Возможность использования величины отношения углерода к азоту как критерий разделения пальза и литальза

Васильчук Алла Константиновна доктор географических наук ведущий научный сотрудник, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ) 119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, ГСП-1, 1, географический факультет, НИЛ геоэкологии Севера Vasil'chuk Alla Constantinovna Doctor of Geography Leading Research Fellow, Laboratory of Geoecology of the Northern Territories, Faculty of Geography, Lomonosov Moscow State University 119991, Russia, g. Moscow, Leninskie Gory, GSP-1, 1,, geograficheskii fakul'tet, NIL geoekologii Severa alla-vasilch@yandex.ru Другие публикации этого автора

Васильчук Юрий Кириллович ORCID: 0000-0001-5847-5568 доктор геолого-минералогических наук профессор, кафедра геохимии ландшафтов и географии почв, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова; географический факультет 119991, Россия, г. Москва, ул. Ленинские Горы, 1, оф. 2009 Vasil'chuk Yurij Kirillovich Doctor of Geology and Mineralogy Professor, Department of Landscape Geochemistry and Soil Geography, Lomonosov Moscow State University, Faculty of Geography 119991, Russia, Moscow, Leninskie Gory str., 1, of. 2009 vasilch_geo@mail.ru

Работа выполнена в рамках проекта Российского научного фонда (грант № 23-17-00082).

Введение

Пальза -торфяники в масштабах биосферы содержат существенный запас углерода (С), поэтому их динамика в биосфере, имеет важные для последствия для глобального углеродного цикла Динамика бугристых торфяников, а также показатели содержания азота и углерода в Арктике и Субарктике вызывают у исследователей повышенный интерес в связи с оценкой эмиссии парниковых газов и изменением продуктивности тундровых ландшафтов, а также с тем, что бугры пучения – пальза и литальза - являются надежным индикатором наличия многолетнемерзлых пород особенно на южной границе их распространения. Однако неопределенности оценок динамики углерода в различных временных масштабах, разные подходы требуют дальнейшего изучения этих сложных природных систем.

Согласно определению, приведенному в Wikipedia: пальза – это торфяные бугры (холмы) с многолетнемёрзлым торфяно-минеральным ядром, литальза — это образовавшиеся под действием мороза бугры (холмы) в районах распространения многолетнемерзлых пород с богатыми минералами почвами, где в почве образовалась линза многолетнего льда. Определения из международного геокриологического словаря-справочника^[1]: пальза - торфянистые бугры (холмы) многолетней мерзлоты, ядро которых состоит из чередующихся слоев сегрегационного льда, торфа или минерального почвенного материала. В пояснении термина минерагенные пальза (minerogenic palsa) говорится, что С.Харрис^[2] описал последовательность стадий развития пальзаобразных холмов, развитых в минеральных почвах в районе Фокс-Лейк (Юкон), для которых он предложил название «литальза». Он предположил, что необходимо новое название, поскольку процессы переноса тепла и влаги в минеральных почвах отличаются от процессов в торфяных грунтах.

Отечественные геокриологи литальза ранее не выделяли, а в тех случаях, когда минеральные бугры встречались их называли бугристыми марями, буграми-могильниками и т.д. ^[3,4,5]. Близкими по строению к литальза являются бугры-табелеры, широко распространенные в межгорных котловинах Алтая.

Надо признать и то, что термин литальза не сразу привился и в англоязычной литературе. Долгое время использовали другие термины: “минерогенные пальза”^[6], “минеральные пальза”^[7], “пальзоподобный бугор”^[2], “криогенные бугры”^[8] и “минеральный многолетнемерзлый бугор”^[9]. И только после работы А. Писсара^[10] ледоминеральные бугры предпочитают называть литальза (lithalsa).

Первыми использовали термин литальза по отношению к, изученным в долине р. Акколь на Алтае, российским ледо-минеральным буграм Г. Ивахана с коллегами^[11].

Ю.К. Васильчук впервые встретил сравнительно невысокие минеральные бугры (литальза высотой до 1 м располагавшиеся непосредственно между железнодорожных путей) в парагенезе с пальза вблизи пос. Хановей, близ г.Воркута в 2002 г., однако не придал этому должного внимания и зафиксировал это только в публикации 2016 г.: "Бугры пучения - как торфяные, так и минеральные - мерзлые..."^[12]. Причиной более внимательного отношения к минеральным буграм пучения стало детальное исследование ледогрунтовых залежей в толще минерального многолетнемёрзлого бугра (литальза) в долине р. Сенца в Западной Бурятии^[13,14]. Вскрытые ледогрунтовые залежи, представляли собой ядра бугров пучения инъекционно-сегрегационного типа – литальза – и сформировалась в позднем голоцене.

