ВведениеВалаамский архипелаг расположен в северо-западной части крупнейшего внутриконтинентального водоема Европы — Ладожского озера, в 40 км от его северного берега. Площадь самого большого острова архипелага — Валаама — около 36 км2. Валаамские скалы поднимаются над водой на высоту до 50 м, а подводная часть острова опускается на глубину до 200 м.Природные условия Валаама — мягкость климата, разнообразие форм рельефа и растительности, широкий спектр почвообразующих пород — обусловили разнообразие естественных почв. Удаленность острова от береговой линии и отсутствие на нем промышленных предприятий способствовали развитию и сохранению на этой территории природного разнообразия. Стремление исследователей объяснить уникальность ландшафтов нашло отражение в некоторых публикациях по геохимическим характеристикам почв Валаама (Морозова, Лазарева, 2002; Панова и др., 2007; Шильцова и др., 2008; Степанова и др., 2016). При этом было установлено, что влияние на почвенный покров локальных источников загрязнения — поселковой свалки, дизельной станции и дорог с автомобильным движением — имеет ограниченный характер (Панова и др., 2002; Степанова и др., 2016).Поскольку почвообразующие породы острова представлены контрастными по составу образованиями, то эта территория является удобным объектом для выявления количественных зависимостей между химическим составом верхнего горизонта почв и пород, на которых они формируются. Выявление таких зависимостей на незагрязненной территории дает возможность получить данные о фоновом содержании химических элементов в почвах и заложить основу для эколого-геохимического мониторинга. Объекты и методы исследованияПочвообразующие породы. По данным ряда авторов (Свириденко, Светов, 2008; Свириденко, 2019), острова Валаамского архипелага являются центром Валаамско-Салминской островной дуги. Коренные породы слагают многочисленные гряды острова; обширные обнажения коренных пород приурочены к северным, западным и южным берегам Валаама. Среди наиболее распространенных пород, слагающих интрузию (Валаамский силл), выделены две разновидности, связанные постепенными переходами: габбро-диабазы и монцониты. Проведенные исследования и сравнение полученных результатов с данными других авторов позволили установить, что все разновидности пород Валаамского силла образовались в результате внутрикамерной дифференциации, «in situ». Возраст габбро-диабазов Валаамского силла составляет 1325 ± 52 млн лет, а возраст монцонитов — 1458 ± 3 млн лет. Габбро-диабазы — породы основного состава, имеющие крупно- и равномерно-зернистую габбро-офитовую структуру. Окраска в свежем сколе — буро-коричневая. Породы сложены преимущественно основным плагиоклазом ряда «лабрадор — андезин» и пироксеном. Из акцессорных минералов отмечены биотит, роговая обманка, оливин, апатит, ильменит, магнетит и титаномагнетит.Монцониты образуют неправильной формы тела, постепенно переходящие в нормальные габбро-диабазы. Они имеют красно-коричневый цвет (интенсивность красного цвета усиливается при выветривании) и несут признаки метасоматического происхождения. Главная особенность этих пород — преобладание калиевого шпата над плагиоклазом и грубозернистое строение. Структура породы — габбро-офитовая с интерстиционными гранофировыми или микропегматитовыми выделениями. В породе присутствует кварц (до 5 об. %), альбит, калиевый полевой шпат, наблюдается калишпатизация плагиоклаза, хлоритизация пироксена и появляются выделения сульфидов. В результате процессов выветривания магматических пород наблюдается их ожелезнение и развитие глинистых минералов между минеральными зернами.Элювий магматических пород представляет собой сильнохрящеватую массу с небольшой примесью частиц < 1 мм. На вершинах гряд элювий образует маломощные покровы на коренных породах и представлен дресвой, щебнем и обломками скальных пород. На террасированных склонах и подножьях гряд формируется элюво-делювий мощностью до 100 см, который по сравнению с элювием содержит большее количество мелкозема, пылеватых и илистых частиц.Осадочные почвообразующие породы располагаются в пониженных элементах рельефа (нижних частях склонов, ложбинах, впадинах между грядами). Наиболее распространены по площади острова озерно-ледниковые ленточные глины и пески. По минеральному составу пески состоят из кварца (50—80 %), калиевого полевого шпата (10—20 %), мусковита (10 %), плагиоклаза, сфена, роговой обманки, эпидота, в тонких фракциях встречаются гидрослюды. Минеральный состав ленточных глин (пылеватой фракции) представлен кварцем (40—50 %), полевым шпатом (5 %), мусковитом (30—40 %). Илистая фракция ленточных глин состоит на 65 % из каолинита и на 25 % из гидрослюды, хлорита (5 %) и монтмориллонита (5 %).