Введение к работе
В наиболее континентальных районах криолитозоны Северного полушария, в условиях близкого залегания к дневной поверхности многолетнемерзлых пород, ведущую роль в процессах воздействия меняющейся биоклиматической обстановки на мерзлые толщи играет почвенный покров. Небольшая мощность формирующихся почв и характер протекающих в них процессов, близкое залегание многолетней мерзлоты, с присущими ей процессами и свойствами, включая периодическое изменение положения верхней границы, порождают в надмерзлотных частях профилей комплекс взаимодействий, определяющих как свойства и строение почвенных надмерзлотных горизонтов, так и верхних слоев многолетнемерзльк пород.
Актуальность работы. В профилях криоземов Колымской низменности, развитых на высокольдистых суглинистых отложениях позднеплейстоценового возраста (едомные отложения или отложения ледового комплекса), установлено наличие надмерзлотных горизонтов с высоким содержанием грубого органического вещества - материала торфяных, подстилочно-торфяных, грубогумусовых горизонтов или их смеси с участием минеральной массы. Формирующие их процессы до настоящего времени остаются слабо изученными, в то время как эти горизонты отражают сложное взаимодействие почвообразования с подстилающим слоем многолетнемерзльк отложений в условиях активных флуктуации климата в голоцене и являются зонами аккумуляции органического вещества.
В качестве объекта исследований, в работе рассматривается особое природно-историческое образование - почвенно-мерзлотный комплекс, включающее почву и верхние слои многолетнемерзльк пород (переходный и промежуточный [Шур, 1988]) Его строение, в определенных ландшафтньк условиях, отражает результаты тесного взаимодействия процессов почвообразования и процессов, формирующих многолетнемерзлые породы. Для решения вопросов формирования строения и свойств надмерзлотных частей профилей криоземов, основное внимание было уделено верхней части почвенно-мерзлотного комплекса - почвам и подстилающему их переходному слою многолетнемерзлых пород (ММП).
Цель работы. Установить основные закономерности формирования надмерзлотных частей профилей криоземов нанополигонального комплекса на водораздельных пространствах тундр Колымской низменности, характер протекающих в них почвообразовательньк процессов в зависимости от свойств и строения переходного слоя ММП и влияние современного почвообразования на формирование переходного слоя ММП.
Задачи:
Выявить особенности строения и основные свойства криоземов водораздельных поверхностей тундр Колымской низменности, их связь со строением поверхности нанополигональных тундр и подстилающего их переходного слоя
ммп.
Установить влияние криогенных и педогенных процессов на формирование микро- и
нанорельефа дневной поверхности, поверхности кровли ММП, строения и
качественного состава переходного слоя ММП. Выявить на примере грубого органического вещества особенности перераспределения
и аккумуляции материала в надмерзлотньк горизонтах криоземов, переходном
слое ММП и причины их обуславливающие. Обосновать основные механизмы перераспределения и аккумуляции грубого
органического вещества в надмерзлотных горизонтах криоземов и переходном
слое ММП. В ходе выполнения работ использован комплекс подходов и методов, включающих анализ микроструктуры почвенного покрова экспериментальных площадок, объемный анализ морфологического строения профилей почв нанополигонального комплекса, физико-химические исследования их основных свойств, микроморфологический анализ строения материала отдельных горизонтов и мезозон. Строение дневной поверхности и поверхности ММП изучено с помощью комплексного микротопографического метода. Выполнено геоботаническое описание растительного покрова изучаемых участков нанополигональной тундры. В пределах экспериментальных площадок дана подробная криолитологическая характеристика строения переходного слоя ММП. Полученные результаты обработаны с помощью статистических методов, методов компьютерного моделирования, построены цифровые модели рельефа дневной поверхности и поверхности мерзлых пород на момент максимального оттаивания СТС.
Научная новизна. Установлена связь и определяющая роль процессов почвообразования в формировании строения и свойств переходного слоя ММП при близком его залегании к поверхности. Установлены существенные различия в строении надмерзлотных горизонтов криоземов, формирующихся на отложениях ледового комплекса в условиях водораздельных пространств тундр Колымской низменности. В этих почвах выделен ряд надмерзлотньк горизонтов аккумуляции грубого органического вещества, отличающихся механизмами своего формирования. Впервые показано наличие процессов латерального переноса грубого органического вещества по поверхности мерзлоты в почвах тундрового нанополигонального комплекса и аккумуляции его в надмерзлотньк горизонтах
криоземов и переходном слое ММП, рассмотрены механизмы этого переноса и причины, его обуславливающие.
Практическая ценность.
Предложенный в работе комплексный подход с использованием микротопографических исследований нанорельефа дневной поверхности и нанорельефа поверхности многолетней мерзлоты позволяют получить обширный фактический материал для решения ряда вопросов генезиса криоземов, условий и процессов формирования их профилей и переходного слоя ММП, а также осуществить прогноз возможных изменений состояния почв и подстилающих их ММП.
Предложенные и обоснованные в работе механизмы перераспределения и аккумуляции грубого органического вещества в криоземах и в верхнем слое подстилающих ММП позволяют более детально оценить их вклад в общий круговорот соединений углерода в зоне тундр.
Апробация работы.
Материалы диссертации были доложены на научных семинарах лаборатории криологии почв ИФХиБПП РАН (Пущино, 2005-2010), 13-й школе-конференции «Экология и почвы» (Пущино, 2005), 10-й Пущинской международной школе-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2006), международной конференции «Теория и практика оценки состояния криосферы Земли и прогноз ее изменений» (Тюмень, 2006), Десятых юбилейных докучаевских молодежных чтениях «Почвы и техногенез» (Санкт-Петербург, 2007), международной конференции «Криогенные ресурсы полярных регионов» (Салехард, 2007), совещании по Международному Полярному Году (Сочи, 2007), международной школе-конференции IMPETUS 2007-OSL-APECS-PYRN Training workshop on Permafrost Research Methods (Санкт-Петербург, 2007), международной конференции Ninth International Conference on Permafrost (Фэйрбэнкс, 2008), международном научном симпозиуме Arctic Science Summit Week (Берген, 2009), V Международной конференции по криопедологии «Разнообразие мерзлотных и сезонно-промерзающих почв и их роль в экосистемах» (Улан-Удэ, 2009), Всероссийской молодежной конференции «Современные методы исследований в криолитозоне» (Пущино, 2009), V национальной конференции с международным участием «Эволюция почвенного покрова: история идей и методы, голоценовая эволюция, прогнозы» (Пущино, 2009).
По материалам диссертации опубликовано 20 работ: из них 3 статьи (2 в рецензируемых журналах; 1 в сборниках трудов конференций); 17 работ опубликовано в форме тезисов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 170 страницах, включая 5 таблиц, 27 рисунков и приложения. Список литературы состоит из 134 наименований, в том числе 17 на иностранных языках.
Благодарности.
Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю СВ. Губину, а также Е.В. Абакумову, ДА. Гиличинскому, СВ. Горячкину, Э.П. Зазовской, Н.С Мергелову, Н.Н. Романовскому, В.О. Таргульяну, Д.Г. Федорову-Давыдову, ЛА. Фоминых, многим другим коллегам за советы, ценные замечания, помощь и искренний интерес к работе.
