Минералогия и магнитные свойства лёссово-почвенной формации как отражение ландшафтно-климатических условий на территории Терско-Кумской низменности в плейстоцене


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено детальное минералогическое и геохимическое исследование опорного разреза “Отказное”, представляющего лёссово-почвенный комплекс, приуроченный к Терско-Кумской равнине. Разрез сохраняет детальную запись истории развития региона в плейстоцене. Мощность отложений достигает 140 м, а возраст может превышать 800 тыс. лет. Одна из основных задач работы состояла в демонстрации возможностей комплекса методов измерения магнетизма окружающей среды в сочетании с мессбауэровской спектроскопией, минералогическими и геохимическими методами для проведения палеогеографических реконструкций природной среды и условий осадконакопления. Обнаруженные изменения магнитных свойств для опорного разреза “Отказное” свидетельствуют о высокой чувствительности минералов железа к изменяющимся климатическим условиям при почвообразовании и условиям осадконакопления. Почвенные горизонты характеризуются повышенным содержанием ферримагнетиков. Отмечается существенное увеличение ферримагнитного вклада в палеопочвенных горизонтах (ПП), где он достигает 80% от полной магнитной восприимчивости по сравнению с лёссовыми горизонтами. На основе распределения групп глинистых минералов по глубине изученного разреза выделяется до шести уровней развития палеопочв. Степень выраженности изменений минерального состава в них различна. Важный момент – присутствие хлоритов в палепочвенных горизонтах, что, вероятно, может объясняться эродированностью наиболее выветрелой кровли ПП. Заметный прирост содержания смектитовой фазы в ПП горизонтах свидетельствует о достаточной длительности почвообразования. Полученные результаты по изменению магнитной восприимчивости и глинистой минералогии ярко фиксируют ПП, также уверено выделяются микулинское межледниковье (MIS5) и межстадиал днепровского ледникового горизонта (MIS6) к которому относится слабовыраженная брянская палеопочва. Полученные результаты изменения вещественного состава лёссово-почвенного комплекса подтверждает стратиграфические построения. На основании количественных показателей (совокупности магнитных, минералогических, и геохимических параметров) для почвенно-лёссовых комплексов территории Терско-Кумской равнины реконструирована динамика климатических условий, и подтвержден тренд постепенной аридизации климата в течение плейстоцена. Эпохи межледниковий, когда формировались почвенные комплексы, характеризовались повышенной по сравнению с этапами оледенений гумидностью климата с максимумом индекса аридности IDM = 35 (годовые осадки до 700 мм) для инжавинского педокомплекса (ПК4).

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. О. Алексеев

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: alekseev@issp.psn.ru
ORCID iD: 0000-0001-5158-4454
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, Московской области, 142290

Т. В. Алексеева

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН

Email: alekseev@issp.psn.ru
ORCID iD: 0000-0002-3880-2573
Россия, ул. Институтская, 2, Пущино, Московской области, 142290

Список литературы

  1. Алексеев А.О., Алексеева Т.В., Махер Б.A. Магнитные свойства и минералогия соединений железа степных почв // Почвоведение. 2003. № 1. С. 62–74.
  2. Алексеев А.О., Алексеева Т.В. Оксидогенез железа в почвах степной зоны. М.: ГЕОС, 2012. 204 с.
  3. 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. С. 389–399.
  4. Алексеева Т.В., Алексеев А.О., Демкин В.А., Алексеева В.А., Соколовска З., Хайнос М., Калинин П.И. Физико-химические и минералогические признаки солонцового процесса в почвах нижнего Поволжья в позднем голоцене // Почвоведение. 2010. № 10. С. 1171–1189.
  5. Бабанин В.Ф., Трухин В.И., Карпачевский Л.О., Иванов А.В., Морозов В.В. Магнетизм почв. Ярославль–М.: Изд-во ЯГТУ, 1995. 219 c.
  6. Балаев Л.Г., Царев П.В. Лёссовые породы Центрального и Восточного Предкавказья. М.: Наука, 1964. 248 с.
  7. Болиховская Н.С. Эволюция лёссово-почвенной формации Северной Евразии. М.: Изд-во МГУ, 1995. 270 с.
  8. Болиховская Н.С., Маркова А.К., Фаустов С.С. Изменения ландшафтно-климатических условий в Терско-Кумской низменности в плейстоцене // Вестник Моск. ун-та. Сер. 5, География. 2015. № 1. C. 55–70.
  9. Величко А.А., Морозова Т.Д. Основные горизонты лёссов и ископаемых почв Русской равнины // Лёссы, погребенные почвы и криогенные явления на Русской равнине. М.: Наука, 1972. С. 5–25.
  10. Величко А.А., Маркова А.К., Морозова Т.Д., Ударцев В.П. Методы абсолютной и относительной геохронологии в лёссово-почвенной стратиграфии и ее корреляция с ритмикой донных осадков океана // Новые данные по геохронологии четвертичного периода. М.: Наука, 1987. С. 23–31.
  11. Величко А.А., Маркова А.К., Морозова Т.Д., Нечаев В.П., Светлицкая Т.В., Цацкин А.И., Чичагова О.А. Геохронология лёссово-почвенной формации юго-запада Русской равнины по новым данным // Геохронология четвертичного периода. М.: Наука, 1992. С. 28–33.
  12. Величко А.А. Изменение климата и ландшафтов за последние 65 миллионов лет. – М.: ГЕОС, 1999. 260 с.
  13. Величко А.А., Янг Т., Алексеев А.О., Борисова О.К., Калинин П.И., Конищев В.Н., Кононов Ю.М., Константинов Е.А., Курбанов Р.Н., Панин П.Г., Рогов В.В., Сарана В.А., Тимирева С.Н., Чубаров И.Г. Сравнительный анализ изменений условий осадконакопления за последний межледниково- едниковый макроцикл в лёссовых областях юга Восточно-Европейской равнины (Приазовье) и центрального Китая (Лёссовое плато) // Геоморфология. 2017. № 1. С. 3–18. https://doi.org/ 10.15356/0435-4281-2017-1-3-18
  14. Галай Б.Ф. Генетический и палеогеографический анализ просадочных толщ Северного Кавказа // Инж. Геология. 1989. № 3. С. 33–45.
  15. Додонов А.Е. Четвертичный период Средней Азии: стратиграфия, корреляция, палеогеография. М.: ГЕОС, 2002. 250 с.
  16. Калинин П.И., Алексеев А.О. Геохимическая характеристика лёссово-почвенных комплексов Терско-Кумской равнины и Азово-Кубанской низменности. // Почвоведение. 2011. № 12. C. 1436–1453.
  17. Морозова Т.Д. Развитие почвенного покрова Европы в позднем плейстоцене. М.: Наука, 1981. 284 c.
  18. Опорные инженерно-геологические разрезы лёссовых пород Северной Евразии / Под ред. Трофимова В.Т. М., 2008. 608 c.
  19. Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта И.И. Глинистые минералы в почвах. Тула: Гриф и К., 2005. 336 с.
  20. Татьянченко Т.В., Алексеева Т.В. Вещественный состав разновозрастных палеопочв курганной группы “Авилов” как отражение динамики климата на территории Русской равнины во второй половине голоцена // Вестник ВГУ. Сер. Геология. 2012. № 1, С. 38–50.
  21. Татьянченко Т.В., Алексеева Т.В., Калинин П.И. Минералогический и химический составы разновозрастных подкурганных палеопочв южных Ергеней и их палеоклиматическая интерпретация // Почвоведение, 2013, № 4, С. 379–392.
  22. Трофимов В.Т., Балыкова С.Д., Болиховская Н.С. и др. Лёссовый покров Земли и его свойства. М.: Изд-во МГУ, 2001. 464 с.
  23. Alekseev A.O., Mitenko G.V., Shary P.A.. Quantitative estimates of paleoenvironmental changes in the late Holocene in the south of the east European Plain as recorded in the magnetic properties of soils // Eurasian Soil Science 2020. V. 53. P. 1677–1686.
  24. Аlekseev А.О., Shary P.A. Malyshev V.V. Magnetic susceptibility of soils as an ambiguous climate proxy for paleoclimate reconstructions // Quat. Int 2023. V. 661. P. 10–21. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2023.04.002
  25. Alekseeva T., Alekseev A., Maher B.A., Demkin V. Late Holocene climate reconstructions for the Russian steppe, based on mineralogical and magnetic properties of buried palaeosols // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2007. V. 249. P. 103–127.
  26. Balsam W., Ji J., Chen J. Climatic interpretation of the Luochuan and Lingtai loess sections, China, based on changing iron oxide mineralogy and magnetic susceptibility // Earth Planet. Sci. Lett. 2004. V. 223. P. 335–348.
  27. Balsam W.L., Ellwood B.B., Ji J., Williams E.R., Long X., El Hassani A. Magnetic susceptibility as a proxy for rainfall: worldwide data from tropical and temperate climate // Quat. Sci. Rev. 2011. V. 30 P. 2732–2744. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2011.06.002
  28. Bolikhovskaya N.S., Faustov S.S., Markova A.K. Pleistocene climatic stratigraphy and environments of the Terek-Kuma Lowland (NW Caspian sea region) inferred from palynological, paleomagnetic and rodent records of the long Otkaznoye sediment sequence // Quat. Int. 2016. V. 409. P. 16–32. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.09.067
  29. Dearing J.A., Livingstone I.P., Bateman M.D., White K. Paleoclimate records from OIS 8.0–5.4 recorded in loess-paleosol sequences on the Matmata Plateau, southern Tunisia, based on mineral magnetism and new luminescence dating // Quat. Int. 2001. V. 76/77. P. 43–56.
  30. De Martonne E. Aréisme et indice d’ariditè // Compt. Rend. Acad. Sci. 1926. V. 182. P. 1395–1398.
  31. Gao P., Nie J., Breecker D.O. et al. Similar magnetic enhancement mechanisms between Chinese loess and alluvial sediments from the Teruel Basin, NE Spain, and paleoclimate implications // Geophys. Res. Lett. 2022. V. 49. P. e2021GL096977.
  32. Gao X., Hao Q., Qiao Y. et al. Precipitation thresholds for iron oxides dissolution and the enhanced Eurasian aridity across the Mid-Pleistocene Transition: Evidence from loess deposits in subtropical China[J] // Global and Planetary Change. 2021. V. 204. 103580.
  33. Geiss C.E., Zanner C.W. Sediment magnetic signature of climate in modern loessic soils from the Great Plains // Quat. Int. 2007. V. 162–163. P. 97–110.
  34. Heller F., Liu T.S. Paleoclimatic and sedimentary history from magnetic susceptibility of loess in China // Geophys. Res. Let. 1986. V. 13. P. 1169–1172.
  35. Hyland E., Sheldon N.D., Van der Voo R., Badgley C., Abrajevitch A. A new paleoprecipitation proxy based on soil magnetic properties: implications for expanding paleoclimate reconstructions // Geol. Soc. Am. Bull. 2015. http://dx.doi.org/10.1130/B31207.1
  36. Jordanova D., Jordanova N., Updating the significance and paleoclimate implications of magnetic susceptibility of Holocene loessic soils // Geoderma. 2021.V. 391. P. 114982. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.114982.
  37. Liu Q.S., Jackson M.J., Banerjee S.K., Maher B.A., Deng C.L., Pan Y.X. et al. Mechanism of the magnetic susceptibility enhancements of the Chinese loess // J. Geophys. Res. 2004. V. 109 (B12). https://doi.org/10.1029/2004JB003249
  38. Long X., Ji J., Barron V., Torrent J. Climatic thresholds for pedogenic iron oxides under aerobic conditions: processes and their significance in paleoclimate reconstruction // Quat. Sci. Rev. 2016. V. 150. P. 264–277. https://doi.org/10.1016/j. quascirev.2016.08.031.
  39. Maher B.A., Thompson R. Paleorainfall reconstructions from pedogenic magnetic susceptibility variations in the Chinese loess and paleosols // Quaternary Research. 1995. V. 44. P. 383–391.
  40. Maher B.A. Magnetic properties of modern soils and Quaternary loessic paleosols: paleoclimatic implications // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 1998. V. 137. P. 25–54.
  41. Maher B.A., Alekseev A., Alekseeva T. Variation of soil magnetism across the Russian steppe: its significance for use of soil magnetism as a palaeorainfall proxy // Quaternary Sci. Rev. 2002. V. 21. P. 1571–1576.
  42. Maher B.A., Alekseev A., Alekseeva T., Magnetic mineralogy of soils across the Russian Steppe: climatic dependence of pedogenic magnetite formation // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2003. V. 201. P. 321–341.
  43. Maher B.A. The magnetic properties of Quaternary aeolian dusts and sediments, and their palaeoclimatic significance // Aeolian Research. 2011. V. 3. P. 87–144.
  44. Maxbauer D.P., Feinberg J.M., Fox D.L. Magnetic mineral assemblages in soils and paleosols as the basis for paleoprecipitation proxies: a review of magnetic methods and challenges // Earth Science Rev. 2016. V. 155. P. 28–48.
  45. Mazneva E., Konstantinov E., Zakharov A., Sychev N., Tkach N., Kurbanov R., Sedaeva K., Murray A. Middle and Late Pleistocene loess of the Western Ciscaucasia: Stratigraphy, lithology and composition // Quat. Int. 2021. V. 590. P. 146–163. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2020.11.039
  46. Murad E., Cashion J. Mössbauer Spectroscopy of Environmental Materials and their Industrial Utilization. Kluwer, 2004. 418 p.
  47. Nesbitt H.W., Young G.M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites // Nature. 1982. V. 299. P. 1523–1534.
  48. Song Y., Hao Q., Ge J., Zhao D., Zhang Y., Li Q., Zuo X., Lü Y., Wang P. Quantitative relationships between magnetic enhancement of modern soils and climatic variables over the Chinese Loess Plateau // Quat. Int. 2014. V. 334–335. P. 119–131.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Строение и климато-стратиграфическая схема по [28] отложений разреза “Отказное” (ПК – почвенный комплекс). Распределения магнитных параметров (χ, χfd, χARM, SIRM, HIRM300, χARM/SIRM) и индекса химического выветривания CIA.

Скачать (393KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пример мессбауэровского спектра, полученного при комнатной температуре (а) и 80 K (b). Пример анализа кривых намагничивания (петля гистерезиса) для валового палеопочвенного образца с расчетной частью ферримагнитной составляющей (F) (c).

Скачать (95KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Профильные распределения изученных параметров для илистой фракции. Обозначения: Sm – смектит, Mi – слюда, K+Сhl – каолинит + хлорит; данные мессбауэровской спектроскопии Fe²⁺/(Fe³⁺+Fe²⁺), содержание гетита (Gt), гематита (Hm), расчетные значения доли ферримагнитного вклада (Ferii sus.) в сигнал магнитной восприимчивости для илистой фракции (clay ferii) и валовых образцов (soil ferii).

Скачать (275KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Рентгендифрактограммы илистой фракции лёсса (1) и палеопочвы ПК4 (2): (a) Mg-форма, воздушно-сухие; (b) Mg-форма, насыщенные этиленгликолем; (c) Mg-форма, прокаленные при 550°C. Межплоскостные расстояния даны в Å. Сокращения: Sme – смектит, Mi – слюда, Kln – каолинит, Chl – хлорит, Qz – кварц, Fsp – полевой шпат, Calc – кальцит.

Скачать (79KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Палеоклиматические реконструкции индекса аридности для плейстоценовых отложений разреза Отказное на базе магнитных параметров.

Скачать (248KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах