Permafrost Affected Soils of the Alazeya River Basin: Properties, Mineralogy and Classification

R. V. Desyatkin; Десяткин Р. В.; S. N. Lessovaia; Лесовая С. Н.; M. V. Okoneshnikova; Оконешникова М. В.; A. Z. Ivanova; Иванова А. З.; N. V. Platonova; Платонова Н. В.

doi:10.31857/S0032180X2260086X

Permafrost Affected Soils of the Alazeya River Basin: Properties, Mineralogy and Classification

Authors: Desyatkin R.V.¹, Lessovaia S.N.², Okoneshnikova M.V.¹, Ivanova A.Z.¹, Platonova N.V.³
Affiliations:
1. Institute of Biological Problems of the Cryolithozone, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences
2. Institute of Earth Sciences, St. Petersburg State University, V.O.
3. The Research Park, St. Petersburg State University
Issue: No 2 (2023)
Pages: 131-142
Section: ГЕНЕЗИС И ГЕОГРАФИЯ ПОЧВ
URL: https://journals.rcsi.science/0032-180X/article/view/137831
DOI: https://doi.org/10.31857/S0032180X2260086X
EDN: https://elibrary.ru/BKHLAT
ID: 137831

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract
About the authors
References
Supplementary files
Statistics

Abstract

Physico-chemical properties and vertical distribution patterns of clay minerals in the weakly differentiated soils were studied. The soils are located in the Kolyma lowland plain; they have formed in a cold and ultracontinental climate. The study objects cover a broad range of the landscape diversity: the marsh and alas meadows and typical northern taiga landscapes. Despite the fact that weathering processes are weakly developed at high latitudes, mineral transformation represented by chlorite-illite association led to presence of (i) vermiculite in the acidic soil horizons of the alas meadow and the zonal northern taiga landscapes and (ii) iron hydroxide – lepidocrocite in the profile from the marsh meadow. It was shown that classification of the Kriozem located in the open woodland landscapes that are typical in the northern taiga does not cause difficulties based on the profile-genetic approaches of the national classification system. Oppositely, classification of the permafrost affected soils located in the intrazone landscapes of the marsh and alas meadows should be further clarified.

Keywords

permafrost affected soils, clay minerals, lepidocrocite, soils of zonal and intrazonal landscapes

