Доэйфельское микробиальное почвообразование на гранитах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

В Павловском карьере гранитов (Воронежская область) в коре выветривания (КВ) протерозойского гранитного фундамента обнаружены гранитные валуны, поверхность которых равномерно покрывает корка выветривания толщиной от 4 до 20 см. КВ непосредственно перекрывают отложения эйфельского яруса среднего девона. Корки имеют слоистое строение: большинство состоит из трех слоев, но встречаются двух- и четырехслойные. В работе с применением комплекса аналитических методов изучено более 40 таких объектов. Качественный минеральный состав корок, невыветрелого гранита и сапролита близок: кварц, калиевый полевой шпат, биотит и каолинит, но он разнится по соотношению минеральных фаз. Анализ данных химического состава показал, что в материале корок выветривания содержится Сорг (0.1–0.5%). По сравнению с гранитом и его КВ в корках отмечается рост концентраций Fe, Mg, Mn, Ti, P, S, K, Ca, Ba. Слоистое строение корок сопровождается дифференциацией ряда свойств – формированием микрогоризонтного строения. Внешняя часть корок обогащена Fe, Mg, Mn, S и обеднена Al, Si, P, Na. Изучение материала корок с помощью сканирующей электронной микроскопии показало, что параллельно с процессами выветривания в корках выявлены процессы вторичного синтеза силикатов (каолинита, санидина), гипса, гиббсита, оксидов Ti. Мессбауэровские спектры фиксируют оксиды железа, в том числе магнетит, сульфаты Fe, пирит. В материале корок обнаружен комплекс фоссилизированной биоты: минерализованные колонии и отдельные клетки коккоидного габитуса (предположительно, цианобактерии), споры, отпечатки празинофитов. Полученные данные позволяют заключить, что изученные объекты представляют собой инситные биокосные почвоподобные тела – микробиальные палеопочвы. Макромасштабы их развития и анизотропия свойств, проявляющаяся в стратифицированном горизонтном строении, а также комплекс новообразованных минералов свидетельствуют в пользу продолжительного (десятки тыс. лет) формирования в субаэральных обстановках.

Об авторах

Т. В. Алекеева

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: alekseeva@issp.serpukhov.su
ул. Институтская, 2, Пущино, Московская область, 142290 Россия

В. В. Малышев

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: alekseeva@issp.serpukhov.su
ул. Институтская, 2, Пущино, Московская область, 142290 Россия

А. О. Алексеев

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: alekseeva@issp.serpukhov.su
ул. Институтская, 2, Пущино, Московская область, 142290 Россия

