Главная страница
Навигация по странице:

  • Stable Carbon and Oxygen Isotopes as Indicators of Pedogenic Carbonates Formation Ya. G. Ryskov, S. V. Mergel, I. V. Kovda, Ye. G. Morgun

  • ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ УДК 631.4 КРИОГЕННЫЕ ТРЕЩИНЫ КАК ФАКТОР АНИЗОТРОПНОСТИ ПОЧВЫ ©1995г. А.И.Куликов

  • Российская академия наук I i почвоведение


    Скачать 1.31 Mb.
    НазваниеРоссийская академия наук I i почвоведение
    Анкор791-pochvovedenie-1995-4.docx
    Дата11.07.2018
    Размер1.31 Mb.
    Формат файлаdocx
    Имя файла791-pochvovedenie-1995-4.docx
    ТипДокументы
    #19633
    страница3 из 25
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   25

    о°с


    u


    о I



    -9

    4> К X ed со

    Он,

    S о ,

    Он

    С

    gi
    ed 1

    &!

    ed I
    4>

    Я

    X I

    Он'

    ed |* Е I

    S

    о°с



    -8

    17

    20

    25

    30

    35 5180


    Рис. 3. Распределение теоретических и экспериментальных величин 813С и 5180 для карбонатов. Обозначения: а -теоретические величины 8180 для разных температур; б, в, г - теоретические величины 813С для разных температур: б - чернозем обыкновенный слитой (микроповышение); в - слитозем (микросклон); г - лугово-болотная почва (микропонижение). Экспериментальные величины 513С и 5|80 карбонатов для почв: д - чернозем обыкновенный слитой (микроповышение); е - слитозем (микросклон); без контура - лугово-болотная (микропонижение); ж - почва без новообразований; остальные условные обозначения карбонатных новообразований соответствуют приведенным на рис. 1.


    осаждающихся педогенных карбонатов с учетом фракционирования при разных температурах вычислялся по уравнениям, приведенным в работе Мариона с соавт. [23]. Теоретически рассчитанные значения 5180 карбонатов, осаждающихся при концентрировании почвенных растворов в ходе транспирации, составили 25.4; 23.5; 21.6%о для температур 0; 7 и 15°С, соответственно. При испарительном концентрировании почвенного раствора 5,80 карбонатов должен быть равен 30.8%о (15°С) и 28.1%о (25°С), а при промерзании 21.0%с (0°С).

    На рис. 3 представлен измеренный изотопный состав карбонатов, указаны равновесные значения 513С карбонатов для разных температур осаждения при соответствующих ИСУ растительности, и выделены теоретически рассчитанные пределы колебаний 5180 карбонатов, формирующихся при разных механизмах (транспирация, испарение, промерзание). Сравнение теоретических и экспериментальных величин 513С показывает, что образование карбонатов происходило в теплое время года в интервале температур от 5 - 7°С до 15°С (основная масса) и даже около 25°С (налет карбонатов в мышиной норе) за счет углерода почвенного дыхания без существенного вклада атмосферной С02. Этот вывод подтверждается распределением величин 5,80, ни одна из которых не попадает в теоретический интервал между 23.5 и 21.0%о, характерный для механизма промерзания. Также не характерен для изученных кальцитов и интервал, соответствующий механизму транспирации (от 21.6 до 23.5%о). Все измеренные значения 5180 попадают в промежуток между крайними теоретическими значениями для транспирации (23.5%о) и испарения (30.8%с). Не выявлено также величин 5,3С, более изотопно-тяжелых, чем равновесные для приемлемых температур, что могло бы свидетельствовать о неравновесном осаждении карбонатов при дегазации почвенного раствора из-за резкого изменения внешних условий (повышение г, снижение рС02, которое может происходить в весеннее и осеннее время).

    Таким образом, изученные карбонаты формировались летом при концентрировании почвенного раствора путем эвапотранспирации, в изотопном равновесии с почвенными С02 и Н20. При этом налет карбонатов в мышиной норе* осаждался при большей степени испарения раствора.

    Параметры образования дисперсных карбонатов, белоглазки I и II, перекристаллизованных журавчиков, образующих генерацию А достаточно сходны между собой и соответствуют современным биоклиматическим условиям, судя по ИСК современных метеорных осадков и наличию корреляции между 513С современной растительности и карбонатов. Вероятно эта генерация отражает современный этап аккумуляции карбонатов.

