География почв экстремальных условий среды в прошлом и настоящем: теория, методология и эмпирическое обеспечение

География почв, формирующихся в экстремальных (т.е. в крайних, неблагополучных для почвообразования) условиях, в настоящее время совершенно не интегрирована в единое научное направление. Почвы полярных областей, экстрааридных пустынь, ультраконтинентальных условий изучаются разными коллективами и классифицируются наряду с обычными почвами, причем, как правило, как слаборазвитые. Такие биокосные образования как «пустынные загары», «почвопленки», несмотря на фундаментальные труды Б.Б.Полынова и М.А.Глазовской, вообще теперь изучаются не почвоведами, а биогеохимиками. Совершенно в стороне от «мэйнстрима» географии почв оказались и почвы, формирующиеся в экстремальных условиях, созданных человеком – в условиях катастрофической эрозии, в селитьбах, а также при интенсивных техногенных воздействиях.

Между тем познание таких почвенных образований имеет большое фундаментальное значение, выходящее за рамки географии и почвоведения и имеющее значение для наук о Земле в целом. Дело в том, что на протяжении большей части геологической истории на Земле только и могли существовать почвы, которые мы сегодня относим к экстремальным. Только около 400 миллионов лет существует растительность с корневыми системами. Поэтому современные почвы Антарктиды, высокогорий, некоторых пустынь с криптогамным растительным покровом и есть аналоги почв далекого прошлого. Познавая их, мы подходим к тайнам органо-минеральных взаимодействий древних эпох. Подобные тела в почвенном покрове Земли возникали и много позже во время плейстоценовых оледенений. Изучение географии экстремальных почв позволяет также перекинуть мост к внеземным почвоподобным телам, формирующимся на Марсе, другим планетам и их спутникам.

Помимо фундаментально-научного значения, исследование экстремальных почв и их географического разнообразия имеет и большое социально-экономическре значение. В отдаленной перспективе, как прогнозировали такие выдающиеся умы, как К.Э.Циолковский, С.Хокинг, К.Саган и другие, человечество вынуждено будет покинуть Землю. Ученые должны будут обеспечивать землян нужной информацией об окружающей среде колонизируемых планет, в том числе и о почвах и почвоподобных телах. Для решения тех отдаленных задач фундамент нужно начинать готовить сегодня. Однако и в ближайшей перспективе социально-экономическое значение очевидно – согласно Прогнозу научно-технологического развития Российской Федерации до 2030 года (Минобрнауки, 2013) одной из ключевой проблемой является развитие Арктического региона, а изучение Мирового океана и Антарктиды также находится среди приоритетов нашей страны. Решение этих задач невозможно без почвенно-географического обеспечения; современное состояние знаний почв этих регионов требует существенного обновления. В документе по «Прогнозу» также много говорится о необходимости улучшения условий жизни населения РФ, в том числе и с экологических позиций, поэтому информация о почвах экстремальных условий антропогенной среды также весьма важна.

Актуальность проекта имеет и некоторое научно-политическое значение. Пока российская география криогенных почв еще находится среди лидеров в мире (участие в международных монографиях, статьях, лидерство в рабочих группах международных научных союзов), чего уже нельзя сказать про почвоведов аридных территорий и тем более про специалистов, изучающих прото-почвы. Обозначение «экстремальной географии почв» как нового научного направления могло бы повысить научную значимость отечественных специалистов.

Предлагается проект, который сможет мобилизовать усилия отечественных географов-почвоведов в изучении фундаментальных и прикладных аспектов географии почв экстремальных условий на базе коллектива специалистов из Института географии РАН с привлечением коллег из других организаций. Решение задач проекта позволит создать основу для оформления нового научного направления в географии и в науке о почвах –«экстремальной географии почв» (extreme soil geography), что сохранит значимую роль российских специалистов в этом разделе науки.