Список литературы

  1. Алексеева Т.В. Почвообразование и почвы в девоне и карбоне на территории Северной Евразии: строение, типы, биота, палеоклиматические архивы и стратиграфическая значимость. Дис. … докт. г.-м. наук. М., 2020.
  2. Алексеева Т.В., Алексеев А.О. Кислая сульфатная палеопочва в отложениях среднего девона на территории Центрального девонского поля (Павловский карьер, Воронежская область) // Почвоведение. 2024. № 1. С. 14–26.
  3. Вернадский В.И. Избр. соч. Т. I. М.: Изд-во АН, 1959. 694 с.
  4. Горячкин С.В. География экстремальных почв и почвоподобных систем // Вестник РАН. 2022. Т. 92. № 6. C. 564–571.
  5. Заварзин Г.А. Начальные этапы эволюции биосферы // Вестник РАН. 2010. Т. 80. C. 1085–1098.
  6. Заварзин Г.А. Историческая микробиология//Лекции по природоведческой микробиологии. М.: Наука. 2004. С. 297-342.
  7. Корчагин О.А. Ископаемые микрометеориты, микротектиты и микрокриститы: методика исследований, классификация и импакт-стратиграфическая шкала // Стратиграфия в начале XXI века – тенденции и новые идеи. Очерки по региональной геологии России. М: Геолкарт-ГЕОС, 2013. Вып. 6. С. 112–142.
  8. Мергелов Н.С., Горячкин С.В., Шоркунов И.Г., Зазовская Э.П., Черкинский А.Е. Эндолитное почвообразование и скальный “загар” на массивно-кристаллических породах в Восточной Антарктике // Почвоведение. 2012. № 10. С. 1027–1044.
  9. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа. 1989, 528 с.
  10. Петров В.П. Основы учения о древних корах выветривания. М., Недра, 1967. 340 с.
  11. Розанов А.Ю., Астафьева М.М. Празинофиты (зеленые водоросли) из нижнего протерозоя Кольского полуострова // Палеонтологический журнал. 2008. № 4. С. 90–93.
  12. Савко А.Д. Геология Воронежской антеклизы // Тр. НИИ геологии Воронежского гос. ун-та. 2002. Вып. 12. 165 с.
  13. Синицин В.М. Древние климаты Евразии. Ч. 3. Вторая половина Палеозоя. (девон, карбон, пермь). Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1970. 131 с.
  14. Солотчина Э.П. Структурный типоморфизм глинистых минералов осадочных разрезов и кор выветривания. Новосибирск: ГЕО, 2009. 234 с.
  15. Таргульян В.О., Мергелов Н.С., Горячкин С.В. Почвоподобные тела на Марсе // Почвоведение. 2017. № 2. C. 205–218.
  16. Тельнова О.П. Морфология и ультраструктура девонских празинофитов (Chlorophyta) // Палеонтологический журнал. 2012. № 5. С. 99–105.
  17. Яшунский Ю.В., Новикова С.А., Голубев В.К., Новиков И.А., Киселев А.А., Гришин С.В. Аутигенный санидин как минеральный индикатор гравитационно-рассольного катагенеза в отложениях карбона южного крыла Московской синеклизы // Литология и полезные ископаемые. 2020. № 3. С. 227–242.
  18. Яшунский Ю.В., Новиков И.А., Гришин С.В., Шкурский Б.Б., Альбов Д.В., Быстров И.Г. Замещение карбонатного органогенного детрита калиевым полевым шпатом в московском ярусе среднего карбона Подмосковья // Бюл. Моск. общ. испытателей природы. Отдел геологический. 2017. Т. 92. Вып. 2. С. 58–64.
  19. Яшунский Ю.В., Новиков И.А., Шкурский Б.Б., Гришин С.В., Кривоконева Г.К., Дубинчук В.Т. Аутигенный калиевый полевой шпат из известняков верхнего карбона Московской области // Бюл. Моск. общ. испытателей природы. Отдел геологический. 2016. Т. 91. Вып. 6. С. 49–61.
  20. Яшунский Ю.В., Новиков И.А., Федоров А.В., Быстров И.Г., Гришин С.В. Новые находки аутигенного санидина в терригенных и карбонатных породах гжельского яруса Подмосковья // Бюл. Моск. общ. испытателей природы. Отдел геологический. 2018. Т. 93. Вып. 3. С. 73–80.
  21. Alekseeva T., Kabanov P., Alekseev A., Kalinin P., Alekseeva V. Characteristics of early Earth`s critical zone based on Middle-Late Devonian palaeosols properties (Voronezh High, Russia) // Clays Clay Minerals. 2016. V. 64. P. 677–694.
  22. Alekseeva T., Kalinin P., Malishev V., Alekseev A. Sulfide oxidation as a trigger for rhyolite weathering and paleosol formation in Devonian (Voronezh High, South Russia) // Catena. 2023. V. 220. P. 106712.
  23. Brown R.C., Lemmon B.E., Shimamura M., Villarreal J.C., Renzaglia K.S. Spores of relictual bryophytes: Diverse adaptations to life on land // Rev. Palaeobotany Palynology. 2015. V. 216. P. 1–17.
  24. Colman S.M. Clay mineralogy of weathering rinds and possible implications concerning the sources of clay minerals in soil // Geology. 1982. V. 10. P. 370–375.
  25. Elbert W., Weber B., Burrows S., Steinkamp J., Büdel B., Andreae M.O., Pöschl U. Contribution of cryptogamic covers to the global cycles of carbon and nitrogen // Nature Geoscience. 2012. V. 5. P. 459–462.
  26. Fedo C.M., Nesbitt H.W., Young G.M. Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance // Geology. 1995. V. 23. P. 921–924.
  27. Fletcher R.C., Buss H.L., Brantley S.L. A spheroidal weathering model coupling porewater chemistry to soil thicknesses during steady-state denudation // Earth Planetary Sci. Lett. 2006. V. 244. P. 444–457.
  28. Graham R.C., Rossi A.M., Hubbert K.R. Rock to regolith conversion: producing hospitable substrates for terrestrial ecosystems // GSA Today. 2010. V. 20. https://doi.org/10.1130/GSAT57A.1
  29. Hearn P.P., Sutter J. Authigenic potassium feldspar in Cambrian carbonates: evidence of alleghanian brine migration // Science. 1985. V. 228. P. 1529–1531.
