Кислая сульфатная палеопочва в отложениях Среднего Девона на территории центрального Девонского поля (Павловский Карьер, Воронежская область)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В деталях изучена палеопочва среднего девона (эйфельский ярус), сформированная на риолитовом туфе (Павловский карьер гранитов). Туф залегает в основании осадочного чехла в кровле коры выветривания протерозойского фундамента. Палеопочва латерально выдержана. Ее мощность колеблется от 20 до 150 см в зависимости от рельефа подстилающих пород. Туф содержит многочисленные включения углей, большинство которых частично или полностью замещены пиритом. Большая часть углей принадлежит остаткам нематофитов (Nematophytales и Prototaxites) – группы организмов с невыясненным таксономическим положением. Угли имеют аллохтонное происхождение. Отсутствие ризолитов и микростроение растительных остатков позволили предположить, что палеопочва сформирована под бескорневой литофитной растительностью. На основании комплекса полученных аналитических характеристик установлено, что палеопочва является аналогом современных кислых сульфатных почв. Почвообразование осуществлялось преимущественно в ходе химического преобразования пород под воздействием продуктов окисления пирита. Палеопочва демонстрирует наличие следующих морфологических признаков почвообразования: иллювиирование глины с формированием кутан и языковатой подошвы, подвижность железа, наличие новообразованных Fe-гипсовых нодулей. В ней формируются каолинит, гипс, гетит, Fe-сульфаты. Для кровли палеопочвы характерны рост содержания Al₂O₃, Fe₂O₃, величины отношений Al/Ti, Ba/Sr, K/Rb, индекса латеритизации. Преобразования породы носили очаговый характер, палеопочва не демонстрирует выраженного горизонтного строения профиля.

Об авторах

Т. В. Алексеева

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: alekseeva@issp.serpukhov.su
ORCID iD: 0000-0002-3880-2573
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, Московская область, 142290

