DISTINCTIVE FEATURES OF SOIL FORMATION IN THE CONDITIONS OFACTIVE VOLCANISMS (BY THE EXAMPLE OF KAMCHATKA).pdf Проведено районирование почв Камчатки с выделением провинций и рай-онов внутри них, диагностические отличия почв которых обусловлены вул-канизмом, различающимся составом продуктов, масштабами, частотой из-вержений и принадлежностью вулканам, находящимся в разных стадиях ак-тивности. Влияние названных характеристик вулканической деятельности напочвообразование можно проследить при сравнении свойств почв районовотдельных провинций, где вулканы (вулканические центры) проходят в голо-цене сходные стадии эволюции. По этим признакам достаточно контрастноразличаются почвы, образованные вблизи северной группы вулканов Кам-чатки (Восточный район Северной провинции), и почвы, сформированные напирокластических отложениях вулканов Южной Камчатки (Западный, Цен-тральный, Юго-Восточный районы Южной провинции).Целью работы являлось изучение влияния на почвообразование вулкани-ческой деятельности, отличающейся петрохимическим составом вулканиче-ских пеплов (от андезито-базальтового до риолито-дацитового), поступаю-щих от источников (вулкановЦR________), деятельность которых различается частотой имасштабами извержений.ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВПри сравнении свойств почв, развитых на различных по составу и возрастувулканических пеплах, принадлежащих вулканам, находящимся в разных фазахактивности, в них обнаруживаются отличия по следующим характеристикам:- строение почвенных профилей;- частота встречаемости в почвах охристых горизонтов;86 Л.В. Захарихина- содержание растворимых форм кремния, железа и алюминия в средних инижних частях профилей почв;- степень насыщенности почв основаниями;- реакция среды (рН) органогенных горизонтов;- содержание гумуса в органогенных горизонтах.Различное строение почв (количество элементарных профилей) связано счастотой извержений вулканов. Как отмечалось выше, ранняя стадия вулка-низма сопровождается часто повторяющимися событиями. Отсюда - пре-имущественное развитие вблизи вулканов северной группы Камчатки, нахо-дящихся в этой фазе развития, слоисто-пепловых вулканических почв (Се-верная провинция). Почвы, развитые на этой территории, в основном, содер-жат в среднем от шести до восьми элементарных профилей, в каждом из ко-торых выражены органогенные горизонты и подстилающие их вулканиче-ские пеплы. Все минеральные прослои, сложенные вулканическими пеплами,фактически не выветрены, слабо трансформированы.Значительно более крупные и редкие по периодичности извержения вулка-нов Южной Камчатки, находящихся в зрелой кальдерообразующей стадии,способствовали формированию на территориях Западного, Центрального иЮго-Восточного районов Южной провинции характерных для региона вулка-нических охристых почв, в разрезах которых выделяется два-четыре элемен-тарных профиля, имеющих обширные выдержанные ареалы распространения.Учитывая характерные особенности строения почв, сформированных напеплах вулканов северной группы Камчатки, и почв, образованных на пирок-ластических отложениях вулканов Южной Камчатки, можно говорить, что вцелом для полуострова для ранней фазы активности вулканизма характерныслоисто-пепловые вулканические почвы, для зрелой кальдерообразующейстадии - вулканические охристые.В почвах Южной провинции по сравнению с почвами Северной провин-ции значительно чаще, фактически повсеместно, развиты охристые горизон-ты BAN. Как отмечено выше, специфика охристых горизонтов определяетсяпирокластической природой субстрата и ярко выраженным явлением псевдо-тиксотропии - выделением влаги при разминании структурных отдельностей,а также аномально высоким содержанием валового железа (8-10%) и алюми-ния (15-20%).