Phytolithic and Paleolandscape Evidence of Environmental Change in the South of the East European Plain in the Pleistocene


Cite item

Full Text

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

Abstract

The work is devoted to the reconstruction of paleoclimatic regularities in the formation of the Chumbur-Kosa (MIS-17…MIS-1) loess-soil series and the assessment of the possibility of using phytolith analysis to diagnose vegetation cover in the interglacial and glacial periods of the Pleistocene. v the index of magnetic susceptibility, the average annual precipitation was calculated. It has been established that in the Pleistocene there was a directed climate change towards aridization, in which the amount of precipitation during the interglacial periods decreased from 600 to 550 mm/year, and during the glacial periods it did not exceed 200–250 mm/year. Aridization of the climate led to xerophytization of plant communities, a decrease in bioproductivity and landscape diversity. In the warm intervals of the Pleistocene, meadow-forb associations prevailed, which were replaced by steppe associations at the onset of the glacial stage. Natural and climatic zones were within the modern borders, demonstrating the relative stability of the steppe landscapes to global climatic fluctuations.

Full Text

Restricted Access

About the authors

P. I. Kalinin

Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: kalinin331@rambler.ru
ORCID iD: 0000-0002-7252-2997
Russian Federation, Pushchino, 142290

O. G. Zanina

Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science of the Russian Academy of Sciences

Email: kalinin331@rambler.ru
Russian Federation, Pushchino, 142290

P. G. Panin

Institute of Geography of the Russian Academy of Sciences

Email: kalinin331@rambler.ru
Russian Federation, Moscow, 119017

I. Yu. Kudrevatykh

Institute of Physicochemical and Biological Problems in Soil Science of the Russian Academy of Sciences

