменения окружающей среды. Организация строгого контроля за хозяйственной деятельностью в тундре – крайне важная задача. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ :)
