Geochemical features of deluvial-lacustrine sedimentogenesis in the basin of lake Chistoye, Northern Priokhotsk area

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The results of the geochemical study of loose sediments of the catchment basin and bottom sediments of Lake Chistoye, located in the Northern Priokhotye, showed that the lake was formed at the beginning of the early Holocene about 11200 cal. years ago. Terrigenous sedimentation dominates in it, i. e. the geochemical characteristics of sediments are determined by the particle sizes. Thin grain size sediments have low SiO2, Na2O, K2O, CaO, and Sr contents; and are enriched with Al2O3, TiO2, MgO, Fe2O3, and V. Changes in the nature of sedimentation may be due to climatic reasons and may be associated with cold Bond events. In the Early Holocene, mostly thin silts were deposited in Lake Chistoye. The impulse of “coarse-grained” sediments (>140 microns) enriched with silica occurred (9760–9650) and 8810 cal. years ago. A noticeable accumulation of relatively coarse-grained sediments occurred at the very beginning of the Middle Holocene 8540–6920 cal. years ago, as well as 6140 and 4450 cal. years ago. For the Late Holocene, the input of detrital material with increased SiO2 contents was noted in the range of 3470–850 cal. years ago.

Full Text

Restricted Access

About the authors

P. S. Minyuk

North-East Interdisciplinary Scientific Research Institute n.a. N.A. Shilo FEB RAS

Author for correspondence.
Email: Minyuk@neisri.ru
Russian Federation, 16 Portovaya str., Magadan, 685000

D. K. Pozhidaeva

North-East Interdisciplinary Scientific Research Institute n.a. N.A. Shilo FEB RAS

Email: Minyuk@neisri.ru
Russian Federation, 16 Portovaya str., Magadan, 685000

O. T. Sotskaya

North-East Interdisciplinary Scientific Research Institute n.a. N.A. Shilo FEB RAS

Email: Minyuk@neisri.ru
Russian Federation, 16 Portovaya str., Magadan, 685000

S. S. Burnatny

North-East Interdisciplinary Scientific Research Institute n.a. N.A. Shilo FEB RAS