Распознавание бугров пучения и их типа: пальза, литальза или пинго-булгунняхи не является простой задачей, так как морфология и морфометрия их достаточно близка. И в том и в другом случае это бугры выпуклой формы высотой от 0,5 до 5-8 м (редко 10 м и более - у пинго) округлого или овального (эллиптического) очертания в плане (диаметром обычно первые десятки метров. Важным критерием разделения является наличие торфяного покрова, нередко мощного (до 5 и более метров) у пальза (рис. 1), и его нередко почти полного отсутствия в разрезах литальза (рис. 2) и пинго.

Рис. 1. Пальза, перекрытый мощным слоем торфа, у пос. Елецкий. Фото Ю.К. Васильчука

Рис. 2. Литальза в долине р. Сенца. Фото Дж.Ю. Васильчук

Объекты настоящего исследования - литальза в Южном Забайкалье и Восточном Саяне, а также пальза в Большеземельской тундре. Основная задача исследования оценка сходства и различий в распределении азота и углерода в этих криосферных объектах.

Климатическая характеристика районов исследования

Пальза у пос. Елецкий. Изученный массив ^[15-17] типичных пальза (см. рис. 1, рис. 3) расположен в Европейской части Полярного Урала (67°02' с.ш. и 64°12' в.д.) у пос. Елецкий в 52 км к югу от Воркуты. Климат субарктический, характеризуется как неустойчивый с сильными снегопадами, метелями и морозами. Период отрицательных температур − с октября по март. По данным метеостанции Елецкая в интервале 1959−2022 гг., минимальная среднегодовая температура отмечена в 1998 г. −8.3⁰С; среднее значение этого показателя −4.9⁰С, максимальное −0.8⁰С в 2020 г.

Наиболее низкая среднесуточная температура наблюдалась в феврале 1966 г. −30⁰С, и феврале 1998 г. −29.6⁰С; среднесуточная январская температура составила −19.7⁰С, средняя температура трех зимних месяцев −18.2⁰С. Максимальная среднесуточная температура +18.3⁰С зафиксирована в июле 2007 г., средняя июльская температура +13.7⁰С, за период наблюдений не зафиксировано среднесуточной июльской температуры ниже +7.6⁰С, которая наблюдалась в 1997г., средняя температура трех летних месяцев составила +10.5⁰С.

Рис. 3. Пальза у пос. Елецкий. Фото Ю.К. Васильчука

Литальза в долине р. Сенца. Изученный массив литальза на левом берегу р. Сенца (52º39.827' N, 99º29.858' E), расположен в пределах спущенного озерного бассейна на юго-востоке Восточного Саяна на Окинском плато. Климат в пределах Окинского плоскогорья резко континентальный. По данным ближайшей метеостанции Орлик (52°50' с.ш. 99°82' в.д. высота над уровнем моря - 1375 м -http://www.pogodaiklimat.ru/history/29998.htm): среднегодовая температура за период 1934-2022 гг. находится в пределах от –2.7°С до –6.6°С, среднеянварская температура −24.5°С(от –33.2 до 17.1 °С), абсолютный минимум –46.9°С, средняя температура самого теплого месяца июля 13.4°С (от +11.1 до +16.3°С), абсолютный максимум +35.8°С. Среднегодовая температура мерзлых пород изменяется в пределах –2.1…–8.5°С, иногда повышаясь до –0.5, –1°С. Сезонно протаивающий слой на междуречных пространствах имеет мощность 1,0-1,5 м, достигая 3,5 м на южных склонах. На поверхности первой террасы р. Сенца (абсолютная высота 1387 м) изучены и разбурены крупные литальза высотой от 4 до 7-9 м. Температура грунтов одного из самых крупных литальза (высотой 7 м) по данным термометрии глубокой скважины составляет –2.1 °С (на глубине 10 м), и –1.0 °С (на глубине 20.4 м).

Литальза у пос. Преображенка в Забайкальском крае распространены в прибрежной зоне оз.Арахлей (52°13´с.ш., 113°48´ в.д.) в Беклемишевской котловине (тектонической впадине забайкальского типа). Климат характеризуется как резко-континентальный. Для района характерны большие суточные и сезонные колебания температур, высокий уровень солнечной радиации (годовая сумма радиационного баланса равна 30.6 ккал/см²). По данным ближайшей метеостанции Бургень): среднегодовая температура за период 1937-2022 гг. находится в пределах от –1.5°С до –6.2°С, среднее значение –3.5°С, среднеянварская температура −27.2°С(от –34.8 до –22.3 °С), абсолютный минимум −52°С.средняя температура самого теплого месяца июля +17.1°С (от +13.5 до +20.3°С). абсолютный максимум достигает +34°С. Продолжительность безморозного периода составляет 70-90 дней, при очень позднем переходе устойчивых температур через +10°С. Продолжительность вегетационного периода около 130 дней. За год в этом районе выпадает 350-380 мм осадков. Из них на вегетационный период приходится от 280 до 320 мм (наиболее обильны осадки в июле и августе). В зимний период количество осадков колеблется от 1 до 5 мм, поэтому высота снежного покрова не превышает 10-15 см, на лесистых хребтах и увалах- 150 см. Многолетнемерзлые породы отмечаются на северных склонах, наибольшая мощность ММП отмечена в падях.