References

Андреев В.Н., Галактионова Т.Ф., Перфильева В.И., Щербаков И.П. Основные особенности растительного покрова Якутской АССР. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1987. 156 с.
Веремеева А.А., Глушкова Н.В. Формирование рельефа в районах распространения отложений ледового комплекса в тундрах Колымской низменности (по данным космической съемки) // Криосфера земли. 2016. Т. ХХ. № 1. С. 15–25.
Водяницкий Ю.Н., Добровольский В.В. Железистые минералы и тяжелые металлы в почвах. М.: Почв. ин-т им. В.В Докучаева, 1998. 216 с.
Водяницкий Ю.Н., Гагарина Э.И., Лесовая С.Н. Образование оксидов железа в почвах на локальных моренах // Почвоведение. 1994. № 2. С. 67–77.
Градусов Б.П. Карта почвообразующих и подстилающих пород мира, ее генетико-географический анализ и закономерности почвообразования // Почвоведение. 2000. № 2. С. 180–195.
Губин С.В. Педогенез – составная часть механизма формирования отложений позднеплейстоценового ледового комплекса // Криосфера Земли. 2002. Т. VI. № 3. С. 82–91.
Губин С.В., Лупачев А.В. Подходы к классификации почв аккумулятивных берегов морей восточного сектора Российской Арктики // Почвоведение. 2022. № 1. С. 25–32. https://doi.org/10.31857/S0032180X22010051
Десяткин Р.В. Почвообразование в термокарстовых котловинах – аласах криолитозоны. Новосибирск: Наука, 2008. 324 с.
Десяткин Р.В. Маршевые почвы северной Якутии // Геоботанические и ресурсоведческие исследования в Арктике. Сб. науч. тр. Якутск: ЯНЦ СО РАН, 2010. С. 298–306.
Десяткин Р.В., Лесовая С.Н., Оконешникова М.В., Зайцева Т.С. Палевые почвы Центральной Якутии: генетические особенности, свойства, классификация // Почвоведение. 2011. № 12. С. 1–11.
Десяткин Р.В., Лесовая С.Н., Оконешникова М.В., Иванова А.З. Криоземы и палевые слабодифференцированные почвы тундр и тайги Якутии: свойства, минералогический состав и классификация // Почвоведение. 2021. № 12. С. 1423–1436. https://doi.org/10.31857/S0032180X21120042
Еловская Л.Г. Классификация и диагностика мерзлотных почв Якутии. Якутск: ЯФ СО АН СССР, 1987. 172 с.
Еловская Л.Г., Петрова Е.И., Тетерина Л.В. Почвы Северной Якутии. Новосибирск: Наука, 1979. 303 с.
Иванова Е.Н. Мерзлотно-таежные почвы Северной Якутии // Почвоведение. 1965. № 7. С.1–14.
Каплина Т.Н. Аласные комплексы Северной Якутии // Криосфера Земли. 2009. Т. XIII. № 4. С. 3–17.
Каплина Т.Н., Лахтина О.В., Рыбакова Н.О. Кайнозойские отложения сред него течения р. Алазеи (Колымская низменность) // Известия АН СССР. Сер. геол. 1981. № 8. С. 51–63.
Классификация и диагностика почв России. Смоленск: Ойкумена, 2004. 342 с.
Криоэкосистемы бассейна реки Алазея / Отв. ред. А.П. Исаев, И.В. Климовский. Новосибирск: Академическое изд-во “Гео”, 2018. 211 с. ISNB 978-5-9909584-0-1
Мерзлотно-ландшафтная карта Якутской АССР. Масштаб 1 : 2 500 000 / Под ред. П.И. Мельникова. М.: ГУГК, 1991. 2 л.
Мерзлотные ландшафты Якутии (Пояснительная записка к Мерзлотно-ландшафтной карте Якутской АССР масштаба 1 : 2 500 000). Новосибирск: ГУГК, 1989. 170 с.
Наумов Е.М. Почвы и почвенный покров Северо-Востока Евразии. Автореф. дис. … докт. с./х. наук. М., 1993. 63 с.
Наумов Е.М., Градусов Б.П. Особенности таежного почвообразования на крайнем Северо-Востоке Евразии. М.: Колос, 1974. 147 с.
Научно-прикладной справочник по климату СССР. Якутская АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. Вып. 24. Кн. 1. 607 с.
Орешникова Н.В., Красильников П.В., Шоба С.А. Маршевые почвы карельского берега Белого моря // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 17, почвоведение. 2012. № 4. С. 13–20.
Полевой определитель почв. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева. 2008. 182 с.