Целью проекта является создание теоретических основ единого научного направления – географии почв экстремальных условий среды, разработка методологических основ исследования специфических объектов, и концентрирование всей имеющейся информации о распространении почв экстремальных условий на Земле в прошлом и настоящем в виде базы данных. Это позволит найти пространственно-временные закономерности формирования, функционирования и эволюции (сохранения, исчезновения, развития) почв и почвоподобных тел экстремальных условий среды. Новизна постановки конкретной задачи проекта заключается в ее холистическом (целостном, всеобъемлющем) характере. Предлагаемый проект на основании глубокого изучения вещества разновременных экстремальных почв свяжет исторический этап с современным, а также охватит максимальное географическое разнообразие.

Достижимость решения поставленной задачи обеспечивается наличием опыта работы в коллективе с разнообразными почвами и почвоподобными телами. Предполагается, что основными объектами изучения в широком географическом разнообразии будут следующие – почвы аридных пустынь, полярных областей, высокогорий, ультраконтинентальных районов, на токсических и бедных почвообразующих породах, древние палеопочвы, палеопочвы ледниковых эпох, почвоподобные тела пещер, эндолитные почвы, внеземные почвоподобные тела, почвы экстремальных антропогенных условий, почвы районов естественных и антропогенных катастроф. Исследование этих объектов будет осуществлено на основании анализа их географического распространения и глубокого изучения вещества. Оно будет произведено на основе разработанного в коллективе иерархического морфо-генетического исследования, принцип которого заключается в последовательном изучении явлений и признаков на каждом уровне структурной организации объекта: макро- (n*102-n*10-1 м), мезо- (n*100-n*10-4 м), микро- (n*10-2-n*10-5 м) и субмикроморфологическом (n*10-3-n*10-8 м). При этом на каждом уровне обязательным этапом является морфологическое и аналитическое исследование, дополняемое результатами сопутствующих наборов методов изучения объекта – специфических для каждого уровня. Высокая технологичность и современный мировой уровень исследований будет обеспечен также «точечным» определением химического состава каждого микроучастка профиля и его возраста на основе полевого рентген-флуоресцентного анализатора и радиоуглеродных датирований на ускорителе (AMS) и определения стабильных изотопов. Запланированные результаты могут быть получены на основе уже собранных, но не обработанных материалов, а также на основе сбора материала по новым объектам, необходимым для выявления полноты пространственно-временных закономерностей почв экстремальных условий среды. Новые объекты частично намечены, а частично будут подобраны в процессе выполнения проекта. Успешное выполнение теоретической части проекта обеспечивается участием в проекте признанного теоретика в области почвоведения и географии В.О.Таргульяна, а также его учеников и последователей, доказавших свои способности в теоретических построениях.

 

Ожидаемые результаты

1. Теория географии почв экстремальных условий среды, которая по-новому учитывает факторы почвообразования (например, количество осадков, выпадающих в твердом виде, не является базовой характеристикой холодных областей в связи с их латеральным распределением, а температура должна учитываться непосредственно в почве, а не опосредованно через температуру воздуха, которая может быть отрицательна), направления и скорости почвообразовательных процессов и другие характеристики, которые будут определены в ходе выполнения проекта. Это должно внести изменения в существующие стандарты по экологии почв для экстремальных условий с целью адекватных оценок при проектах ОВОС.

2. Методологические подходы к изучению почв экстремальных условий, заключающиеся в применении точечных измерений основных почвенных характеристик, так как обычные "навески" при изучении зачастую микропрофильных почв экстремальных условий будут давать усредненную и огрубленную картину возможности протекания почвенных процессов. Это также  должно внести изменения в существующие стандарты по экологии почв для экстремальных условий с целью адекватных оценок при проектах ОВОС.

3. Веб-атлас почв экстремальных условий планеты Земля в прошлом и настоящем (может быть выполнение за пределами 2014-2016 гг.). Это может дать результат в научно-популярной и образовательной составляющей развития общества.

4. Основы теории географии внеземных почвоподобных тел и методологии подходов к их дистанционному изучению. Это будет результировано в качестве рекомендаций Роскосмосу по наиболее экономному изучению поверхностных образований планет.

5. Решение ряда конкретных проблем географии почв экстремальных условий, имеющих как фундаментально-научное, так и прикладное значение. Например, в России на сегодняшний день сложилась уникальная ситуация, когда за счет снижения поголовья скота, произошло естественное восстановление сухостепных ландшафтов на деградированных землях. Современный подъем экономики может, к сожалению, спровоцировать развитие нового витка опустынивания при неграмотном ведении хозяйства. То есть мы можем наглядно определить какие именно виды воздействия на ландшафты способствуют развитию кризисных процессов, т.е. являются экстремальными для аридных регионов. Нигде в современном мире подобных предпосылок нет.

По всем перечисленным научным результатам проекта планируется издание монографий (не менее 2-х, в том числе книга «The Soils of Russia», издаваемая в издательстве Springer), научных статей в высокорейтинговых научных журналах (Geoderma, Catena, Journal of Plant Nutrition and Soil Science) системы Web of Science, в отечественных известных журналах «Почвоведение» и «Известия РАН. Серия географическая», доклады на различных международных и национальных конгрессах и конференциях, а также популяризация результатов проектов для информирования общественности.

Аннотация результатов, полученных в 2014 году

Предлагается выделять почвы ортоэкстремальных условий среды и почвы параэкстремальных условий. Критериями ортоэкстремальных почв являются неразвитость профилей и/или стрессовое состояние биоценозов почв и крайне малые напочвенные потоки углерод-содержащих газов. К ортоэкстремальным почвам относятся разнообразные почво-пленки или протопочвы (эндолитные, гиполитные, часть пустынных загаров и т.д.), почвы с микропрофилями, почвы с неразвитым гумусовым и подстилочным горизонтом, относящимся по классификации России к псаммоземам, петроземам, пелоземам, некоторым солончакам.Параэкстремальные почвы определены приблизительно как переходные от ортоэкстремальных почв к обычным почвам «структурно-функционального оптимума», адекватно описываемым и изучаемым классическим докучаевским почвоведением.

По факторам, обусловливающим экстремальность среды, мы предлагаем выделять клима-экстремальные почвы (прежде всего, высоких широт и пустынь, а также высокогорий), топо-экстремальные почвы, неполноразвитость которых связана с местными условиями рельефа (пещеры, отвесные скалы и т.д.), лито-экстремальные почвы, обусловленные токсичностью или бедностью почвообразующих пород, а также их крайне неблагоприятными физическими свойствами, например, высокой каменистостью и практическим отсутствием мелкозема, седименто- или кратко седи-экстремальные почвы, формированию нормального профиля которых мешает современное формирование осадков – эоловых, флювиальных, вулканических и т.д.

Функционирование и педогенез в экстремальных мерзлотных почвах и в годовых и в многолетних циклах четко подразделяется на холодный период (период времени с t почвы вблизи и ниже 0 градусов С)  и теплый период (период времени с t  почвы выше 0 градусов C). Эти два облигатных периода принципиально различаются как по комплексу процессов функционирования почвенной системы, так и по комплексу элементарных почвообразующих процессов (ЭПП), формирующих почвенное тело. Процессы функционирования и ЭПП в теплые периоды жизни мерзлотных почв генерируются всеми факторами педогенеза, включая климат и биоту, т.е. являются биокосными процессами, «стремящимися» к вертикальной дифференциации почвенных систем и почвенных тел на функциональные и твердофазные горизонты.  Процессы функционирования и ЭПП в холодный период являются, в основном, абиотичными,  «антигравитационными» и «антигоризонтными», нарушающими «теплую» горизонтную дифференциацию и нередко приводящими к перемешиванию и гомогенизации  почвенного тела (профиля).  Разделение «теплого» и «холодного» педогенеза может быть приложено не только к годовому циклу, но и ко всему периоду почвообразования мерзлотных почв в сравнении с непромерзающими почвами. Если сравнить почвы голоценового возраста (примерно 10 тысяч лет) в мерзлотных областях и в областях без холодного периода, то в непромерзающих почвах длительность «теплого» биокосного педогенеза будет равна длительности голоцена, в то время как в мерзлотных почвах она будет равна 2-4 тысячам лет. Учет этих различий имеет важное значение для оценки реальной скоростей «теплых» ЭПП, действовавших на протяжении голоцена в мерзлотных почвах.

Разработана структура базы данных по климатически-экстремальным почвам и почвподобным телам Земли. Она имеет горизонтальные уровни, отражающие различные условия в системе «почва-среда» по следующим горизонтам: приземный воздух, дневная поверхность почвы, органогенные горизонты, минеральные горизонты, надмерзлотная часть профиля, кровля многолетнемерзлых пород. Вертикальные уровни базы данных, предназначены для регистрации более 20 климатических параметров. Из двух базовых интегральных климатических показателей, влажности и температуры, именно влажность имеет ключевое значение для создания климатически-экстремальных почвенных условий и вообще определяет возможность существования почвы. С точки зрения экстремальности температурного фактора важны не столько его абсолютные значения, а частота и амплитуда колебаний.

Составлены три основных модели почвообразования в климатически экстремальных условиях Восточной Антарктики (1) на рыхлых отложениях под криптогамными и бактериальными биотическими комплексами в отсутствии высших растений; (2) на рыхлых отложениях под моховыми сообществами; (3) на массивно-кристаллических породах под эндолитными цианобактериальными сообществами.

Исследованы почвы ветровых убежищ - уникальные образования, которые демонстрируют, как далеко может зайти почвообразование в Восточной Антарктиде при  локальном смягчении экстремальности климатических параметров.  При накоплении снега, его таянии и защите от катабатических ветров в наскальных ваннах формируются полнопрофильные почвы (подбуры, Spodic Cryosol (WRB)) с мощным моховым покровом, а, среднее время пребывания органического вещества достигает 360±60 лет.

Рассчитаны запасы и пулы (с учетом площадей) органического углерода в почвах и почвоподобных телах оазиса Ларсеманн (Восточная Антарктика) на ключевом участке (S69˚20’, E76˚20’). Суммарный пул органического углерода (Сорг) в почвах ключевого участка площадью 27 га составляет 179 Mг C, запасы Сорг в разных объектах варьируют от 0,1 до 37,2 Mг C га-1. Это в 2-10 раз меньше, чем для Антарктического п-ова. Большая часть почвенного Сорг сосредоточена в биопленках и/или фоссилизированных органоминеральных пленках.

Показано, что бактериальные сообщества в почвах криптогамных пустошей антарктических оазисов сочетают высокую устойчивость к экстремальным условиям среды (выражающуюся в значительной доле жизнеспособных клеток, образовании наноформ, а также во вхождении бактерий в состав субаэральных биопленок) с низкой общей численностью и биомассой. Такой «зажатый» внешними факторами бактериальный пул также как и интегральные профили почв находится в квазистационарном равновесии с экстремальными факторами среды (на протяжении n×10^2-10^4 лет).

В корковом горизонте пустынных почв Гоби происходят кратковременные вспышки биологической активности в периоды интенсивного выпадения осадков, что нередко сопровождается возникновением микроанаэробных условий, околопоровым обезжелезнением, сегрегацией гидроксидов железа. В ходе микротомографического исследования было смоделировано объемное поровое пространство центральной зоны каждого из образцов на основе программного анализа более двух тысяч плоских томографических срезов. Было установлено,  что по  мере развития почвы корковый горизонт с везикулярной пористостью выражен более отчетливо.

