Карбонатные новообразования в почвах Байкальского региона: процессы формирования и значение для палеопочвенных исследований

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017; : 6-28

Карбонатные новообразования в почвах Байкальского региона: процессы формирования и значение для палеопочвенных исследований

Голубцов В. А.

https://doi.org/10.17223/19988591/39/1

Аннотация

На данный момент вопросы, касающиеся строения, хронологии и специфики формирования педогенных карбонатов в резкоконтинентальных областях юга Восточной Сибири, остаются практически незатронутыми. Выполнено обобщение сформировавшихся за последние годы представлений о механизмах формирования карбонатных новообразований почв, а также их связи с условиями среды и процессами почвообразования. Оценены пути поступления карбонатов и основные факторы их аккумуляции в профиле почв. Описаны особенности вещественного и изотопного состава карбонатных новообразований в почвах, формирующихся в различных климатических условиях. На основании собственных исследований приводятся данные о разнообразии карбонатных аккумуляций в почвах Байкальского региона, их вещественном составе и роли в качестве палеогеографических индикаторов. Детально рассмотрены следующие формы карбонатных новообразований: ризолиты, игольчатый кальцит, гипокутаны, белоглазка, нодули, кутаны, лессовые куколки.

Список литературы

1. Хохлова О.С. Педогенные карбонаты как носители памяти об условиях почвообразования (на примере степной зоны Русской равнины) // Память почв : почва как память биосферно-геосферно-антропосферных взаимодействий. М. : Издво ЛКИ, 2008. С. 406-437.

2. Kovda I.V., Wilding L.P., Drees L.R. Micromorphology, submicroscopy and microprobe study of carbonate pedofeatures in a Vertisol gilgai soil complex, South Russia // Catena. 2003. Vol. 54. PP. 457-476.

3. Cerling T. The stable isotopic composition of soil carbonate and its relationship to climate // Earth and Planetary Science Letters. 1984. Vol. 71. PP. 229-240.

4. Dworkin S.I., Nordt L., Atchley S. Determining terrestrial paleotemperatures using the oxygen isotopic composition of pedogenic carbonate // Earth and Planetary Science Letters. 2005. Vol. 237. PP. 56-68.

5. Pustovoytov K., Schmidt K., Taubald H. Evidence for Holocene environmental changes in the northern Fertile Crescent provided by pedogenic carbonate coatings // Quaternary Research. 2007. Vol. 67. PP. 315-327.

6. Quade J., Garzione C., Eiler J. Paleoelevation reconstruction using pedogenic carbonates // Reviews in Mineralogy & Geochemistry. 2007. Vol. 66. PP. 53-88.

7. Хохлова О.С., Хохлов А.А., Чичагова О.А., Моргунова Н.Л. Радиоуглеродное датирование карбонатных аккумуляций в почвах голоценового хроноряда степного Приуралья // Почвоведение. 2004. № 10. С. 1163-1178.

8. Courty M.-A., Marlin C., Dever L., Tremblay P., Vachier P. The properties, genesis and environmental significance of calcitic pendents from the High Arctic (Spitsbergen) // Geoderma. 1994. Vol. 61. PP. 71-102.

9. Singhvi A., Banerjee D., Ramesh R., Rajaguru S., Gogte V. A luminescence method for dating "dirty" pedogenic carbonates for paleoenvironmental reconstruction // Earth and Planetary Science Letters. 1996. Vol. 139. PP. 321-332.

10. Sharp W., Ludwig K., Chadwick O., Amundson R., Glaser L. Dating fluvial terraces by 230Th/U on pedogenic carbonate, Wind River Basin, Wyoming // Quaternary Research. 2003. Vol. 59. PP. 139-150.

11. Durand N., Monger H.C., Canti M.G. Calcium carbonate features / Interpretation of micromorphological features of soils and regoliths. Amsterdam : Elsevier, 2010. PP. 149194.

