Промерзание почвенного комплекса меловых криоморфных почв в Оренбургской области: температурный режим и проявление криогенных процессов в почвенном профиле

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Аннотация

Исследована динамика температуры сопряженных почв палеокриогенного почвенного комплекса на меловых отложениях в Оренбургской области. Измерения температуры сочетали с изучением криогенных признаков. В лаборатории определили температуру замерзания почвенной влаги. Выявлена существенная неоднородность температурного поля почв комплекса. В течение осени–зимы почва микроповышения была холоднее, чем почвы микропонижения и микросклона, а в весенне-летний период микросклон прогревался быстрее, чем микроповышение и микропонижение. Расхождения между температурой почв в промерзшем слое на микроповышении и в микропонижении достигали –4.5°С в начале промерзания (15.12.2019 на глубине 15 см), –4.0°С в конце зимы (10–11.02.2020 на глубине 5 см), и –6.5°С при оттаивании (21–23.03.2020 на глубине 5 см). Расхождения в температурном режиме сопряженных почв сопровождались различиями в профильном распределении влаги и влияли на проявление криогенных процессов. Почвы микроповышения промерзали глубже, в них формировалась шлировая криогенная текстура на всю глубину промерзания, это сопровождалось морозным пучением, сортировкой крупнозема, формированием пористой корки на поверхности, что обеспечивало поддержание микрорельефа и структуры почвенного покрова меловых полигонов. Криогенные текстуры определяют формирование плитовидной структуры почв на микроповышениях. В микропонижениях промерзание блокировалось в средней части профиля вследствие относительно высоких температур почвы и низких температур промерзания почвы. Криогенные признаки и процессы, отмеченные на микроповышениях, в микропонижениях не выражены.

Об авторах

Д. Г. Поляков

Институт степи Уральского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: polakovdg@yandex.ru
Россия, Оренбург

А. Г. Рябуха

Институт степи Уральского отделения РАН

Email: polakovdg@yandex.ru
Россия, Оренбург

Т. А. Архангельская

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: polakovdg@yandex.ru
Россия, Москва