Методы измерений содержания органического углерода (C) и азота (N)

Для определения содержания органического углерода (C,) и азота (N), из разрезов пальза и литальза отбирались образцы торфа и почвенных горизонтов объемом около 1-0,5 см³. Пробы подвергались сублимационной сушке в течение двух дней, затем измельчались в агатовой ступке и вновь высушивались при 60°C в течение 2 часов. Образцы помещались в капсулы из фольги, взвешивались с точностью до 5 знака. Измерения процентного содержания азота и углерода были выполнены в лаборатории геохимии ландшафтов кафедры геохимии ландшафтов и географии почв Географического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова. Измерения проводились на CHNS-анализаторе VARIO EL III V4.01 20.Aug. 2002, Elementar Analysen systeme GmbH, Германия. В качестве стандарта была использована сульфаниловая кислота (Merck) со значениями N = 8,090%, C = 41,610%.

Результаты

Литальза у пос. Преображенка. Литальза были изучены О.Е. Максимовой^[18] на территории Ивано-Арахлейского заказника в 300 м южнее с.Преображенка в Забайкальском крае (52°13´с.ш., 113°48´ в.д.). О.Е. Максимова при содействии Д.М.Шестернева детально описала два литальза: один высотой 2,5 м (рис. 4), другой высотой 1.2 м.

Рис. 4. Литальза близ пос. Преображенка. Фото О.Е.Максимовой

Для температурных наблюдений Д.М.Шестернёвым с коллегами была пробурена скважина на вершине наиболее крупного 2,5-метрового пальза. В его разрезе сверху вниз вскрываются: 0 – 2 см – дернина; 2 – 25 см – серо-бурая пылеватая слабо оторфованная супесь с большим количеством корней; 25 – 41 см – серо-бурая пылеватая слабо оторфованная супесь с небольшим количеством корней; 41 – 63 см – плотный бурый пылеватый суглинок с включением корней; 63 – 93 см – очень плотный бурый суглинок; 93 – 100 см – очень плотный серо-бежевый суглинок. Весь грунт очень сухой, с поверхности бугор перекрыт пылеватой слабо оторфованной супесью, подстилаемый суглинком. В маленьком бугре было заложено два шурфа, грунт в разрезе бугра влажный и сильно оторфованный. В разрезе с поверхности также залегает супесь, ниже переходящая в суглинок. В скважине на вершине наиболее крупного бугра пучения отрицательные температуры грунта прослеживаются до глубины 4,5 м на склоне бугра (рис. 6) и до глубины 7,8 м на его вершине.

В крупном бугре было заложено три шурфа: в верхней, средней и нижней части (рис. 5).

Рис. 5. Профиль самого крупного бугра в системе бугров пучения в котловине оз. Арахлей рядом с д. Преображенка, Забайкалье (по О.Е.Максимовой^[18]): 1 – серо-бурая оторфованная супесь с корнями 2 – бурый пылеватый суглинок, 3 – точки отбора проб

Рис. 6. График распределения температур в разрезе литальза на его склоне близ оз.Арахлей, Забайкальский край (из О.Е.Максимовой^[18]).

Криогенное строение бугров

Литальза в долине р. Сенца. На поверхности первой террасы р. Сенца (абсолютная высота 1387 м) изучены и разбурены крупные литальза высотой от 4 до 7-9 м. Кровля ММП фиксируется на глубине 0.85-1,5 м (рис. 7). Верхняя часть разрезов изученных литальза представлена светло-коричневой супесью, которая подстилается голубовато-серым суглинком на глубине 6,3 м. Видимая льдистость грунта возрастает с глубины 1,35 м. Ниже разрез сложен ледогрунтом с базальной, иногда слоистой крупношлировой, криотекстурой. В многочисленных прослоях и линзах мощностью 3-5 см лед прозрачный с пузырьками округлой (диаметром 0,5-1,0 мм) и вытянутой формы. Местами лед белый непрозрачный. На глубине 6,3 м зафиксирован четкий контакт с голубовато-серой супесью, которая залегает до глубины 8 м. С глубины 8 м супесь сменяется голубовато-серым суглинком, содержит прослои прозрачного льда (до 5-6 см). Толщина прослоев суглинка 6-7 см, их криотекстура массивная.