12. Barta G. Secondary carbonates in loess-paleosoil sequences : a general review // Central European Journal of Geosciences. 2011. Vol. 3(2). PP. 129-146.

13. Zamanian K., Pustovoytov K., Kuzyakov Y. Pedogenic carbonates : Forms and formation processes // Earth-Science Reviews. 2016. Vol. 157. PP. 1-17.

14. Doner H.E., Lynn W.C. Carbonate, halide, sulfate, and sulfide minerals / Minerals in soil Environments. Madison, Wisconsin : Soil Science Society of America, 1989. PP. 279-330.

15. Ковда B.A. К вопросу об образовании в почвах вторичных карбонатов кальция / Труды Почвенного института им. В.В. Докучаева. Л. : Изд-во АН СССР, 1934. Т. 9. С. 247-253.

16. Розанов А.Б. Карбонатизация // Элементарные почвообразовательные процессы : опыт концептуального анализа, характеристика, систематика. М. : Наука, 1992. С. 23-25.

17. Goudie A.S. Calcrete / Chemical Sediments and Geomorphology. London : Academic Press, 1983. PP. 93-131.

18. Глазовская М.А. Геохимические основы типологии и методики исследований природных ландшафтов. Смоленск : Ойкумена, 2002. 288 с.

19. Catoni M., Falsone G., Bonifacio E. Assessing the origin of carbonates in a complex soil with a suite of analytical methods // Geoderma. 2012. Vol. 175-176. PP. 47-57.

20. Поляков А.Н. Микроморфологическое исследование кальцита в черноземах Европейской части СССР // Почвоведение. 1989. № 2. С. 79-86.

21. Рысков Я.Г., Мергель С.В., Ковда И.В., Моргун Е.Г. Стабильные изотопы углерода и кислорода как индикатор условий формирования карбонатов почв // Почвоведение. 1995. № 4. С. 405-414.

22. Mack G.H., Cole D.R., Trevino L. The distribution and discrimination of shallow, authigenic carbonate in the Pliocene-Pleistocene Palomas Basin, southern Rio Grande rift // Geological Society of America Bulletin. 2000. Vol. 112. PP. 643-656.

23. Verrechia E.P. Pedogenic carbonates / Encyclopedia of Geobiology. Encyclopedia of Earth Sciences Series. Springer, 2011. PP. 721-725.

24. Лебедева И.И., Овечкин С.В. Карбонатные новообразования в черноземах левобережной Украины // Почвоведение. 1975. № 11. С. 14-31.

25. Овечкин С.В. Генезис и минералогический состав карбонатных новообразований черноземов левобережной Украины и Заволжья // Почвы и почвенный покров лесной и степной зон СССР и их рациональное использование. М., 1984. С. 185-195.

26. Goudie A.S. Review : organic agency in calcrete development // Journal of Arid Environments. 1996. Vol. 32. PP. 103-110.

27. Becze-Deak J., Langohr R., Verrecchia E.P. Small scale secondary CaCO3 accumulations in selected sections of the European loess belt. Morphological forms and potential for paleoenvironmental reconstruction // Geoderma. 1997. Vol. 76. PP. 221-252.

28. Machette M. Calcic soils of the American Southwest / Soils and Quaternary Geology of the Southwestern United States. Geological Society of America Special Paper, 1985. Vol. 203. PP. 1-21.

29. Schaetzl R.J., Anderson S. Soils : genesis and geomorphology. New York : Cambridge University Press, 2005. 817 pp.

30. Ludvigson G.A., Gonzalez L.A., Metzger R.A., Witzke B.J., Brenner R.L., Murillo A.P., White T.S. Meteoric sphaerosiderite lines and their use for paleohydrology and paleoclimatology // Geology. 1998. Vol. 26. PP. 1039-1042.

31. Kohut C., Muehlenbachs K., Dudas M.J. Authigenic dolomite in a saline soil in Alberta, Canada // Soil Science Society of America Journal. 1994. Vol. 59. PP. 1499-1504.