Выявлено, что при существенных силикатных примесях токсичность и бедность плотных пород как факторы почвообразования уходят на второй план, а при чистоте даже таких богатых кальцием пород как известняки и габбро-базальты могут формироваться ортоэкстремальные почвы из-за дискомфортности их физических свойств. Более подробно изучена почва при наличии в ней продуктов выветривания ультраосновных и основных пород – показано, что даже небольшая примесь ультраосновного материала может приводить к появлению экстремальных почв, тормозящих «зональные» процессы.

Предварительный анализ источников опубликованным по почвоподобным телам пещер и горных выработок показал, что их классификация возможна по многим принципам.

Наиболее выраженная классификация подземных экосистем может базироваться на присутствии определенных организмов низшего трофического уровня, в этом случае экосистемы можно разделить на следующие: 1) сапротрофный тип I (потребление органического вещества с поверхности или привнесенного человеком); 2) сапротрофный тип II (потребление органического вещества горных пород или газообразных углеводородов глубинного происхождения); 3) автохемолитотрофный тип (ассимиляция углекислоты воздуха при окислении соединении серы, железа, марганца, водорода); 4) автофотолитотрофный (представленный водорослями, цианобактериями и мхами, формирующийся в искусственно освещенных пещерах под лампами или в привходовых зонах со слабым рассеянным светом).

В качестве пост-катастрофических почв без их разрушения исследованы постагрогенные почвы таежной и подтаежной зон на породах с легким гранулометрическим составом в них наблюдались механические нарушения верхних почвенных горизонтов  длительное (само)восстановление естественного профиля в залежном режиме.  При этом многие почвенные признаки распашки имеют обратимый характер. Уже через 500-600 лет диагностика древних пашен на легких по гранулометрическому составу почвах затруднена. За это время полностью исчезает характерная линейная нижняя граница пахотного горизонта, восстанавливается кислый состав почвенных растворов, формируется аккумулятивный гумусовый горизонт, т.е. меняются многие характеристики пахотного горизонта. Можно выделить лишь содержание и распределение микробиоморф и биофильных элементов: валового фосфора и азота. Они сохранили основные показатели, характерные для пахотных почв.

Собран и проанализирован материал по крупнейшим оползневым событиям мира, содержащий сведения об объемах транспортированного рыхлого материала, изменениях ландшафтов в зоне влияния оползней и обвально-осыпных процессов и необратимых потерях мелкозема как продукта и фактора почвообразования.

Составлен список вариантов антропогенных почв. Для исследования выбраны следующие группы антропогенно-экстремальных почвенных образований: селитебные и промышленно-селитебные; техногенные горнопромышленные; объекты районов добычи, транспортировки и хранения углеводородов; полигонов твердых бытовых отходов и полей аэрации; почвоподобные техногенные образования футбольных и гольф-полей.  Среди них селитебные (городские и сельские) почвы и урбоседименты занимают одно из самых высоких мест по уровню экстремальности условий. Причем в мощных наслоениях древних городов выделяются зоны селитебные, неразделенные селитебно-промышленные и промышленные, а впоследствии, в результате закладки многочисленных ям, и перемешивания слоев, на поверхности урбоседиментов формируются почвы достаточно однородные по характеру накопления поллютантов и проявлениям экстремальности в пределах древнего города. Кроме величины загрязнения, экстремальность условий педогенеза может проявляться в городских почвах и урбоседиментах и в специфике строения и состава рассматриваемых образований.

Обобщение и анализ литературных и авторских материалов позволил в рамках рассмотрения эволюции педосферы Земли выделить несколько этапов в развитии экстремальных почв: период геологической истории до формирования кислородной атмосферы (около 2,45 млрд. лет назад) – формировались только ортоэкстремальные почвы; от формирования кислородной атмосферы до появления высших растений формировались так называемые почвы бактериальной биосферы, которые имели более развитые профили (их нужно отнести к параэкстремальным) и по своим свойствам были сходны с почвами более поздних периодов палеозоя, мезозоя и кайнозоя, конечно, насколько почвы под бескорневой растительностью могут быть сходны с почвами под корневой. Ортоэкстремальными почвами могли быть только почвы в экстрааридных и мерзлотных условиях. Криогенные эпохи занимали около 4% продолжительности геологической истории Земли. Они оставили яркие признаки в почвах начиная с венда. Особенно ясно мерзлотные признаки проявляются в почвах ледниковых и перегляциальных эпох плейстоцена; для голоцена экстремальные палеопочвы диагностируются в ландшафтах, испытавших воздействие процессов седиментогенеза, прерывающих почвообразование – зоны активного вулканизма, поймы рек или под воздействием антропогенной деятельности древнего человека.

