Почвы г.Москвы

Геологическое строение и  почвы Москвы

Каздым А.А., Прокофьева Т.В.

Москва расположена в  пределах Восточно-Европейской платформы -  стабильном, жестком участке земной коры, который имеет  двухэтажное строение:  нижний  этаж - сильно  измененные (метаморфизованные), разбитые  разломами  и  трещинами,  гнейсы, гранитогнейсы и кристаллические сланцы архея (возраст около 3 млрд. лет) и протерозоя (около 1 млрд. лет). Он называется  кристаллическим  фундаментом  и залегает на глубине около 1600 метров. Кроме того в районе Москвы  фундамент образует глубокий провал (до 2000 метров) -московский   грабен.

Земная  кора  в пределах  Москвы  многократно  испытывала  опускания  и  поднятия,  и  море  то  наступало,  то  отступало  вновь,  образуя  различные   осадки -  глины, известняки, доломиты, пески и песчаники. На территории, где в настоящее время располагается Москва, море было в  девонском  периоде, или в  девоне (400 - 345 млн. лет назад), в следующим за девоном периодом - каменноугольном,  или  карбоне (345 - 280  млн. лет назад).  Отложения девонского периода находятся на большой глубине (несколько сот метров) и вскрыты скважинами. Отложения карбона в отдельных местах выходят на поверхность. Это  в  основном глины, известняки и доломиты, которые широко использовались    древнерусскими зодчими  для  строительства стен московского Кремля  и  храмов. Для Москвы характерны отложения так называемого московского  яруса  среднего карбона, с которыми связаны многочисленные подмосковные древние каменоломни (Съяново, Никитские и др.). На поверхность известняки выходят по долинам Москва - реки в районе сел Верхнее и Нижнее Мячково, по долине реки Пахры около Подольска, реки Рожаи.

Следующие  периоды  пермский  (280 - 235  млн. лет )  и  триасовый (235 -185  млн. лет)  не  оставили   следов  каких-либо  осадков - в  это  время на территории Москвы  была суша. Вновь наступление моря началось в юрском периоде (185 - 132  млн.  лет). Для Москвы характерны отложения верхней юры - пески, темно-серые и черные глины с большим количеством аммонитов - моллюсков со спирально  загнутой раковиной, белемнитов - головоногих моллюсков (предков современных кальмаров). Мощность отложений юрского периода - около 80 метров. Их можно видеть в обрывах оврагов в Кунцево  и в Коломенском.

Отложения следующего, мелового периода (132  -66 млн. лет назад), белые  кварцевые пески и песчаники, можно наблюдать в районе Воробьевых гор и в Коломенском. Что интересно, в песках мелового периода практически полностью отсутствуют ископаемые остатки, и эти толщи называют “геологически немыми”.

От следующих геологических  периодов - палеогена (66 - 25 млн. лет) и  неогена (25 - 1.8 млн. лет) осадков не сохранилось, они были полностью размыты во время последнего периода в истории Земли - четвертичного или плейстоцена, который часто называют ледниковым периодом. Для этой геологической эпохи характерно образование, развитие, наступление и таяние ледников, которые двигались со стороны Скандинавии, Кольского полуострова, Полярного Урала и островов Северного Ледовитого океана. Практически все геологические отложения которые мы видим на территории Москвы - моренные суглинки, пески различного происхождения (водно-ледниковые, озерные, речные), огромные валуны - все это свидетельство мощного воздействия ледника. В настоящее время на территории Москвы можно  выделить  следы трех оледенений (насчитывается  же их гораздо больше - разные исследователи выделяют от 5 до нескольких десятков  периодов наступлений и отступлений льда) - окское (около 1 млн. лет назад),  днепровское (около 300 тыс. лет назад), московское (примерно 150 тыс. лет назад). Валдайский  ледник (10 тыс. лет назад) до Москвы не дошел, и для отложения этого периода характерны водно-ледниковые (флювио-гляциальные) отложения - в основном  пески  Мещерской низменности (юго-восток Москвы). Мощность ледников достигала 3 - 4 км и можно себе представить какую колоссальную работу он совершал! Некоторые возвышенности и холмы на территории Москвы и Московской области - это мощные (до 100 метров) отложения, которые принес ледник. Наиболее известны, например Клинско-Дмитровская моренная гряда, отдельные  возвышенности на территории Москвы (Воробьевы горы, Теплостанская возвышенность). Огромные валуны, весом до нескольких тонн (например Девичий камень в Коломенском) тоже результат работы  ледника.

