Mineral specificities of devonian and carboniferous paleosols (southern flank of Russian platform) and the possible reasons behind them

Abstract

Middle and Upper Devonian (Voronezh, Belgorod regions of Russia) and Early and Middle Carboniferous (southern flank of Moscow sedimentary basin) paleosols were studied in detail. It was shown that the specificity of clay mineralogy of studied paleosols (with few exceptions) is their monomineral composition. Devonian terrestrial deposits and paleosols developed from them are kaolinitic, rare they have berthierine composition. Early Carboniferous paleosols are smectitic and Middle Carboniferous — palygorskitic. The mineralogy clear reflects the trends towards the aridization of climate and shifts in climatic zonation. Monomineral compositions and the absence of interstratification are the principal differences between Paleozoic, and Quaternary paleosols and modern soils developed from terrigenous deposits. The main reason behind it is the juvenile nature of Paleozoic paleosols from one side and the re-cycling of material from which Quaternary soils are developed – from other

References

1.    Алексеев А.О., Алексеева Т.В. O формировании лепидокрокита в почвах // Почвоведение. 2000. № 10.
2.    Алексеева Т.В. Почвообразование и почвы в девоне и карбоне на территории Северной Евразии: строение, типы, биота, палеоклиматические архивы и стратиграфическая значимость: Дис … д-ра. г.-м. наук. М., 2020а.
3.    Алексеева Т.В. Почвы девона и карбона. Современное состояние исследований в России (обзор литературы) // Почвоведение. 2020б. № 10.
4.    Алексеева Т.В., Малышев В.В., Алексеев А.О. Палеопочвы как маркеры стратиграфических несогласий в верхневизейских отложениях разреза Мстихино, Калужская область: геохимия, минералогия, биогенные структуры // Стратиграфия. Геологическая корреляция. 2022. Т. 30, № 6.
5.    Алексеева Т.В., Любарова А.П., Алексеев А.О. Палеопочвы кровли протерозойского фундамента территории Курской магнитной аномалии // Вестн. геонаук. 2023. № 11.
6.    Алексеева Т.В., Алексеев А.О. Первая находка кислой сульфатной палеопочвы в отложениях среднего девона на территории Центрального девонского поля (Павловский карьер, Воронежская область) // Почвоведение. 2024. № 1.
7.    Быков И.Н., Канцеров В.А. Новые данные о строении вулканических образований ястребовского горизонта на юге Воронежской области // Литология и стратиграфия осадочного чехла Воронежской антеклизы. Воронеж, 1974. Вып. 2.
8.    Градусов Б.П. Минералы со смешанослойной структурой в почвах. М., 1976.
9.    Кабанов П.Б. Событийная стратиграфия пограничного интервала среднего и верхнего карбона Подмосковья: Дис … канд. г.-м. наук. М., 2000.
10.    Кабанов П.Б. Следы наземной биоты в палеопочвах верхнемосковского подъяруса центра и севера Европейской России // Палеонтологический журнал. 2005. № 4.
11.    Минералы. Справочник. Т. IV, вып. 2. М., 1992.
12.    Мирнов Р.В., Алексеева Т.В. Палеопочвы в отложениях каширского горизонта на юго-востоке Русской плиты (Республика Башкортостан): характеристика, палеоэкологическая и стратиграфическая значимость // Литосфера. 2022. Вып. 22(5).
13.    Никитина А.П. Древняя кора выветривания кристаллического фундамента Воронежской антеклизы и ее бокситоносность. М., 1968.
14.    Овчинникова М.Ю. Эволюция кор выветривания пород нижнепротерозойской железисто-кремнисто-сланцевой формации Курской магнитной аномалии (КМА) в палеозое: Дис … канд. г.-м. наук. М., 2020.
15.    Савко А.Д. Фанерозойские коры выветривания и связанные с ними отложения Воронежской антеклизы, их неметаллические полезные ископаемые: Дис … д-ра г.-м. наук. Воронеж, 1984.
