РАЗВИТИЕ ИДЕИ Л.С.БЕРГА О ПОРОДООБРАЗУЮЩЕЙ РОЛИ ПОЧВЫ
А.С.Керженцев
Из многих научных достижений академика Л.С.Берга особое место занимает его незаслуженно забытая идея формирования лесса и лессовидных пород в процессе почвообразования. Проблема происхождения лесса до сих пор остается дискуссионной. Однако споры ведутся в основном по поводу субаквального и субаэрального генезиса лесса, а плодотворная идея о почвенном происхождении лесса после ухода Л.С.Берга забыта и почти не обсуждается. Но почвенное происхождение лесса всего лишь первая, наиболее яркая страница более важной проблемы почвенного происхождения многих осадочных пород. Полевые исследования материковых равнин накопили множество фактов, которые невозможно объяснить осаждениями водных и воздушных потоков.
Л.С.Берг (1913) первым высказал мысль о возможном участии почвы в процессе преобразования других пород в лесс. Он предложил отделить проблему происхождения материала лессовых пород от процесса лессообразования: «лессовые породы могут происходить из аллювиальных, делювиальных, пролювиальных, флювиаогляциальных и других мелкоземистых пород, но для придания им лессового облика необходим специфический почвенный процесс, свойственный сухому климату». Эта революционная идея о лессе как о продукте почвообразования позволила иначе взглянуть на сам механизм процесса лессообразования и в геологии появился новый термин «облессование пород».
Отделив происхождение породы от процесса ее облессования, многие исследователи обнаружили, что породы различного происхождения приобретают лессовидный характер, если они подстилают чернозем. Стало известно облессование песчаных и суглинистых аллювиальных пород на террасах степных рек. Верхние горизонты валунного суглинка в степной зоне также приобретают лессовидный характер (П.С.Коссович, 1911; С.С.Неуструев, 1931; А.Н.Соколовский, 1933; А.Е.Ферсман, 1934; В.И.Вернадский, 1936; К.Д.Глинка, 1906; Б.Б.Полынов, 1934). Например, Н.А.Богословский (1889, с.250) писал: «там, где чернозем образуется на моренном суглинке, суглинок этот приобретает в верхних горизонтах лессовидный характер, причем изменение идет до глубины 2,5-3,0 метра от поверхности, на указанную глубину порода приобретает пористость, карбонатность и желтый цвет. И тот же облик приобретает любая порода, если только она лежит под черноземом» (там же, с.253-254). Позже это подтвердил П.С.Коссович: «Под черноземами грунты какого бы то ни было петрографического состава приобретают лессовидный облик, именно мелкую пористость, богатство карбонатами и склонность раскалываться на вертикальные отдельности» (Коссович, 1911, с.90). В том же духе высказались Л.И.Прасолов и П.Доценко (1906), говоря о террасных глинах среднего Поволжья. Особенно активно этот вопрос обсуждался в 30-е годы.
Общую черту дискуссии подвел Б.Л.Личков (1945) при поддержке В.И.Вернадского в статье «Современный литогенезис на материковых равнинах», где подробно описал результаты своих наблюдений этого феномена в основных природных зонах мира и наблюдения коллег в разное время и в разных природных зонах мира.
По его наблюдениям: «На территории северной полосы Европейской части нашего Союза, которая не так давно была покрыта ледником, поверх морены, являющейся породой, оставленной ледником, успели отложиться не только в речных долинах и озерах, но и на водораздельных плато довольно значительные толщи достаточно мощных безвалунных, а частью тонкослоистых покровных глин, которые рассматриваются как своего рода производные морены». Автор подчеркивает: «Внимание исследователей – геологов и почвоведов, - когда они касались связи почвы и горных пород, привлекал в основном вопрос о том, как разлагаются и разрушаются материнские горные породы, производя почву, иными словами, это был вопрос о том, как материнские почвообразующие породы создают почвенный покров. Хотя последний процесс существует, но существует он в особых условиях, условиях денудации; фактически же та порода, на которой непосредственно лежит почва, вовсе никогда не разрушалась, производя почву, ибо отношение между ними как раз обратное: не порода произвела почву, а почва систематически, постоянно создавала породу, которая ее подстилает».