Именно на ледниковых отложениях (песках, глинах, суглинках) и формировались  почвы нынешней территории Москвы. Территория г.Москвы согласно почвенно-геграфическому районированию относится к Среднерусской провинции дерново-подзолистых среднегумусированных почв подзоны дерново-подзолистых почв южной тайги бореального пояса. Долгое время ученые-почвоведы не считали нужным изучать почвы городов, считая что они слишком обезображены человеком, но когда на первый план вышли экологические проблемы городского хозяйства и потребовалось обеспечить стабильность функционирования городских экосистем возник вопрос:”Что же происходит с базисом любой экосистемы -почвой в городе? Какая она городская почва?”

Оказалось, что почва старой части города совсем непохожа на то, что мы видим у себя на дачном участке в Подмосковье. Основным отличием городских почв от почв характерных для данной природной зоны является наличие почвенного горизонта “урбик” (от латинских слов urbus, urbanus — город). Это поверхностный насыпной, перемешанный горизонт, часть культурного слоя с примесью урбоантропогенных включений (строительно-бытового мусора, промышленных отходов). Его верхняя часть более или менее прогумусирована в зависимости от функциональной принадлежности территории (промзона, селитебная зона, парки и скверы) и возраста. К отличительным характеристикам такого антропогенно созданного горизонта относятся: повышенное содержание фосфора и других питательных элементов, присутствие большого количества карбонатов, местами признаки засоления, высокое содержание микроэлементов, иначе называемых тяжелые металлы, повышенная уплотненность. В горизонт урбик вошел также материал природных почв.

Состав, скорость и свойства почвенно-геохимических процессов, происходящих в городских ландшафтах, отличаются от процессов в естественных условиях. В природных ландшафтах эволюция и развитие процессов протекает  медленно и постепенно, и почва  успевает к ним приспособиться, перестроиться  и сформировать облик соответствующий  природной среде. Городские системы  принципиально отличаются от природных  тем, что они подвергаются катастрофическим воздействиям с высокой степенью интенсивности процессов, что часто  приводит к гибели самой системы  и образованию новой, а соответственно и формированию нового почвенного покрова. Таким образом, основной формой существования  городских почв являются постоянные нарушения, перемешивание, срезание, омоложение почвенного профиля и привнесение  в него инородного материала.

Кроме того, на территории Москвы, как и любого  города, можно увидеть  специфическое образование, характерное для мест поселений человека - культурный слой.

Если посмотреть на археологический  раскоп или строительный котлован, расположенный в центральной  части Москвы, то под слоем современного асфальта,  можно увидеть темный, часто почти черный грунт. В нем видны остатки дерева, обломки кирпича или строительного камня, иногда кости, обломки посуды. Культурный слой является литогенно-почвенным образованием, отличным от естественных почв и горных пород. Главное и основное его отличие - это присутствие так называемых артефактов, т.е. различных антропогенных  включений, остатков человеческого воздействия на почву  или горную породу.  Это могут быть и отдельные  предметы и сооружения (фундаменты, очаги, печи, погреба), могут быть и какие-то бытовые предметы, как целые, так и их обломки (посуда, предметы быта), кости животных, отпечатки, и многое другое. Культурный слой, таким образом, является особым природно-историческим телом и несет в себе важную информацию. В настоящее время изучение культурных слоев ведется не только историками и археологами, но почвоведами, палеогеографами, геологами, микробиологами. 

Культурный слой возникают  с первых лет существования поселения  или города, и в зависимости  от силы и длительности антропогенного воздействия могут достигать  мощности от нескольких сантиметров  до десятков, а иногда сотни метров, а по площади охватывать десятки  квадратных километров. Именно культурные слои являются главными источником как  археологических и исторических находок, так и источником информации о древних почвах, климате и  географической обстановке в древности.

