Архив, придуманный природой. Интервью о палеопочвах с профессором РАН Сергеем Наугольных

Еще со времен основателя генетического почвоведения В.В. Докучаева почву называют зеркалом, отражающим условия окружающей среды. И если современные почвы могут рассказать о нашем настоящем и недавнем прошлом, то палеопочвы позволяют заглянуть намного дальше: на миллиарды лет назад. Какие сведения о древней Земле мы можем узнать, изучая палеопочвы? Почему палеопочвоведение ― это отдельная наука, а не один из разделов почвоведения? С какими трудностями приходится сталкиваться тем, кто работает в этой области? На эти и другие вопросы отвечает профессор РАН С.В. Наугольных.

Справка. Сергей Владимирович Наугольных ― профессор РАН, главный научный сотрудник Геологического института РАН, доктор геолого-минералогических наук, геолог, палеонтолог и стратиграф, автор новых таксонов ископаемых растений, палеохудожник.

― Палеопочвы часто называют записывающей системой или архивом природы. С чем это связано?

― Палеопочвы позволяют взглянуть в далекое прошлое, на те условия, которые существовали на Земле миллионы и миллиарды лет назад. Это делает палеопочвы специфическим объектом исследования. В палеопочвенных профилях сохраняется архив информации, позволяющий реконструировать древние ландшафты Земли, ее палеоклимат, разнообразие биоты и многие другие составляющие, присущие тому или иному региону в отдаленные геологические эпохи. Названия «зеркало ландшафта», «архив», «записывающая система» действительно справедливы для палеопочв, и их можно нередко услышать из уст ученых.

Я твердо убежден, что палеопочвоведение ― это не раздел почвоведения, как иногда считают, а самостоятельная наука с собственными уникальными объектами исследования и собственной методологией.

― В последнее время говорят, что без исследования палеопочв невозможно представить себе изучение происхождения человека.

― Так и есть. Палеопочвоведение пересекается и с палеонтологией, и с археологией, и со многими другими областями знания. В начале этого года в Палеонтологическом институте РАН проходила конференция «Палеострат», где было представлено много материалов по палеопочвам самых разных возрастов. Это приятно и удивительно, если учитывать, что еще десять лет назад палеопочвами в нашей стране занимались буквально единицы! К счастью, сегодня многие исследователи осознают важность изучения палеопочв для комплексного подхода к реконструкции наземных экосистем. В современной палеонтологии палеопочвам уделяется большое внимание, причем палеопочвам самого разного возраста ― от глубокого докембрия до плейстоцена, то есть от 3,5 млрд лет до геологической современности.

― Столь древние находки ― возрастом несколько млрд лет ― тоже имеются?

― Да.

Самая древняя палеопочва или как минимум одна из древнейших в мире имеет возраст 3,5 млрд лет.

Она известна из Южной Африки, провинции Трансвааль. Но это отнюдь не единственная палеопочва архейского возраста (около 3,5 млрд лет назад. ― Примеч. ред.). Кроме того, были найдены протерозойские палеопочвы (около 2,6 млрд лет назад. ― Примеч. ред.), палеозойские палеопочвы (палеозойская эра началась около 540 млн лет назад. ― Примеч. ред.) и др. Наша геологическая история была очень длинной, поэтому в будущем мы можем ожидать и других интересных открытий в этой области.

― Значит, 3,5 млрд лет назад почвы на Земле уже существовали, но растения выбрались на сушу гораздо позже?

― Конечно, в отличие, кстати сказать, от примитивных организмов. Взаимодействие биоты с наземным субстратом происходило задолго до освоения суши высшими растениями, которые впервые появляются только в ордовикском периоде, около 470 млн лет назад. Но уже в докембрии (интервал истории Земли от 540 млн до 4,5 млрд лет назад. ― Примеч. ред.) наземные субстраты, особенно периодически увлажнявшиеся, были заселены бактериальными сообществами. Эти первые микробиальные сообщества, состоявшие в основном из прокариотов (одноклеточных организмов, не имеющих клеточного ядра и других внутриклеточных органелл. ― Примеч. ред.) взаимодействовали с минеральным субстратом, обогащали его биогенами, изменяли структуру. Именно так и появились первые палеопочвенные профили, их иногда еще называют предпочвами.

― Первые почвы сформировали не грибы и водоросли, а примитивные бактерии?

― Если говорить о наиболее древних, архаичных почвах, то да, хотя позднее и грибы, и водоросли внесли в свой вклад в формирование древнейших палеопочв. Грибы и лишайники ― это уже далеко не примитивные, а сложно устроенные многоклеточные организмы, которые, впервые «выйдя» на землю, застали почвы уже более или менее сформированными поколениями бактерий. Только после них водоросли вместе с лишайниками и примитивными грибами образовали первые наземные сообщества. Постепенно эти организмы, питаясь биогенами и водой, попадавшей на землю в виде осадков, проникали все дальше вглубь суши. Жизнедеятельность этих первых наземных сообществ существенно изменила свойства субстратов, на которых они обитали. Минеральные субстраты разрушались, становились более рыхлыми, насыщались органическим веществом от остатков погибших организмов. Этот многостадийный процесс способствовал появлению и распространению почв на нашей планете.