Email: Minyuk@neisri.ru
Russian Federation, 16 Portovaya str., Magadan, 685000

References

  1. Adamson K., Lane T., Carney M., Bishop T., Delaney C.High-resolution proglacial lake records of pre-Little Ice Age glacier advance, northeast Greenland. Boreas., 48, 535–550 (2019). doi: 10.1111/bor.12361.
  2. Babeesh C., Hema Achyuthan, Sajeesh T. P. Geochemical Signatures of Karlad Lake Sediments, North Kerala: Source Area Weathering and Provenance. J. Geol. Soc. India., 92, 177–186 (2018). doi: 10.1007/s12594-018-0979-6.
  3. Blaauw M., Christen J. A. Flexible paleoclimate age-depth models using an autoregressive gammaprocess. Bayesian Analysis., 6, 457–474 (2011). doi: 10.1214/11-BA618.
  4. Bond G., Kromer B., Beer J., Muscheler R., Evans M. N., Showers W., Hoffmam S., Lotti-Bond R., Hajdas I., Bonani G. Persistent solar influence on North Atlantic climate during the Holocene. Science., 294, 2130–2136 (2001). doi: 10.1126/science.1065680.
  5. Bond G. C., Showers W., Cheseby M., Lotti R., Almasi P., deMenocal P., Priore P., Cullen H., Hajdas I., Bonani G. A pervasive millennial scale cycle in North Atlantic Holocene and glacial climates. Science., 278, 1257–1266 (1997). doi: 10.1126/science.278.5341.1257.
  6. Borkhodoev V.Ya. X-ray fluorescence determination of rubidium, strontium, yttrium, zirconium and niobium in rocks. J. Trace Microprobe., 16, 341–352 (1998).
  7. Borkhodoev V. Ya. Accuracy of the fundamental parameter method for X-ray fluorescence analysis of rocks. X-Ray Spectrom., 31, 209–218 (2002).
  8. Bovle J. F. Inorganic geochemical methods in paleolimnology. In Tracking environmental change using lake sediments. Volume 2. Physical and geochemical methods (Eds. Last M. W., Smol J. P.). Kluwer Academic Publishers, pp. 83–142 (2002).
  9. Brown E. Lake Malawi’s response to “megadrought” terminations: sedimentary records of flooding, weathering and erosion. Palaeogeogr. Palaeocl., 303, 120–125 (2011).
  10. Brunscho C., Haberzettl T., Behling H. High-resolution studies on vegetation succession, hydrological variations, anthropogenic impact and genesis of a subrecent lake in southern Ecuador. Veget. Hist. Archaeobot. 19, 191–206 (2010).
  11. Chen Y., Liu A., Cheng X. Detection of the thermokarst lake drainage event in the northern Alaska permafrost region. Sci. Total Environ., 807, 150828 (2022).
  12. Cvetkoska A., Levkov Z., Reed J. M., Wagner B. Late Glacial to Holocene climate change and human impact in the Mediterranean: The last ca. 17 ka diatom record of Lake Prespa (Macedonia/Albania/Greece). Palaeogeogr. Palaeocl., 406, 22–32 (2014).
  13. Das B. K., Haake B. Geochemistry of Rewalsar Lake sediment, Lesser Himalaya, India: implications for source-area weathering, provenance and tectonic setting. Geosci. J., 7, 299–312 (2003).
  14. Dunlop D., özdemir O. Rock Magnetism: Fundamentals and Frontiers. Cambridge University Press, Cambridge. 573 pp. (1997).
  15. Fedo C. M., Nesbitt H. W., Young G. M. Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance. Geology, 23, 921–924 (1995).
  16. Fey M., Korr C., Maidana N. I., Carrevedo M. L., Corbella H., Dietrich S., Haberzettl T., Kuhn G., Lücke A., Mayr C., Ohlendorf C., Paez M. M., Quintana F. A., Schäbitz F., Zolitschka B.Palaeoenvironmental changes during the last 1600 years inferred from the sediment record of a cirque lake in southern Patagonia (Laguna Las Vizcachas, Argentina). Palaeogeogr. Palaeocl., 281, 363–375 (2009).
  17. Fralick P. W., Kronberg B. I. Geochemical discrimination of elastic sedimentary rock sources. Sediment. Geol., 113, 111–124 (1997).
  18. Hammer O., Harper D. A.T., Ryan P. D. PAST: Paleontologicalstatistics software package for education and data analysis. Palaeontol. Electron., 4 (1), 9 pp. (2001).
  19. Heiri O., Lotter A. F., Lemcke G. Loss on ignition as a method for estimating organic and carbonate content in sediments: reproducibility and comparability of results. J. Paleolimnol., 25, 101–110 (2001).
  20. Heslop J. K., Walter Anthony K. M., Winkel M., Sepulveda-Jauregui A., Martinez-Cruz K., Bondurant A., Grosse G., Liebner S. A synthesis of methane dynamics in thermokarst lake environments. Earth-Sci. Rev., 210, 103365 (2020).
  21. Lozhkin A. V., Anderson P. M., Regel K. V. The role of lake basin history on palynological records from the Upper Kolyma region (northeastern Siberia). Quaternary Res., 1–16 (2022). doi: 10.1017/qua.2022.47.
  22. Lozhkin A. V., Brown T. A., Anderson P. M., Glushkova O.Yu., Melekestsev I. V. The Importance of Radiocarbon Dates and Tephra for Developing Chronologies of Holocene Environmental Changes from Lake Sediments, North Far East. Rus. J. Pac. Geol., 35 (4), 14–27 (2016). doi: 10.1134/S1819714016040047.
  23. Lozhkin A. V., Korzun Yu.A., Minyuk P. S., Anderson P. M., Burnatny S. S., Glushkova O. Yu. Palynological characteristics and volcanic ash from sediments of Lake Chistoye, Northern Priokhotye. Vestnik SVNC DVO RAN., 4, 24–34 (2022). doi: 10.34078/1814-0998-2022-4-24-34.
