Палеопочвенный летопись: история почв Земли в геологическом времени.

Введение

Палеопедологическая летопись – это, по сути, ископаемая летопись почв. Палеопедологическая летопись состоит главным образом из палеосолов, погребенных флювиальными отложениями или сохранившихся на геологических несогласиях, особенно на обрывах плато или склонах речных долин. Другие ископаемые почвы встречаются в районах, где вулканическая деятельность покрыла древние почвы.

Классификация

Почвенные окаменелости обычно классифицируются в соответствии с таксономией почв USDA. За исключением некоторых исключительно древних почв, имеющих глинистый, серо-зеленый горизонт, совершенно не похожий на современные почвы и явно образовавшийся в бескислородной среде, большинство ископаемых почв можно отнести к одному из двенадцати порядков, выделяемых этой системой. Обычно это делается с помощью рентгенодифракционного анализа, позволяющего анализировать различные частицы в бывших почвах и определять, к какому порядку они относятся. Другие методы классификации почвенных окаменелостей основаны на геохимическом анализе почвенного материала, что позволяет идентифицировать содержащиеся в нем минералы. Этот метод эффективен только при наличии значительных объемов древней почвы, что встречается редко.

Записи различных групп почв

В докембрийский период, когда жизнь на суше была невозможна из-за очень тонкого или отсутствующего озонового слоя, почвы подвергались гораздо более быстрой эрозии, и большинство окаменелостей этого периода представляют собой неразвитые энтизолы или инцептизолы. Вертизолы и аридизолы имеют непрерывную ископаемую летопись, начиная с палеопротерозойских континентов (хотя мало что известно о времени их первого зарастания растительностью), в то время как несколько окаменелостей андизолов известны из мезопротерозоя и в большем количестве из ордовика, непосредственно перед началом появления наземной растительности. Другие крупные окаменелости андизолов можно найти в средней юре Сибири. Оксисолы, глубоко выветренные тропические почвы, имеют богатую ископаемую летопись, начиная с палеопротерозоя. За пределами ледниковых периодов оксисолы обычно были доминирующим почвенным порядком в палеопедологической летописи. Это связано с тем, что для формирования оксисолов требуется большее выветривание, чем для любого другого почвенного порядка, а почвообразование в целом почти отсутствовало вне эпох обширного континентального оледенения. Это обусловлено не только почвами, образовавшимися в результате оледенения, но и тем, что горообразование, являющееся другим критическим фактором в создании новых почв, всегда совпадало со снижением глобальных температур и уровня моря. Это происходит потому, что осадочные породы, образованные в результате эрозии гор, уменьшают содержание CO2 в атмосфере и вызывают изменения в циркуляции, которые климатологи тесно связывают с развитием континентальных ледниковых щитов. Оксисолы не были покрыты растительностью до позднего карбона, вероятно, потому, что микробиологическая эволюция до этого момента не была достаточно развита, чтобы позволить растениям получать достаточное количество питательных веществ из почв с очень низкой концентрацией азота, фосфора, кальция и калия. Из-за своих экстремальных климатических требований окаменелости гелизолов ограничены несколькими периодами обширного континентального оледенения, самым ранним из которых было 900 миллионов лет назад в неопротерозое. Однако в эти периоды окаменелости гелизолов обычно обильны, примечательные находки происходят из карбона в Новом Южном Уэльсе. Самая ранняя наземная растительность встречается в ранних силурийских энтизолах и инцептизолах, и с ростом наземной растительности под защитным озоновым слоем появились несколько новых почвенных порядков. Первые – гистозолы – появились в девоне, но редко встречаются в виде окаменелостей, поскольку большая часть их массы состоит из органических материалов, которые быстро разлагаются. Альфизолы и ультизолы появились в конце девона и начале карбона и имеют непрерывную, хотя и не богатую, ископаемую летопись с тех пор. Сподозолы известны только из карбона и нескольких периодов после него, хотя менее кислые почвы, аналогичные сподозолам, известны из мезозоя и третичного периода и могут представлять собой вымерший подпорядок. В мезозое палеопедологическая летопись, как правило, бедна, вероятно, потому, что отсутствие горообразования и оледенения означало, что большинство поверхностных почв были очень старыми и постоянно выветривались, теряя оставшиеся выветриваемые материалы. Оксисолы и ортенты являются доминирующими группами, хотя были найдены некоторые более плодородные почвы, такие как обширные андисолы, упомянутые ранее из юрской Сибири. Свидетельства широкого распространения глубоко выветренных почв в палеоцене можно увидеть в обильных оксисолах и ультисолах в современной сильно оледеневшей Шотландии и Антарктиде. Моллизолы, основные сельскохозяйственные почвы настоящего времени, уникальны своей геологической молодостью, известны с эоцена, но распространены только с миоцена, когда развивались луга. Наиболее полная палеопедологическая летопись относится к четвертичному периоду, с небольшим количеством почв, отличных от широко распространенных сегодня типов. Важное отличие палеопедологической летописи от ископаемой летописи растений и животных заключается в том, что очень мало из найденных почв являются вымершими типами. Несмотря на трудности идентификации, упомянутые ранее, это делает палеопедологию (изучение ископаемых почв) потенциально очень полезной для понимания экологических взаимосвязей в прошлых экосистемах.

During the Precambrian, when life on land was precluded by a very thin or nonexistent ozone layer, soils were subject to much more rapid erosion and most fossils from this period are of undeveloped entisols or inceptisols. Vertisols and aridisols have a continuous fossil record from Paleoproterozoic continents onwards (though little is known about when they were first vegetated), whilst a few andisol fossils are known from the Mesoproterozoic and more abundantly from the Ordovician just before land vegetation began to emerge. Other major andisol fossils can be found in the middle Jurassic of Siberia. Oxisols, deeply weathered tropical soils, have a rich fossil record from the Paleoproterozoic onwards. Outside of ice ages, oxisols have generally been the dominant soil order in the paleopedological record. This is because soil formation, after which oxisols take more weathering to form than any other soil order, has been almost non existent outside eras of extensive continental glaciation. This is not only because of the soils formed by glaciation itself, but also because mountain building, which is the other critical factor in producing new soil, has always coincided with a reduction in global temperatures and sea levels. This is because the sediment formed from the eroding mountains reduces the atmospheric CO2 content and also causes changes in circulation linked closely by climatologists to the development of continental ice sheets. Oxisols were not vegetated until the late Carboniferous, probably because microbial evolution was not before that point advanced enough to permit plants to obtain sufficient nutrients from soils with very low concentrations of nitrogen, phosphorus, calcium and potassium. Owing to their extreme climatic requirements, gelisol fossils are confined to the few periods of extensive continental glaciation the earliest being 900 million years ago in the Neoproterozoic. However, in these periods fossil gelisols are generally abundant, notable finds coming from the Carboniferous in New South Wales. The earliest land vegetation is found in Early Silurian entisols and inceptisols, and with the growth of land vegetation under a protective ozone layer several new soil orders emerged. The first, histosols, emerged in the Devonian but are rare as fossils because most of their mass consists of organic materials that tend to decay quickly. Alfisols and ultisols emerged in the late Devonian and early Carboniferous, and have a continuous, though not rich, fossil record in eras since then. Spodosols are known only from the Carboniferous and from a few periods since that time though less acidic soils otherwise similar to spodosols are known from the Mesozoic and Tertiary and may constitute an extinct suborder. During the Mesozoic the paleopedological record tends to be poor, probably because the absence of mountain building and glaciation meant that most surface soils were very old and were constantly being weathered of what weatherable materials remained. Oxisols and orthents are the dominant groups, though a few more fertile soils have been found, such as the extensive andisols mentioned earlier from Jurassic Siberia. Evidence for widespread deeply weathered soils in the Paleocene can be seen in abundant oxisols and ultisols in now heavily glaciated Scotland and Antarctica. Mollisols, the major agricultural soils of the present, are unique in their geological youth, being known from the Eocene but common only from the Miocene, as grasslands evolved. The most abundant paleopedological record is that of the Quaternary with few soils different from types widely found today. An important difference between the paleopedological record and the fossil record of plants and animals is that very few of the soils found are extinct types. Despite the difficulties of identification mentioned earlier, this makes paleopedology (the study of fossil soils) potentially very useful to understanding the ecological relationships in past ecosystems.