В журнале Вестник Мексиканского геологического общества вышла статья «Микроскопические и томографические исследования для интерпретации генезиса пустынного загара и визикулярного горизонта пустынных почв в Монголии и США» (Microscopic and tomographic studies for interpreting the genesis of desert varnish and the vesicular horizon of desert soils in Mongolia and the USA). Один из авторов статьи – научный сотрудник лаборатории Радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии отдела Географии и эволюции почв Института географии РАН Василий Шишков.
Статья относится к циклу совместных работ Института географии РАН и Почвенного института им. В.В. Докучаева и посвящена изучению, сравнению и систематическому осмыслению признаков пустынных загаров в разных частях земного шара.
Пустынный загар (в более широком смысле применяют термин «скальный загар») - пленки разного генезиса, фиксирующие в своем составе особенности геохимической обстановки на момент своего образования. В условиях непрерывного формирования они часто имеют выраженную слоистую структуру и представляют собой особый «архив» данных, поддающийся дешифрированию. В составе пленок «загара» преобладает силикатная основа, обильно обогащенная железом и марганцем, что и обуславливает их характерный темный глянцевый внешний вид и высокую прочность.
Впервые «загары» были описаны Гумбольдтом (1852) на скальных породах вблизи Санта-Барбары. Существуют различные интерпретации термина «пустынный загар», но так как это явление встречается далеко за пределами аридных регионов, практически во всех типах климата (даже в Антарктиде) и не только в пустынях, а на любых скальных поверхностях, то чаще это явление в литературе обозначают как скальный или горный загар (rock varnich). В настоящее время исследования «скальных загаров» в разных регионах Земли переживают настоящий бум, в том числе это связано с появлением новых инструментальных методов изучения этих объектов, применение которых позволяет исследователям получать новые уникальный данные. В представленной работе был применен комплекс таких методов: традиционные морфологические и микроморфологические, сканирующая электронная микроскопия и микротомография. Субмикроморфлогические исследования на нативных образцах проводились на сканирующем электронном микроскопе JEOL 6610 LV в ЦКП «Лаборатория радиоуглеродного датирования и электронной микроскопии» ИГ РАН.
В качестве объектов исследования были выбраны почвы каменистых пустынь (гамад) Гоби (Заалтайская Гоби, Монголия) и Мохаве (США). При изучении крайнеаридных пустынных почв этих пустынь охарактеризованы минералогический состав крупных фракций, особенности микро- и субмикростроения и химического состава пустынного загара на щебне из пустынных мостовых и подстилающих их почвенных везикулярно-корковых горизонтов.
Актуальность проводимых исследований в первую очередь связана с тем, что, как известно, пустынные почвы занимают 46,1 миллионов км2 или 31,5% от всей поверхности Земли. В Азии они составляют около 33% от общей площади, в Северной Америке – 18,5%. Исследование почв таких чрезвычайно засушливых регионов – ключ к пониманию механизмов деградации и опустынивания в том числе и пахотных почв в таких регионах.
Применение современного аналитического оборудования позволило не только определить химический состав в разных точках исследуемого образца, но и провести элементное картирование характерных участков поверхности и выявить закономерности пространственного распределения некоторых элементов.
Выявлен большой набор общих диагностических показателей элементарных почвообразовательных процессов в пустынных автоморфных почвах, сформированных на древних подгорных равнинах (возрастом около 70–90 тыс. лет), сложенных пролювиальными отложениями с большой долей участия красноцветных глин. Наблюдения позволили выявить сложную историю развития ландшафтов и крайнеаридных почв, смену гумидных и аридных фаз почвообразования, которая нашла отражение в сочетании текстурных и карбонатных новообразований, а также в характере соотношения таких элементов, как железо, марганец, титан и барий в разных слоях пустынного загара. Впервые показано, что состав пленок загара различен в зависимости от приуроченности к микрорельефу на поверхности обломков из пустынных мостовых, при этом соотношения таких элементов, как железо, марганец, барий и титан не зависят от современной биоклиматической зональности. При преобладании силикатно-железистых пленок загара на дневной поверхности щебня отмостки в их микроуглублениях практически всегда присутствуют двухслойные пленки: в нижнем слое с преобладанием марганца и в присутствии бария, в верхнем слое – с преобладанием железа и в присутствии титана. Отмечено, что, несмотря на некоторые колебания в концентрации железа и марганца в разных точках опробования, их соотношение с титаном и барием является величиной относительно постоянной – в среднем 0,04 для Ti/Fe и 0,2 для Ba/Mn. Соотношения между этими элементами являются достаточно устойчивыми и взаимосвязанными. В составе пород под этими пленками железо, марганец, барий и титан, как правило, отсутствуют. Наличие таких особенностей строения пленок загара дает возможность предположить, что нижние силикатно-марганцевые слои являются реликтовыми образованиями, которые сохранились от прежних биоклиматических обстановок. Формирование немногочисленных карбонатных кутан на обломках пород является свидетельством кратковременных периодов аридного почвообразования. В настоящее время разрушение как однослойных, так и двухслойных пленок загара происходит только на контакте с мелкоземом везикулярно-корковых горизонтов почвы, что особенно заметно в пустыне Мохаве. Был сделан вывод, что снятие пленок происходит при активном участии микроорганизмов в кратковременные периоды выпадения осадков, поскольку именно в мелкоземе под “впаянным” щебнем отмечено наибольшее количество видов биогенных форм: перекрученных нитей, гиф, имеющих тесный контакт с силикатным материалом пленок загара.
Для исследованных объектов полученные результаты позволяют привязать обнаруженные характерные последовательности химического состава в слоях пустынного загара к определенным временным интервалам, независимо от их географического положения.
На основании полученных данных предложена и подкреплена аналитическими данными альтернативная гипотезе аккреции (объясняет появление пустынного загара атмосферными и космогенными осадками) гипотеза возникновения пустынного загара за счет восходящей миграции влаги из нижележащих пленок.
Начатые исследования будут продолжены на новых объектах.
Строение, состав разных слоев и особенности химического состава двуслойных корок пустынного загара из пустыни Мохаве. Зеленым цветом показана зона повышенного содержания железа, красным цветом обозначены зоны повышенного содержания марганца. Элементное картирование проведено с использованием энергодисперсионного рентгенспектрометрического анализатора элементного состава INCA Xact фирмы Oxford Instruments. Этот прием повышает наглядность и достоверность исследования и существенно помогает в выборе участка для химического опробования.