16.    Синицин В.М. Древние климаты Евразии. Ч. 3. Вторая половина Палеозоя (девон, карбон, пермь). Л., 1970.
17.    Соколова Т.А., Дронова Т.Я., Толпешта И.И. Глинистые минералы в почвах: Учебное пособие. Тула, 2005.
18.    Солотчина Э.П. Структурный типоморфизм глинистых минералов осадочных разрезов и кор выветривания. Новосибирск, 2009.
19.    Alekseeva T.V., Alekseev A.O., Gubin S.V. et al. Palaeoenvironments of the Middle–Late Mississippian Moscow Basin (Russia) from multiproxy study of palaeosols and palaeokarsts // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2016. Vol. 450.
20.    Alekseeva T.V., Alekseev A.O., Mitenko G.V. A paleosol on a Pre-Cambrian ferruginous quartzite weathering crust (Stary Oskol, Belgorod Region, Russia) // Paleontological J. 2021. Vol. 55.
21.    Babechuk M.G., Widdowson M., Kamber B.S. Quantifying chemical weathering intensity and trace element release from two contrasting basalt profiles, Deccan Traps, India // Chemical Geology. 2014. Vol. 363.
22.    Fitzpatrick R.W., le Roux J., Schwertmann U. Amorphous and crystalline titanium and iron-titanium oxides in synthetic preparations, at near ambient conditions, and in soil clays // Clays and Clay Minerals. 1978. Vol. 26 (3).
23.    Kabanov P. The Upper Moscovian and Basal Kasimovian (Pennsylvanian) of Central European Russia: Facies, subaerial exposures and depositional models // Facies. 2003. Vol. 49.
24.    Kabanov P.B., Alekseeva T.V., Alekseeva V.A. et al. Paleosols in late Moscovian (carboniferous) marine carbonates of the East European craton revealing «great calcimagnesian plain» paleolandscapes // J. Sedimentary Research. 2010. Vol. 80.
25.    Khormali F., Abtahi A. Origin and distribution of clay minerals in calcareous arid and semi-arid soils of Fars Province, southern Iran // Clay Minerals. 2003. Vol. 38.
26.    Krekeler M.P.S., Hammerley E., Rakovan J. et al. Microscopy studies of the palygorskite-to -smectite transformation // Clays and Clay Miner. 2005. Vol. 53.
27.    Mack G.H., James W.C., Moger H.C. Classification of paleosols // Geol. Soc. Am. Bull. 1993. V. 105.
28.    Pisarzowska A., Rakoci´nski M., Marynowski L. et al. Large environmental disturbances caused by magmatic activity during the Late Devonian Hangenberg Crisis // Global Planet. Change. 2020. Vol. 190.
29.    Procedures for soil analysis (6th ed.). ISRIC Technical paper 9 //Ed. L.P. van Reeuwijk. Wageningen, 2002.
30.     Scotese C.R. Atlas of Earth History. Part 1. Paleogeography: PALEOMAP Project, Arlington, Texas,. 2001.
31.    Tabor N.J., Montanez I.P, Scotese Ch.R. et al. Paleosol archives of environmental and climatic history in paleotropical western Pangea during the latest Pennsylvanian through Early Permian. In: Resolving the Late Paleozoic Ice Age in Time and Space: Geological Society of America Special Paper 441 / Eds. C.R. Fielding, T.D. Frank and J.L. Isbell. 2008.
32.    Tabor N.J., Myers T.S. Paleosols as indicators of paleoenvironment and paleoclimate // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2015. Vol. 43.
33.    Tabor N.J., Poulsen Ch.J. Palaeoclimate across the Late Pennsylvanian–Early Permian tropical palaeolatitudes: A review of climate indicators, their distribution, and relation to palaeophysiographic climate factors // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2008. Vol. 268.
34.    Thorez J. Practical identification of clay minerals (a hand book for teachers and students in clay mineralogy). Liege, 1976.
35.    Wilson M.J. Sheet silicates. Clay minerals. Second edition. Rock-formimg minerals. Vol. 3C. The Geological Society. London. 2013.