С чем связана наиболее частая встречаемость охристых горизонтов в поч-вах Южной провинции? С различными биоклиматическими условиями, раз-ным составом извергнутого материала, временем залегания пеплов в зонеактивного почвообразования, различной частотой извержений вулканов Юж-ной Камчатки и вулканов северной группы или степенью выраженности ил-лювиальных процессов?Ранее большинство исследователей связывали специфику охристых гори-зонтов с формированием охристых пленок на пепловых частицах за счет ил-лювиирования подвижных соединений [1-3]. Другие [4] считали, что рольиллювиального процесса в охристых почвах Камчатки сильно завышена инаибольшее значение в формировании охристого горизонта играют процессывнутрипочвенного выветривания.Особенности почвообразования в условиях активного вулканизма 87В работе, посвященной почвам Камчатки [5], было отмечено, что охри-стый горизонт формируется в пеплах любого состава, находящихся в зонеактивного почвообразования на протяжении 4-5 тыс. лет и более.Как видно из представленных нами данных (табл. 1), охристые горизонтыформируются в разных биоклиматических условиях - на западе, юге, юго-востоке и севере полуострова. Состав материала, его слагающего, различен -от андезитового до риолитового. То есть первые два из вышеназванных фак-торов не оказывают существенного влияния на формирование специфическихсвойств этих образований.Т а б л и ц а 1Характеристики охристого горизонтаРайон распро-страненияСоставматериалаКалендарныйвозраст, летВремя нахожде-ния в зоне актив-ного почвообра-зования, под по-верхностныморганогеннымгоризонтом, летВозраст припо-верхностныхпеплов прибли-зительно, летСодержаниенесиликат-ных формAl2O3/Fe2O3,%Западное побе-режье, р. Утка А ~ 6900 3980 2920 4,5/11,7Западное побе-режье, р. Ича А ~ 6900 3980 2920 3,7/5,0Западное побе-режье, р. Ага А ~ 6900 3980 2920 -Юг Камчатки,оз. Толмачево Р ~ 3500 3400 1400 3,1/8,6Юг Камчатки,среднее течениер. КарымчинаР ~ 3500 3400 1400 3,3/10,7Юг Камчатки,окрестностип. НачикиА ~ 6900 5140 1400 3,4/11,3Север полуост-рова, р. Лев.Озерная- Более 3000 622 350 4,8/13,8Юго-восток,р. Вилюча А ~ 6900 5140 100 2,7/8,6Юго-восток,г. Петропавловск-КамчатскийА ~ 6900 5140 100 2,0/3,5Окрестностивулкана Ка-рымскийА ~ 3000-6100 3300 Современныепеплы 1,5/4,0Примечание. «-» нет данных; А - андезитовый; Р - риолитовый.В охристых почвах нередко диагностируются слабо трансформированныевулканические пеплы более древнего возраста, залегающие глубже охристыхгоризонтов и не обнаруживающие их характерных признаков: ни по степени88 Л.В. Захарихинавыветрелости (явление псевдотиксотропии), ни по содержанию несиликат-ных форм железа и алюминия.На Западе Камчатки такие древние слаботрансформированные пепловыегоризонты, залегающие глубже охристых, сформированы пеплом извержениявулкана Хангар, возраст ~ 7769 лет, на юге полуострова - образованы извер-жением вулкана Курильское Озеро, возраст пепла составляет ~ 7600 лет. От-личает их от охристых горизонтов сравнительно непродолжительный периодвремени, в течение которого они находились под поверхностными органо-генными горизонтами.В отличие от них пеплы, слагающие охристые горизонты, достаточно дли-тельно не перекрывались молодыми пирокластическими образованиями.Как видно из табл. 1, в разных районах этот период составил от 622 до5140 лет. Это обстоятельство послужило фактором, определившим хорошуюпроработанность (явление псевдотиксотропии) пеплов, слагающих охристыегоризонты. В зоне, в которой протекают активные процессы почвообразования,преобразующие свежий пирокластический материал (зона активного почвообра-зования), находятся только пепловые прослои, подстилающие поверхностныеорганогенные горизонты. После перекрытия почвы вулканическим пеплом про-цессы выветривания уже погребенных пепловых горизонтов фактически не про-исходят (пример - пепел вулканов Хангар и Курильское Озеро).Это объясняет отсутствие охристых горизонтов и соответственно охри-стых почв в Восточном районе Северной провинции, вблизи активно дейст-вующих вулканов Северной группы. Частое перекрытие почв вулканически-ми пеплами не позволило образоваться в них охристым горизонтам, которыенаходились в зоне активного почвообразования (под поверхностными орга-ногенными горизонтами) непродолжительные промежутки времени.Обращает на себя внимание связь возрастных характеристик приповерх-ностных пепловых горизонтов современных почв и содержание в их охри-стых горизонтах несиликатных форм железа и алюминия (см. табл. 1), а так-же количество элементарных профилей в почвах и содержание в нижнихгоризонтах почв подвижных продуктов почвообразования.Спорную роль иллювиальных процессов в формировании характерныхособенностей охристых горизонтов, в первую очередь накопление в них не-силикатных форм железа, алюминия, можно оценить путем сравнения степе-ни выраженности иллювиальных процессов в почвах, поверхностные гори-зонты которых имеют разный возраст (рис. 1). Рассмотрим охристые почвыЮжной провинции, которые сформированы преимущественно в риолито-дацитовых и риолитовых пеплах вулканов Южной Камчатки, и слоисто-пепловые вулканические почвы Восточного района Северной провинции,образованные в молодых андезитовых пеплах северной группы вулканов.Районы исследований почв вулканов Южной провинции попадают в три рай-она с разными возрастами приповерхностных пеплов (ПП).Из них территория Западного района дольше других не перекрывалась пе-плами молодых извержений (~ 2920 лет), почвы здесь несут в своем профилесовременные органогенные горизонты, образование которых происходилонаиболее длительный для Камчатки срок.Особенности почвообразования в условиях активного вулканизма 89Почвы, распространенные в пределах Центрального района Южной провинции(вблизи пос. Начики, оз. Толмачева и в среднем течении р. Карымчина), имеютвозраст ПП ~ 1400 лет. Здесь дневная поверхность последний раз перекрываласьпеплом вулкана Опала в 606 г. н.э. В Юго-Восточном районе Южной провинции, вокрестностях г. Петропавловска и в районе верховий р. Вилюча возраст ПП со-ставляет 100 лет. Эта зона сравнительно недавно (1907 г.) перекрывалась пепломизвержения вулкана Ксудач. Для почв, образованных в пеплах северной группывулканов, использованы данные по Восточному району Северной провинции, по-падающему в центральные части ореолов распространения тефры, где наиболееярко проявлено характерное влияние на формирование почв вулканизма раннейфазы развития. Современные органогенные горизонты изученных почв террито-рии Восточного района Северной провинции образованы на андезитовых молодыхпеплах извержений вулкана Толбачик в 1975-1976 гг. и вулкана Безымянный в1956 г. То есть возраст этих образований составляет ~ 50 лет.Распределение несиликатных форм железа и алюминия в почвах с ПП2920- и 1400-летнего возраста показывает накопление подвижных полутор-ных оксидов и кремния в погребенных гумусовых и иллювиальных горизон-тах. Содержание железа составляет в среднем 3-4%, алюминия - 7-11%. Впочвах с возрастом ПП 100 лет увеличение содержания этих элементов внижней части профиля менее значительно (2-3 и 3-8% соответственно).В почвах, сформированных в молодых пеплах вулканов северной группыКамчатки, содержание несиликатных форм железа и алюминия по всемупрофилю низкое и фактически не варьирует.Приведенные характеристики распределения подвижных форм элементовпо профилям почв с разновозрастными ПП показывают слабую выражен-ность иллювиальных процессов в почвах с молодыми поверхностными гори-зонтами и очевидную зависимость степени их развития от фактора времени.Очевидно, перекрытие почвы вулканическим пеплом имеет определенный«консервирующий» эффект для иллювиальных процессов. На свежевыпав-ших пеплах образуются новые почвенные профили с преобладанием процес-са гумусонакопления. Именно поэтому в почвах Восточного района Севернойпровинции, достаточно часто перекрывавшихся вулканическими пеплами, неотмечается накопления продуктов иллювиирования.