  24. Mayewski P. A., Rohling E. E., Stager J. C., Karlén W., Maasch K. A., Meeker L. D., Meyerson E. A., Gasse F., van Kreveld S., Holmgren K., Lee-Thorp J., Rosqvist G., Rack F., Staubwasser M., Schneider R. R., Steig E. J. (2004) Holocene climate variability. Quaternary Res. 62, 243–255. doi: 10.1016/j.yqres.2004.07.001.
  25. Minyuk P., Subbotnikova T. Rock magnetic properties of Grand Lake sediments as evidence of environmental changes during the last 60 000 years in North-East Russia. Boreas, 50, 1027–1042 (2021). doi: 10.1111/bor.12546.
  26. Minyuk P. S., Borkhodoev V. Y., Wennrich V. Inorganic geochemistry data from Lake El’gygytgyn sediments: marine isotope stages 6–11. Clim. Past., 10, 467–485 (2014). doi: 10.5194/cp-10-467-2014.
  27. Minyuk P. S., Subbotnikova T. V., Brown L. L., Murdock K. J. High-temperature thermomagnetic properties of vivianite nodules, Lake El’gygytgyn, Northeast Russia. Clim. Past, 9, 433–446 (2013). doi: 10.5194/cp-9-433-2013
  28. Nesbitt H. W., Young G. M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites. Nature, 299, 715–717(1982). doi: 10.1038/299715a0
  29. Nesbitt H. W., Young G. M. Prediction of some weathering trends of plutonic and volcanic rocks based on thermodynamic and kinetic considerations. Geochim. Cosmochim. Ac., 48, 1523–1534 (1984). doi: 10.1016/0016-7037(84)90408-3
  30. Nesbitt H. W., Young G. M., McLennan S. M., Keays R. R. Effects of chemical weathering and sorting on the petrogenesis of siliciclastic sediments, with implications for provenance studies. J. Geol., 104, 525–542 (1996). doi: 10.1086/629850
  31. Ponomareva V. V., Kyle P. R., Melekestsev I. V., Rinkleff P. G., Dirksen O. V., Sulerzhitsky L. D., Zaretskaia N. E., Rourke R. The 7600 (14C) Year BP Kurile Lake Calderaforming Eruption, Kamchatka, Russia: Stratigraphy and Field Relationships. J. Volcanol. Geoth. Res., 136, 199–222 (2004). doi: 10.1016/j.jvolgeores.2004.05.013
  32. Reynolds R. L., Rosenbaum J. G., Rapp J., Kerwin M. W., Bradbury J. P., Colman S., Adam D. Record of late Pleistocene glaciation and deglaciation in the southern Cascade Range. I. Petrological evidence from lacustrine sediment in Upper Klamath Lake, southern Oregon. J. Paleolimnol., 31, 217–233 (2004). https://digitalcommons.unl.edu/usgsstaffpub/255/
  33. Shala, S., Helmens, K.F., Jansson, K.N., Kylander, M.E., Risberg, J., Lӧwemark, L.. Palaeoenvironmental record of glacial lake evolution during the early Holocene at Sokli, NEFinland. Boreas, 43 (2), 362–376 (2014). doi: 10.1111/bor.12043
  34. Strakhovenko V., Subetto D., Ovdina E., Danilenko I., Belkina N., Efremenko N., Maslov A. Mineralogical and geochemical composition of Late Holocene bottom sediments of Lake Onego. J. Great Lakes Research, 46, 443–455 (2020). doi: 10.1016/j.jglr.2020.02.007
  35. Tanaka K., Akagawa F., Yamamoto K., Tani Y., Kawabe I., Kawai T. Rare earth element geochemistry of Lake Baikal sediment: its implication for geochemical response to climate change during the Last Glacial/Interglacial transition. Quaternary Sci. Rev., 26, 1362–1368 (2007). doi: 10.1016/j.quascirev.2007.02.004
  36. Tang H., Gao M., Yuan S., Zhang H., Xiao Y., Zhang F., Zhang K. Impact of the Yellow River capture on the paleoenvironmental changes of Hongze Lake, China. Int. J. Sediment Res., 38 (4), 503–515 (2023). https://doi.org/10.1016/j.ijsrc.2023.02.002.
  37. Tichá A., Vondrák D., Moravcová A., Chiverrell R., Kuneš P.Climate-related soil saturation and peatland development may have conditioned surface water brownification at a central European lake for millennia. Sci. Total Environ., 858, 1599822 (2023). doi: 10.1016/j.scitotenv.2022.159982
  38. Wennrich V., Andreev A., Tarasov P., Fedorov G., Zhao W., Gerhardt C., Meyer-Jacob C., Synder J., Nowaczyck N., Chaplin B., Anderson P., Lozhkin A., Minyuk P., Koeberl C., Melles M. Impact processes, permafrost dynamics, and climate and environmental variability in the terrestrial Arctic as inferred from the unique 3.6 myr record of Lake El’gygytgyn, Far East Russia – a review. Quaternary Sci. Rev., 147, 221–244 (2016). doi: 10.1016/j.quascirev.2016.03.019
  39. Wennrich V., Francke A., Dehnert A., Juschus O., Leipe T., Vogt C., Brigham-Grette J., Minyuk P. S., Melles M., and El’gygytgyn Science Party. Modern sedimentation patterns in Lake El’gygytgyn, NE Russia, derived from surface sediment and inlet streams samples. Clim. Past, 9, 135–148 (2013). doi: 10.5194/cp-9-135-2013
  40. Wright H. E. Jr., Mann D. H., Glaser P. H. Piston corers for peat and lake sediments. Ecology, 65, 657–659 (1984). doi: 10.2307/1941430
  41. Zakharova E. A., Kouraev A. V., Guillasco S., Garestier F., Desyatkin R. V., Desyatkin A. R. (2018) Recent dynamics of hydro-ecosystems in thermokarst depressions in Central Siberia from satellite and in situ observations: Importance for agriculture and human life. Sci. Total Environ., 615, 1290–1304 (2018). doi: 10.1016/j.scitotenv.2017.09.059