А. О. Алексеев

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

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

Список литературы

  1. Алексеева Т.В. Почвы девона и карбона. Современное состояние исследований в России (обзор литературы) // Почвоведение. 2020. № 10. С. 1157–1169.
  2. Алексеева Т.В. Почвообразование и почвы в девоне и карбоне на территории Северной Евразии: строение, типы, биота, палеоклиматические архивы и стратиграфическая значимость. Дис. … д. г.-м. н. М., 2020.
  3. Астафьева М.М., Розанов А.Ю., Хувер Р. Фрамбоиды: их структура и происхождение // Палеонтологический журнал. 2005. № 5. С. 3–9.
  4. Гоманьков А.В. Orestovia-подобные растения из девона России: морфология и таксономическое положение // Lethaea Rossica. 2019. Т. 18. C. 16–31.
  5. Горячкин С.В. География экстремальных почв и почвоподобных систем // Вестник РАН. 2022. Т. 92. № 6. C. 564–571.
  6. Ищенко Т.А., Ищенко А.А. Среднедевонская флора Воронежской антеклизы. Киев: Наукова Думка, 1981. 112 с.
  7. Красильников П.В., Сафонова В.М., Седов С.Н. Сульфатнокислое выветривание в почвах Северной Карелии // Почвоведение. 1995. № 6. С. 740–746.
  8. Розанов А.Ю., Астафьева М.М. Празинофиты (зеленые водоросли) из нижнего протерозоя Кольского полуострова // Палеонтологический журнал. 2008. № 4. C. 90–93.
  9. Савко А.Д. Геология Воронежской антеклизы // Тр. науч.-исслед. ин-та геологии Воронежского гос. ун-та. 2002. Вып. 12. 165 с.
  10. Синицин В.М. Древние климаты Евразии. Ч. 3. Вторая половина Палеозоя (девон, карбон, пермь). Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1970. 131 с.
  11. Таргульян В.О., Мергелов Н.С., Горячкин С.В. Почвоподобные тела на Марсе // Почвоведение. 2017. № 2. C. 205–218.
  12. Alekseeva T.V., Alekseev A.O., Mitenko G.V. A paleosol on a Pre-Cambrian ferruginous quartzite weathering crust (Stary Oskol, Belgorod Region, Russia) // Paleontological J. 2021. V.55. P. 1476–1490.
  13. Alekseeva T., Kabanov P., Alekseev A., Kalinin P., Alekseeva V. Characteristics of early Earth`s critical zone based on Middle-Late Devonian palaeosols properties (Voronez High, Russia) // Clays and Clay Minerals. 2016. V. 64. P. 677–694.
  14. Alekseeva T., Kalinin P., Malishev V., Alekseev A.O. Sulfide oxidation as a trigger for rhyolite weathering and paleosol formation in Devonian (Voronezh High, South Russia) // Catena 2023. V. 220A. P. 106712.
  15. Andriesse W., van Mensvoort M.E.F. Acid sulfate soils, distribution and extent // Encyclopedia of Soil Science / Ed. Lal R., Marcel Dekker. 2002. 1476 p.
  16. Babechuk M.G., Widdowson M., Kamber B.S. Quantifying chemical weathering intensity and trace element release from two contrasting basalt profiles, Deccan Traps, India // Chemical Geology. 2014. V. 363. P. 56–75.
  17. Bek J., Uhlirova M., Psenicka J., Sakala J. Preliminary results on reproductive organs and in situ spores of an early land plant Tichavekia grandis Pšenička et al. from Přídolí (upper Silurian) of the Prague Basin, Czech Republic // Palaeoworld, 2023. https://doi.org/ 10.1016/j.palwor.2023.01.014
  18. Bockheim J.G. (ed.) The Soils of Antarctica: Switzerland, Springer International Publishing, 2015. 322 p.
  19. Broushkin A.V., Gordenko N.V. Istchenkophyton filiciforme gen. et sp. nov., a new small vascular plant with thick cuticle from the Devonian of Voronezh Region (European Russia) // Paleontological J. 2009. V. 43(10). P. 1202–1216.
  20. Butler B., Rickard D. Framboidal pyrite formation via the oxidation of iron (II) monosulfide by hydrogen sulfide // Geochim. Cosmochim. Acta. 2000. V. 64. P. 2665–2672.
  21. Carter J., Viviano-Beck Ch., Loizeau D., Bishop J., Le Deit L. Orbital detection and implications of akaganeite on Mars // Icarus. 2015. V. 253. P. 296–310.
  22. De Kimpe C., Miles N. Formation of swelling clay minerals by sulfide oxidation in some metamorphic rocks and related soils of Ontario, Canada // Can. J. Soil Sci. 1992. V. 72. P. 263–270.
  23. Edwards D., Axe L. Evidence for a fungal affinity for Nematasketum, a close ally of Prototaxites // Botanical J. Linnean Soc. 2012. V. 168. P. 1–18.
  24. Fitzpatrick R.W., le Roux J., Schwertmann U. Amorphous and crystalline titanium and iron-titanium oxides in synthetic preparations, at near ambient conditions, and in soil clays // Clays and Clay Minerals. 1978. V. 26(3). P. 189–201.
  25. Honegger R. Fossil lichens from the LowerDevonian and their bacterial and fungal epi- and endobionts // Biodiversity and Ecology of fungi, lichens and mosses. Kerner von Marilaun Workshop 2015 in memory of Josef Poelt. Biosystematics and Ecology Series. V. 34. Verlag der Österreichischen Akademie der Wissenschaften, Wien, 2018. P. 547–563.
  26. Hueber F.M. Rotted wood-alga-fungus: history and life of Prototaxites Dawson 1859 // Rev. Palaeobot. Palynol. 2001. V. 116(1–2). P. 123–158.
  27. Kabanov P. Stratigraphic Unconformities: Review of the concept and examples from the Middle-Upper Paleozoic // Seismic and Sequence Stratigraphy and Integrated Stratigraphy – new insights and contributions. 2017. Ch. 6. P. 101–127.
  28. Krassilov V.A., Raskatova M.G., Istchenko A.A. A new archaeopteridaliean plant from the Devonian of Pavlovsk, U.S.S.R // Rev. Palaeobotany Palynology. 1987. V. 53. P. 163–173.
  29. Mendonca S.K.G., Moraes E.M.V., Otero X.L., Ferreira T.O., Correa M.M., Sousa J.E.S., Nascimento C.W.A., Neves L.V.M.W., Souza Junior V.S. Occurrence and pedogenesis of acid sulfate soils in northeastern Brazil // Catena. 2021. V. 196. 104937.
  30. Miall A.D. The valuation of unconformities // Earth-Science Rev. 2016. V. 163. P. 22–71.
  31. Moessbauer spectroscopy / Eds. Yoshida Y., Langouche G., Springer, 2013. 317 p.
  32. Murad E., Cashion J. Mössbauer Spectroscopy of Environmental Materials and their Industrial Utilization. Kluwer, 2004. 418 p.
  33. 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.
  34. Nelsen M.P., Boyce C.K. What to do with Prototaxites? // Int. J. Plant Sci. 2022. V. 183(6). P. 556–565.
  35. Retallack G.J. Paleosols and paleoenvironments of early Mars // Geology. 2014. V. 42(9). P. 755–758.
  36. 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.
  37. Retallack G.J. Ordovician-Devonian lichen canopies before evolution of woody trees // Gondwana Research. 2022. V. 106. P. 211–223.
  38. Retallack G.J. Soil salt and microbiome diversification over the past 3700 million years // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2022. V. 598. P. 111016.
  39. Retallack G.J., Jepson S., Broz A. Petrogypsic paleosols on Mars // Icarus 2023. V. 394. P. 115436.
  40. 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.
  41. Rubinstein C.V., Vajda V. Baltica cradle of early land plants? Oldest record of trilete spores and diverse cryptospore assemblages; evidence from Ordovician successions of Sweden // GFF. 2019. V. 141(3). P. 181–190.
  42. Scotese C.R. Atlas of Earth History. Part 1. Paleogeography: PALEOMAP Project, Arlington. Texas, 2001. 52 p.
  43. Taylor T.N., Taylor E.L., Krings M. Paleobotany and the evolution of plants. Academic Press, 2009. 1253 p.
  44. Wellman C.H., Cascales-Miñana B., Servais T. Terrestrialization in the Ordovician // Geological Society. 2022. V. 532(1). P. 171–190.
  45. Wilson B.P. Elevations of sulfurous layers in acid sulfate soils: What do they indicate about sea levels during the Holocene in eastern Australia? // Catena. 2005. V. 62. P. 45–56.
  46. Zazovskaya E.P., Fedorov-Davydov D.G., Alekseeva T.V., Dergacheva M.I. Soils of Queen Maud Land // The Soils of Antarctica. Berlin: Springer, 2015. P. 21–44.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Изученные профили палеопочвы: a – фрагмент стратиграфической колонки отложений девона, вскрываемых в Павловском карьере; b – профиль палеопочвы PV22-2; c – фрагмент языковатой подошвы профиля PV22-2; d – профиль палеопочвы PV22-2, включение гранитного валуна (в) с развитой ожелезненной коркой на его поверхности; e – профиль палеопочвы PV20-9, на фото видна языковатая подошва профиля палеопочвы и включения углей (у); f – фрагмент (e), включение угля, диаметр 5 мм; g – профиль палеопочвы PV20-9, включение гранитного валуна (в) с развитой областью выветривания; h – профиль палеопочвы PV21-4; i – железисто-гипсовые нодули в профиле палеопочвы PV21-4 (слой 3/1). Легенда к колонке: 1 – протерозойский гранитный фундамент, 2 – кора выветривания фундамента, 3 – включения гранитных валунов, 4 – палеопочва на риолитовом туфе, 5 – включения угля, 6 – морские глины, 7 – вулканогенно-осадочная порода.