Изучение почв на моренных суглинках в области Московского оледенения позволило выявить и разделить в почвенном профиле свойств, как нормальных, так и параэкстремальных почв.

1. Кудинова А.Г., Лысак Л.В., Соина В.С., Мергелов Н.С., Долгих А.В., Шоркунов И.Г. Бактериальные сообщества в почвах криптогамных пустошей Восточной Антарктиды (оазисы Ларсеманн и Холмы Тала) Почвоведение (Eurasian Soil Science), №3, с. 1-13. (год публикации - 2015).

Аннотация результатов, полученных в 2015 году

В ходе развития концепции географии почв экстремальных условий для полярных широт обоих полушарий предложено понятие "мозаично-островного" географического расположения почв. Если низко-арктические и средне-арктические тундры (южные, типичные и арктические тундры) действительно представляют собой субширотные природные зоны, то высокоарктические тундропустоши («полярные пустыни»), которые появляются вместе с ареалами крупных ледников, - это мозаичный набор разнообразных по продуктивности и составу типов почвенно-растительного покрова, мало связанный с широтой местности. В большей степени он зависит от особенностей местных условий (расположения по отношению к ледникам и господствующим ветрам, эдафических (субстратных) условий, локализации птичьих базаров и т.д.). Эти же закономерности характерны и для Антарктики (материковой и островной).

В рамках развития концепции ультраэкстремального педогенеза на Марсе выделены следующие процессы, приводящие или приведшие в прошлые эпохи к формированию почвоподобных абиотичных тел на планете:

- физическая дезинтеграция (ветровая, морозная, так как лед присутствует уже на глубине нескольких сантиметров, инсоляционно-термическая);

- химическое выветривание (окисление Fe силикатов и образование гематита и нанофазных оксидов Fe, частичное разрушение оливина, пироксенов; образование ярозита и магнетита под воздействием кислых сульфатных гидротермальных рассолов на базальты (палео); формирование слоистых пленок на поверхности базальтов, чья неоднородность связана с различным содержанием Fe, S, Cl и Br (палеопроцесс));

- образование филлосиликатов: монтмориллонита, нонтронита, сапонита, хлорита, каолинита; трансформация соединений P (палео);

- сегрегация Fe / конкрециообразование (палео) (гематитовые конкреции);

- вертикальная миграция S-, Cl-, Br-содержащих солей (палео);

- сортировка/турбации (эоловые, гравитационные, флювиальные (палео); криогенные).

В 2015 году на средства настоящего гранта был приобретен и запущен уникальный комплекс оборудования для графитизации углерода для радиоуглеродного датирования с помощью ускорительной масс-спектрометрии (AMS). Графитизатор AGE-3 в комплекте с элементным анализатором Vario может производить до 21 образца графита в сутки, и соответственно мишеней с графитом для измерения радиоуглеродного возраста. На сегодняшний день запущено производство графитов для радиоуглеродного датирования. Получена первая партия радиоуглеродных дат для почв и почвоподобных тел оазисов Восточной Антарктиды. Установка AGE-3 - в настоящее время единственная в России полностью автоматизированная система для производства графита для радиоуглеродного датирования (всего в мире существует 15 таких установок).