Далее на конкретных примерах автор показал, как происходит этот процесс в разных природных зонах, как почвенная зональность обусловливает и зональность осадочных пород. Наиболее подробно он описал наблюдения коллег геологов и почвоведов в степной зоне о взаимодействии чернозема и лесса. На основе этого анализа Б.Л.Личков делает главный вывод: «Не лесс является материнской породой чернозема, а наоборот, - всюду и везде чернозем, лежащий на поверхности лесса, был той материнской почвой, при посредстве которой создался лесс».
Однако главные выводы статьи Б.Л.Личкова (1945, с.562) лучше процитировать:
- Новые отложения горных пород на материках там, где они покрыты почвой и растительностью, непрерывно происходят и осуществляются при посредстве почвенного иллювия.
- Гениальное открытие В.В.Докучаева в том и состоит, что почва – это не «аморфный порошок» агрохимиков, не безличный «растительный слой» геологов, а закономерное, живое, изменяющееся образование поверхностной части земной коры.
- Почвенный покров земли во все периоды истории Земли творил земную кору на материках. Не порода создавала почвы, а почвы творили новые горные породы.
Эти выводы получены в результате эмпирических полевых наблюдений целого ряда геологов и почвоведов без детального описания механизма преобразования почвой разных пород. Это противоречило сложившемуся определению почвы как породы, преобразованной факторами почвообразования. Возможность описания механизма формирования почвой осадочных пород появилась совсем недавно в связи с появлением нового научного направления «Функциональной экологии» (Керженцев, 2006, 2012, 2014), изучающей механизм функционирования природных экосистем.
В метаболизме экосистем почва (педоценоз) выполняет функцию катаболизма – диссимиляции отмершей биомассы до минеральных элементов, необходимых фитоценозу для осуществления функции анаболизма – фотосинтеза биомассы. Элементы, не усвоенные фитоценозом, с органическими радикалами разлагающейся некромассы образуют гумус – запасной фонд питательных веществ. В результате минерализации фракций гумуса высвобождаются минеральные элементы, часть которых усваивается фитоценозом. Невостребованные элементы, способные оказать токсическое воздействие на биоту, подвергаются биокристаллизации и формируют минеральную основу почвенного профиля: глинистые кутаны, железо-марганцевые и карбонатные конкреции, вторичные и первичные минералы. Накапливаясь в геологическом масштабе времени эти седименты формируют горизонт С подпочвы, а затем и слои осадочных пород, выводя ненужные биоте элементы из биологического круговорота в геологический.
Степень замкнутости цикла метаболизма современных экосистем 90-99% их общей массы (экомассы), а потери в геологический круговорота составляют 1-10% (Марчук, Кондратьев, 1992; Горшков, 1995). Эти потери компенсируются за счет атмосферных (в том числе метеоритных) выпадений и продуктов выветривания горных пород. Химический состав экомассы очень близок составу космической пыли и метеоритного вещества и очень далек от состава геологических пород (Голенецкий и др. 1981, 1983). В результате аккреции Землей космической пыли со средней скоростью 0,6 т/км2/год за время существования нашей планеты (4,5 млрд. лет) накопилась масса биофильных элементов, которая постепенно превратилась в экомассу и стала ограничивать экспансию жизни и рост массы биосферы. Циклический процесс метаболизма живых систем (клетки, организма, экосистемы, биосферы) позволил биоте рационально использовать ограниченный запас биофильных элементов.
Органическая масса почвенного профиля полностью обновляется в процессе метаболизма экосистем за счет регулярного поступления опада в подзолистых почвах за 70-80 лет, в серых лесных за 100-120 лет, в черноземах за 400-500 лет, в красноземах за 5-10 лет (Ковда и др., 1990). Примерно в таком же порядке происходит выход из почвы отходов метаболизма: газов в атмосферу, растворов в гидросферу, биоминералов в литосферу. Каждый тип почвы откладывает свой состав биоминералов в качестве отходов метаболизма и формирует свойственный ему состав осадочных пород. По мере накопления и погружения в геологическом масштабе времени эти породы подвергаются высокому давлению и температурам, которые превращают их сначала в метаморфические, а затем переплавляют в магматические породы. Именно такие превращения имел в виду В.И.Вернадский, когда говорил о том, что все геологические породы прошли через живое вещество.
Процесс формирования минеральных седиментов более отчетливо проявляется в метаболизме водных экосистем, где функции анаболизма и катаболизма разделены в пространстве. Отмершая биомасса частично минерализуется по мере оседания на дно водоема, и на дно оседают только минеральные отходы метаболизма. Неразложившаяся отмершая биомасса, оседая на дно водоема, образует донный осадок сапропель, которым питается сапротрофная биота, оставляя на дне минеральные отходы. Какая-то часть этих отложений растворяется в воде, а основная их масса постепенно накапливается и образует слои минеральных субаквальных пород.
На суше отмершая биомасса минерализуется гетеротрофной и сапротрофной почвенной биотой. Часть освобожденных минеральных элементов поглощает фитоценоз для синтеза новой биомассы, а невостребованная часть, способная оказать токсическое воздействие на биоту, подвергается гумификации и сохраняется некоторое время в почве как запасной фонд минерального питания. Почвенная микрофлора минерализует гумус и высвобождает вместе с питательными элементами ненужные фитоценозу элементы, способные оказать токсическое воздействие на биоту. Эти элементы нейтрализуются в процессе биокристаллизации, образуя в почве глинистые кутаны, железо-марганцевые и карбонатные конкреции, вторичные и первичные минералы, которые составляют минеральную основу почвенного профиля.
В геологическом масштабе времени минеральные седименты накапливаются и формируют слои осадочных пород. Каждый тип почв откладывает свой тип осадочных пород. Этим объясняется географическая зональность не только почв, но и подстилающих пород, которую отмечали многие почвоведы (П.С.Коссович, Л.С.Берг, С.С.Неуструев, К.Д.Глинка, Б.Б.Полынов, И.П.Герасимов и другие). Эти породы принято называть почвообразующими материнскими, хотя в действительности они являются почвообразованными, дочерними. Пласты этих пород можно использовать как надежный календарь природы. Мощность конкретного слоя седиментов говорит о периоде времени, в течение которого на данном участке суши существовал данный тип почвы.
Многометровые толщи лессов и латеритов свидетельствуют о длительном существовании на данной территории черноземов и красноземов. Слоистые породы характерны не только для аллювиальных отложений, они могут быть свидетелями резких смен почвенно-растительного покрова в результате глобальных изменений климата. Интересны с этой позиции так называемые двучленные породы (песок-суглинок и суглинок-песок), которые довольно часто встречаются под европейскими почвами. Обычно на песках формируются подзолы, а на суглинках серые лесные почвы. Если песчаные породы залегают выше суглинистых, это может означать, что до существующих на данной территории таежных экосистем здесь были распространены лесостепные экосистемы с серыми лесными почвами. Смена природных зон произошла в результате похолодания климата. Залегание суглинистых пород выше песчаных говорит об обратном изменении, когда в результате потепления климата на место таежных экосистем с подзолистыми почвами пришли лесостепные экосистемы с серыми лесными почвами.
Л.С.Берг (1913, 1918, 1947, 1950) первым заявил о возможности смещения климатических и ландшафтных зон в послеледниковое время. При изучении климатов прошлых эпох Л.С.Берг еще в 1913 г. обратил внимание на смещение климатических и ландшафтных зон. Он выделял четыре эпохи интенсивных оледенений: 1) альгонскую, 2) нижнекембрийскую, 3) верхнекарбоновую и нижнепермскую, 4) постмиоценовую. По его мнению, «эти большие климатические волны состоят (некоторые из них, а может быть и все они) в свою очередь из волн второго порядка» (Берг, 1918). «В послеледниковое время была по крайней мере одна засушливая эпоха (предшествующая современной); в эту эпоху происходило расширение сухих зон земного шара, а в современную эпоху они суживаются, т.е. в умеренных широтах наблюдается смещение зон в сторону экватора (тундра наступает на лес, а лес на степь), а экваториальные леса, наоборот, надвигаются в сторону полюсов. Образование лессов связано с сухим климатом, а потому нахождение лессов в лесной зоне может служить лишним доказательством бывшей ксеротермальной эпохи и смещения ландшафтных зон» (Берг, 1950).
Однако каждое межледниковье разделял период аридизации – другая крайность от оледенения столь же губительная для биоты. Период климатического оптимума, в котором мы находимся сейчас располагается между крайностями оледенения и аридизации, которые сдвигают границы ландшафтных зон в противоположных направлениях. Поэтому смещения зон происходили в геологической истории Земли не однажды, как предполагал Л.С.Берг, а многократно. Между эпохами оледенений всегда находился один период аридизации и два периода оптимума: один от конца оледенения до начала аридизации, второй от конца аридизации до начала нового оледенения. После отступления ледника ландшафтные зоны перемещались в сторону полюсов, а при отступлении аридизации – в сторону экватора. Самой устойчивой к любым колебаниям климата оказалась зона травянистых экосистем (степи, саванны, прерии, пампы). Во-первых, они равно удалены в списке экосистем от крайних и особо чувствительных к гидротермическим условиям тундровых и тропических экосистем. Во-вторых, травянистые растения, благодаря «изобретению» апопластного тракта оттока фотосинтатов (Гамалей, 2010, 2015), избавлены от климатической зависимости. В-третьих, травянистые экосистемы обладают богатым стратегическим запасом элементов минерального питания в форме почвенного гумуса.