Скачать (1MB)
Метаданные
3. Рис. 2. Минеральный состав палеопочвы (профиль PV22-2 слои 3/1–3/3; и материал коры выветривания – слой 2, см. табл. 1): a – валовые образцы; b – фракция <2 мкм, образцы насыщены Mg²⁺, воздушно-сухие (данные рентгеновской дифрактометрии). Обозначения: Ilt – иллит, Kln – каолинит, Qz – кварц, Fsp – полевой шпат, Gp – гипс, Py – пирит.

Скачать (307KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Минеральные преобразования в профиле палеопочвы по данным РЭМ (сводные данные): a – растворение зерна кварца с формированием так называемых “ямок травления” на его поверхности; b – выветривание зерна К-полевого шпата по плоскостям спайности; c – поликристалл аутигенного, так называемого “вермикулярного” каолинита (показано стрелкой); d – кристаллы Fe – оксида со следами растворения; e – гипсовая “роза”; f – пиритизация углистого вещества; g – разные морфологические разности пирита – монокристаллы, фромбоидальный пирит, микрокристаллы, а также глинистые пленки каолинитового состава; h – микрокристаллы пирита, утопающие в каолинитовой пленке; i – фромбоидальный пирит; j – Tetraplanisporites.

Скачать (1MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Минеральный состав Fe-гипсовых нодулей (слой 3/1, профиль PV21-4 (данные рентгеновской дифрактометрии). Обозначения: Kln – каолинит, Qz – кварц, Fsp – полевой шпат, Gp – гипс, Jrs – ярозит.

Скачать (173KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Микростроение углистых включений в риолитовом туфе по данным РЭМ: a и b – строение тканей вымершего организма Nematophytales; c – строение тканей вымершего организма Prototaxites, стрелками показаны “скелетные” трубки; d – морфология “скелетной” трубки Prototaxites; e–f – строение тканей вымершего сосудистого растения класса зостерофилловые (Zosterophyllopsida) из слоя 3/2 профиля PV22-2.

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024