Романовский Н.Н. Формирование полигонально-жильных структур. Новосибирск: Наука, 1977. 215 с.
Соколов И.А. Некоторые теоретические итоги и проблемы изучения почв Восточной Сибири и Дальнего Востока // Почвоведение. 1991. № 5. С. 131–145.
Соколов И.А., Турсина Т.В., Белоусова Н.И. Современное подзолообразование на равнинах Центральной Якутии // Почвоведение. 1969. № 12. С. 22–29.
Соколов И.А., Наумов Е.М., Градусов Б.П., Турсина Т.В., Цюрупа И.Г. Ультраконтинентальное таежное почвообразование на карбонатных суглинках в центральной Якутии // Почвоведение. 1976. № 4. С. 11–27.
Томирдиаро С.В. Лёссово-ледовая формация Восточной Сибири в позднем плейстоцене и голоцене. М.: Наука, 1980. 184 с.
Томирдиаро С.В., Черненький Б.И. Криогенно-эоловые отложения Восточной Арктики и Субарктики. М.: Наука, 1987. 198 с.
Alekseev A., Alekseeva T., Ostroumov V., Siegert C., Gradusov B. Mineral transformation in permafrost-affected soils, North Kolyma Lowland, Russia // Soil Sci. Soc. Am. J. 2003. V. 67. P. 596–605. https://doi.org/10.2136/sssaj2003.0596
Bain D.C. The weathering of some chlorite minerals in Scottish soils // Eur. J. Soil Sci. 1977. V. 28. P. 144–164.
Banfield J.F., Murakami T. Atomic-resolution transmission electron microscope evidence for the mechanism by which chlorite weathers to 1 : 1 semi-regular chlorite-vermiculite // Am. Mineral. 1998. V. 83. P. 348–357.
Borden P.W., Ping C.-Lu., McCarthy P.J., Naidu S. Clay mineralogy in arctic tundra Gelisols, northern Alaska // Soil Sci. Soc. Am. J. 2010. V. 74(2). P. 580–592. https://doi.org/10.2136/sssaj2009.0187
Biskaborn B.K., Smith S.L., Noetzli J., Matthes H., Vieira G., Streletskiy D.A., Schoeneich P. et al. Permafrost is warming at a global scale // Nature Commun. 2019. V. 10. P. 264. https://doi.org/10.1038/s41467-018-08240-4
Churchman G.J. Clay minerals formed from micas and chlorites in some New Zealand soils // Clay Miner. 1980. V. 15(3). P. 59–76. https://doi.org/10.1180/claymin.1980.015.1.05
Gentsch N., Mikutta R., Shibistova O., Wild B., Schnecker J., Richter A., Urich T. et al. Properties and bioavailability of particulate and mineral-associated organic matter in Arctic permafrost soils, Lower Kolyma Region, Russia // Eur. J. Soil Sci. 2015. V. 66. P. 722–734. https://doi.org/10.1111/ejss.12269
Gillot F., Righi D., Elsass F. Pedogenic smectite in podzols from central Finland: an electron microscope study // Clay Clay Miner. 2000. V. 48. P. 655–664.
Günther F., Overduin P.P., Yakshina I.A., Opel T., Baranskaya A.V., Grigoriev M.N. Observing Muostakh disappear: permafrost thaw subsidence and erosion of a ground-ice-rich island in response to arctic summer warming and sea ice reduction // Cryosphere. 2015. V. 9(1). P. 151–178. https://doi.org/110.5194/tc-9-151-2015
Harris W., White N.G. X-ray diffraction techniques for soil mineral identification // Methods of Soil Analysis. Part 5. Mineralogical Methods, SSSA Book Series. No. 5. Madison, Wisconsin, 2008. 81–115 p.
IUSS Working Group WRB. World Reference Base for Soil Resources 2014, update 2015 International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. World Soil Resources Reports. No. 106. 2015. FAO, Rome.
Iwahana G., Takano S., Petrov R., Tei S., Shingubara R., Maximov T., Fedorov A.N. et al. Geocryological characteristics of the upper permafrost in a tundra-forest transition of the Indigirka River valley, Russia // Polar Sci. 2014. V. 8. P. 96–113.
Kanevskiy M., Shur Y., Fortier D., Jorgenson M.T., Stephani E. Cryostratigraphy of late Pleistocene syngenetic permafrost (yedoma) in northern Alaska, Itkillik river exposure // Quater. Res. 2011. V. 75. P. 584–596. https://doi.org/10.1016/j.yqres.2010.12.003
Kanevskiy M., Shur Y.L., Strauss J., Jorgenson M.T., Fortier D., Stephani E., Vasiliev A. Patterns and rates of riverbank erosion in the area of ice-rich permafrost (ye-doma) in northern Alaska // Geomorphology. 2016. V. 253. P. 370–384. https://doi.org/10.1016/j.geomorph.2015.10.023
Lessovaia S.N., Desyatkin R.V., Okoneshnikova M.V., Ivanova A.Z. Clay mineralogy of Cryosols formed in an ultra-continental climate of Siberia // The VIII Congress of the Dokuchaev Soil Science Society. IOP Conf. Ser.: Earth Environ. 2021. V. 862. P. 012070. https://doi.org/10.1088/1755-1315/862/1/012070
Lessovaia S.N., Goryachkin S.V., Desyatkin R.V., Okoneshnikova M.V., Pedoweathering and mineralogical change in Cryosols in an ultracontinental climate (Central Yakutia, Russia) // Acta Geodyn. Geomater. 2013. V. 10(172). № 4. P. 465–473. https://doi.org/10.13168/AGG.2013.0047
Morgenstern A., Ulrich M., Günther F., Roessler S., Fedorova I.V., Rudaya N.A., Wetterich S., Boike J., Schirrmeister L. Evolution of thermokarst in East Siberian ice-rich permafrost: a case study // Geomorphology. 2013. V. 201. P. 363–379.
Osterkamp T.E. The recent warming of permafrost in Alaska // Global and Planetary Change. 2005. V. 49. P. 187–202.
PDF-2 2020 (Powder Diffraction File), ICDD (International Centre for Diffraction Data). № 01-074-6247.
Righi D., Meunier A. Characterization and genetic interpretation of clays in an acid brown soil (Dystrochrept) developed in a granitic saprolite // Clay Clay Miner. 1991. V. 39. P. 519–530.
Romanovsky V.E., Sazonova T.S., Balobaev V.T., Shender N.I., Sergueev D.O. Past and recent changes in air and permafrost temperatures in eastern Siberia // Global and Planetary Change. 2007. V. 56. P. 399–413.
Romanovsky V.E., Drozdov D.S., Oberman N.G., Malkova G.V., Kholodov A.L., Marchenko S.S. et al. Thermal state of permafrostin Russia // Permafrost Periglacial Process. 2010. V. 21(2). P 136–155.
Ross G.J., Kodama H. Experimental transformation of a chlorite into vermiculite // Clay Clay Miner. 1973. V. 22. P. 205–211.
Ross G.J., Wang C., Ozkan A.I., Rees H.W. Weathering of chlorite and mica in New Brunswick podzol developed on till derived from chlorite-mica schist // Geoderma. 1982. V. 27. P. 255–267.
Schirrmeister L., Siegert C., Kunitzky V., Grootes P.M., Erlenkeuser H. Late Quaternary ice-rich permafrost sequences as a paleoenvironmental archive for the Laptev Sea Region in Northern Siberia // Int. J. Earth Sci. 2002. V. 91(1). P. 154–167.
Schirrmeister L., Kunitsky V.V., Grosse G., Wetterich S., Meyer H., Schwamborn G., Babiy O. et al. Sedimentary characteristics and origin of the Late Pleistocene Ice Complex on north-east Siberian Arctic coastal lowlands and islands – A review // Quatern. Intern. 2010. V. 241. P. 3–25.
Schirrmeister L., Froese D., Tumskoy V., Grosse G., Wetterich S. Yedoma: Late Pleistocene ice-rich syngenetic permafrost of Beringia //Encyclopedia of Quaternary Science. Amsterdam: Elsevier, 2013. P. 542–552.
Schwertmann U., Taylor R.M. Iron oxides // Minerals in soil environment. SSSA Book Series. No 1. 1989. P. 379–438.
Strauss J., Schirrmeister L., Grosse G., Wetterich S., Ulrich M., Herzschuh U., Hubberten H.-W. The deep permafrost carbon pool of the Yedoma region in Siberia and Alaska // Geophys. Res. Lett. 2013. V. 40. P. 6165–6170.
Ulrich M., Grosse G., Strauss J., Schirrmeister L. Quantifying wedge-ice volumes in Yedoma and thermokarst basin deposits // Permafrost and Periglacial Processes. 2014. V. 25. 151–161.