32. Whipkey C.E., Capo R.C., Hsieh J.C.C., Chadwick O.A. Development of magnesian carbonates in Quaternary soils on the Island of Hawaii // Journal of Sedimentary Research. 2002. Vol. 72. PP. 138-165.

33. Chadwick O., Sowers J., Amundson R. Morphology of calcite crystals in clast coatings from four soils in the Mojave Desert region // Soil Science Society of America Journal. 1989. Vol. 52. PP. 211-219.

34. Pustovoytov K.E. Pedogenic carbonate cutans as a record of the Holocene history of relic tundra-steppes of the Upper Kolyma Valley (North-Eastern Asia) // Catena. 1998. Vol. 34. PP. 185-195.

35. Голубцов В.А., Черкашина А.А. Генезис карбонатных натеков в четвертичных отложениях Южного Прибайкалья // География и природные ресурсы. 2014. № 2. С. 62-70.

36. Бронникова М.А., Конопляникова Ю.В., Агатова А.Р., Зазовская Э.П., Лебедева М.П., Турова И.В., Непоп Р.К., Шоркунов И.Г., Черкинский А.Е. Кутаны криоаридных почв и другие летописи ландшафтно-климатических изменений в котловине озера Ак-Холь (Тува) // Почвоведение. 2017. № 2. С. 158-175.

37. Karberg N.J., Pregitzer K.S., King J.S., Friend A.L., Wood J.R. Soil carbon dioxide partial pressure and dissolved inorganic carbonate chemistry under elevated carbon dioxide and ozone // Oecologia. 2005. Vol. 142. PP. 296-306.

38. Cerling T.E., Quade J. Stable carbon and oxygen isotopes in soil carbonates / Climate change in continental isotopic records // Geophysical monograph. 1993. Vol. 78. PP. 217-231.

39. Amundson R., Chadwick O., Sowers J., Doner H. The stable isotope chemistry of pedogenic carbonates at Kyle Canyon, Nevada // Soil Science Society of America Journal. 1989. Vol. 53. PP. 201-210.

40. Голубцов В.А., Черкашина А.А., Пустовойтов К.Е., Штар К. Стабильные изотопы углерода и кислорода педогенных карбонатных кутан в черноземах Южного Прибайкалья как индикаторы локальных экологических изменений // Почвоведение. 2014. № 10. С. 1215-1227.

41. Lambers H., Mougel C., Jaillard B., Hinsinger P. Plant-microbe-soil interactions in the rhizosphere: an evolutionary perspective // Plant Soil. 2009. Vol. 321. PP. 83-115.

42. Gocke M., Pustovoytov K., Kuhn P. ,Wiesenberg G.L.B., Loscher M., Kuzyakov Y. Carbonate rhizoliths in loess and their implications for paleoenvironmental reconstruction revealed by isotopic composition: S13C, 14C // Chemical Geology. 2011. Vol. 283. PP. 251-260.

43. Kraus M.J., Hasiotis S.T. Significance of different modes of rhizolith preservation to interpreting paleoenvironmental and paleohydrologic settings: examples from paleogene paleosols, Bighorn basin, Wyoming, USA // Journal of Sedimentary Research. 2006. Vol. 76. PP. 633-646.

44. Рыжов Ю.В., Голубцов В.А., Кобылкин Д.В., Черных В.Н. Основные периоды почвообразования и осадконакопления в лесостепных ландшафтах Селенгинского среднегорья в позднеледниковье и голоцене // География и природные ресурсы. 2015. № 3. С. 114-125.

45. Selles-Martmez J. Concretion morphology, classification and genesis // Earth-Science Reviews. 1996. Vol. 41. PP. 177-210.

46. Добровольский В.В. Карбонатные стяжения в почвах и почвообразующих породах Центрально-черноземной области // Почвоведение. 1956. № 5. С.31-42

47. Pustovoytov K. Pedogenic carbonate cutans on clasts in soils as a record of history of grassland ecosystems // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2002. Vol. 177. PP. 199-214.