    Значения 5180 для журавчиков и перекристаллизованных обломков литогенного известняка лежат либо на границе равновесных значений испарительного фракционирования современной воды, либо выходят за их рамки. Это позволяет нам предположить, что генерация В сформировалась из исходно более тяжелой воды, отличающейся от современной минимум на 3 - 4%о. Более высокие величины 5180 атмосферных осадков соответствуют более теплому и влажному климату [9,14,16,18,23], в условиях которого, вероятно, происходили осаждение журавчиков и перекристаллизация щебня известняка. Наблюдаемое механическое перемещение журавчиков при педотурбациях и отсутствие корреляции 513С журавчиков и современной растительности также указывает на их более древнее происхождение. Предположительно, это могло происходить во время одного из климатических оптимумов голоцена [11]. Близкие значения 513С современных и более древних карбонатных новообразований, в основном соответствующих С-3 растениям, свидетельствуют о незначительной динамике численности растений С-4 и САМ типов во время формирования карбонатных профилей.

    Налет карбонатов (генерация С), обычно состоящий из лабильного люблинита [6, 8] образовался в современных условиях при полном испарении почвенных растворов на стенках полостей. Более низкие значения 513С по сравнению с генерацией А могут быть следствием различий в величине фракционирования изотопов при различной температуре осаждения карбонатов. Как видно из рис. 3, величина 5,3С карбонатного налета в норе, сформировавшегося в приповерхностных условиях, примерно соответствует осаждению при 25°С.
    ВЫВОДЫ

    1. Преобладающая часть современных запасов карбонатов изученных почв сформировалась в результате почвенных процессов, а не унаследо-валась от почвообразующей породы. Литоген-ные известняки перекристаллизовываются и замещаются педогенным кальцитом. Источником углерода является углерод соответствующей растительности (преимущественно С-3 типа); существенного вклада атмосферного углерода не отмечается.

    2. По изотопному составу углерода и кислорода выделено три генерации карбонатов. Все они сформировались при концентрировании почвенных растворов в ходе испарения и транспирации в летнее время. Изотопных признаков осаждения карбонатов при промерзании почв не отмечается.

    3. Выделяются как минимум два этапа аккуму-
    ляции карбонатов. Генерации А й С представля-
    ют собой результат современной аккумуляции.
    Генерация В образовалась в более влажную и
    теплую эпоху. Вероятно, это реликт, сформиро-
    вавшийся до образования микрорельефа и час-
    тично подвергающийся перекристаллизации в со-
    временных условиях.
    СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

    1. Афанасьева Е А. Солевой профиль черноземов и пути его формирования // Черноземы СССР. Т. 1. М.: Колос, 1974. С. 145 - 156.

    2. Изотопный состав атмосферных осадков в центральной и восточной Европе // Материалы метеорологических исследований. М., 1987. 12. С. 11 - 54.

    3. Демкин В А., Иванов И.В. Особенности формирования карбонатного профиля почв сухостепной зоны Юго-Востока европейской части СССР // Почвоведение. 1987. № 1. С. 35 - 43.

    4. Добровольский В В. Минералогия карбонатных стяжений из четвертичных суглинков // Записки Всесоюзного минералогического общества. 1955.

    4. LXXXIV. № 2. С. 198 - 208.

    1. Ковда И.В., Моргун Е.Г., Алексеева Т.В. Формирование и развитие почвенного покрова гильгай на примере Центрального Предкавказья // Почвоведение. 1992. Ко 3. С. 19-34.

    2. Лебедева И.И. Черноземы Восточной Европы. Ав-тореф. дис. ... докт. геогр. н. М., 1992. 49 с.

    3. Овечкин СВ. 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. 184 - 189.

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

    5. Хефс И. Геохимия стабильных изотопов. М.: Мир, 1983. 198 с.

    6. Хитрое Б Н. Ионно-солевой состав почв в одной навеске // Почвоведение. 1984. № 5. С. 119 - 127.

    7. Хотинский НА. Взаимоотношение леса и степи по данным изучения палеогеографии голоцена // Эволюция и возраст почв СССР. Пущино, 1986. С. 46 - 54.

    8. Allison G.B., Hughes M.W. The use of natural tracers as indicators of soil-water movement in a temperate semi-arid region // J. Hydrol. 1983. V. 60. P. 157 - 173.

    9. Amundson R G , Lund L J. The stable isotope chemistry of a native and irrigated Typic Natrargid in the San Joaquin Valley of California // Soil Sci. Soc. Am. J. 1987. V. 51. P. 761 -767.