  30. Hewawasam T., von Blanckenburg F., Bouchez J., Dixon J.L., Schuessler J.A., Maekeler R. Slow advance of the weathering front during deep, supply-limited saprolite formation in the tropical highlands of Sri Lanka // Geochim. Cosmochim. Acta. 2013. V. 118. P. 202–230.
  31. Hirata Y., Chigira M. Spheroidal weathering of columnar-jointed basalt of the Ogura lava in the Takurayama Volcano, western Japan // E3S Web of Conferences. 2019. V. 98. P. 01021.
  32. Kassambara A. Practical Guide to Cluster Analysis in R: Unsupervised Machine Learning (Multivariate Analysis). Marseille: Sthda, 2017. 188 p.
  33. Le S., Josse J., Husson F. FactoMineR: An R package for multivariate analysis // J. Statistical Software. 2008. V. 25. P. 1–18. https://doi.org/10.18637/jss.v025.i01
  34. Macholdt D.S., Jochum K.P., Pöhlker C., Arangio A., Förster J.D., Stoll B., et al. Characterization and differentiation of rock varnish types from different environments by microanalytical techniques // Chem. Geol. 2017. V. 459. P. 91–118.
  35. Mergelov N.S., Shorkunov I.G., Dolgikh A.V., Shishkov V.A., Zazovskaya E.P., Targulian V.O., Goryachkin S.V. Endolithic and hypolithic soil-like systems: structure and composition from the macro- to submicro-levels // Byulleten Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva. 2016. V. 86. P. 103–114.
  36. Mergelov N.S., Shorkunov I.G., Targulian V.O., Dolgikh A.V. Abrosimov K N. Zazovskaya E.P., Goryachkin S.V. Soil-like patterns inside the rocks: structure, genesis and research techniques // Biogenic—Abiogenic Interactions in Natural and Anthropogenic Systems. Springer, 2016. P. 205–222.
  37. Mössbauer Mineral Handbook / Eds. Stevens J.G., et al. Mössbauer Effect Data Center, 2002.
  38. Mössbauer Spectroscopy. Еds. Yutaka Yoshida, Guido Langouche. Verlag: Springer, 2013.
  39. Murad E., Cashion J. Mössbauer Spectroscopy of Environmental Materials and their Industrial Utilization. Kluwer, 2004. 418 p.
  40. Nabhan S., Luber T., Scheffler F., Heubeck C. Climatic and geochemical implications of Archean pedogenic gypsum in the Moodies Group (~3.2 Ga), Barberton Greenstone Belt, South Africa // Precambrian Res. 2016. V. 275. P. 119–134.
  41. Navarre-Sitchler A.K., Brantley S. Basalt weathering across scales // Earth Planet. Sci. Lett. 2007. V. 261. P. 321–334.
  42. Nesbitt H.W., Young G.M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites // Nature. 1982. V. 299. P. 715–717.
  43. Oberhardt N. Granite weathering, saprolitization and the formation of secondary clay particles, SW Bornholm. Master Thesis, Department of Geosciences. Oslo. 2013. 139 p.
  44. Ollier C.D. Causes of spheroidal weathering // Earth-Science Rev. 1971. V. 7. P. 127–141.
  45. Retallack G.J. The oldest known paleosol profiles on Earth: 3.46 Ga Panorama Formation, Western Australia // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2018. V. 489. P. 230–248.
  46. Retallack G.J. Ordovician-Devonian lichen canopies before evolution of woody trees // Gondwana Research. 2022. V. 106. P. 211–223.
  47. Retallack G.J., Noffke N. Are there ancient soils in the 3.7 Ga Isua Greenstone Belt, Greenland? // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2019. V. 514. P. 18–30.
  48. Sak P.B., Fisher D.M., Gardner T.W., Murphy K., Brantley S.L. Rates of weathering rind formation on Costa Rican basalt // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004. V. 68. P. 1453–1472.
  49. Sak P.B., Navarre-Sitchler A.K., Miller Ch.E., Daniel Ch.C., Gaillardet J., Buss H.L., Lebedeva M.I., Brantley S.L. Controls on rind thickness on basaltic andesite clasts weathering in Guadeloupe // Chem. Geol. 2010. V. 276. P. 129–143.
  50. Scotese C.R. Atlas of Earth history. Paleomap project. University of Texas, 2001. 58 p.
  51. Sindol G.P., Babechuk M.G., Petrus J.A., Kamber B.S. New insights into Paleoproterozoic surficial conditions revealed by 1.85 Ga corestone-rich saprolith // Chem. Geol. 2020. V. 545. 119621.
  52. Strother P.K., Taylor W.A. A fossil record of spores before sporophytes // Diversity. 2024. V. 16. P. 428.
  53. Strullu-Derrien Ch., Fercoq F., Geze M., Kenrick P., Martos F., Selosse M-A., Benzerara K., Knoll A.H. Hapalosiphonacean cyanobacteria (Nostocales) thrived amid emerging embryophytes in an Early Devonian (407-million-year-old) landscape // iScience. 2023. V. 26. P. 107338.
  54. Taylor K.G., Konhauser K.O. Iron in Earth surface systems: a major player in chemical and biological processes // Elements. 2011. V. 7. P. 83–88.
  55. Taylor T.N., Taylor E.L., Krings M. Paleobotany and the evolution of plants. Academic Press, 2009. 1253 p.
  56. Wang K., Alekseeva T., Xu H.-H. Spores constraining age of the Middle Devonian paleosol from Voronezh, Russia and their paleopedological and evolutionary significances // Rev. Paleobot. Palynol. 2025. V. 334. P. 105258.
  57. Watanabe Y., Martini J.E.J., Ohmoto H. Geochemical evidence for terrestrial ecosystems 2.6 billion years ago // Nature. 2000. V. 408. P. 574–578.
  58. Wellman C.H., Cascales-Miñana B., Servais T. Terrestrialization in the Ordovician // Geolog. Soc. 2022. V. 532. P. 171–190.
  59. Wright V.P., Mariott S.B., Hillier R.D. Palaeosols and surfaces: what fossil soils tell us about the representation of time in some sedimentary successions. Geological Soc. London: Special Publications, 2025. https://doi.org/10.1144/sp556-2024-37

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025