Изучено пространственное распределение эндолитных и гиполитных почв и почвоподобных тел в криптогамных пустошах двух оазисов Восточной Антарктики. Климатическая экстремальность  определяет особые экологические ниши для биотических комплексов, что приводит к формированию новых структур почвенного покрова и новых типов вертикальной анизотропности почвенных тел в оазисах. Именно экстремумы климатических параметров (недостаток влаги, ультрафиолет A и B, ветер) блокируют первичную продукцию органического вещества и образование органогенных горизонтов на поверхности рыхлых и скальных субстратов. Снижение климатической экстремальности происходит благодаря литогенному фактору (укрытие от ветра и иссушения, кварц-полевошпатовый УФ-фильтр, дополнительный инсоляционный нагрев): либо внутри скал под десквамационными плитками, либо в рыхлых отложениях под каменными мостовыми, где и формируются органогенные горизонты. В экстремальных условиях Антарктики почвы становятся чрезвычайно зависимы от биологического фактора; облик почвы определяется той экологической нишей, которую занимают первичные продуценты органического вещества, а структуры почвенного покрова на первом уровне определяются гидрологической составляющей микроклимата, а на втором - пойкилогидрическими свойствами организмов и длительностью их жизненного цикла.

На основе обобщения результатов режимных наблюдений за температурными параметрами деятельного слоя и подстилающей мерзлой породы, влажностью почв и динамикой глубины протаивания почв и грунтов показано, что основным лимитирующим фактором для развития биоты и почвообразования на рыхлых субстратах в антарктических оазисах является недостаточность увлажнения, а не низкая температура. В связи с отсутствием жидких осадков определяющим фактором выступает наличие надежного источника влаги, часто в виде снежника, или эфемерный снежный покров на скалах. Таким образом, на рыхлых субстратах гиполитные сообщества доминируют над эпиэдафическими. На скальных породах эндолитные формы преобладают над эпилитными. Эндоэдафические и гиполитные сообщества зеленых водорослей и цианобактерий обнаружены нами в почвах, где влажность поверхностного горизонта составляла всего 1-2%, а уровни освещенности снижались до 1% от падающего на поверхность почвы света.

В экстремальных условиях Антарктики, где источником органического вещества являются не сосудистые растения, а лишь некоторые криптогамные организмы и микробные фотоавтотрофы, может формироваться пул органического вещества, устойчивый во времени. Среднее время пребывания органического вещества в  эндолитных горизонтах, может составлять от 50 до 500 лет. Для почв ветровых убежищ  с моховой растительностью как с микро- так и макро- профилями наблюдается корреляция радиоуглеродного возраста (pMC) с глубиной, что также является подтверждением принципиальной возможности формирования устойчивых органических/органо-минеральных соединений (среднее время пребывания до 400 лет) при бедности исходного источника органического вещества полициклическими органическими соединениями и замедленного биологического круговорота.

Произведена типизация кутан криоаридных почв ультраконтинентальных областей юга Сибири, выявлены генетические и диагностические особенности морфологии, состава и организации кутан, составляющих генетически единый кутанный комплекс, выявлены процессы и сделаны предположения о факторах, определяющих формирование кутан.

Наиболее значимые различия в микропризнаках экстрааридных почв Центральной Азии (в пустынях Казахстана и Монголии) и юго-западной части США (Мохаве) связаны с различиями в почвообразующих породах (их разной исходной гипергенной проработкой) и длительностью промерзания сравниваемых почв. В ряду изученных почв наиболее отчетливо и на большую глубину (с захватом срединных горизонтов) криогенное оструктуривание выражено для почв Илийской впадины (Казахстан), что мы связываем с их промерзанием в более влажном состоянии, чем в Заалтайской Гоби (Монголия). Специфической особенностью почв пустыни Мохаве является наличие мощных железистых пленок.

Острый дисбаланс элементов минерального питания в почвах на плотных гипсах в таежной зоне отрицательно сказывается на продуктивности растительных сообществ экосистем открытого гипсового карста. Основой выживания в ландшафтах открытого гипсового карста на предельно чистых гипсах являются почвы на остатках четвертичного чехла кварц-силикатного состава, который не был смыт при таянии огромных масс мертвого льда. На этих «островах» силикатного субстрата среди гипсов произрастают отдельные деревья или группы деревьев, которые с листьями и хвоей «разбрасывают» питательные вещества, попадающие на поверхность плотных гипсов и формирующие подстилки. Именно эти подстилки и являются основой жизни биоты на чистых гипсах.