Рис. 7. Профили литальза в долине р. Сенца. По Vasil'chuk et al.^[19] с дополнениями: 1 – линзы погребенного торфа; 2 – разложившаяся древесина; 3 – древесные остатки (корни, ветки); 4 – ¹⁴С возраст, кал. лет назад; 5 – индекс литальза; 6 – граница сезонно-талого слоя; 7 – озерно-речной мёрзлый суглинок; 8 – сезонно-талый слой; 9 – ледяное ядро литальза. 10 – точки отбора проб на содержание C и N.

Пальза в Большеземельской тундре у пос.Елецкая. В пределах выпуклобугристого массива в районе пос. Елецкий (67°16′ с.ш., 63°39′ в.д.) детально исследованы бугры пучения высотой от 1,5 до 5 м. Образцы отбирались из разрезов, расположенных в различных геоморфологических позициях: на вершинах, склонах и у подножий пальза, а также в ложбинах на вершинах бугров. В качестве примера типичного для данной локализации пальза приводится разрез бугра пучения высотой 2,5 м (18El−VC.) Максимальная глубина протаивания на вершине бугра (в конце сентября) составляла 0.65 м. Пальза 18El−VC имел плоскую, (а не выпуклую, как у большинства бугров на данном массиве) поверхность. Этот бугор в краевой части размыт озером, из обнажившейся стенки торфа отобран торф для ¹⁴С датирования, а также для определения содержания углерода и азота (рис. 8).

Рис. 8. Профиль пальза 18El−VC у пос.Елецкая: 1 – торфа; 2 – суглинок серый; 3 – ледяное ядро; 4 – точки отбора проб на 14С; 5 –14С возраст, кал. лет назад; 6 – точки отбора проб на содержание C и N; 7 –граница сезонно-талого слоя.

Содержание органического углерода (C,) и азота (N)

Литальза в долине р. Сенца. Литальза на поверхности первой террасы р.Сенца характеризуются следующими показателями: в подстилочно-торфяных и гумусовых почвенных горизонтах содержание азота (N) − 0,45-1,73% среднее значение − 0,83%, содержание углерода (С) – 2,52-11,56%, среднее значение 6,86%, отношение C/N в диапазоне 6,2-12,9, среднее значение 9,33 (табл. 1).

Таблица 1. Содержание углерода и азота подстилочно-торфяных и гумусовых почвенных горизонтах литальза в долине р.Сенца

У подножий литальза и в ложбине на вершине литальза зафиксированы самые высокие значения содержания углерода и азота, минимальные значения характерны для склонов. В разрезах литальза прослежены маломощные линзы мезофильного погребенного торфа. Для линз погребенного торфа характерны следующее: содержание N − 0,60-2,28% среднее значение – 1,31%, содержание С – 4,15-26,14%, среднее значение 12,68%, отношение C/N в диапазоне 7,78-13,76, среднее значение 10,58. В верхних частях литальза погребенные линзы торфа практически не встречаются, торф в процессе пучения был уничтожен. Самые высокие значения содержания углерода и азота отмечены в линзах торфа у подножий литальза, минимальные на склонах. Содержание азота и углерода в погребенном торфе в целом выше, чем в подстилочных и гумусовых горизонтах.

В иллювиальном горизонте содержание N – 0,30-0,89% среднее значение – 0,54%, содержание С – 2,19-5,64%, среднее значение 3,73%, значение C/N в диапазоне 5,85-11,34, среднее значение 8,48. Включения угля и древесины пирогенного происхождения, обнаруженные в иллювиальном горизонте, характеризуются высоким содержанием углерода 55,61% и средним для разрезов литальза содержанием азота 0,6%. Почвообразующая порода на участке с литальза представлена озерно-аллювиальными отложениями, в основном суглинками средними пылеватыми с агрегированно-скелетной микроструктурой, глинистость суглинка составляет 20-30%^[20]. Содержание азота примерно такое же, как и в иллювиальном или в подстилочном горизонтах N – 0,31-1,60% среднее значение – 0,54%, содержание углерода также не сильно отличается от перекрывающих горизонтов. С – 1.3-9.06%, среднее значение 3.77%, значение C/N в диапазоне 4,30-11,15, среднее значение 8,36^[21].

Литальза у пос. Преображенка. Геохимическая характеристика литальза близ оз.Арахлей близка к характеристике литальза в долине р.Сенца по содержанию азота, содержание углерода в подстилочном горизонте значительно выше. В слое оторфованной супеси с корнями содержание азота (N) − 0,47-2,01% среднее значение − 1,26%, содержание углерода (С) – 2,27-21,60%, среднее значение 11,43%, отношение C/N в диапазоне 4,8-10,8, среднее значение 8,3. Отметим, что содержание и азота, и углерода в 1.2 метровом бугре заметно снижено по сравнению с более высоким 2,5 метровым литальза, среднее значение С/N для 2.5 метрового литальза 10.0, а для 1.2 метрового бугра – 6.03 (табл. 2).

Таблица 2. Соотношение углерода к азоту в разрезе литальза близ оз.Арахлей

Пальза у пос. Елецкая В поверхностном слое пальза 18El−VC, расположенного на периферии осушенной озерной котловины значения δ¹³С варьируют в узких пределах от −27,77 до −29,50‰, средняя величина δ¹³С составляет −28,61‰ (табл. 3).

Таблица 3. Содержание углерода, азота изотопный состав углерода в пальза 18El−VC

В торфе максимальному значению δ¹³С −27,77% соответствует локальный минимум содержания азота 2,09% и локальный максимум содержания углерода 52,03%, а также максимальному значению C/N, составляющему 31,12, возможно торф из этого интервала соответствует мезотельму – граничному слою между акротельмом и катотельмом, поскольку ниже этого слоя корни современной растительности во время полевого изучения практически не встречались. На этом уровне прослеживается абсолютный пик значений отношения C/N 31,12. Величина содержания азота находится в интервале 1,777-4,475%, среднее значение - 3,309%. Содержание углерода составляет 29,48-55,36%, среднее значение содержания углерода – 48,43%, при этом минимальное значение приходится на граничный с подстилающим суглинком слой торфа. Переход от талого торфа к мерзлому на глубине 0.4 м не отмечен изменениями изученных показателей. В суглинке, подстилающем торф, содержание углерода и азота снижено, показатель C/N близок к единице. Степень разложения торфа на изотопном составе торфа и на содержании азота и углерода не отразилась.

Анализ полученных радиоуглеродных датировок пальза массива у пос.Елецкая показывает, что торфонакопление в отдельных локациях началось в самом начале голоцена, около 11 тыс. кал. лет назад, а около 9-8 тыс. кал. лет назад аккумуляция торфа происходила, скорее всего, уже на всей площади данного массива, судя по тому, что придонный торф во всех буграх имеет возраст 9,1-8,2 тыс. кал. лет назад.

