Зеркало ландшафта

Известно, что в атмосфере содержится три сотых процента углекислого газа, который постоянно потребляется растениями. В верхних слоях атмосферы под влиянием космических лучей идут ядерные реакции, и из азота образуется изотоп углерода С14. Углерод окисляется до С14O2. Таким образом, атмосферный углекислый газ всегда содержит определенный процент изотопа углерода. Растение поглощает радиоактивный изотоп вместе с углекислым газом, строит из него свое тело, а отмирая, привносит его в почву, где С14 входит в состав гумуса, как и обычный С12. Но, как и любой радиоактивный элемент, изотоп углерода распадается и постепенно снова превращается в азот. Остается один С12. И вот по количеству радиоактивного изотопа углерода в органическом соединении можно установить его возраст — сколько времени прошло с тех пор, как углерод этого соединения покинул атмосферу. Метод этот кажется очень простым и многообещающим, особенно при установлении возраста почвенного гумуса. По этому пути пошли многие исследователи и получили интересные и неожиданные результаты.

Основное количество гумуса содержится в верхних слоях почвы. Гумус состоит из разных групп соединений: гуминовых кислот, фульвокислот, гумина. Оказалось, что разные группы этих веществ имеют разный возраст. Например, гуминовые кислоты черноземов (слой в десять сантиметров) образовались шестьсот шестьдесят — тысяча шестьсот восемьдесят лет, гумин — тысячу сто десять — две тысячи сто двадцать лет назад. Это для курских, воронежских, тамбовских черноземов. Возраст же гумуса австралийских тропических почв (красноземов) — сто один — шестьсот лет в поверхностном слое, пятьсот семьдесят — тысяча лет — на глубине тридцати — пятидесяти сантиметров и четыре тысячи — в более глубоких слоях почвы. Растет с глубиной возраст гумуса и у черноземов. В наших черноземах на глубине десяти — двадцати сантиметров возраст гумуса — тысяча двадцать лет, на глубине пятидесяти — шестидесяти сантиметров — две тысячи шестьсот восемьдесят лет, на глубине ста десяти — ста двадцати сантиметров — четыре тысячи семьсот двадцать лет, а на глубине двухсот сорока — двухсот пятидесяти сантиметров — даже двенадцать тысяч четыреста семьдесят лет.

Это различие можно объяснить тем, что верхний слой почвы постоянно сносится (эрозия) или что в него приносится пыль, и в этом случае гумусонакопление идет заново. Пыль веков, попадая в почву, омолаживает ее. Этим можно объяснить более юный возраст гумусового горизонта.

Есть еще одно обстоятельство, влияющее на изменение действительного возраста. Обнаружено, что новые порции органического вещества, поступая в почву, «обновляют» старый гумус. Они присоединяются к старым молекулам, замещают в них целые «блоки». И таким образом гумус по содержанию С14 как бы молодеет.

Но существует и противоположный процесс. Гумус может казаться старше, чем на самом деле. Представьте такую картину: гумус разрушается после какого-то длительного этапа «хранения» в почве, в воздух выделяется углекислый газ, который по сравнению с атмосферным беднее радиоактивным изотопом углерода. Выделившийся углекислый газ сразу перехватывается и ассимилируется растениями, он не успевает обогатиться радиоактивным углеродом, не успевает равномерно перемешаться с атмосферным углекислым газом. Содержание изотопа в растениях будет меньше нормы. Тем более меньше нормы оно будет в новом гумусе, образовавшемся из этих растений. Получится (по определению на приборах), что гумус старше, чем в действительности. Так, например, на Камчатке в ряде мест растения усваивают углекислый газ, выделяющийся из земной коры. Поэтому возраст растительных остатков здесь получается завышенным. Аналогичная ошибка происходит и при определении возраста трав около шоссейных дорог. По радиоуглеродному методу возраст трав здесь иногда измеряется чуть ли не миллионами лет. Но это не возраст трав — фактически это возраст бензина, на котором работают моторы проезжающих но шоссе автомобилей. Выделяющийся при сгорании бензина углекислый газ поглощается придорожными растениями, а так как он беден изотопом углерода, то получается очень большой возраст.

Итак, радиоуглеродный метод позволяет нам с учетом всевозможных ошибок оценить возраст гумусовых горизонтов почвы. Но он мало говорит о возрасте самой почвы. В лучшем случае, даже если все исследования проведены точно, мы узнаем возраст лишь одного горизонта. А их по крайней мере три: гумусовый, переходный, материнская порода. Правда, в некоторых почвах имеются карбонатные образования: лёссовые куколки, журавчики, белоглазка, псевдомицелий и т. д. Эти образования тоже содержат углерод, и к ним иногда можно применить радиоуглеродный метод. Анализ таких карбонатных включений в Новой Зеландии, в так называемых серо-коричневых почвах, показал, что на глубине тридцати — сорока сантиметров карбонаты по С14 имеют возраст две с половиной тысячи лет, на глубине шестидесяти — семидесяти сантиметров — шесть — девять тысяч лет, а на глубине один метр — уже двадцать восемь тысяч лет.