МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЛАНДШАФТОВ И ПОЧВ, В СВЯЗИ С ИССЛЕДОВАНИЯМИ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАМЯТНИКОВ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ РАЗВИТИЯ ЛАНДШАФТОВ И ПОЧВ, В СВЯЗИ С ИССЛЕДОВАНИЯМИ АРХЕОЛОГИЧЕСКИХ ПАМЯТНИКОВ СРЕДНЕГО ПОВОЛЖЬЯ
Аннотация
В статье показаны специально-научные методы исследования географии почв Среднего Поволжья, которые используются в процессе полевого сбора информации и её камеральной обработки, а также систематизации собранного материала. Проанализированы специально-научные методы различных направлений географической науки: почвенно-археологический, исторический, сравнительно-географический и сравнительно-хронологический методы палеогеографии. Более того, изучен дополнительный метод сравнительного геохимического анализа фоновых, накурганных и погребенных почв, допускающий проведение реконструкции палеосреды различных временных срезов голоцена, рассчитаны отношения индексов химического выветривания – CIA (the Chemical Index of Alteration) по N.W. Nesbitt. CIA отображает условия преобразования первичных минералов и обладает тесной взаимосвязью со среднегодовым количеством осадков.
1. Введение
Научные труды основных российских и зарубежных авторов, всевозможные публикации, исследования археологических памятников, связанные с исследованиями почв в голоцене, определяют методологические подходы изучения развития почв. В Среднем Поволжье комплексных исследований проводилось мало, преобладали геоботанические исследования на основе споро-пыльцевого анализа Н.В. Благовещенской, многочисленные работы археологов А.А. Чижевского, А.В. Лыганова, М.Ш. Галимовой, также Л.А. Гугалинской и др. , , , . Из проведенных работ в степной зоне следует отметить изучение курганных захоронений М.И. Дергачевой и др., а также Е.В. Пономаренко и др. по исследованию динамики заселения участка Самарской Луки, где было выявлено семь эрозионно-аккумулятивных циклов в позднем голоцене , .
2. Методы и принципы исследования
При почвенных исследованиях используется широкий спектр различных методов: минералогические, гранулометрические, химические и физико-химические, рентгеноструктурные, спектральные, микробиологические и многие другие анализы. В результате устанавливается конкретная связь в изменении тех или иных свойств почвы с изменением почвообразующих факторов.
Сравнительно-географический метод был первым и ключевым способом, применяемым в исследованиях почвоведения, с момента его возникновения. Этот метод связывает наличие определенных типов почв с конкретными географическими условиями. А.А. Роде оценивал этот метод как коррелятивный и называл его сравнительно-генетическим, основанным на интеграции результатов, получаемых сравнительно-аналитическими, стационарными методами и моделированием почвенных процессов, при учитывании внешних условий почвообразования , .
Вместе с комплексными исследованиями факторов почвообразования на исследуемой территории также изучаются и сами почвы – их внешние признаки, химические и физические свойства.
Почвенно-археологический метод, или метод почвенных хронорядов, первоначально обоснованный А.Н. Геннадиевым , , в геоархеологии и почвоведении России пользуется широким признанием. Многие авторы используют почвенно-археологический метод , , , . Метод основан на сравнительном изучении почв на земляных археологических памятниках (культурные слои древних поселений, курганы, валы) с естественными почвами вокруг памятников археологического значения. При сравнении между собой компонентов почвенного хроноряда, чем больше используется количество различных датированных земляных насыпей, а также погребенных под ними почв, тем более подробная, дателизированная информация получается об изменении во времени природной среды. Метод почвенных хронорядов показывает, как почвы ведут взаимодействие с растительностью и нижнем слоем атмосферы, в котором формируются и развиваются, указывая информацию о биоклиматической обстановке. Когда происходит наложение техногенного наноса, почвы в этот момент «выходят» из области интенсивного и активного почвообразования на длительное время (тысячелетия) и сохраняют те факторы среды, которые присутствовали до момента ее погребения. Направленность и скорость эволюции почвы определяются при помощи сравнения признаков этой почвы с признаками современной почвы, которая развивалась и изменялась вплоть до настоящего времени .
Одним из важных методов палеопочвенного исследования является комплекс магнитных методов и осуществление геохимических и минералогических анализов. Изучение магнитной минералогии почв доказало увеличение значения магнитной восприимчивости материала почвенного профиля в сравнении с почвообразующей породой, которое зависит от среднегодового количества осадков , . Теперь стало возможно более детально вычислить и рассчитать на изучаемой территории величины атмосферных осадков в прошлые исторические эпохи.
Благодаря более углубленному изучению разновозрастных погребенных почв (курганов) в степной зоне Русской равнины, стали использоваться геохимические методы исследования, которые показывают реконструкцию эволюции голоценовых почв. Исследование геохимического состава этих почв показали, что их химический и минералогический состав значительно варьируется на незначительных с геологической точки зрения интервалах, иногда не превышающих 150 лет и эти изменения прямо коррелируют с динамикой климата в голоцене. Можно сказать, что фактор времени оказывает меньшее воздействие на накопление и перемещение химических элементов, чем кратковременные климатические колебания .