Почвы и почвенный покров. В данной статье мы опираемся на собственные исследования почв Валаамского архипелага, а также работы, выполненные ранее другими учеными (Седов и др., 1992; Беркгаут и др., 1993; Матинян, Урусевская, 1999; Морозова, Лазарева, 2002). В соответствии с принятыми ранее классификационными подходами почвы Валаама рассматривались как подбуры и буроземы. Согласно «Классификации и диагностике почв России» (Шишов и др., 2004), почвы, преобладающие на вершинах и в верхней части склонов скальных гряд, — петроземы (слаборазвитые почвы на скальных выходах с мощностью мелкозема на поверхности менее 5 см), а также органоржавоземы. Последние относятся к отделу железисто-метаморфических почв. Диагностическим для них является срединный железисто-метаморфический горизонт (BFM), характеризующийся пленками выветривания на поверхности щебня и минеральных зерен. Оксиды и гидроксиды железа также пропитывают мелкоземистую массу горизонта, способствуя формированию непрочно-комковатой структуры.В нижней части склона органоржавоземы сочетаются с органоржавоземами грубогумусированными. Особенностью последних является наличие под подстилкой (O) маломощного (2—5 см) грубогумусового горизонта (Oao). Горизонт Oao представляет собой гумифицированную массу темно-серого цвета с включениями дресвы магматических пород, с частично сохранившимися фрагментами растительных остатков, густо пронизанную грибными гифами. Те и другие почвы формируются на элюво-делювии магматических пород в условиях хорошего дренажа. Различия между почвами проявляются на очень коротком расстоянии (до 1—2 м) и обусловлены неровностями подстилающей скальной поверхности, а также варьированием содержания фракции физической глины в почвенном профиле.Межгрядовые понижения заняты преимущественно четвертичными породами, почвы здесь подвержены избыточному увлажнению, поэтому еще в XIX в. были осушены при создании культурных сенокосов и пастбищ (осушительная система в последние годы реконструирована). Более дренированные участки понижений заняты дерново-подзолами и постагрогенными агроземами альфегумусовыми на озерно-ледниковых песках. На ровных участках окультуренных осушенных лугов, сложенных ленточными глинами с низкой водопроницаемостью, развиты агрогумусово-глеевые почвы (Елсукова, 1997; Панова и др., 2002; Урусевская, Матинян, 2014). Эти почвы характеризуются гумусовым горизонтом с признаками сельскохозяйственной обработки (резко выраженная ровная нижняя граница) и залегающим под ним глеевым горизонтом (G), переходящим в оглеенную почвообразующую породу. На неосвоенных участках понижений, по краям болот, распространены торфяно-глееземы, верхний горизонт которых представлен торфом мощностью 20—50 см.Материалом для исследования послужили пробы (141 шт.) верхнего (органогенного/органоминерального) горизонта, отобранные на удалении от монастыря и локальных источников загрязнения, и 141 проба почвообразующих пород. Для исследований был взят горизонт AY в агрогумусово-глеевых почвах, в органоржавоземах — горизонт ВН, в органоржавоземах грубогумусированных — подгоризонт ао, в торфяно-глееземах — горизонт Т. Дополнительно были отобраны пробы основных типов почв (агрогумусово-глеевая, торфяно-глеезем, органоржавозем и органоржавозем грубогумусированный) по генетическим горизонтам профиля.Содержания химических элементов в почвах определены методом рентгеноспектрального анализа (породообразующие оксиды и 22 химических элемента) и пересчитаны на прокаленную навеску. Химические анализы выполнялись по стандартным методикам с использованием эталонов для пород и почв. Содержания главных породообразующих элементов проанализированы рентгенофлюоресцентным методом на спектрометре ARL-9800 (Thermo Fisher Scientific (Ecublens) SARL). Двухвалентное железо определено химическим методом согласно ГОСТ 27395-87, анализ вытяжек проведен на спектрофотометре, с ортофенантролином в качестве индикатора. Содержания микроэлементов анализировали на спектрометре Agilent-7700. Была сформирована база данных химического состава почв о. Валаам, в которую для каждой пробы внесены сведения о составе почвообразующей породы, типе почвы, характере рельефа и типе землепользования. Геохимические данные обработаны с помощью пакета программ Statistica-5 и метода главных компонент факторного анализа. Средние арифметические значения для каждого элемента вычислялись с учетом закона распределения (нормального или логнормального) и антилогарифма среднего. Результаты и их обсуждениеСостав основных разновидностей пород Валаамского силла приведен в табл. 1.Согласно указанным выше данным, габбро-диабазы обогащены TiO2, Fe2O3, FeO, CaO, MnO, P2O5, а также Zn, V, Sr. В монцонитах относительно габбро-диабазов повышено содержание SiO2, K2O, Na2O, Ba, Rb, Zr, La, Pb. В целом магматические породы Валаамского силла обогащены по сравнению с кларками пород P, Fe, Mn и Ti. Среди элементов-примесей в рассматриваемых породах обнаружены повышенные содержания V, La, Ba, Mo, Zn, что превышает кларковые значения в 2—6 раз. В составе песков и глин повышены содержания V и Ва, что определяется влиянием коренных пород острова. Специфический для Северо-Запада России геохимический состав почвообразующих пород Валаамского архипелага наследуется почвами, на них сформированными.В табл. 2 представлены средние значения для микроэлементного состава поверхностных горизонтов почв о. Валаам, которые показывают, что почвы на магматических породах обогащены Ba, Ti, Mn, Zn, а почвы на осадочных породах содержат больше Ni, Cr, Cu.Для сравнительного анализа содержаний элементов в верхних почвенных горизонтах были рассчитаны коэффициенты концентраций (КК) относительно их среднего содержания в почвах мира (рис. 1).В целом поверхностные горизонты почв о. Валаам обогащены Ba, Y, Yb, La, Zn, Co, Cu; содержания Cr, Zr, Ce, Ni, Pb — ниже средних по миру. Для выявления факторов распределения химических элементов в почвах о. Валаам база данных была обработана с помощью методов корреляционного и факторного анализов.По результатам факторного анализа выявились три фактора. Первый фактор — FI=28 % = Ti81 Fe72 Mn69V66 Sc60 Co55 — интерпретируется как фактор почвообразующей породы, так как его распределение по площади острова совпадает с зонами распространения основных типов пород острова (габбро-диабазами, монцонитами, песками и глинами) и картами площадного распределения титана, железа и марганца (рис. 2).Второй фактор — FII=22 % = Sr88 Zr65 — интерпретируется как фактор рельефа. Различия наблюдаются для групп «вершина — склон» и «равнина — низина». При этом вершинные формы рельефа связаны с интрузивными образованиями, а низины и понижения рельефа — с четвертичными образованиями.Третий фактор определяется типом почвы.FIII=13 % =Ni92 Cr91 Cu58Ti87 Ba77 Mn70Zn65Тип почвы зависит от рельефа и растительности. На диаграмме значения факторов выделены два поля, характерные для почв: торфяно-глеезем + агрогумусово-глеевая почва и органоржавозем + органоржавозем грубогумусированный (рис. 3). Почвы первой группы, сформированные на четвертичных отложениях, обогащены Ni, Cr, Cu, а почвы второй группы, сформированные на продуктах выветривания магматических пород, — Ti, Ba, Mn, Zn.Сравнение профильного распределения петрогенных оксидов в органоржавоземе на элювии монцонита, агрогумусово-глеевой постагрогенной почве на ленточных глинах и в агроземе альфегумусовом глееватом на озерно-ледниковых песках показало, что макроэлементный состав почв наследуется от почвообразующих пород. Особенно ярко различия проявляются по содержанию железа. Почвы на глинах содержат 5—6 % Fe2O3, а почвы на песках — 1.5—3.5 % (соответственно средняя и умеренно низкая ожелезненность, по Ю. Н. Водяницкому (1992)). В почвах на элювии магматических пород содержание оксида железа достигает 11—13 %, что соответствует высокой ожелезненности. Выводы1. Геохимический облик верхнего горизонта почв Валаамского архипелага обладает яркой спецификой. Относительно приводимых в литературе данных для почв мира и Северо-Запада России поверхностные горизонты почв архипелага обогащены Ba, Y, Yb, La, Zn, Co, Cu; содержания Cr, Zr, Ce, Ni, Pb — ниже среднемировых значений.2. Геохимические особенности почв находятся в прямой зависимости от состава почвообразующих пород. По ассоциациям химических элементов почвы разделились на 4 группы: сформированные на габбро-диабазах, монцонитах, озерно-ледниковых глинах и песках. Почвы, сформированные на продуктах выветривания магматических пород, наследуют в своем геохимическом составе повышенные содержания Ti, Ba, Mn, Zn, а почвы, сформированные на четвертичных отложениях, обогащены Ni, Cr, Cu.3. В условиях Валаамского архипелага тип почвообразующей породы является ведущим фактором дифференциации почвенного покрова и контролирует геохимические различия между типами почв, превосходя в этом отношении роль рельефа. Растительность и характер землепользования находятся в прямой зависимости от типа почвообразующих пород.Все перечисленные особенности необходимо учитывать при эколого-геохимической оценке почв о. Валаам.