    10. Ceding T E. The stable isotopic composition of modern soil carbonate and its relationship to climate // Earth Planet Science Lett. 1984. V. 71. P. 221 - 240.




    1. Deines P., Langmuir D., Harmon R.S. Stable carbon isotope ratios and the existence of a gas phase in the evolution of carbonate groundwaters // Geochim. and Cosmo-chim. Acta. 1974. V. 38. P. 1147 - 1164.

    2. DeverL , Pontes J.Ch., Riche G. Isotopic aproach to cal-cite dissolution and precipitation in soils under semi-arid conditions // Chemical Geol. (Isotope Geosci. Section). 1987. V. 66. P. 307-314.

    3. Friedman I., O'Neil J.R. Compilation of stable isotope fractionation factors of geochemical interest // U.S. Geol. Surv. Prof. Rep. 1977. 440 p.

    4. Forstel H., Purtal A , Schleser G. The world pattern of oxygen-18 in rainwaters and its importance in understanding the biochemical oxygen cycle // Isotope ratios as pollutant source and bechaviour indicators. Vienna, 1975. P. 3 - 20.

    5. Fritz P., Fontes J.Ch. (Editors) Handbook of Environmental Isotope Geochemistry. V. 1. The Terrestrial Environment. A. Elsevier, Amsterdam, 1980. 558 p.

    6. Fritz P., Fontes J.Ch. (Editors). Handbook of Environmental Isotope Geochemistry. V. 2. The'Terrestrial Environment. B. Elsevier, Amsterdam, 1986. 612 p.

    7. Hallsworth E.G., Beckman G.G. Gilgai in the quaternary // Soil Science. 1969. V. 107. № 6. P 407 - 420.

    8. Magaritz M., Kaufman A.t Jaalon D.H. Calcium carbonate nodulus in soils: 180/160 and 13C/12C ratios and 14C contents // Geoderma. 1981. V. 25. № 3/4. P. 157 - 172.

    9. Marion G.M., Introne D.S , Van Cleve K. The Stable Isotope geochemistry of CaC03 on the Tanana River flood-plain of interior Alaska, USA: Composition and mechanism of formation // Chemical Geol. (Isotope Geosci. Sect.). 1991. V. 86. P. 97-110.

    10. McCrea J.M. On the isotopic chemistry of carbonates and a paleotemperature scale // J. Chem. Phys. 1950. V. 18. P. 849-857.

    11. Quade J., Ceding Т.Е., Bowman J.R. Systematic variations in the carbon and oxygen isotopic composition of pedogenic carbonate along elevation transect in the thouthem Great Basin, U.S.A. // Geol. Soc. Am. Bull. 1989. V. 101. P. 464-475.

    12. Parada СВ., Long A., Davis S.N. Stable-isotopic composition of soil carbon dioxide in the Tucson Basin Arizona, U.S.A. // Isotope Geosci. 1983. V. 1. P. 219 - 236.

    13. PendallE., Amundson R. The stable isotope chemistry of pedogenic carbonate in an alluvial soil from the Punjab, Pakistan // Soil Science. 1990. V. 149. Ns 4. P. 199 - 211.

    14. RabenhorstM.C, Wilding L.P., WestL.T. Identification of pedogenic carbonates using stable carbon isotopes and microfabric analysis // Soil Science Soc. Am. Journal. 1984. V. 48. P. 125- 132.

    15. Rightmire СТ., Hanshaw B.B. Relationship between the carbon isotope composition of soil C02 and dissolved carbonate species in groundwater // Water resour. Res. 1978. V. 9. P. 958 - 967.

    16. Salomons W., Mook W.G. Isotope geochemistry of carbonate dissolution and reprecipitation in soils // Soil Science. 1976. V. 122. № 1. P. 15 - 24.



    1. Salomons W., Goudie А., Mook W.G. Isotopic composition of calcrete deposits from Europe, Africa and India // Earth Surf. Process. 1978. V. 3. P. 43 - 57.

    2. SchlesingerH.H.r Marion G.M., Fonteyn P.G. Stable isotope ratios and the dynamics of caliche in desert soils // Rundel P.W., Ehleringer J.R., Nagy K.A. (Editors). Application of stable isotope ratios to ecological research. Springer, New York. 1989. P. 309 - 317.