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Location of the objects of study (a, b) and the profile of the lake (c): 1 – Lower Cretaceous tuffs and lavas of basalt and andesite of the Piaginsky formation; 2 – Upper Cretaceous subvolcanic intrusions of rhyolites; 3 – Upper Cretaceous effusions of rhyolites and dacites; 4 – Neogene sedimentary rocks with interlayers of lignites and brown coals; 5 – Holocene - new deluvial deposits; 6 – Holocene peatlands; 7 – location of wells; 8 -11 – sampling points of deluvium (8); surface bottom samples (9); pebbles (10), water (11); 12 – location of outcrop; 13 – silt; 14 – sand and gravel deposits; 15 – lake bed; 16 – tephra interlayers. The CO – caldera of the Kuril Lake.

Download (1MB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Diagram of component analysis of geochemical data: 1 – siltstones; 2 – sands of the western part of the lake; 3 – the sands of the eastern part of the lake.

Download (209KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Dependence of SiO2 contents on TiO2, Al2O3 on SiO2, K2O on MgO, TiO2 on Al2O3, Fe2O3 on Al2O3, Cr on Ni, Fe2O3 on MnO, Na2O on MgO: 1 – siltstones; 2 – sands of the western part of the lake; 3 – sands of the eastern part of the lake.

Download (352KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Characteristic minerals of magnetic fractions from bottom surface and deluvial deposits: (a-b, w-i, n-p) – image in backscattered electrons; (g-e, k-m, r-t) – energy dispersion spectra.

Download (619KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Dependence of the element contents and the amount of loss during calcination on the size of granulometric fractions of deluvium. The gray stripe indicates the dominant granulometric size of lake sediments.

Download (606KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Images of tephra interlayers (a, b), sediments of the CHS-7 well base (c), slides in transmitted light with tephra glasses (d, e) and granulometric spectra of samples (shown by colored lines) from sediments of the CHS-2 (e) square.

Download (501KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Lithology of the section and distribution of geochemical characteristics along the section of the CHS-2 well: 1 – sand; 2 – siltstone; 3 – tephra.

Download (573KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Distribution of geochemical and petrophysical parameters in surface bottom sediments. Fat The line marks the boundary of silty and sandy deposits.

Download (747KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Dependence of geochemical characteristics on the size of granulometric fractions of deluvium. The gray stripe indicates the dominant granulometric size of lake sediments.

Download (288KB)
Indexing metadata
11. Fig. 10. Diagrams showing the trend of weathering of bedrock and sediments of Lake Chistoe: 1 – lower tephra ; 2 - upper tephra; 3 – well sediments; 4-6 – surface sediments: 4 – siltstone; 5 – sand; 6 – sand of the eastern part of the lake; 7-9 – deluvium fractions: 7 – 2500-250 microns; 8 – 250-40 microns; 9 – 40-1 microns.

Download (247KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».