Введение
Почва, погребенная под осадочными отложениями или не отражающая современные экологические условия.
В геоНауке палеосол (палеосоль в Великобритании и Австралии) – это древняя почва, образовавшаяся в прошлом. Определение этого термина в геологии и палеонтологии несколько отличается от его использования в почвоведении. В геологии и палеонтологии палеосол – это бывшая почва, сохранившаяся в результате погребения под осадочными отложениями (аллювием или лёссом) или вулканическими отложениями (вулканическим пеплом), которые в случае более древних отложений превратились в горные породы. В четвертичной геологии, седиментологии, палеоклиматологии и геологии в целом, общепринятой практикой является использование термина "палеосол" для обозначения таких "ископаемых почв", обнаруженных погребенными в осадочных и вулканических отложениях, представленных на всех континентах. В почвоведении определение несколько иное: палеосолы – это почвы, сформировавшиеся в отдаленном прошлом, которые не имеют связи в своих химических и физических свойствах с современным климатом или растительностью. Такие почвы встречаются в пределах древнейших континентальных кратонов или в небольших, разбросанных участках в областях, представляющих собой остатки других древних горных массивов.
Свойства
Из-за изменений климата Земли за последние 50 миллионов лет почвы, сформировавшиеся под тропическими лесами (или даже саванной), подверглись воздействию все более засушливого климата, в результате чего бывшие оксизоли, ультизоли или даже альфизоли высыхают таким образом, что образуется очень твердая корка. Этот процесс настолько широко распространился в большей части Австралии, что ограничил развитие почв – прежняя почва фактически является материнским материалом для новой почвы, но она настолько устойчива к выветриванию, что в нынешних сухих климатах может существовать только очень слабо развитая почва, особенно когда они стали намного суше в ледниковые периоды четвертичного периода. В других частях Австралии и во многих частях Африки высыхание почв не было столь выраженным. Это привело к образованию обширных площадей реликтовых подзолистых почв в довольно сухом климате в южной глубинке Австралии (где ранее преобладали умеренные тропические леса) и к формированию почв торрокс (подряд оксисолов) в южной Африке. Здесь современный климат позволяет, по сути, сохранять старые почвы в условиях, в которых они не могли сформироваться из материнского материала в мезозойскую и палеоценовую эры. Палеопочвы в этом смысле всегда являются крайне бесплодными почвами, содержащими доступные уровни фосфора на порядки меньше, чем в умеренных регионах с более молодыми почвами. Экологические исследования показали, что это вынудило австралийскую флору к высокоспециализированной эволюции для получения минимальных запасов питательных веществ. Тот факт, что почвообразование не происходит, еще больше затрудняет экологически устойчивое управление. Однако палеопочвы часто содержат исключительное биоразнообразие из-за отсутствия конкуренции.
Таксономическая классификация
Запись палеопочв прослеживается вплоть до докембрийской эры в истории Земли, с редкими палеопочвами возрастом более 2,5 миллиардов лет. Геология, биология и атмосфера значительно изменились за это время, с резкими изменениями во время Великого окислительного события (2,42 миллиарда лет назад) и в палеозойскую эру, когда распространились сложные животные и наземные растения. Следовательно, современная система классификации почв не может быть напрямую применена к палеопочвам. Например, современный альфисоль – в широком смысле определяемый как лесная почва – не мог существовать до эволюции деревьев. Более того, он определяется химическими свойствами, которые не сохраняются в горных породах. Хотя современные почвенные классы часто используются для качественного описания палеопочв, была предложена специальная номенклатура для палеопочв, однако она используется лишь эпизодически в литературе. До тех пор, пока специальная номенклатура для палеопочв не будет полностью принята, многие палеопедологи продолжают использовать таксономическую классификацию почв, разработанную Министерством сельского хозяйства США (USDA). Таксономия почв USDA стремится использовать измеримые свойства и объективные признаки почв для их классификации. Методология разработала иерархическую структуру среди различных таксономических групп почв, классифицируя почвы сначала на общем уровне, а затем распределяя их по все более узким подразделениям. Таксономия почв USDA имеет свои недостатки, включая акцент на наблюдаемые признаки, новую терминологию и иерархическую организацию. Акцент на наблюдаемых признаках может придавать таксономии почв сходство с юридическим документом. Иерархическая структура не может быть применена ниже уровня класса для палеопочв. Однако, несмотря на эти недостатки, таксономия почв USDA остается наиболее полной и влиятельной системой классификации почв на сегодняшний день. Для различения и идентификации палеопочв друг от друга необходимо учитывать определенные диагностические горизонты и признаки. Например, все палеопочвы имеют горизонт А, но гистосоли имеют горизонт О над горизонтом А.