48. Ducloux J., Laouina A. The pendent calcretes in semiarid climates: an example located near Taforalt, NW Morocco // Catena. 1989. Vol. 16. PP. 237-249.

49. Brock A.L., Buck B.J. A new formation process for calcic pendants from Pahranagat Valley, Nevada, USA, and implication for dating Quaternary landforms // Quaternary Research. 2005. Vol. 63, PP. 359-367.

50. Vogt T. Cryogenic physicochemical precipitations: iron, silica, calcium carbonate // Permafrost Periglacial Process. 1991. Vol. 1. PP. 283-293.

51. Pustovoytov K. Growth rates of pedogenic carbonate coatings on coarse clasts // Quaternary International. 2003. Vol. 106-107. PP. 131-140.

Tomsk State University Journal of Biology. 2017; : 6-28

Secondary carbonate accumulations in soils of the Baikal region: formation processes and significance for paleosoil investigations

Golubtsov V. A.

https://doi.org/10.17223/19988591/39/1

Abstract

Secondary carbonate accumulations are one of the most important genetic, material and classification components of soils, formed in a wide range of natural conditions. The processes of their formation are closely related to the genesis of soils and their evolution. The study of their morphology and material and isotopic composition is of considerable value for knowledge of the regularities of soils and landscape evolution. However, now, questions concerning the diversity, specificity of the formation and structure of carbonate accumulations in sharply continental regions of southern Siberia remain practically untouched. In this research, we summarize the data on the diversity, composition, factors and mechanisms of formation of pedogenic carbonates formed over the last years and we supplement them with materials of our own research in the territory of the Baikal region. We identified the main sources of carbonates in soils, divided into the following groups: 1) formation of carbonates directly in the soil during weathering of parent rocks; 2) their supply from outside as a result of movement of weathering products of carbonate rocks by various geological agents. We evaluated the variety of genetic forms of carbonates in soils, among which the main ones are lithogenic, hydrogenic and pedogenic. We identified the main factors of carbonate accumulation in the soil profile, which include concentration of soil solutions, temperature, partial pressure of CO₂, moisture and the character of the soil profile desiccation. These factors are determined by the features of the hydrothermal and gas regimes of soils, as well as by the biota activity. We present data on mineralogical, chemical and isotope composition of pedogenic carbonates of soils formed under different climatic conditions, in particular, in the Baikal region. There is a significant similarity in the material and stable carbon and oxygen isotope composition of the accumulation of secondary carbonates in sharply continental regions of Siberia. We evaluated the mechanisms of formation of various types of pedogenic carbonate accumulations. On the basis of our own research, we present data on the diversity of carbonate accumulations in soils of the Baikal region, their material composition and their role in paleosoil research. Rhizolites, needle-fiber calcite, hypocoatings, white eyes, nodules, coatings, loess dolls are described in detail and data on their morphology at different levels of structural organization are given (see Figures). The article contains 8 Figures, 51 References.

References

1. Khokhlova O.S. Pedogennye karbonaty kak nositeli pamyati ob usloviyakh pochvoobrazovaniya (na primere stepnoi zony Russkoi ravniny) // Pamyat' pochv : pochva kak pamyat' biosferno-geosferno-antroposfernykh vzaimodeistvii. M. : Izdvo LKI, 2008. S. 406-437.

3. Cerling T. The stable isotopic composition of soil carbonate and its relationship to climate // Earth and Planetary Science Letters. 1984. Vol. 71. PP. 229-240.

6. Quade J., Garzione C., Eiler J. Paleoelevation reconstruction using pedogenic carbonates // Reviews in Mineralogy & Geochemistry. 2007. Vol. 66. PP. 53-88.