Для Москвы мощность культурного  слое может колебаться от нескольких десятков сантиметров (на окраинах города) до  почти 20 метров (в центре).  Какие же особенности можно обнаружить в культурных слоях Москвы, если проводить комплексные археологические, почвенные, географические, геологические, геохимические, инженер-геологические исследования? Формирование культурного слоя происходило как почвах, так и на рыхлых горных породах - морене и песках. Наличие слоистости и нахождение в культурном слое  слаборазвитых почв, свидетельствует о перерывах в формировании. В отдельных местах слои могут состоять целиком из углей - это свидетельство многочисленных пожаров.  Могут встречаться и засыпанные овраги, ямы, русла речек и ручьев, болота и пруды.  Высокое содержание отдельных металлов - меди, свинца, мышьяка, говорит о развитии ремесел, а также о том, что человек и в те времена не очень-то заботился об окружающей среде, и многие отходы токсичных производств, таких например как ювелирного или плавильного, попадали в землю, и  накапливались из года в год.  Для инженер-геологов и строителей очень важно знать различные физические характеристики культурного слоя - плотность, влажность, следует ли их улучшать, возможно ли на них строительство. Почвоведы по остаткам почвенных горизонтов могут судить о том, какая была почва, как она трансформировалась под воздействием человека, происходят ли современные процессы почвообразования. Изучая остатки погребенных почв в культурном слое можно сделать вывод и климате прошлого. Для геолога и минералога интересны минеральные составляющие - унаследованные, привнесенные человеком (антропогенные) и новообразованные компоненты. Унаследованный и привнесенный минеральные компоненты (горные породы), их соотношение, могут нести информацию о том, какие горные породы использовались для строительства, в бытовых целях.  А новообразование минералы часто могут служить индикаторами превышения того или иного химического элемента, специфических геохимических условий, как древних, так и современных, гидрологических  условий (уровень грунтовых вод, подтопление). Иногда новообразованные (аутигенные) минералы  совершенно несвойственны  почвенным или литологическим образованиям, характерным для данного района. Но в первую очередь культурный слой Москвы, свидетельствует о развитии Москвы, о занятиях ее жителей, о природных или  антропогенные катаклизмах, которые происходили за время существования города.  Таким образом культурный слой Москвы, его комплексное изучение археологами, географами, почвоведами, геологами,  дает возможность заглянуть в прошлое,  восстановить природную обстановку, исследовать не только историческое, но географическое  развитие территории и  сделать выводы о воздействии человека  на ландшафт.

Урбанизация и производственная деятельность человека в Москве становятся преобладающими над естественными  факторами почвообразования, формируя в новых экологических условиях специфические группы почв и сложный  почвенный покров. Этот процесс усугубляется также значительно расчлененным рельефом территории г. Москвы, создающим  различия в условиях дренированное и характере увлажнения отдельных районов города. Сложность почвенного покрова обусловливается и различием в возрасте территорий - от древнего центра города с формированием почв на мощном культурном слое до новых районов жилого строительства, где почвообразование развивается на свежих насыпных или перемешанных грунтах. Контрастность и неоднородность почвенного покрова обусловлены также и сложной историей развития города, перемешанностью погребенных разновозрастных исторических почв и культурных слоев.

Одними из наиболее характерных  особенностей структуры почвенного покрова города, в отличие от почвенного покрова окрестностей Москвы, являются:

мозаичность, горизонтальная и вертикальная неоднородность почвенного покрова как результат локальных  антропогенных воздействий в  процессе формирования города;

фрагментарность распространения  почвенного покрова, его прерывистость (дискретность); в г. Москве, как и в любом крупном городе, наблюдается пространственная смена почв, почвоподобных тел и грунтов фундаментами зданий, коммуникациями, карьерами и запечатанными почвами под дорогами и асфальтово-бетонными покрытиями;

искусственные границы между  почвенными контурами и геометрическая прямоугольная форма почвенных  контуров; границы контуров в большой  степени определяются расположением  дорог и зданий.

В Москве естественный почвенный  покров на большей части города уничтожен. Дерново-подзолистые почвы сохранились лишь островками в городских лесах (Лосиный остров, Фили-Кунцево и т.д.). В парках и лесопарках сохранились болотные и подзолисто-болотные почвы, аллювиальные пойменные почвы разной степени нарушенное. Измененные варианты перечисленных почв (урбо-почвы) сочетают ненарушенную среднюю и нижнюю части профиля и антропогенно-нарушенные верхние слои. Почвы различаются по характеру формирования (насыпные, перемешанные), по гумусированности и оглеенности, по степени нарушенное профиля, по количеству и составу включений (бетон, стекло, токсичные отходы и т.д.) и другим показателям.

Для большинства городских  почв (урбаноземов) характерно отсутствие генетических почвенных горизонтов; в профилях почв сочетаются различные по окраске и мощности слои искусственного происхождения, о чем свидетельствуют резкие переходы между ними. В условиях большого города степень открытости территории зависит не только от степени урбанизации, то есть от возраста и интенсивности городского строительства, но и от способа землепользования. Процесс запечатывания становится одним из факторов, еще более осложняющих структуру почвенного покрова в городе. Площади открытых незапечатанных участков сильно различаются в разных районах города - от 3-5% в центре до 70-80% на его окраинах - и в зависимости от типа хозяйственного использования. Наименьшие площади открытой поверхности приходятся на промышленные зоны (80-90% площади запечатано). Земли природного комплекса и сельскохозяйственной зоны запечатаны на 10-20%. Промежуточное положение занимают земли под жилой застройкой, которые, в свою очередь, могут различаться по степени запечатанности от 20 до 75%.

При составлении карты  была применена современная классификация  городских почв и национальная классификация  природных почв. На карте цветом изображены четыре крупные почвенные  группы: почвенный покров холмистого полого-увалистого водораздела; почвенный  покров древней плоской водно-ледниковой равнины; почвенный покров надпойменных склоновых террас р. Москвы и почвенный  покров поймы р. Москвы и ее притоков.

Кроме того, на карте в  каждой из четырех групп контурами  показаны модификации почвенного покрова  в зависимости от функционального  использования городской территории. Например, различия в почвенном покрове  холмистого полого-увалистого водораздела, который формируется на моренных и покровных суглинках, частично перекрытых опесчаненным культурным слоем. В жилой зоне распространены урбаноземы гумусированные, слабо- и среднемощные, а также до 30-40% ее площади заняты запечатанными почвами (экраноземы). В промышленных зонах почвы представлены химически загрязненными индустриземами на насыпных и привозных грунтах, частично сохраняются урбаноземы, в понижениях распространены торфяно-болотные почвы, значительные площади заняты запечатанными почвами. Мелкими участками фрагментированы интруземы (вокруг некоторых АЗС), в районах новостроек - почвоподобные тела (реплантоземы). Наиболее сохраненный почвенный покров представлен в городских лесах и лесопарках, где распространены дерново-подзолистые и дерново-урбоподзолистые почвы на моренном и покровном суглинках, а в понижениях - торфяно-болотные и дерново-подзолистые оглеенные и глеевые почвы.

I. Почвенный покров (ПП) холмистого полого-увалистого водораздела формируется на моренных и покровных суглинках, частично перекрытых опесчаненным культурным слоем, и занимает около 24% территории города. Данный ПП распространен в южной, юго-западной и частично в северной частях города.

 В жилой зоне  распространены урбаноземы слабо- и средне- гумусированные и слабо- среднемощные. В центральной части города урбаноземы формируются на культурном слое, большие площади заняты запечатанными почвами - экраноземами.

В промышленной зоне почвы представлены химически загрязненными индустриземами на насыпных и привозных грунтах, частично сохраняются урбаноземы, в понижениях распространены торфяно-болотные почвы. Мелкими участками фрагментированы интруземы (вокруг некоторых АЗС), в районах новостроек - реплантоземы.

[3] Наиболее сохранившийся  почвенный покров представлен  в городских лесах и лесопарках (5%), где распространены дерново-подзолистые  и дерново-урбоподзолистые почвы на моренном и покровном суглинках, а в понижениях - торфяно-болотные и дерново-подзолистые оглеенные и глеевые почвы.