Дискуссия

История изучения литальза и пальза в России

Российские исследователи еще в начале прошлого века выделили минеральные бугры пучения, Ряд исследователей – Н.И.Прохоров, О.И.Кузенева, А.Н.Левицкий, В.С.Доктуровский и Н.В.Квашнин-Самарин ^{[3, стр. 73]}, наблюдавшие бугры пучения в Верхнезейской котловине, в западной части Амурской области и в бассейне р.Мамына, считали, что образование бугров обусловлено способностям плывуна под влиянием газов или при его движении по неровной поверхности многолетнемёрзлых пород, поднимать, вспучивать и даже прорывать верхние почвенные горизонты. С.Л.Кушев^[4] летом и осенью 1933 г. исследовал бугристые мари с торфяными и минеральными буграми пучения в южной части Верхнезейской котловины, в Огоронской котловине и в долине верхнего течения р.Деп. Сведения о буграх пучения на многолетнемёрзлых марях по сообщению С.Л.Кушева приводятся В.В.Стратоновичем для правобережья р.Зеи между pp.Бомнаком и Током, П.Риппасом – для долины р.Деп, В.С.Доктуровским – для долины р.Норы (им даже составлена ботаническая карта, на которой показаны районы наибольшего распространения бугристых марей), Крюковым – для Селемджино-Уньминского района. С.Л.Кушев^[4] указал, что распространение бугров пучения на болотных марях весьма обширно: из долины р.Уньмы, левого притока р.Селемджи, бугристые мари распространяются вверх по р.Селемдже, заходят в долину левого ее притока р.Быссы, переходят в бассейн pp. Норы и Мамына, правых притоков р.Селемджи, затем в бассейны среднего и верхнего течения р.Деп и его левых притоков, главным образом Нинни и Тунгалы, и правого – В. Джугдагин. К северу от хребтов Тукурингры и Джагды бугристые мари широко распространены в Верхнезейской котловине и далее на запад – в бассейнах pp.Врянты, Унахи, Иликана, Верхнего Гилюя и Тынды. Еще далее на запад, в пределах Забайкалья, бугристые мари прослеживаются примерно до р.Нерчи^[4]. Типичные бугристые мари развиты на плоских заболоченных вершинах увалов южной части Верхнезейской котловины. Многочисленные бугры пучения самой разнообразной формы, то в виде правильно округлых овалов, то разветвленных в разные стороны повышений, имеют различные размеры в длину и ширину (от метра и более), достигая высоты 0,5-1,0 м. Местами, на склонах некоторых бугров, встречаются заплывшие трещины (до 2-5 см шириной), проходящие извилисто и более или менее параллельно линии подошвы бугров. На вершинах и склонах бугров встречаются лиственница, реже – сосна и береза, нижние части некоторых стволов приобрели дугообразную форму, деревья наклонены в разные стороны под различными углами («пьяный лес»). Основание бугристых марей и сами бугры сложены иловато-пылеватыми, тяжелыми, средними и легкими суглинками. Понижения между буграми заполнены переувлажненным темным торфяно-илистым материалом, мощностью до 0,8-1,2 м^[4]. Кровля многолетнемёрзлых пород имеет волнистое залегание, обратное поверхности микрорельефа бугристого болота. Мерзлые породы под буграми залегают на глубине 1,8-2,5 м, между буграми, в понижениях – на 0,80-1,20 м, причем под буграми кровля многолетнемёрзлых пород в большинстве случаев ниже на 15-50, иногда на 75 см, чем под понижениями. С.Л.Кушев^[4] привёл схему формирования выпуклого бугра пучения – бугра-могильника. Первично, по его мнению, небольшие бугры образуются в процессе зимнего промерзания изолированных друг от друга увлажненных линз грунта, в которых, развиваются значительные гидростатические напряжения. Бугристая марь исследована А.Н.Толстовым^[5] в южной части криолитозоны (в 60-80 км к северо-востоку от ее южной границы), в районе среднего течения реки Буреи, на местном водоразделе, расположенном в 5 км к востоку от нее. Вся водораздельная часть покрыта бугристой марью с редким лиственничным лесом и с густой кустарниковой растительностью (брусника, болиголов, голубица, ерник). Между буграми развит плотный моховой покров (сфагнум), причем в некоторых западинах он насыщен водой, в других отмечено свободное зеркало воды. При вскрытии бугров траншеями установлено наличие многолетнемёрзлых пород на глубине 1,8 м. Кроме того, большое количество выработок (зондировочных скважин и шурфов), произведенных в 1942-1943 гг., подтвердило наличие здесь многолетнемёрзлых толщ мощностью 20-45 м. Выпуклые бугры на исследованном участке имели вид холмов с плоскими вершинами, диаметром от 1,5 до 4 м и высотою от 0,2 до 0,8 м и даже до 1,2 м (превышение над западиной), их чаще называют буграми-могильниками. Вершины бугров в большинстве случаев были сухие с выступающими на поверхность минеральными грунтами. Влажность за время наблюдений на глубине 0,5 м колебалась от 27% (северный край бугра) до 48% (центр бугра) и на глубине 1 м – от 16 % (северный край бугра) до 44% (центр бугра). Самые низкие температуры в центре бугра на глубине 2,5 м составили –0,5°, а в западине, на той же глубине –0,75°С^[5]. Мощность шлиров льда в разрезах бугров достигала 2-2,5 см, причём наиболее льдистыми были грунты близ подошвы сезонно-талого слоя. На основании полученных материалов А.Н.Толстов^[5] заключил, что процесс образования бугров-могильников в естественных условиях протекает весьма медленно – в течение многих десятков лет. На это указывают 120-150-летние саблевидно-искривленные лиственницы, растущие на буграх. Бугристая марь приурочена к участкам поверхностей, сложенных глинистыми и суглинистыми грунтами, с уклонами менее 0,02, так как при наличии таких уклонов не обеспечивается достаточно быстрый сток атмосферных осадков и вода проникает в грунт. Бугры-могильники на исследованном участке бугристой мари имели вид бугров с плоскими вершинами диаметром от 1,5 до 4,0 м и высотой от 0,2 до 1,2 м (превышение над минеральным дном западины). Мощность деятельного слоя на бугристой мари колебалась под западинами в пределах от 0,75 до 1,25 м и под буграми в пределах от 1,6-до 2 м. Минеральный грунт, слагающий собственно тело бугра, является более сухим по отношению к грунтам периферийных частей его (т.е. залегающим в западинах). Торф наибольшей мощности был зафиксирован под южными западинами с языками, вытянутыми под буграми. А.Н.Толстов^[5] высказал предположение о том, что бугры-могильники образуются за счет пучения грунтов и гидростатического напряжения.