И. В. Ковда

Почвенный институт им. В.В. Докучаева

Email: polakovdg@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Алифанов В.М., Гугалинская Л.А., Овчинников А.Ю. Палеокриогенез и разнообразие почв центра Восточно-Европейской равнины. М.: ГЕОС, 2010. 160 с.
  2. Архангельская Т.А. Генезис сезоннопромерзающих серых лесных почв со вторым гумусовым горизонтом (на примере Владимирского ополья) // Криосфера Земли. 2003. Т. 7. № 1. С. 39–48.
  3. Архангельская Т.А. Температурный режим комплексного почвенного покрова. М.: ГЕОС, 2012. 282 с.
  4. Архангельская Т.А., Бутылкина М.А., Мазиров М.А., Прохоров М.В. Состав и свойства пахотных почв палеокриогенного комплекса Владимирского ополья // Почвоведение. 2007. № 3. С. 261–271.
  5. Архангельская Т.А., Губер А.К., Мазиров М.А., Прохоров М.В. Температурный режим комплексного почвенного покрова Владимирского ополья // Почвоведение. 2005. № 7. С. 832–843.
  6. Архангельская Т.А., Поляков Д.Г., Альберт Р.Ф., Рябуха А.Г., Ковда И.В. Верификация методов определения температуропроводности почв на примере контрастных горизонтов мелового почвенного комплекса // Тенденции развития агрофизики: от актуальных проблем земледелия и растениеводства к технологиям будущего. СПб.: АФИ. С. 27–31.
  7. Архангельская Т.А., Прохоров М.В., Мазиров М.А. Годовая динамика температуры пахотных почв палеокриогенных комплексов Владимирского ополья // Криосфера Земли. 2008. Т. XII. № 3. С. 80–86.
  8. Большаков А.Ф. О тепловом режиме почв // Проблемы советского почвоведения. 1941. № 12. С. 119–133.
  9. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.: Высшая школа, 1973. 399 с
  10. Васильевская В. Д., Караваева Н. А., Наумов Е. М. Формирование структуры почвенного покрова полярных областей // Почвоведение. 1993. № 7. С. 44–55.
  11. Величко А.А., Морозова Т.Д., Нечаев В.П., Порожнякова О.М. Палеокриогенез, почвенный покров и земледелие. М.: Наука, 1996. 145 с.
  12. Величко А.А. (ред.). Палеоклиматы и палеоландшафты внетропического пространства Северного полушария. Поздний плейстоцен – голоцен. Атлас-монография. М.: ГЕОС, 2009. 120 с.
  13. Глобус А.М. О термоградиентных механизмах миграции почвенной и грунтовой влаги и передвижении воды в промерзающем грунте // Почвоведение. 1962. № 2. С. 7–18.
  14. Горбунов А.П., Северский Э.В., Титков С.Н. Туфуры гор и равнин Казахстана // Криосфера Земли. 1999. Т. 3. С. 23–30.
  15. Ершов Э.Д. Влагоперенос и криогенные текстуры в дисперсных породах. М.: Изд-во МГУ, 1979. 214 с.
  16. Зелинская Е.В., Воронина Е.Ю. Теоретические аспекты использования гидроминерального сырья. М.: Акад. естествознания, 2009. 118 с.
  17. Каверин Д.А., Пастухов А.В. Особенности температурного режима сезоннопромерзающих почв тундровых ландшафтов европейского Северо-востока России // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2017. № 87. С. 3–21.
  18. Кияшко Н.В., Комаров И.А., Голованов Д.Л. Криометаморфизм почвенных растворов и формирование солевого профиля солончаков Монголии (по результатам моделирования) // Почвоведение. 2014. № 5. С. 530–536. https://doi.org/10.7868/S0032180X14050062
  19. Ковда И.В., Рябуха А.Г., Поляков Д.Г., Левыкин С.В., Петрищев В.П., Яковлев И.Г., Норейка С.Ю., Ряхов Р.В. Криогенные признаки в почвах меловых полигонов Оренбургской области // Почвы в биосфере. Томск, 2018. С. 37–41.
  20. Королюк Т.В. Особенности солевой динамики в длительно-сезонно-мерзлотных засоленных почвах южного Забайкалья // Почвоведение. 2014. № 5. С. 515–529. https://doi.org/10.7868/S0032180X14050098
  21. Костин С.И., Покровская Т.В. Климатология. Л.: Гидрометеоиздат, 1953. 427 с.
  22. Макеев А.О. Поверхностные палеопочвы лёссовых водоразделов Русской равнины. М.: Молнет, 2012. 300 с.
  23. Макеев О.В. Почва, мерзлота, криопедология // Почвоведение. 1999. № 8. с. 947–957. Makeev O. V. Soil, permafrost, and cryopedology // Eurasian Soil Sci. 1999. V. 32. № 8. P. 854–863.
  24. Михно В.Б. Меловые ландшафты Восточно-Европейской равнины. Воронеж: Петровский сквер, 1992. 232 с.
  25. Назинцев Ю.Л., Панов В.В. Фазовый состав и теплофизические характеристики морского льда. СПб.: Гидрометеоиздат, 2000. 83 с.
  26. Национальный атлас почв Российской Федерации. М.: Астрель: АСТ, 2011. 632 с.
  27. Павлов А.В. Теплофизика ландшафтов. Новосибирск: Наука, 1979. 284 с.
  28. Полевой определитель почв России. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 182 с.
  29. Поляков Д.Г., Архангельская Т.А., Рябуха А.Г. Ковда И.В. Температуропроводность криомофных почв степных комплексов на меловых породах // Почвоведение. 2021. № 9. С. 1051–1060. https://doi.org/10.31857/S0032180X21090069
  30. Поляков Д.Г., Ковда И.В., Рябуха А.Г. Почвы меловых полигонов Подуральского плато: морфология, свойства и классификация // Почвоведение. 2024. № 1. С. 183–198. https://doi.org/10.31857/S0032180X24010148
  31. Попов А.И. Розенбаум Г.Э., Тумель Н.В. Криолитология. М.: Изд-во МГУ, 1985. 239 с.
  32. Пособие по определению физико-механических свойств промерзающих, мерзлых и оттаивающих дисперсных грунтов / Под ред. Роман Л.Т. и др. М.: КДУ, Университетская книга, 2018. 188 c.
  33. Рогов В.В. Основы криогенеза. Новосибирск: ГЕО, 2009. 203 с.
  34. Рябуха А.Г., Поляков Д.Г., Стрелецкая И.Д., Ковда И.В. Морфология и современное функционирование меловых полигонов Общего Сырта, юго-восток Восточно-Европейской равнины // Геоморфология. 2022. № 3. С. 128–133. https://doi.org/10.31857/S0435428122030130
  35. Рябуха А.Г., Стрелецкая И.Д., Поляков Д.Г. Морфология, генезис и современная динамика полигональных меловых ландшафтов в долине р. Итчашкан // Вестник ВГУ. Сер. География, геоэкология. 2022. № 3. С. 57–68. https://doi.org/10.17308/geo/1609-0683/2022/3/57-68
  36. Худяков О.И. Криогенез и почвообразование. Пущино, 1983. 196 с.
  37. Черноусенко Г. И. Засоленные почвы котловин юга Восточной Сибири: Монография. М.: МАКС Пресс, 2022. 480 с.
  38. Черноусенко Г.И., Панкова Е.И., Калинина Н.В., Убугунова В.И., Рухович Д.И., Убугунов В.Л., Цыремпилов Э.Г. Засоленные почвы Баргузинской котловины // Почвоведение. 2017. № 6. № 6. С. 652–671. https://doi.org/10.7868/S0032180X1706003X
  39. Чибилев А.А., Мусихин Г.Д., Павлейчик В.М., Петрищев В.П., Сивохип Ж.Т. Геологические памятники природы Оренбургской области. Оренбург: ОКИ, 2000. 400 с.
  40. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
  41. Шульгин А.М. Климат почвы и его регулирование. Л.: Гидрометеоиздат, 1967. 299 с.
  42. Andersland B.O., Ladanyi B. Frozen Ground Engineering. Reston: ASCE Press and John Wiley & Sons, 2003. 363 p.
  43. Bing H., He P., Zhang Y. Cyclic freeze–thaw as a mechanism for water and salt migration in soil // Environ Earth Sci. 2015. V. 74. P. 675–681. https://doi.org/10.1007/s12665-015-4072-9
  44. Bing H., Ma W. Laboratory investigation of the freezing point of saline soil // Cold Regions Science and Technology. 2011. V. 67(1-2). P. 79–88. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2011.02.008
  45. Gubin S.V. Role of cryogenic processes in the organization of soils at macro-, meso-and micro-levels // Byulleten Pochvennogo institute im. V.V. Dokuchaeva. 2016. V. 86. P. 53–63.
  46. Kovda I., Polyakov D., Ryabukha A., Lebedeva M., Khaydapova D. Microrelief and spatial heterogeneity of soils on limestone, SubUral plateau, Russia: attributes and mechanism of formation // Soil Till. Res. 2021. V. 209. Р. 104931. https://doi.org/ 10.1016/j.still.2021.104931
  47. Kovda I., Ryabukha A., Polyakov D. Cryogenic processes in soils of chalky landscapes in steppe zone south of the Orenburg region // IOP Conf. Ser.: Earth Environ. Sci. 2019. V. 368. Р. 012026. https://doi.org/10.1088/1755-1315/368/1/012026
  48. Liu J., Yang P., Yang Z. (Joey). Water and salt migration mechanisms of saturated chloride clay during freeze-thaw in an open system // Cold Regions Sci. Technol. 2021. V. 186. P. 103277. https://doi.org/10.1016/j.coldregions.2021.103277/
  49. Schmugge T.J., Jackson T.J., McKim H.L. Survey of methods for soil moisture determination // Water Resources Research. 1980. V. 16. P. 961–979. https://doi.org/10.1029/wr016i006p00961
  50. Vandenberghe J., French H., Gorbunov A. et al. The Last Permafrost Maximum (LPM) map of the Northern Hemisphere: permafrost extent and mean annual air temperatures, 25-17 ka BP // Boreas. 2014. V. 43. № 3. P. 652–666. https://doi.org/10.1111/bor.12070
  51. Vu Q., Pereira JM., Tang A.M. Effect of fines content on soil freezing characteristic curve of sandy soils // Acta Geotech. 2022. V. 17. P. 4921–4933. https://doi.org/10.1007/s11440-022-01672-9
  52. Wan X., Lai Y., Wang C. Experimental study on the freezing temperatures of saline silty soils // Permafr. Periglac. Process. 2015. V. 26(2). P. 175–187. https://doi.org/10.1002/ppp.1837

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Динамика высоты снежного покрова на метеостанции Акбулак (1), среднесуточной температуры воздуха на метеостанции (2) и среднесуточных температур почв комплекса на различных глубинах по элементам микрорельефа: микроповышение (3), средняя часть микросклона (4) и микропонижение (5)

Скачать (987KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Термоизоплеты почв на микроповышении – a, в средней части микросклона – b и в микропонижении – c (построены по среднедекадным значениям)

Скачать (944KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Распределение температуры в профиле почвенного комплекса в различные даты на 18:00

Скачать (5MB)
Метаданные
5. Рис. 4. Влажность почвы перед промерзанием (сплошная линия) и в промерзшей почве (пунктир) контрастных элементов микрорельефа

Скачать (106KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Температура начала промерзания почв меловых полигонов при влажности образцов 0.2 г/г

Скачать (100KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024