Ряд пещер, заложенных в известняках, оборудован стационарным освещением. В местах, где происходит развитие фототрофных сообществ, наблюдается постепенная трансформация минерального субстрата в направлении формирования почвоподобных тел. Эти тела, несмотря на то, что характеризуются крайне малыми мощностями (порядка первых миллиметров), тем не менее представляют собой зону контакта биоты и литологической основы.

Выявлено, что геоморфологические и био-климатические условия среды в лесной зоне не могут привести к повсеместному формированию зональных почв на месте уже не существующих поселений, в отличие от лесостепных, степных и пустынных зон, где часто формируются почвы, своим морфологическим обликом близкие к зональным, но отличающиеся повышенными, а иногда и экстремальными, концентрациями ряда тяжелых металлов, фосфора.

Универсальной закономерностью техногенного преобразования почв и почвенного покрова в районах добычи углеводородного сырья является радиальная и латеральная “подвижность” ореолов загрязнения нефтепродуктами (НП). Длительность биодеградации различных соединений углеводородов в разных ландшафтных условиях сильно различается и может колебаться от нескольких месяцев до нескольких десятков лет. В сфере влияния техногенных потоков нефти и НП в любых физико-географических условиях происходит превращение исходных почв (минеральных и органогенных) в их техногенные модификации: механически нарушенные, химически загрязненные, хемо-почвы и хемоземы.

Период геологической истории до формирования кислородной атмосферы (около 2,45 млрд. лет назад) был представлен экстремальным почвообразованием. Наиболее известные палеопочвы этого периода (так называемые Зеленые глины) не имеют современных аналогов и могут рассматриваться как вымершие палеопочвы, формировавшиеся в экстремальных условиях. Почвы бактериальной биосферы (от формирования кислородной атмосферы до появления высших растений) формировались в различных условиях под воздействием сложных микробных сообществ, заполнявших, в отсутствие высших растений, все экологические ниши. Микроорганизмы определяли процессы выветривания в пределах всей вадозной зоны. Поэтому почвы имели развитые профили и по своим свойствам были аналогичны почвам более поздних периодов палеозоя, мезозоя и кайнозоя. За исключением палеопочв, формировавшихся при докислородной атмосфере, экстремальными почвами в строгом смысле слова могли быть только почвы в экстра аридных и мерзлотных условий.

Выявлены и проанализированы периоды экстремального почвообразования связанные с криогенезом. Несмотря на то, что продолжительность мерзлотных этапов составляет до 4% от продолжительности геологической истории Земли, тектоника плит определила встречаемость палеокриогенных признаков во всех современных ландшафтах Земли, включая тропические. В периоды оледенений ледники покрывали до трети суши, а перигляциальные зоны распространялись еще шире. Палеокриогенные признаки прослеживаются в геологической летописи до палеопротерозоя (гуронское оледенение). Они представлены в периоды масштабных явлений в неопротерозое  и в верхнем ордовике. В верхнем палеозое палеокриогенные признаки связаны с масштабными пермо-карбоновыми оледенениями и связаны с широко распространенными отложениями лёссовой формации (лёсситами). В четвертичных почвах мерзлотные признаки соответствуют ледниковым периодам и периодам похолоданий. Палеокриогенные признаки широко представлены в современных почвах, в которых они трансформируются голоценовым почвообразованием. В пределах ледниковых и перигляциальных равнин северного полушария мерзлотные признаки верхнего плейстоцена определяют широкую совокупность свойств современных почв, а также структуру почвенного покрова. Так, на Русской равнине палеокриогенные признаки представлены в почвах тундровой, лесной, лесостепной и степной зон.