7. Khokhlova O.S., Khokhlov A.A., Chichagova O.A., Morgunova N.L. Radiouglerodnoe datirovanie karbonatnykh akkumulyatsii v pochvakh golotsenovogo khronoryada stepnogo Priural'ya // Pochvovedenie. 2004. № 10. S. 1163-1178.

10. Sharp W., Ludwig K., Chadwick O., Amundson R., Glaser L. Dating fluvial terraces by 230Th/U on pedogenic carbonate, Wind River Basin, Wyoming // Quaternary Research. 2003. Vol. 59. PP. 139-150.

11. Durand N., Monger H.C., Canti M.G. Calcium carbonate features / Interpretation of micromorphological features of soils and regoliths. Amsterdam : Elsevier, 2010. PP. 149194.

12. Barta G. Secondary carbonates in loess-paleosoil sequences : a general review // Central European Journal of Geosciences. 2011. Vol. 3(2). PP. 129-146.

13. Zamanian K., Pustovoytov K., Kuzyakov Y. Pedogenic carbonates : Forms and formation processes // Earth-Science Reviews. 2016. Vol. 157. PP. 1-17.

14. Doner H.E., Lynn W.C. Carbonate, halide, sulfate, and sulfide minerals / Minerals in soil Environments. Madison, Wisconsin : Soil Science Society of America, 1989. PP. 279-330.

15. Kovda B.A. K voprosu ob obrazovanii v pochvakh vtorichnykh karbonatov kal'tsiya / Trudy Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva. L. : Izd-vo AN SSSR, 1934. T. 9. S. 247-253.

16. Rozanov A.B. Karbonatizatsiya // Elementarnye pochvoobrazovatel'nye protsessy : opyt kontseptual'nogo analiza, kharakteristika, sistematika. M. : Nauka, 1992. S. 23-25.

17. Goudie A.S. Calcrete / Chemical Sediments and Geomorphology. London : Academic Press, 1983. PP. 93-131.

18. Glazovskaya M.A. Geokhimicheskie osnovy tipologii i metodiki issledovanii prirodnykh landshaftov. Smolensk : Oikumena, 2002. 288 s.

19. Catoni M., Falsone G., Bonifacio E. Assessing the origin of carbonates in a complex soil with a suite of analytical methods // Geoderma. 2012. Vol. 175-176. PP. 47-57.

20. Polyakov A.N. Mikromorfologicheskoe issledovanie kal'tsita v chernozemakh Evropeiskoi chasti SSSR // Pochvovedenie. 1989. № 2. S. 79-86.

21. Ryskov Ya.G., Mergel' S.V., Kovda I.V., Morgun E.G. Stabil'nye izotopy ugleroda i kisloroda kak indikator uslovii formirovaniya karbonatov pochv // Pochvovedenie. 1995. № 4. S. 405-414.

23. Verrechia E.P. Pedogenic carbonates / Encyclopedia of Geobiology. Encyclopedia of Earth Sciences Series. Springer, 2011. PP. 721-725.

24. Lebedeva I.I., Ovechkin S.V. Karbonatnye novoobrazovaniya v chernozemakh levoberezhnoi Ukrainy // Pochvovedenie. 1975. № 11. S. 14-31.

25. Ovechkin S.V. Genezis i mineralogicheskii sostav karbonatnykh novoobrazovanii chernozemov levoberezhnoi Ukrainy i Zavolzh'ya // Pochvy i pochvennyi pokrov lesnoi i stepnoi zon SSSR i ikh ratsional'noe ispol'zovanie. M., 1984. S. 185-195.

26. Goudie A.S. Review : organic agency in calcrete development // Journal of Arid Environments. 1996. Vol. 32. PP. 103-110.

28. Machette M. Calcic soils of the American Southwest / Soils and Quaternary Geology of the Southwestern United States. Geological Society of America Special Paper, 1985. Vol. 203. PP. 1-21.

29. Schaetzl R.J., Anderson S. Soils : genesis and geomorphology. New York : Cambridge University Press, 2005. 817 pp.

31. Kohut C., Muehlenbachs K., Dudas M.J. Authigenic dolomite in a saline soil in Alberta, Canada // Soil Science Society of America Journal. 1994. Vol. 59. PP. 1499-1504.

34. Pustovoytov K.E. Pedogenic carbonate cutans as a record of the Holocene history of relic tundra-steppes of the Upper Kolyma Valley (North-Eastern Asia) // Catena. 1998. Vol. 34. PP. 185-195.

35. Golubtsov V.A., Cherkashina A.A. Genezis karbonatnykh natekov v chetvertichnykh otlozheniyakh Yuzhnogo Pribaikal'ya // Geografiya i prirodnye resursy. 2014. № 2. S. 62-70.

36. Bronnikova M.A., Konoplyanikova Yu.V., Agatova A.R., Zazovskaya E.P., Lebedeva M.P., Turova I.V., Nepop R.K., Shorkunov I.G., Cherkinskii A.E. Kutany krioaridnykh pochv i drugie letopisi landshaftno-klimaticheskikh izmenenii v kotlovine ozera Ak-Khol' (Tuva) // Pochvovedenie. 2017. № 2. S. 158-175.

38. Cerling T.E., Quade J. Stable carbon and oxygen isotopes in soil carbonates / Climate change in continental isotopic records // Geophysical monograph. 1993. Vol. 78. PP. 217-231.

39. Amundson R., Chadwick O., Sowers J., Doner H. The stable isotope chemistry of pedogenic carbonates at Kyle Canyon, Nevada // Soil Science Society of America Journal. 1989. Vol. 53. PP. 201-210.

40. Golubtsov V.A., Cherkashina A.A., Pustovoitov K.E., Shtar K. Stabil'nye izotopy ugleroda i kisloroda pedogennykh karbonatnykh kutan v chernozemakh Yuzhnogo Pribaikal'ya kak indikatory lokal'nykh ekologicheskikh izmenenii // Pochvovedenie. 2014. № 10. S. 1215-1227.

41. Lambers H., Mougel C., Jaillard B., Hinsinger P. Plant-microbe-soil interactions in the rhizosphere: an evolutionary perspective // Plant Soil. 2009. Vol. 321. PP. 83-115.

44. Ryzhov Yu.V., Golubtsov V.A., Kobylkin D.V., Chernykh V.N. Osnovnye periody pochvoobrazovaniya i osadkonakopleniya v lesostepnykh landshaftakh Selenginskogo srednegor'ya v pozdnelednikov'e i golotsene // Geografiya i prirodnye resursy. 2015. № 3. S. 114-125.

45. Selles-Martmez J. Concretion morphology, classification and genesis // Earth-Science Reviews. 1996. Vol. 41. PP. 177-210.

46. Dobrovol'skii V.V. Karbonatnye styazheniya v pochvakh i pochvoobrazuyushchikh porodakh Tsentral'no-chernozemnoi oblasti // Pochvovedenie. 1956. № 5. S.31-42

47. Pustovoytov K. Pedogenic carbonate cutans on clasts in soils as a record of history of grassland ecosystems // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2002. Vol. 177. PP. 199-214.

48. Ducloux J., Laouina A. The pendent calcretes in semiarid climates: an example located near Taforalt, NW Morocco // Catena. 1989. Vol. 16. PP. 237-249.

50. Vogt T. Cryogenic physicochemical precipitations: iron, silica, calcium carbonate // Permafrost Periglacial Process. 1991. Vol. 1. PP. 283-293.

51. Pustovoytov K. Growth rates of pedogenic carbonate coatings on coarse clasts // Quaternary International. 2003. Vol. 106-107. PP. 131-140.

Карбонатные новообразования в почвах Байкальского региона: процессы формирования и значение для палеопочвенных исследований

Аннотация

Secondary carbonate accumulations in soils of the Baikal region: formation processes and significance for paleosoil investigations

Abstract

События