Идеи Л.С.Берга о смещении климатических и ландшафтных зон и о почвенном происхождении лесса намного опередили время. Их значимость для науки и практики только сейчас начинает осознавать научная общественность и применять эти идеи для разработки надежной теории и методологии прогнозирования сложных природных явлений глобального масштаба. Широчайшая эрудиция и величайший дар предвидения ставят имя Л.С.Берга в ряд корифеев российской науки: В.В.Докучаева, В.И.Вернадского и других замечательных ученых, обогативших российскую и мировую науку о законах развития природы.
Литература
Берг Л.С. К вопросу о смещении климатических зон в послеледниковое время. Почвоведение, 1913. №4, с.1-26.
Берг Л.С. О происхождении лесса. Изв. РГО, т.52, вып.8, 1916. с.579-646.
Берг Л.С. Климаты геологического прошлого. Природа, 1918, №1, с. 3-28.
Берг Л.С. О почвенной теории образования лесса. Изв. Геогр. ин-та. 1926, с. 73-92.
Берг Л.С. Проблема лесса. Природа, 1927. № 4, с. 317-346; №6, с. 445-464.
Берг Л.С. Зональность покровных пород Восточной Европы и происхождение лесса. Зап. Одесского общ. естествоиспытателей. 1928, т.44, с. 33-36.
Берг Л.С. Происхождение атмосферной пыли в Средней Азии. Природа, 1929, №1, с.75.
Берг Л.С. Лесс как продукт выветривания и почвообразования. Тр. II Междунар. конф. ассоциации по изучению четвертичного периода Европы, 1932, вып.1. с.68-73.
Berg L.S. The jrigin of loess. Gerlands Beitr. Z. Geophys., Bd.35, 1932, pp. 130-150.
Берг Л.С. Фауна лесса. В кн.: Проблемы палеогеографии четвертичного периода. Тр. Ин-та географии АН СССР, 1946, вып.37, с.225-241.
Берг Л.С. Справка по истории лессового вопроса. Почвоведение, 1946, №3, с.164.
Берг Л.С. Климаты в древнейшие эпохи истории Земли. Вест. ЛГУ, 1947. №5, с.61-66.
Берг Л.С. Дочетвертичные лессы. Землеведение, нов.сер. 1948,т.2(42), с.92-96.
Берг Л.С. Некоторые соображения о послеледниковых изменениях климата и о лесостепье. Вопр. Геогр. 1950. сб.23. с. 57-84.
Богословский Н.А. О некоторых явлениях выветривания в области русской равнины. Изв. Геол. Комитета, гл.ХУ111, 1899.
Вернадский В.И. Об анализе почв с геохимической точки зрения. Почвоведение, 1936, №1.
Керженцев А.С. Функциональная экология. М.:Наука, 2006. 259 с.
Керженцев А.С. Новое перспективное научное направление. Вестник РАН, 2012. т.82, №5. с.432-440.
Керженцев А.С. Лекции по функциональной экологии. ЛАМБЕРТ, 2014. 186 с.
Ковда В.А., Бугровский В.В., Керженцев А.С., Зеленская Н.Н. Модель трансформации органического вещества в почве для количественного изучения функции почвы в экосистемах. Докл. АН СССР, 1990, т.312, №3. с. 759-762.
Коссович П.С. Основы учения о почве. Ч.11, вып.1. СПб, 1911.
Личков Б.Л. Современный литогенезис на материковых равнинах Изв. АН СССР, 1945. Сер. Геогр. и геофиз. Т. 1Х, № 5-6. с. 547-564.
Неуструев С.С. Почвенная теория лессообразования. Природа, № 1-3, 1925.
Полынов Б.Б. Кора выветривания. Ч.1. М.:Изд.АН СССР, 1934.
Соколовский А.Н. Грунтознавство. Харьков-Днепропетровск, 1933.
Ферсман А.Е. Геохимия. Т.11. Ленинград, 1934.
|