Свидетельством развития в вулканических почвах Камчатки процесса ил-лювиирования и соответственно его роли в формировании характерных осо-бенностей охристых горизонтов надо считать уже сам факт различий в рас-пределении несиликатных форм железа и алюминия по профилям почв с раз-новозрастными ПП.Максимальные содержания этих соединений в охристых горизонтах ха-рактерны для почв, редко и относительно долго не испытывавших эффект«омоложения» за счет перекрытия поверхности пепловым материалом. Впочвах, перекрывавшихся вулканическими пеплами сравнительно недавно,содержание полуторных оксидов в охристых горизонтах ниже. Если бы при-сутствие несиликатных форм R2O3 было связано лишь со степенью выветре-лости пеплов, то концентрации этих соединений во всех почвах, содержащихохристые горизонты, были бы схожи.90 Л.В. ЗахарихинаВозраст ПП 2920 лет (Западный район Южной провинции)051015АТ А1(П1) II [А] В mf1 В mf2Горизонты%Разр. К15-02 (среднее течение р. Утка)051015AТ А1 (П1) II [А] II В III B mfГоризонты%Разр. Ш8-02 (среднее течение р. Ича)Возраст ПП 1400 лет (Центральный район Южной провинции)02468101214АТ В (П1) II Вhf (П2) III [A] IIIВохрА IIIВохр(П3) V [A] В охр%Разр. К13-02 (пос. Начики)02468101214Атп Н Bh (П1) II[A] II ВС (П2) III [A] D1 Bmf%Разр. Кр 37-05 (р. Карымчина)Рис. 1. Зависимость распределения растворимых форм кремния, железа, алюминия (%)Особенности почвообразования в условиях активного вулканизма 91Возраст ПП 100 лет (Юго-Восточный район Южной провинции)02468101214Аd АС (П1) II Вhf (П2) III [A] III С (П3) IV [A] ВmfIV Вmf(П3)%Разр. Н1-00 (окрестности г. Петропавловска)02468101214АТ АС (П1) II [A] АС (П2) III [A] АС (П2) III [A] III B охр%Разр. РД 4-03 (верховье р. Вилюча)Возраст ПП 50 лет (Восточный район Северной провинции)02468101214А0А1А1(П1)llАпогрАC (П2)lllАпогрВC(П3)lVАпогрlVВС(П6)VАпогрVВ%Разр. К3-02 (45 км на юго-запад от пос. Козыревск)02468101214АТII [A]III [A]IV C (П6)VC (П7)VI С (П8)VII ABVIII [A]%Разр. К5-02 (окрестности пос. Козыревск)Al2O3 Fe2O3 SiO2по профилям вулканических почв от возраста приповерхностных пеплов (ПП)Al2O3 SiO292 Л.В. ЗахарихинаВероятно, явление псевдотиксотропии, свидетельствующее о сильной вы-ветрелости пеплов, слагающих охристые горизонты, связано с продолжи-тельным периодом времени нахождения их в зоне активного почвообразова-ния. В дальнейшем эти характерные свойства способствовали накоплению вохристых горизонтах подвижных продуктов почвообразования.Как отмечено выше, почвы, образованные в различных по составу и воз-расту вулканических пеплах, принадлежащих северной группе вулканов ивулканов Южной Камчатки, отличаются также степенью насыщенности почвоснованиями, реакцией среды (рН) органогенных горизонтов и содержания-ми гумуса (табл. 2).Т а б л и ц а 2Сравнительный анализ физико-химических свойств почв, образованныхв разных вулканических пеплахТерриторияСодержаниегумуса ворганоген-ных гори-зонтах, %рН (водный)органогенныхгоризонтовСтепень на-сыщенностиоснованиямиорганогенныхгоризонтов, %Валовые со-держаниякаль-ция/магния вподстилающихвулканическихпеплах, %Южная провин-ция, n = 12 5,010,4 4,8-5,9 6,7-42,5 3/1,9Восточный районСеверной провин-ции, n = 101,6-2,8 5,9-6,9 41,4-73,9 6,6/3,0В таблице приведены усредненные данные по всем разрезам почв, изу-ченных в пределах Южной провинции (Центральный, Западный, Юго-Восточный районы Южной провинции), и почв, развитых вблизи вулкановсеверной группы Камчатки (Восточный район Северной провинции).Отличия в реакциях среды и степени насыщенности почв основаниямисвязаны с особенностями химического состава пеплов, в которых образованыпочвы. Средние пеплы андезито-базальтового и андезитового составов посравнению с тефрой кислого состава богаче щелочно-земельными основа-ниями. Повышенная насыщенность почв основаниями и соответственно бо-лее нейтральная реакция среды в северных почвах связаны с тем, что образо-ваны они в пеплах, насыщенных большим набором легко подвижных элемен-тов, в том числе кальцием и магнием.