Email: kalinin331@rambler.ru
Russian Federation, Pushchino, 142290

References

  1. Алексеев А.О., Калинин П.И., Алексеева Т.В. Почвенные индикаторы параметров палеоэкологических условий на юге восточно-европейской равнины в четвертичное время // Почвоведение. 2019. № 4. C. 389–399. https://doi.org/10.1134/S0032180X19040026
  2. Алексеев А.О., Митенко Г.В., Шарый П.А. Количественные оценки палеоэкологических изменений в позднем голоцене на юге восточно-европейской равнины на основе магнитных свойств почв // Почвоведение. 2020. № 12. C. 1425–1435. https://doi.org/10.31857/S0032180X20120023
  3. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1970. 488 с.
  4. Архив фактической погоды. Гидрометцентр России. https://meteoinfo.ru/archive-pogoda.
  5. Базилевич Н.И. Биологическая продуктивность экосистем Северной Евразии. М.: Наука, 1993. 293 с.
  6. Берг Л.С. О происхождении лесса // Известия РГО. 1916. Т. 52. № 8. С. 579–646.
  7. Болиховская Н.С. Эволюция лёссово-почвенной формации северной Евразии. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1995. 270 с.
  8. Векторная карта природных зон РФ, обновление январь 2023 г. https://fedoroff.net/load/maps/karta/karta_prirodnykh_zon_rossii/90-1-0-348
  9. Величко А.А. Палеоклиматы и палеоландшафты внетропического пространства Северного полушария. Поздний плейстоцен–голоцен. М.: ГЕОС, 2009. 120 с.
  10. Величко А.А., Борисова О.К., Захаров А.Л., Кононов Ю.М., Константинов Е.А., Курбанов Р.Н., Морозова Т.Д. и др. Cмена ландшафтных обстановок на юге русской равнины в позднем плейстоцене по результатам исследования лёссово-почвенной серии Приазовья // Известия РАН. Сер. Географическая. 2017. № 1. С. 74–83. https://doi.org/10.15356/0373-2444-2017-1-74-83
  11. Величко А.А., Морозова Т.Д. Основные черты почвообразования в плейстоцене на восточно-европейской равнине и их палеогеографическая интерпретация // Эволюция почв и почвенного покрова. Теория, разнообразие природной эволюции и антропогенных трансформаций почв. М.: ГЕОС, 2015. С. 321–337.
  12. Величко А.А., Морозова Т.Д., Борисова О.К., Тимирева С.Н., Семенов В.В., Кононов Ю.М., Титов В.В., Тесаков А.С., Константинов Е.А., Курбанов Р.Н. Становление зоны степей юга России (по материалам строения лессово-почвенной формации Доно-Азовского региона) // Доклады АН. 2012. Т. 445. № 4. С. 464. https://doi.org/10.1134/s1028334x12080107
  13. Гольева А.А. Фитолиты и их информационная роль в изучении природных и археологических объектов. М., 2001. 140 с.
  14. Додонов А.Е., Симакова А.Н., Гольева А.А. Климато-стратиграфическое расчленение средне-позднеплейстоценовых лёссов Средней Азии на примере лёссово-почвенного разреза Дараи Калон (Южный Таджикистан) // Актуальные проблемы палинологии на рубеже третьего тысячелетия. М., 1999. С. 80–91.
  15. Егоров В.В. Классификация и диагностика почв СССР. М.: Колос, 1977. 221 с
  16. Занина О.Г., Лопатина Д.А. Биоиндикаторы условий формирования верхненеоплейстоценовых каргинских и сартанских отложений Колымской низменности и особенности их тафономии при многократном воздействии криогенных факторов // Стратиграфия. Геологическая корреляция. 2022. Т. 30. № 5. С. 111–128. https://doi.org/10.31857/S0869592X22050076 Q2
  17. Занина О.Г., Лопатина Д.А. Изучение криогенной трансформации биогенных новообразований в экосистемах Северо-Востока России // Почва как компонент биосферы: эволюция функционирование и экологические аспекты. Матер. конф. М.: Товарищество научных изданий КМК, 2020. С. 67–68.
  18. Калинин П.И., Алексеев А.О., Савко А.Д. Лёссы, палеопочвы и палеогеография квартера юго-востока Русской равнины. Воронеж: Воронежский гос. ун-т, 2009. 139 с.
  19. Калинин П.И., Алексеев А.О. Геохимическая характеристика лёссово-почвенных комплексов Терско-Кумской равнины и Азово-Кубанской низменности // Почвоведение. 2011. № 12. С. 1436.
  20. Константинов Е.А., Захаров А.Л., Сычёв Н.В., Мазнева Е.А., Курбанов Р.Н., Морозова П.А. Лёссонакопление на юге европейской России в конце четвертичного периода // Вестник РАН. 2022. T. 92. № 6. C. 572–582. https://doi.org/10.31857/S0869587322060068
  21. Ландшафтная карта СССР. М-б 1: 2500 000 / Отв. ред. Гудилин И.С. М.: Министерство геологии СССР, 1980. 16 л.
  22. Макеев А.О. Поверхностные палеопочвы лессовых водоразделов Русской равнины. М.: Молнет, 2012. 260 с.
  23. Минашина Н.Г., Шишов Л.Л. Гипсоносные почвы: распространение, генезис, классификация // Почвоведение. 2002. № 3. С. 273–281.
  24. Морозова Т.Д. Развитие почвенного покрова Европы в позднем плейстоцене. М.: Наука, 1981. 282 с.
  25. Нестерук Г.В., Хохлова О.С., Ильина Л.П., Сверчкова А.Э., Сушко К.С. Палеоэкологические условия кубано-приазовской низменности в эпоху бронзы и раннего железного века на основе изучения погребенных почв // Почвоведение. 2021. № 11. C. 1306–1321. https://doi.org/10.31857/S0032180X21110095
  26. Перельман А.И., Касимов Н.С. Геохимия ландшафта. М.: Астрея 2000, 1999. 798 с.
  27. Щелинский В.Е., Очередной А.К., Титов В.В. Ранний и средний палеолит Приазовья: современное состояние исследований. Ростов-на-Дону: Изд-во ЮНЦ РАН, 2022. 304 с.
  28. Халчева Т.А. Различие минералогического состава лессовых горизонтов Русской равнины // Лессы, погребенные почвы и криогенные явления на Русской равнине. М.: Наука, 1972. С. 49–59.
  29. Beck H., Zimmermann N.E., McVicar T.R., Vergopolan N., Berg A., Wood E.F. Present and future Köppen-Geiger climate classification maps at 1-km resolution // Scientific Data. 2018. V. 5. P. 180214. https://doi.org/10.1038/sdata.2018.214
  30. Cabanes D., Shahack-Gross R. Understanding fossil phytolith preservation: the role of partial dissolution in paleoecology and archaeology // PLOS ONE. 2015. V.10. P. 1–16. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0125532
  31. Chen J., Stevens T., Yang T., Qiang M., Matishov G., Konstantinov E., Kurbanov R. et al. Revisiting late pleistocene loess–paleosol sequences in the azov sea region of russia: chronostratigraphy and paleoenvironmental record // Frontiers Earth Sci. 2022. V. 9. P. 808157. https://doi.org/10.3389/feart.2021.808157
  32. Chen J., Yang T., Matishov G., Velichko A.A., Zeng B., He Y., Shi P.-H. Luminescence chronology and age model application for the upper part of the Chumbur-Kosa loess sequence in the Sea of Azov, Russia // J. Mountain Sci. 2018. V. 15. P. 504–518. https://doi.org/10.1007/s11629-017-4689-0
  33. Danin A., Ganor E. Trapping of airborne dust by mosses in the Negev Desert, Israel // Earth Surface Processes and Landforms. 1991. V. 16. P. 153–162. https://doi.org/10.1002/esp.3290160206
  34. Kalinin P.I., Kudrevatykh I. Yu., Malyshev V.V., Pilguy L.S., Buhonov A.V., Mitenko G.V., Alekseev A.O. Chemical weathering in semi-arid soils of the Russian plain // Catena. 2021. V. 206. P. 105554. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105554
  35. Kudrevatykh I.Y., Kalinin P.I., Mitenko G.V., Alekseev A.O. The role of plant in the formation of the topsoil chemical composition in different climatic conditions of steppe landscape // Plant and Soil. 2021. V. 465. P. 453–472. https://doi.org/10.1007/s11104-021-05019-3
  36. Latorre F., Honaine M.F., Osterrieth M.L. First report of phytoliths in the air of Argentina // Aerobiologia. 2012. V. 28. P. 61–69. https://doi.org/10.1007/s10453-011-9211-5
  37. Liang Y., Yang, Tb., Velichko, A.A., Zeng B., Shi P.-H., Wang L.-D., He Y. et al. Paleoclimatic record from Chumbur-Kosa section in Sea of Azov region since Marine Isotope Stage 11 // J. Mountain Sci. 2016. V. 13. P. 985–999. https://doi.org/10.1007/s11629-015-3738-9
  38. Maher B.A., Possolo A. Statistical models for use of palaeosol magnetic properties as proxies of palaeorainfall // Global and Planetary Change. 2013. V. 111. P. 280–287. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2013.09.017
  39. Maher B.A., Thompson R., Zhou L.P. Spatial and temporal reconstructions of changes in the Asian palaeomonsoon: A new mineral magnetic approach // Earth Planetary Sci. Lett. 1994. V. 125. P. 461–471. https://doi.org/10.1016/0012-821X(94)90232-1
  40. Makeev A.O. Pedogenic alteration of aeolian sediments in the upper loess mantles of the Russian plain // Quater. Int. 2009. V. 209. P. 79–94. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2009.03.007
  41. Neumann K., Strömberg C.A.E., Ball T., Albert R.M., Vrydaghs L., Cummings L.S. International Code for Phytolith Nomenclature (ICPN) 2.0 // Annals of Botany. 2019. V. 124. P. 189–199. https://doi.org/10.1093/aob/mcz064
  42. Panin P.G., Timireva S.N., Morozova T.D., Kononov Y.M., Velichko A.A. Morphology and micromorphology of the loess-paleosol sequences in the south of the East European plain (MIS 1–MIS 17) // Catena. 2018. V. 168. P. 79–101. https://doi.org/10.1016/j.catena.2018.01.032
  43. Panin P., Kalinin P., Filippova K. Sychev N., Bukhonov A. Paleo-pedological record in loess deposits in the south of the East European plain, based on Beglitsa-2017 section study // Geoderma. 2023. V. 437. P. 116567. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2023.116567
  44. Pearsall D.M. Paleoethnobotany // International Encyclopedia of the Social & Behavioral Sciences. Oxford: Elsevier, 2015. V. 17. P. 456–461. https://doi.org/10.1016/b978-0-08-097086-8.13007-7
  45. Retallack G.J. Soils and global change in the carbon cycle over geological time // Treatise Geochem. 2003. P. 581–605. https://doi.org/10.1016/B0-08-043751-6/05087-8
  46. Runge E.C.A., Walker T.W., Howarth D.T. A study of late Pleistocene loess deposits, South Canterbury, New Zealand: Part I. Forms and amounts of phosphorous compared with other techniques for identifying paleosols // Quater. Res. 1974. V. 4. P. 76–84. https://doi.org/10.1016/0033-5894(74)90009-X
  47. Sprafke T., Obreht I. Loess: Rock, sediment or soil – What is missing for its definition? // Quater. Int. 2016. V. 399. P. 198–207. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.03.033
  48. Timireva S.N., Kononov Yu.M., Sycheva S.A., Taratunina N.A., Kalinin P.I., Filippova K.G., Zakharov A.L., Konstantinov E.A., Murray A.S., Kurbanov R.N. Revisiting the Taman peninsula loess-paleosol sequence: Middle and Late Pleistocene record of Cape Pekla // Quater. Int. 2022. V. 620. P. 36–45. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2021.06.010
  49. Van Ranst E. Soil Atlas of Europe. European Commission. Belgium: Brussels, 2005. 128 p.
  50. Velichko A.A., Catto N.R., Kononov Yu.M., Morozova T.D., Novenko E.Yu., Panin P.G., Ryskov G.Ya. et al. Progressively cooler, drier interglacials in southern Russia through the quaternary: evidence from the sea of Azov region // Quater. Int. 2009. V. 198. P. 204–219. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2008.06.005
  51. Velichko A.A., Faustova M.A., Pisareva V.V., Gribchenko Yu.N., Sudakova N.G., Lavrentiev N.V. Glaciations of the East European plain: distribution and chronology // Developments Quater. Sci. 2006. V. 15. Ch. 26. P. 337–359. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-53447-7.00026-X
  52. Yang S., Ding F., Ding Z. Pleistocene chemical weathering history of Asian arid and semi-arid regions recorded in loess deposits of China and Tajikistan // Geochim. Cosmochim. Acta. 2006. V. 70. P. 1695–1709. https://doi.org/10.1016/j.gca.2005.12.012

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig.1

Download (717KB)
Indexing metadata
3. Fig.2

Download (282KB)
Indexing metadata
4. Fig.3

Download (226KB)
Indexing metadata
5. Fig.4

Download (552KB)
Indexing metadata
6. Fig.5

Download (438KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies