Concentration of the main soluble ions in the composite wedges of the Upper Sand unit of the Batagay megaslump
- Authors: Vasil'chuk Y.K.1
-
Affiliations:
- Issue: No 1 (2025)
- Pages: 16-43
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/2453-8922/article/view/365787
- EDN: https://elibrary.ru/QBFPIY
- ID: 365787
Cite item
Full Text
Abstract
Syngenetic composite wedges CW-10, CW-11, CW-12, CW-13, CW-14, and CW-15 were discovered in the Upper Sand unit of the Batagay megaslump, located 10 kilometers southeast of Batagay settlement. The goal of this work is to investigate the composition of ions in composite wedges in order to determine their formation characteristics. The ion composition of composite sand-ice wedges 10–15 from the upper sand is dominated by sulfate anions; their content reaches 372 mg/L. The content of chlorides is high – up to 94 mg /L, the ratio of chloride anions to sulfates reaches 2.7. Among the cations, calcium stands out—up to 172 mg/L and sodium up to 117 mg/L. The content of magnesium cations is up to 115 mg/L. The measurements were performed using a Stayer ion chromatograph. The average EC values in sand-ice wedges are: No. 10 – 407 mSm, No. 11 – 742 mSm, No. 12 – 583 mSm, No. 14 – 783 mSm, and No. 15 – 696 mSm. The average sodium cation content in composite wedges is: No. 10 – 22 mg/L, No. 11 – 63 mg/L, No. 12 – 28 mg/L, No. 14 – 57 mg/L, No. 15 – 35 mg/L. Average values of calcium cation content in sand-ice wedges: No. 10 – 0.42 mg/L, No. 11 – 89 mg/L, No. 12 – 63 mg/L, No. 14 – 92 mg/L, No. 15 – 98 mg/L. Average values of chloride anion content in sand-ice wedges: No. 10 – 23 mg/L, No. 11 – 48 mg/L, No. 12 – 41 mg/L, No. 14 – 51 mg/L, No. 15 – 35 mg/L. Average values of sulfate anion content in sand-ice wedges: No. 10 – 27 mg/L, No. 11 – 104 mg/L, No. 12 – 105 mg/L, No. 14 – 128 mg/L, No. 15 – 64 mg/L. Using the ionic composition of composite wedges as a geochemical tracer to study the problem of the genesis and formation processes of composite wedges allows us to obtain additional evidence of the nature of sand-ice wedges and the conditions of their formation. The chemical composition of wedges located in the Upper Sand unit was influenced by continental aerosols and slope suprapermafrost waters. The most significant difference in the ionic composition of composite wedges from the simultaneously accumulating ice wedges of the Batagay yedoma is the predominance of sulfate anions; their content (up to 372 mg/L) is one and even two orders of magnitude higher than in the ice of most yedoma wedges. In general, the ionic composition of composite sand-ice wedges differs significantly from the ionic composition of the Batagay yedoma ice wedges. Composite sand-ice wedges were formed with the active participation of slope processes and slope suprapermafrost waters.
About the authors
Yurij Kirillovich Vasil'chuk
Email: vasilch_geo@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-5847-5568
References
Анисимова Н.П. Криогидрогеохимические особенности мерзлой зоны. Новосибирск: Наука. 1981. 151 с. Бутаков В.И., Слагода Е.А., Опокина О. Л., Томберг И.В., Жученко Н.А. Особенности формирования гидрохимического и микроэлементного состава разных типов подземных льдов мыса Марре-Сале // Криосфера Земли. 2020. Том XXIV. № 5. С. 29-44. doi: 10.21782/KZ1560-7496-2020-5(29-44). Бутаков В.И. "em"Особенности формирования геохимического состава подземных льдов Карского региона"/em" / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Тюмень, 2022. 25 с. Васильчук Ю.К. Изотопно-кислородный состав подземных льдов (опыт палеогеокриологических реконструкций). М.: Изд. Отдел. Теоретических проблем РАН. МГУ, ПНИИИС. 1992. В 2–х томах. Т. 1. – 420 с. Т. 2. – 264 с. Васильчук Ю.К. Геохимический состав подземных льдов севера Российской Арктики // Арктика и Антарктика. 2016. № 2. С. 99-115. doi: 10.7256/2453-8922.2016.2.21378 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=21378 Васильчук Ю.К. Ионный состав повторно-жильных льдов №17 и №20 Батагайской едомы // Арктика и Антарктика. 2024. № 3. С. 65-90. doi: 10.7256/2453-8922.2024.3.71272 EDN: QWEIZV URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=71272 Васильчук Ю.К. Концентрация основных растворимых ионов в ледяных жилах ПЖЛ-5 и ПЖЛ-7 Батагайской едомы // Арктика и Антарктика. 2024. № 4. С. 57-80. doi: 10.7256/2453-8922.2024.4.72210 EDN: LBJOHS URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=72210 Васильчук Ю.К., Васильчук Д.Ю., Буданцева Н.А., Васильчук А.К., Тришин А.Ю. Изотопно-геохимические особенности Батагайской едомы (предварительные результаты) // Арктика и Антарктика. 2017. № 3. С. 69-98. doi: 10.7256/2453-8922.2017.3.24433 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=24433 Васильчук Ю.К., Васильчук А.К. Типы циклитности едомных толщ в долине реки Майн, Чукотка // Арктика и Антарктика. 2019. № 2. С. 34-61. doi: 10.7256/2453-8922.2019.2.29667 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=29667 Васильчук Ю.К., Васильчук Д.Ю., Гинзбург А.П. Криогенные почвы в районе Батагайского мегаоврага, север Якутии // Арктика и Антарктика. 2020. № 3. С. 52-99. doi: 10.7256/2453-8922.2020.3.33599 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=33599 Васильчук Ю.К., Васильчук Д.Ю., Буданцева Н.А., Васильчук А.К., Гинзбург А.П. Геохимический состав повторно-жильных льдов в Батагайской едоме // Арктика и Антарктика. 2021. № 2. С. 70-92. doi: 10.7256/2453-8922.2021.2.35962 URL: https://nbpublish.com/library_read_article.php?id=35962 Волкова В. П., Романовский Н. Н. Некоторые особенности химического состава подземных льдов Уяндинской впадины и прилегающих частей Селенняхского хребта // Мерзлотные исследования, вып. 10. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1970. С. 114-128. Волкова В. П., Романовский Н. Н. О химическом составе подземных льдов в четвертичных отложениях южной части Яно-Индигирской низменности // Проблемы криолитологии, вып. 4. М.: Изд-во Моск. ун-та. 1974. С. 199-208. Данилов И. Д., Соломатин В. И., Шмидеберг Н. А. Химический состав подземных льдов как показатель условий их формирования и генезиса вмещающих пород // П"em"риродные условия Западной Сибири."/em" Вып. 7. М.: Издательство Московского университета. 1980. С. 119-126. Деревягин А.Ю., Куницкий В.В., Мейер Х. Песчано-ледяные жилы на крайнем севере Якутии // "em"Криосфера "/em""em""/em""em"Земли"/em". 2007. Том XI. № 1. С. 62-71. Д"em"убиков Г. И. Состав и криогенное строение мерзлых толщ Западной Сибири."/em" М.: Изд-во “Геос”. 2002. 246 с. Дубиков Г.И., Иванова Н.В., Зыков Ю.Д., Червинская О.П., Красовский А.Г. Засоление прибрежных отложений и их коррозионная агрессивность // Криосфера Земли. 1997. Том III. № 1. С. 43-52. Каплина Т.Н., Шер А.В. Криогенное строение, условия формирования и возраст констративной аллювиальной свиты Сыпного Яра на Индигирке // "em"Мерзлые породы и снежный покров"/em". М.: Наука, 1977. С. 27-41. Куть А.А. "em"Эолово-мерзлотные образования (тукуланы) Центральной Якутии: строение, генезис, возраст, закономерности распространения."/em" Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук. Ин-т мерзлотоведения СО РАН. Якутск, 2015. 22 с. Лахтина О.В. Физические и химические свойства грунтов Колымской низменности // "em"Труды ПНИИИС"/em". Вып. 54. М., 1978. С. 13-54. Опокина О.Л., Слагода Е.А., Стрелецкая И.Д., Суслова М.Ю., Томберг И.В., Ходжер Т.В. Криолитология, гидрохимия и микробиология голоценовых озерных и повторно-жильных льдов о-ва Сибирякова Карского моря // Природа шельфов и архипелагов Европейской Арктики. Вып. 10. М.: ГЕОС, 2010. С. 241-247. Опокина О.Л., Слагода Е.А., Томберг И.В., Суслова М.Ю., Фирсова А.Д., Ходжер Т.В., Жученко Н.А. колебания уровня моря и их отражение в составе и строении полигонально-жильных льдов в низовьях Енисея // "em"Лёд и Снег."/em" 2014. Том 54(2). С. 82-90. doi: 10.15356/2076-6734-2014-2-82-90. Тихонравова Я. В., Лупачев А. В., Слагода Е. А., Рогов В. В., Кузнецова А. О., Бутаков В. И., Симонова Г. В., Таратунина Н. А., Муллануров Д. Р. Строение и формирование ледогрунтовых жил второй озёрно-аллювиальной террасы на севере Гыдана в позднем неоплейстоцене–голоцене // Лед и снег. 2019. №4. С. 557-570. doi: 10.15356/2076-6734-2019-4-367. Brown J. Ice-wedge chemistry and related frozen ground processes, Barrow, Alaska // "em"Proceedings, International Conference on Permafrost, Lafayette, Indiana"/em".1963, 11–15 November. National Academy of Sciences-National research Council. Washington, D.C. USA. 1966. P. 94-98. Campbell-Heaton K. Ice wedge activity in the Eureka Sound Lowlands, Canadian High Arctic. A thesis submitted to the University of Ottawa in partial fulfillment of the requirements for the Master of Science in Geography. Department of Geography, Environment and Geomatics. Faculty of Arts. CryoLab for Arctic, Antarctic and Planetary Studies (CLAAPS). University of Ottawa, 2020. 103 p. Campbell-Heaton K., Lacelle D., Fisher D., Pollard W. Holocene ice wedge formation in the Eureka Sound Lowlands, high Arctic Canada // Quaternary Research. 2021. Vol. 102. P. 175-187. doi: 10.1017/qua.2020.126. Douglas TA, Barker AJ, Monteath AJ, Froese DG. A local meteoric water line for interior Alaska constrains paleoclimate from 40 000 year old relict permafrost // "em"Environmental Research Letters"/em". 2025. Vol. 20:024029. doi: 10.1088/1748-9326/ada16b. Fritz M., Opel T., Tanski G., Herzschuh U., Meyer H., Eulenburg A., Lantuit H. Dissolved organic carbon (DOC) in Arctic ground ice //"em" The "/em"Cryosphere. 2015. Vol. 9. P. 737-752. doi: 10.5194/tc-9-737-2015. Holland K.M. Ice-Wedge Archives in the Northwestern Canadian Arctic. A thesis submitted in conformity with the requirements for the degree of Master of Science. Department of Geography and Planning. University of Toronto, 2020. 85 p. Holland K.M., Porter T.J., Criscitiello A.S., Froese D.G. Ion geochemistry of a coastal ice wedge in Northwestern Canada: Contributions from marine aerosols and implications for ice-wedge paleoclimate interpretations // Permafrost and Periglacial Processes. 2023. Vol. 34(2). P. 180-193. doi: 10.1002/ppp.2184. Iizuka Y., Miyamoto C., Matoba S., Iwahana G., Horiuchi K., Takahashi Y., Kanna N., Suzuki K., Ohno H., Ion concentrations in ice wedges: An innovative approach to reconstruct past climate variability // Earth Planet. Sci. Lett. 2019. Vol. 515. P. 58–66. doi: 10.1016/j.epsl.2019.03.013. Mackay J.R., Mathews J.V. Pleistocene ice wedges and sand wedges, Hooper Island, NWT // "em"Canadian Journal of Earth Sciences"/em". 