Реконструкция палеоклимата
Палеопочвы часто используются как палеоклиматологические инструменты для оценки климата, в котором они формировались. Поскольку скорость и типы выветривания зависят от климатических факторов, палеопочвы могут быть использованы для реконструкции параметров прошлого климата. Среднегодовое количество осадков (MAP) и среднегодовая температура воздуха (MAAT) – две наиболее часто реконструируемые величины, которые, наряду с сезонностью и в сочетании с другими палеоэкологическими методами, позволяют описать прошлые наземные климаты. Существует целый ряд палеоклиматических прокси-индикаторов, которые различаются по направленности, но многие из них основаны на изменениях химического состава по всему почвенному профилю, происходящих в процессе выветривания, захоронения и постзахоронения. Их применение зависит от таких факторов, как изменения после захоронения, состав материнской породы и тип почвы; не каждый прокси-индикатор применим к каждой палеопочве. Большинство прокси-индикаторов применимы к палеопочвам фанерозоя (более ранним – нет), поскольку ландшафтные процессы значительно изменились после появления наземных растений. Реконструкция сезонности (наличия и выраженности сезонов) требует более детального подхода. Предлагаемые прокси-индикаторы сезонности в основном основаны на процессе увлажнения и высыхания почвы, в ходе которого может формироваться педогенный карбонат; как и другие прокси-индикаторы, этот метод постоянно тестируется и совершенствуется.
Реконструкция палеоатмосферы
Почвы формируются в почти непрерывном контакте с атмосферой, поэтому их химический состав подвержен влиянию состава атмосферы как прямыми, так и косвенными путями. Окисление палеопочв используется как индикатор содержания атмосферного кислорода, который увеличивался на протяжении истории Земли. Палеопочвы также применялись для реконструкции уровней углекислого газа в атмосфере, основываясь на современных исследованиях газообмена углеродом в почвах, изотопного состава углерода в педогенных карбонатных конкрециях и подходов, основанных на балансе масс с учетом нескольких атмосферных газов (как правило, углекислого газа, кислорода и метана). Эти методы активно развиваются в области исследований ранней Земли.
Палеоботаника
Палеопочвы являются важным архивом информации о древних экосистемах, и различные компоненты ископаемых почв могут быть использованы для изучения прошлой растительности. Палеопочвы часто содержат древние растительные остатки, такие как пыльцевые зерна и фитолиты – биоминерализованная форма кремнезема, производимая многими растениями, например, злаками. Как пыльца, так и фитолиты из разных видов растений имеют характерные формы, позволяющие установить их принадлежность к определенным растениям-предкам. Однако, в течение длительных геологических периодов фитолиты могут не сохраняться в палеопочвах из-за способности слабокристаллического кремнезема к растворению. Другим индикатором состава растительного сообщества в палеопочвах является изотопный состав углерода. Соотношение различных изотопов углерода в органическом веществе палеопочв отражает пропорции растений, использующих фотосинтез C3, которые произрастают в более прохладных и влажных климатических условиях, и растений, использующих фотосинтез C4, лучше приспособленных к жарким и сухим условиям. Другие методы определения прошлой растительности в палеопочвах основаны на выявлении остатков кутикулы листьев, которые медленно разлагаются в почве со временем.
Палеосейсмология
Последовательности палеопочв, как летописи прошлых земных поверхностей, которые можно накладывать друг на друга, также полезны в палеосейсмологии.