    3. Swart P.K., Burns 5 J., Leder J J. Fractionation of the stable isotopes of oxygen and carbon in carbon dioxide during the reaction of calcite with phosphoric acid as a function of temperature and technique // Chemical Geol. (Isotope Geosci. Sect.). 1991. V. 86. P. 89 - 96.

    1. Swerhone G.D.W., Hobson К A., Kessel C, Boutton T.W. An economical method for the preparation of plant and animal tissue for 5,3C analysis // Commun. in Soil Sci. Plant Anal. 1991. V. 22 (3, 4). P. 177 - 190.

    2. West L.T., Drees L.R., Wilding L.P., Rebenhorst M.C. Differentiation of pedogenic and lithogenic carbonate forms in Texas // Geoderma. 1988. № 43. P. 271 - 287.




    Stable Carbon and Oxygen Isotopes as Indicators of Pedogenic Carbonates Formation

    Ya. G. Ryskov, S. V. Mergel, I. V. Kovda, Ye. G. Morgun
    The ratio of l3C/l2C and ,80/,60 isotopes in carbonates has been under examination for soils - components of a gilgai microcatena in the Pre-Caucasus with a purpose to clarify conditions promoting carbonates formation. Carbonates are presented by three generations and are of pedogenic provenance. Their development has been enhanced by evapotranspiration. Two stages have been recognized in the sequence of events: the present-day one and an ancient stage with a warm and humid climate.

    ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 1995. № 4, с. 415 - 419

    ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ

    УДК 631.4

    КРИОГЕННЫЕ ТРЕЩИНЫ КАК ФАКТОР АНИЗОТРОПНОСТИ ПОЧВЫ

    ©1995г. А.И.Куликов

    Бурятский институт биологии Сибирского отделения РАН, Улан-Удэ Поступила в редакцию 13.04.94 г.
    Криогенные трещины способствуют повышению энтропии почв, т.е. они по своим функциям противоположны почвообразованию - процессу с выраженными антиэнтропийными функциями. По бимодальности кривой статистического распределения мощности гумусового горизонта обосновано выделение особых почвенно-мерзлотных комплексов и выявлены их параметры.

    Морозобойные трещины - наиболее яркое проявление почвенного криогенеза. Они индицируются на дневной поверхности в виде особых пе-докриогенных комплексов и имеют профилепре-образующие функции. Единичная ячейка педо-криогенного комплекса совпадает с почвенным индивидуумом, а совокупность почвенных индивидуумов - с регулярно-циклическим элементарным почвенным ареалом.

    Фридланд [11] полагает, что выделение предельных единиц почвенного покрова (педонов) возможно по кривой статистического распределения. Если кривая имеет два максимума или больше, то это указывает на наличие в выборке почв, принадлежащих двум и более таксонам. Козловский [5] считает педон понятием статистическим, образующим неоднородности одного порядка частоты. По Карпачевскому [4] почвенный индивидуум с наибольшей вероятностью совпадает с парцеллой по признаку соответствия границ почвы и растительности, вернее - фитогенного поля растений.

    Нашими исследованиями показано, что по криогенным трещинам происходит утечка части гумусовых веществ с их консервацией на глубинах, доступных для корневой системы растений. Этот процесс предложено называть криогенной иммобилизацией гумуса [7]. В трещиноватой почве инфильтрация влаги из фронтальной становится локализованной. В то же время гумуси-рованные жилы облегчают капиллярную переброску воды из надмерзлотного слоя в зону кор-необитания.

    Для изучения влияния криогенных трещин на параметры предельных единиц структуры почвенного покрова и анизотропность морфологического строения были заложены траншеи, где через каждые 10 см проводились морфометричес-кие измерения, фиксировались обособившиеся морфоны и отбирались образцы. Объекты исследования - мерзлотные лугово-черноземные сред-несуглинистые и мерзлотные лугово-лесные легкоглинистые. Район исследований - Забайкалье, Еравнинская мерзлотно-лесостепная котловина. Условия почвообразования и подробная характеристика этих почв неоднократно приводились в литературе [2, 6].

    Криогенная трещиноватость в первую очередь вызывает варьирование мощности гор. А1, что и ведет к формированию регулярно-циклического комплекса. Как оказалось, статистическое распределение мощности гумусового горизонта двухмодально (рис. 1), т.е. выборка относится к двум разным почвам. Чтобы убедиться в статистической достоверности разбивки совокупности на две подсовокупности, определим среднюю относительную встречаемость (Р)признака в




    Классы




    Частота, %
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   25
    написать администратору сайта