Перемещение химических элементов в профиле почвы (CaO, Na2O, MgO, S, Sr, Sc, Cd, As), которые легко соединяются с карбонатами, солями, гипсом, и осаждение, осуществляющее при испарительной концентрации, воздействуют на миграцию химических элементов в почвах сухостепной зоны. Основной фактор, оказывающий влияние на почвообразование сухостепной зоны, является динамика климата. Динамика показывает, что в аридные эпохи преимущественно осуществляется процесс испарительной концентрации. Важную роль играет увеличение уровня биологической активности и видового разнообразия. А в гумидных эпохах – накопление элементов растениями (MnO, Fe2O3, Cr, Co, Ni, Ba, Zr, Mo, Sn, Ce, Nb).
В течение голоцена циклично изменялись геохимические показатели интенсивности засоления (Na2O/K2O, (K2O+Na2O)/Al2O3, Na2O/Al2O3), карбонатности ((CaO+MgO)/Al2O3), окисления ((Fe2O3+MnO)/Al2O3), биологической активности (биопродуктивности) (MnO/Al2O3, MnO/Fe2O3, (Fe2O3+MnO)/Fe2O3), выщелачивания (Ba/Sr) и выветривания (индекс химического выветривания CIA=[Al2O3/(Al2O3+CaO+Na2O+K2O)]x100, коэффициент выветривания Al2O3/(СаО+Na2O+K2O+MgO)). Основываясь на принципиально новых палеопочвенных геохимических методах, реконструирована вековая динамика палеоэкологических условий в степях юго-восточной части Русской равнины в голоцене. Согласно исследованиям сухостепной зоны за последние 6000 лет, следует отметить что, климат носит циклический характер, то есть с разной продолжительностью и интенсивностью периоды увлажнения сменялись аридными эпохами.
Для количественных реконструкций палеоклиматических условий древних эпох, для определения зависимости параметров в отложениях с современными климатическими условиями необходимо использование геохимических, геофизических показателей (среднее годовое количество осадков, температура и т. д.) .
3. Основные результаты
Основной метод исследований, используемый при изучении погребенных почв курганных захоронений Коминтерн I, а также культурных слоёв Маклашеевского II городища (Республика Татарстан), был почвенно-археологический, при котором изучались почвы поселений, почвы курганных захоронений, а также городищ. Также выделенные в позднем голоцене семь эрозионно-аккумулятивных циклов позволили изучить границы ареалов поселений по «следам» жизнедеятельности отмеченных этносов в почвах и наносах . Был произведен анализ валового химического состава генетических горизонтов. Результаты, полученные рентгенфлюорисцентным методом, были пересчитаны на прокаленную бескарбонатную навеску. Затем определены отношения TiO2/Al2O3, MnO/Fe2O3, Al2O3/(CaO+MgO+Na2O+K2O), которые рассчитываются в пересчете на молярную массу и был найден индекс химического выветривания CIA (The Chemical Index of Alteration) по N.W. Nesbitt , , , который показывает условия преобразования первичных минералов и непосредственно взаимодействует со среднегодовым количеством осадков , . При осуществлении анализа данных по объектам Среднего Поволжья, на примере Спасского района Республики Татарстан, определены значения CIA верхних генетических горизонтов почв, а также рассчитаны соответствующие им значений среднегодового количества осадков с величиной достоверности 0,9629. На рисунках 1,2 и 3 показаны предполагаемые величины увлажнения отдельных срезов голоцена.
Рисунок 1 - Количество осадков и реконструкция палеосреды луговской культуры
Рисунок 2 - Количество осадков и реконструкция палеосреды ананьинской культуры
Рисунок 3 - Количество осадков и реконструкция палеосреды именьковской культуры
Примечание: 1 – Осадки – реконструированы по индексу химического выветривания, коэффициентам выветривания и другим показателям; 2 – Среднегодовая температура для южной лесной зоны; 3 – Ритмы почвообразования по С.А. Сычевой (темные полосы – периоды почвообразования, светлые – периоды литогенеза); 4 – Подразделение голоцена в модификации Н.А. Хотинского [19]: SA – субатлантический период голоцена, SB – суббореальный период голоцена, АТ – атлантический период голоцена, ВО – бореальный период голоцена, РВ – пребореальный период голоцена, DR3 – поздний дриас; 5 – Века; 6 – An – ананьинская культура, Im – именьковская культура
Были рассмотрены методологические подходы и методы изучения развития почв. Отобранные нами методы исследования позволяют установить основные стадии формирования почв в позднем голоцене, этапы развития геосистем и ландшафтов, а также строение почвенного покрова в различных подразделениях позднего голоцена. Представленный набор методов исследования позволяет реализовать комплексный подход по реконструкции условий почвообразования, а также эволюции природной среды в голоцене.
4. Заключение
Таким образом, научно-методический и исследовательский материал был изучен и проанализирован. Следует отметить, что изучение результатов исследования, проведенных на территории лесостепной зоны Республики Татарстан, сводится к рациональному использованию изученных исследуемых данных по эволюции почв и преобразованию природных условий в позднем голоцене лесостепной зоны Среднего Поволжья. Также результаты исследования необходимы при разработке современных проектов землепользования и для обоснования и планирования лесозаготовительных, лесовосстановительных работ. Археологические объекты эпохи поздней бронзы, раннего железного века и раннего средневековья можно рассматривать как объекты проектирования зон рекреации и научного туризма. Эти объекты лесостепной зоны Среднего Поволжья имеют археологически датированное начало регенерационных процессов и они могут быть основой исследования воспроизводства почв и биоты в экосистемах с нарушенным почвенно-растительным покровом. Археологические объекты возможно использовать как пространственно-временную модель для исследования процессов воспроизводства компонентов нарушенных геосистем.