Углерод и азот в пальза и литальза

Согласно обобщению результатов определения содержания углерода в органическом веществе в 268 торфяных кернах из 215 участков, расположенных к северу от 45 градуса с.ш.^[22]: в торфе, образованном сфагновым мхом содержание углерода в среднем составляет 42 ±3% (стандартное отклонение) для торфа, в котором сфагновые мхи отсутствуют - 51 ± 2%, в среднем для торфа северных торфяников содержание углерода в органическом веществе составляет 49 ± 2%. Содержание азота наименьшее у сфагнового торфа (0,7±0,3%) и наибольшее у травянистых сосудистых растений (1,7±0,6%), среднее значение оценивается в 1,2 ± 0,7%. Исходя из этих цифр можно также оценить среднее значение отношение углерода к азоту (C/N) в бореальных торфяниках величиной 45.3. Геохимическая характеристика массивов литальза (см. табл. 1, 2) и пальза (см. табл. 3, 4) несколько отличается.

Сопоставление содержания азота и углерода в почвенном покрове литальза и торфяном покрове пальза демонстрирует как общие черты так и различия. Содержание азота в поверхностных слоях литальза (0,45-1,73% в долине р.Сенца и 0,47-2,01% у оз.Арахлей) находится примерно в том же диапазоне, что и в поверхностных горизонтах пальза независимо от региона криолитозоны. Например, в районе Игарки содержание азота в торфяном покрове пальза составляет (0,37-3,26%)^[23,24], в Большеземельской тундре близ пос. Сейда содержание азота в торфяном покрове пальза 1,2–2,9%^[25]; а в провинции Квебек в торфе на поверхности пальза среднее содержание азота 1,8%^[26]. В торфе плоскобугристого болота в северной тайге Западной Сибири содержание азота также в среднем составляет 0,67%^[27]. В пальза массивах на севере Швеции содержание азота составляет 0,7-3,7%^[28]. Очевидно, что содержание азота в поверхностных горизонтах почв и торфяников в зоне развития многолетнемерзлых пород находится в довольно узком диапазоне. Но в отличие от литальза содержание углерода в поверхностных горизонтах пальза и плоскобугристых и полигональных торфяников многократно превышает полученные нами значения как для поверхностных, так и для погребенных органических горизонтов почвенного покрова литальза (табл. 4.)

Таблица 4. Содержание углерода, азота значение Cа/Nа в пальза –массивах Северного полушария

Почвы криогенных ландшафтов литальза в долине р. Сенца характеризуются довольно высокой вариабельностью показателя C/N от 4,3 в почвообразующей породе до 13,4 в погребенном торфяном горизонте. Максимальное значение C/N =101,20 установлено образце иллювиального горизонта BHF, что обусловлено присутствием в данном слое большого количества пирогенных включений угля и древесины (С – 55,6%, N – 0,64%). Специфический химический состав данных включений (высокое содержание углерода и пониженное азота) обусловлен их термической трансформацией органики. Анализ распределения C/N в генетических горизонтах исследованных почв показал, что наиболее высокие средние значения данной величины наблюдаются прослоях и линзах погребенного торфа (среднее значение 10,58, при диапазоне значений 7,8-13,4). Самые высокие значения содержания углерода и азота, были отмечены у подножий литальза в подстилочном и в иллювиальном горизонте литальза на высокой пойме, минимальные в разрезе ложбины на вершине литальза и в иллювиальном горизонте почвенного профиля на высокой террасе. Содержание азота и углерода практически не изменяется при переходе из иллювиального горизонта к материнской породе, т.е. преобразования органического вещества в иллювиальном горизонте не происходило. Средняя величина C/N в органических и органо-минеральных горизонтах составляет 9,33, диапазон значений совпадает с погребенными торфяными слоями (6,2-12,9). Это позволяет говорить о довольно быстрой криогенной консервации погребенного слоя торфа при формировании литальза, что скорее всего связано с подтоплением. Минимальные значения C/N установлены для иллювиального горизонта почв и почвообразующей породы (8,48 и 8,36). Снижение значений С/N в этих горизонтах обусловлено некоторым ростом содержания минеральных форм азота в результате их выноса из верхних горизонтов почв. Оценивая распределение содержание углерода и азота, а также их отношение в подстилочных и торфяных горизонтах литальза, относительно их радиоуглеродного возраста отметим, что чем выше среднее значение С/N в этих горизонтах, тем старше литальза, за счет снижения содержания азота, который вероятно перерабатывается почвенными микроорганизмами. Для литальза, находящегося в зоне выпаса такой закономерности не отмечается поскольку этот литальза находится в зоне выпаса и поступление органического вещества на поверхность литальза С обусловлено в первую очередь присутствием животных.

Хотя пальза –торфяники, являющиеся природным резервуаром углерода, играют важную роль в процессах глобального круговорота углерода, не смотря на огромные запасы углерода, бедны питательными веществами и имеют более высокое соотношение углерода к азоту (C:N), чем торфяники низких широт, поскольку углерод в экосистеме накапливается, в то время как азот циркулирует и используется и микроорганизмами и растительностью^[30,33,34].

Содержание азота в поверхностных слоях литальза (0,45-1,73%) находится примерно в том же диапазоне, что и в поверхностных горизонтах пальза независимо от региона криолитозоны. Например, в районе Игарки (67°31ʹN, 86°38ʹE) ^[23,24] (Prokushkin et al., 2022, Novenko et al., 2022) содержание азота в торфяном покрове пальза составляет (0,37-3,26%), в Большеземельской тундре (67°00– 67°20 N, 61°40–63°00Е)^[25] содержание азота в торфяном покрове пальза 1,2–2,9%; а в провинции Квебек в торфе на поверхности пальза (55◦170 N, 77◦470 W)^[26] среднее содержание азота 1,8%. В торфе плоскобугристого болота в северной тайге Западной Сибири (63°47′50′′N; 75°̍33′22′′E) содержание азота также в среднем составляет 0,67%^[27], в торфяном покрове полигонального болота содержание азота находится в интервале 0,9-2,2%^[35]. Очевидно, что содержание азота в поверхностных горизонтах почв в зоне развития многолетнемерзлых пород находится в довольно узком диапазоне. Но в отличие от литальза содержание углерода в поверхностных горизонтах пальза и плоскобугристых и полигональных торфяников многократно превышает полученные нами значения как для поверхностных, так и для погребенных органических горизонтов почвенного покрова литальза. Почвы криогенных ландшафтов литальза в долине р. Сенца характеризуются довольно высокой вариабельностью показателя C/N от 4,3 в почвообразующей породе до 13,4 в погребенном торфяном горизонте. Максимальное значение C/N = 101.20 установлено образце иллювиального горизонта BHF, что обусловлено присутствием в данном слое большого количества пирогенных включений угля и древесины (С – 55,6%, N – 0,64%). Специфический химический состав данных включений (высокое содержание углерода и пониженное азота) обусловлен их термической трансформацией органики. Анализ распределения C/N в генетических горизонтах исследованных почв показал, что наиболее высокие средние значения данной величины наблюдаются прослоях и линзах погребенного торфа (среднее значение 10,58, при диапазоне значений 7,8-13,4). Самые высокие значения содержания углерода и азота, за исключением образца пирогенного материала, были отмечены у подножий литальза в подстилочном и в иллювиальном горизонте литальза на высокой пойме, минимальные в разрезе ложбины на вершине литальза А и в иллювиальном горизонте почвенного профиля на высокой террасе. Содержание азота и углерода практически не изменяется при переходе из иллювиального горизонта к материнской породе, т.е. преобразования органического вещества в иллювиальном горизонте не происходило. Средняя величина C/N в органических и органо-минеральных горизонтах составляет 9,33, диапазон значений совпадает с погребенными торфяными слоями (6,2-12,9). Это позволяет говорить о довольно быстрой криогенной консервации погребенного слоя торфа при формировании литальза, что скорее всего связано с подтоплением. Минимальные отношения углерода и азота установлены для иллювиального горизонта почв и почвообразующей породы (8,48 и 8,36). Снижение отношения С/N в этих горизонтах обусловлено некоторым ростом содержания минеральных форм азота в результате их выноса из верхних горизонтов почв. Оценивая распределение содержание углерода и азота, а также их отношение в подстилочных и торфяных горизонтах литальза А, В, D, относительно их радиоуглеродного возраста отметим, что чем выше среднее значение С/N в этих горизонтах, тем старше литальза, за счет снижения содержания азота, который вероятно перерабатывается почвенными микроорганизмами. Для литальза С такой закономерности не отмечается поскольку этот литальза находится в зоне выпаса и поступление органического вещества на поверхность литальза С обусловлено в первую очередь присутствием животных.

Сопоставляя значения С/N для пальза и литальза отметим, что для пальза эта величина не опускается ниже 13-14, такие значения встречены только в пальза массивах Швеции^[28] и Енисейской Сибири^[23], а в основном выше 20, в то время как этот показатель для литальза никогда не превышает 10-12. Исключение составляют только пирогенные горизонты.

Выводы

1. Пальза и литальза являются самыми распространенными формами пучинного криогенного рельефа, обычно они содержат большое количество сегрегационного льда.

2. Основное различие их состоит в том, что пальза состоит из торфяно-минерального ядра и перекрыто торфом, а литальза в основном состоит из минерального ядра, почти лишенного торфа, и на поверхность, как правило выходят минеральные породы.

3. Соотношение углерода к азоту в разрезах литальза не превышает 10-12, тогда как в разрезах пальза это соотношение не менее 14, а обычно составляет 30-40 и иногда превышает 100.