1983. Vol. 20. P. 1087-1097. doi: 10.1139/e83-097 Murton J. Morphology and Paleoenvironmental Significance of Quaternary Sand Veins, Sand Wedges, and Composite Wedges, Tuktoyaktuk Coastlands, Western Arctic Canada // "em"Journal of Sedimentary Research"/em". 1996. Vol. 66(1). P. 17-25. doi: 10.1306/D4268298-2B26-11D7-8648000102C1865D. Murton J.B., Bateman M.D. Syngenetic Sand Veins and Anti-Syngenetic Sand Wedges, Tuktoyaktuk Coastlands, Western Arctic Canada // "em"Permafrost and Periglacial Processes"/em". 2007. Vol. 18. P. 33-47. doi: 10.1002/ppp.577. Murton J.B., Opel T., Toms P., Blinov A., Fuchs M. et al. (2022). A multi-method dating study of ancient permafrost, Batagay megaslump, East Siberia // Climate of the Past. 2022. Vol. 105. P. 1-22. doi: 10.1017/qua.2021.27. Murton J., Opel T., Wetterich S., Ashastina K., Savvinov G., Danilov P., Boeskorov V. 2023. Batagay megaslump: A review of the permafrost deposits, Quaternary environmental history, and recent development // Permafrost and Periglacial Processes. Vol. 34(3). P. 399-416. doi: 10.1002/ppp.2194. O'Sullivan J.B. Geochemistry of permafrost: Barrow, Alaska // "em"Proceedings, International Conference on Permafrost, Lafayette, Indiana"/em".1963, 11-15 November. National Academy of Sciences-National research Council. Washington, D.C.USA. 1966. P. 30-37. Park Р., Ko N.-Y., Kim J.E., Opel T., Meyer H., Wetterich S., Fedorov A., Shepelev A.G., Jung H., Ahn J. A Biogeochemical Study of Greenhouse Gas Formation From Two Ice Complexes of Batagay Megaslump, East Siberia // "em"Permafrost and Periglacial Processes"/em". 2024. Vol. 35(4). P. 437-449. doi: 10.1002/ppp.2234. Savoskul O.S. Ion content of polygonal wedge ice on Bolshoi Lyakhov: a source of palaeoenvironmental information // "em"Ann. Glaciol"/em". 1995. Vol. 21. P. 394-398. doi: 10.1017/s026030550001612827. Schirrmeister L., Grosse G. et al. Permafrost, periglacial and paleoenvironmental studies on New Siberian Islands // Russian-German Cooperation System Laptev Sea. The expedition Lena 2002. M.N. Grigoriev, V. Rachold et al. (eds.). "em"Berichte zur Polar- und Meeresforschung. Rep. on Polar and Marine Res."/em" 2003. Vol. 466. P. 195-261. Vasil'chuk Yu.K., Trofimov V.T. Cryohydrochemical peculiarities of ice-wedge complexes in the north of Western Siberia //"em" Permafrost. Fourth International Conference, Proceedings"/em". Fairbanks. Alaska. National Academy Press. Washington. 1983. P. 1303-1308. Vasil’chuk Yu.K., Vasil’chuk J.Yu., Budantseva N.A., Vasil’chuk A.C., Belik A.D., Bludushkina L.B., Ginzburg A.P., Krechetov P.P., Terskaya E.V. Major and trace elements, δ13C, and polycyclic aromatic hydrocarbons in the Late Pleistocene ice wedges: A case-study of Batagay yedoma, Central Yakutia // "em"Applied"/em" "em"Geochemistry. "/em"2020. Vol. 120. P. 104669. doi: 10.1016/j.apgeochem.2020.104669. Vasil'chuk Yu. K., Vasil'chuk J.Yu., Budantseva N.A., Vasil'chuk A.C. MIS 3-2 paleo-winter temperature reconstructions obtained from stable water isotope records of radiocarbon-dated ice wedges of the Batagay Ice Complex (Yana Upland, eastern Siberia) // "em"Radiocarbon"/em". 2022. Vol. 64(6). P. 1403-1417. doi: 10.1017/RDC.2022.60. Vasil'chuk Yu. K., Vasil'chuk A.C., Budantseva N. A., Tokarev I.V., Vasil'chuk J.Yu. Direct AMS radiocarbon age of the MIS2-3 thin composite wedges from Batagay Upper Sand // Radiocarbon. 2025. Vol. 67. Wolfe S.A., Morse P.D., Neudorf C.M., Kokelj S.V., Lian O.B., O'Neill H.B. Contemporary sand wedge development in seasonally frozen ground and paleoenvironmental implications // "em"Geomorphology"/em". 2018. Vol. 308. P. 215-229. doi: 10.1016/j.geomorph.2018.02.015.
Supplementary files