― Насколько редки палеопочвы? Как часто и во многих ли местах в мире их можно обнаружить?

― Одно время считалось, что палеопочвы редко сохраняются в геологической летописи и что это исключительное явление. Но оказалось, что это не так. На самом деле палеопочв в мире довольно много, причем даже тех, которые обладают достаточно солидным возрастом в десятки и сотни миллионов лет. Поэтому каждый, кто увлечен палеопочвоведением, всегда сможет найти себе достойный объект для исследования.

― А какую конкретно информацию о нашей планете можно узнать, изучая палеопочвенные профили? Расскажите, пожалуйста, подробнее.

― Мы можем узнать, каким был климат на Земле, потому что почвы ― климатозависимые образования и строение палеопочвенного профиля достаточно полно отражает те климатические условия, в которых этот профиль образовывался.

Те сведения о древнем климате, которые дает палеопочвоведческая реконструкция, часто невозможно получить ни из каких других источников.

Мы также можем многое узнать о биоте, которая существовала на Земле в момент формирования того или иного палеопочвенного профиля. Если речь идет об относительно молодых палеопочвах, начиная с ордовика, силура или девона (400–490 млн лет назад. ― Примеч. ред.), то здесь мы можем найти остатки ризоидов ― волосковидных образований низших споровых растений, а начиная с девона — и собственно корни наземных высших растений. Это дает нам ключ к определению типа растительности, существовавшей на планете в момент формирования этих почв. Более того, в палеопочвенных профилях сохраняется еще и почвенная инфауна (животные, обитавшие в почвенном профиле) или следы ее обитания, что тоже позволяет реконструировать характер биоты, которая эту почву населяла.

Чем дальше мы погружаемся в прошлое нашей планеты, тем более необычные условия существования мы там находим. Палеопочвоведение позволяет воссоздать картины прошлого с большой точностью.

― Как ландшафт, в том числе и такой его компонент, как почвы, связан с эволюцией человека? Как прямохождение соотносится с тем, что лесные ландшафты в некоторых регионах Африки, на прародине человечества, на рубеже неогена и четвертичного периода постепенно начали сменяться степными?

― Связь прямохождения и смены ландшафта скорее гипотетическая, хотя есть факты, свидетельствующие в пользу такой гипотезы. Существуют работы, показывающие, что фазы эволюции ранних гоминид в Африке были связаны с изменением типа ландшафта. Приматы, жившие там в начале неогенового периода более 20 млн лет назад, обитали в основном на деревьях. Но затем за счет постепенной аридизации климата тип растительности сменился и приматы перешли к обитанию в ландшафтах лесостепного типа. И в этих условиях для того, чтобы заметить противника или добычу, было выгодно обладать возможностью осмотреть ландшафт, оглядеться вокруг себя, а затем выработать способность освободить передние конечности для работы с орудиями.

Несомненно, эволюция человека была очень тесно связана с эволюцией ландшафта, в котором он жил, в том числе и с эволюцией почвенного покрова.

― С какими инструментами и методиками ученые подходят к исследованию палеопочв?

― Как я уже говорил, палеопочвоведение ― самостоятельная дисциплина с собственным терминологическим, методическим и лабораторным инструментарием. Кстати, терминология ― это отдельный вопрос. Сложность здесь заключается в том, что мы не можем просто взять и переложить терминологию, разработанную для классификации или описания современных почв, на ископаемые палеопочвенные профили. 

У ископаемых почв есть свои специфические особенности, недоступные для наблюдения на современном материале и накладывающие определенные ограничения на нашу терминологию.

Мы, естественно, используем такие базовые понятия, как, например, генетический горизонт, для описания палеопочвенных профилей, но от каких-то терминов и понятий вынуждены отказаться. С другой стороны, мы привносим в исследовательский процесс аналитический материал, который совершенно необходим при изучении древних почвенных профилей. Лабораторный инструментарий палеопочвоведения тоже имеет свои отличительные особенности. Когда вы изучаете современный почвенный профиль, извлечь оттуда органическую составляющую не создает особых трудностей. Но если палеопочвенный профиль сохранился в древних песчаниках или в плотно консолидированных карбонатных отложениях, то с помощью обычных методик вы не сможете так легко извлечь искомую биотическую составляющую. Для этого необходимо использовать специальные методы.

Я, например, пользуюсь собственным подходом ― методом трех фильтров, как я его называю. Не буду сейчас вдаваться в технические подробности, но могу сказать, что этот метод позволяет эффективно извлечь практически все микробиоморфы (микроскопические и, как правило, фрагментарные остатки животных и растений) из палеопочвенного профиля. Этот метод очень прост, его можно использовать даже в полевых условиях. Я уже опробовал его и на плейстоценовом, и на очень древнем материале: юрском, каменноугольном, девонском и др. Работает безотказно.

― Правда ли, что в мире до сих пор нет универсальной международной классификации палеопочв?

― Единой классификации палеопочв в мире пока нет, потому что, во-первых, это весьма специфические для изучения объекты, а во-вторых, как я уже говорил, мы не можем просто взять и спроецировать все наработки, касающиеся современных почв, на палеопочвы. Ограничений очень много. У палеопочв, например, могут не сохраняться некоторые признаки, позволяющие отнести ту или иную палеопочву к той или иной классификационной единице. Кроме того, мы наблюдаем у палеопочв многие признаки, которые у современных почв отсутствуют. Тем не менее универсальная классификация палеопочв может быть создана в будущем. Я думаю, можно сформировать некую периодическую классификацию, где были бы учтены градиент влажности, при котором образовалась та или иная палеопочва, температурный градиент и другие характеристики, важные для палеопочвоведения. Для анализа этих данных можно подключить искусственный интеллект, и тогда мы получим картину реального и потенциального разнообразия ископаемых почв. Часть ячеек в такой классификационной сетке у нас будут заняты теми примерами, которые мы уже знаем (мы собрали довольно много информации об ископаемых почвах), а часть ячеек будет пустой. Эти еще не открытые палеопочвы мы можем условно охарактеризовать, исходя из периодических свойств, которые закономерно меняются в классификационных единицах, часто в зависимости от разных климатических зон, характеризующих разную исходную биоту.

― Вам самому приходилось когда-нибудь сталкиваться с почвами, которые вы никак не могли классифицировать?

― Интересный вопрос. Отвечая на него, следует отталкиваться не от конкретного почвенного профиля, а скорее от того или иного периода в геологическом прошлом Земли. В далеком прошлом подчас существовали такие ландшафтные и палеогеографические условия, полных аналогов которым в современности просто нет. Самый известный пример ― тундростепь плейстоцена (эпоха четвертичного периода; началась около 2,5 млн лет назад и закончилась 11,7 тыс. лет назад. ― Примеч. ред.). Сейчас на нашей планете такого биома нет. Это только один пример. На Земле существовали и более экзотические типы ландшафта, растительности и климатических условий. Выдающийся российский палеоботаник С.В. Мейен придумал для них условные названия: «вымерший ландшафт», «вымерший климат» и «вымершая растительность». Можно говорить и о «вымерших почвах».

― Какой возраст имеет почвенный покров Москвы? Правда ли, что всего 10–12 тыс. лет?

― Это верно лишь отчасти. Дело в том, что наш рельеф достаточно сложный. На Москве-реке есть три речные террасы, которые хорошо распознаются в рельефе, и если говорить о почвах, образовавшихся в пределах аккумулятивных низин, то они действительно относительно молоды ― их возраст не превышает 12 тыс. лет. Как только закончилась осташковская фаза валдайского похолодания (около 11 тыс. лет назад), на этой территории начались интенсивные процессы современного почвообразования. Но, кроме этого, не забывайте про почвенные профили, которые располагаются на водоразделах, например, по правобережью реки Москвы в Раменском районе Московской области. Возможно, почвы, которые функционируют там прямо сейчас, имеют более древний возраст.

― Насколько более древний?

― Предполагают, что там происходил процесс наложения палеопочвенных профилей и современных профилей, и тогда процессы почвообразования, имевшие место при формировании этих профилей, исчисляются десятками тысяч или даже сотней тысяч лет. Такое вполне может быть.

― Точно не известно?

― Да. Сейчас этим вопросом занимаются несколько исследовательских групп, и я надеюсь, что в ближайшие годы мы сможем ознакомиться с итогами их работы.

― Сергей Владимирович, расскажите, пожалуйста, напоследок, какие задачи наиболее актуальны для почвоведения сегодня?

― Я думаю, что нам очень нужен атлас эталонных палеопочвенных профилей, который для начала мог бы охарактеризовать европейскую часть России. В таком атласе должны быть отражены общие сведения о палеопочвах, включая самые древние из них, начиная с докембрия и заканчивая плейстоценом. Атлас должен включать качественные иллюстрации, геохимическую характеристику наиболее важных палеопочвенных профилей, изображения микробиоморф, описание самих профилей. Имея такую книгу, можно было бы интенсифицировать изучение палеопочв европейской части России и постепенно расширять географию  исследований за счет сопредельных территорий: Урала, Сибири, Дальнего Востока и др. В любом регионе России найдутся интересные для исследования объекты. Я уверен, что создание атласа эталонных палеопочвенных профилей ― очень важная задача на обозримое будущее.

Интервью проведено при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ и Российской академии наук.