Процессы современного почвообразования в ранней фазе вулканизма зна-чительно чаще прерывались выпадением пеплов. Отсюда и замедленная гу-мификация органического вещества (в условиях регулярного поступления наповерхность свежего пирокластического материала) и связанное с ней низкоесодержание гумуса в почвах, распространенных вблизи вулканов севернойгруппы Камчатки.Характерное время образования зрелых органогенных горизонтов, обра-зующихся на свежих вулканических пеплах, можно установить, сравнив со-Особенности почвообразования в условиях активного вулканизма 93держания гумуса в почвах районов выделенных провинций, поверхностныеорганогенные горизонты которых образованы в разновозрастных вулканиче-ских пеплах (рис. 2).Близкие содержания гумуса в почвах с возрастом ПП 100 лет и почвах сболее древними ПП позволяют утверждать, что на свежих вулканическихпеплах зрелый поверхностный органогенный горизонт формируется за пери-од порядка 100 лет.Низкие содержания гумуса в поверхностных органогенных горизонтахпочв, развитых в пределах Восточного района Северной провинции (возрастПП ~ 50 лет), могут свидетельствовать о незрелости последних.012345678Западный район Южнойпровинции (ПП 2920 лет)Центральный районЮжнойпровинции (ПП 1400 лет)Юго-Восточный район Южнойпровинции (ПП 100 лет)Восточный район Севернойпровинции (ПП 50 лет)Гумус, %Рис. 2. Содержание гумуса в поверхностных органогенных горизонтах почв,образованных в разновозрастных приповерхностных вулканических пеплахЕще одно свидетельство незрелости органогенных горизонтов почв, образо-ванных на молодых пеплах северной группы вулканов, обнаружилось при срав-нении свойств почв, развитых под различными типами растительных сообществ.Почвы, сформированные под разными типами растительности на молодыхпеплах Восточного района Северной провинции, ни по характеру сложенияповерхностных горизонтов, ни по их физико-химическим свойствам не обна-руживают существенных различий, что, вероятно, также является доказа-тельством их незрелости.Выводы1. Вулканические почвы, формирующиеся в разные стадии активности вул-канизма, отличаются строением профиля, выраженностью иллювиальных про-цессов, зрелостью поверхностных органогенных горизонтов, содержанием в нихгумуса, реакцией среды (рН) и степенью насыщенности почв основаниями.94 Л.В. Захарихина2. Для ранней фазы активности вулканов (Восточный район Севернойпровинции Камчатки) характерны слоисто-пепловые вулканические почвы,образованные на андезитовых вулканических пеплах, с поверхности в нихразвиты органогенные горизонты, не достигшие субравновесного зрелогосостояния, в почвах не выражены охристые горизонты и не проявлены иллю-виальные процессы, содержание гумуса в них низкое и относительно повы-шены насыщенность основаниями и реакция среды (рН).3. Для зрелой кальдерообразующей стадии активности вулканов типичнывулканические охристые почвы (Западный, Центральный и Юго-Восточныйрайоны Южной провинции), сформированные на риолито-дацитовых пирок-ластических отложениях, в почвах выражены охристые горизонты, проявле-ны иллювиальные процессы, они характеризуются зрелыми поверхностнымиорганогенными горизонтами, высокими содержаниями гумуса, кислой реак-цией среды органогенных горизонтов и низкой степенью насыщенностипочв основаниями.4. Крупные и редкие по периодичности извержения вулканов Южной Кам-чатки способствовали образованию охристых горизонтов (BAN), формированиеспецифических свойств которых связано с продолжительным периодом времени(от 622 до 5140 лет) нахождения их в зоне активного почвообразования.5. При перекрытии почвы пепловым материалом процессы иллювиированияпрерываются, и преобладающим становится процесс гумусонакопления. Зрелыйповерхностный органогенный горизонт формируется за период порядка 100 лет.

Скачать электронную версию публикации