Clay mineralogy of soils on hard carbonate substrates of the Lena-Angara plateau

Abstract

The study objects are represented by calcareous and weakly differentiated soils underlain by the hard carbonate-silicate rocks (red-colored and without reddish pigment ones) that have formed in the cold, continental environment of the southern part of the Lena-Angara plateau, Eastern Siberia. The study aimed to investigate the autochthonous/ allochthonous nature of the loose calcareous substrate underlain by the hard rock using data of clay mineralogy. Intensive leaching of carbonates in the soil profiles led to decrease of the pH values simultaneously with increase of the proportions of dithionite extractable iron in the topsoils. The clay mineral association is the same in the red-colored soil and calcareous hard rock. It represented by chlorite and dioctahedral mica (illite), and a small proportion of the mixed-layer illite-smectite (vermiculite) structures with < 50% of smectite (vermiculite) layers. The latter increases slightly in the soil horizons compared to the hard rock. Oppositely, clay mineralogy in the profile on the non reddish colored rock differs from that in the silicate part of the hard rock. Dioctahedral smectite, talc, dioctahedral mica, chlorite, and mixed-layer chlorite-vermiculite (smectite) were identified in the silicate part of the calcareous hard rock. In the soil horizons the decrease of the proportions of talc and smectitic clay was occurred. Besides, appearance of kaolinite in the soil horizons that is absent in the hard rock can be an indicator of the allochthonous substrate occurrence. The studied soils are illustrated two variants of pedogenesis on the loose calcareous substrate underlain by hard carbonate-silicate rocks: (i) on the eluvium of hard rock (red-colored profile) and (ii) with admixture of allochthonous loose substrate in the profile underlain by hard calcareous rock.

References

1.    Воробьева Г.А. Особенности эволюции и генезиса почв Лено-Ангарского плато: Дис. … канд. биол. наук. Иркутск. 1972.
2.    Геологические карты ГГЦ масштаба 1:200000 листы N-48-XXIII и N-48-XXVII. [Электронный ресурс]. https://webmapget.vsegei.ru/ (дата обращения: 20.06.2024).
3.    Гидрометцентр России [Электронный ресурс]. https://meteoinfo.ru/climatcities (дата обращения: 17.10.2023).
4.    Горячкин С.В., Макеев А.О. Направления таежного почвообразования: спектр мезоморфных почв Европейского севера // Почвообразование и выветривание в гумидных и семигумидных ландшафтах / Под ред. А.А. Александровского, В.О. Таргульяна. М., 1991.
5.    Горячкин С., Лесовая С., Конюшков Д. Почвы на карбонатных породах Прибайкалья: педоклиматогенная специфика химико-минералогических свойств и генезиса // Генеза, географiя та екологiя грунтiв. Львiв, 2008а.
6.    Горячкин С.В., Водяницкий Ю.Н., Конюшков Д.Е. и др. Биоклиматогенные и геогенные проблемы географии почв северной Евразии // Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева. 2008б. № 62.
7.    Государственная почвенная карта СССР. Лист N-48 (Иркутск). Составлен В.А. Кузьминым. Гл. редакторы И.П. Герасимов, В.В. Егоров, Е.Н. Иванова, Н.Н. Розов. М., 1977.
8.    Градусов Б.П., Воробьева Г.А. Реликтовые глинистые минералы в почвах на верхнекембрийских породах Ангаро-Удинского водораздела и связанные с ними особенности выветривания и почвообразования // Известия Академии наук СССР. 1969. Сер. географическая. № 2.
9.    Градусов Б.П., Урусевская И.С. Особенности глинистого материала дерново-карбонатных и дерново-подзолистых почв западных и восточных районов Русской равнины // Вестн. МГУ. Сер. биология-почвоведение. 1974. № 6.
10.    Карта геологических формаций чехла Сибирской платформы [Карты] / Гл. ред. Н.С. Малич. М., 1976. 1 к. (9 л.).
11.    Лесовая С.Н., Горячкин С.В., Соколов А.А. и др. Почвы на красноцветных карбонатных отложениях Лено-Ангарского плато: факторные границы текстурной дифференциации // Почвоведение. 2024. № 12.
12.    Лесовая С.Н., Горячкин С.В., Полеховский Ю.С. Почвообразование и выветривание на ультраосновных породах горных тундр массива Рай-Из, Полярный Урал // Почвоведение. 2012. № 1.
13.    Макеев О.В. Дерново-подзолистые почвы на различных породах Среднесибирского плоскогорья // Известия биолого-географического научно-исследовательского института ИГУ. Иркутск, 1951.
14.    Ноговицын В.Н. История развития (становления) Лено-Ангарского плато // Известия Иркутского гос-го ун-та. 2020. Т. 32.
15.    Полевой определитель почв. М., 2008.
16.    Соколова Т.А., Толпешта И.И., Изосимова Ю.Г. и др. Влияние обработок перекисью водорода и реактивом Мера и Джексона на дифракционные спектры илистых фракций // Почвоведение. 2017. № 12.
17.    van der Gaast S.J., Mizota C., Jansen J.H.F. Curved smectite in soils from volcanic ash in Kenya and Tanzania: a low-angle X-ray powder diffraction study // Clays and Clay Minerals. 1986. № 34(6).
18.    Harris W., White N.G. X-ray diffraction techniques for soil mineral identification // Methods of Soil Analysis / Eds. A.L. Ulery and L.R. Drees. Part 5. Mineralogical Methods, SSSA Book Series. Madison, Wisconsin, 2008. № 5.
19.    Kodama H., Oinuma K. Identification of Kaolin Minerals in the Presence of Chlorite by X-Ray Diffraction and Infrared Absorption Spectra // Clay Clay Miner. 1962. № 11.
20.    Madejová J., Komadel P. Information available from infrared spectra of the fine fraction of bentonites // The application of vibrational spectroscopy of clay minerals and layered double hydroxides / Ed. J.T. Kloprogge. CMS Workshop Lectures. Vol. 13. The Clay Mineral Society, Aurora, CO, 2005.
21.    Moore D.M., Reynolds R.C. X-ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals. Oxford University Press, 1997.
22.    PDF-2 2020 (Powder Diffraction File), ICDD (International Centre for Diffraction Data).
23.    Petit S. Crystal-chemistry of talcs: a NIR and MIR spectroscopic approach // The application of vibrational spectroscopy of clay minerals and layered double hydroxides / Ed. J.T. Kloprogge. CMS Workshop Lectures, Vol. 13. The Clay Mineral Society, Aurora, CO, 2005.
24.    Rozanov A.B., Lessovaia S.N., Zaitsev A.N. et al. Clay mineralogy as a marker of volcanic biogeosystem evolution in Laetoli, Tanzania // Biogenic—Abiogenic Interactions in Natural and Anthropogenic Systems 2022. BIOCOS 2022. / Eds. O.V. Frank-Kamenetskaya, D.Y. Vlasov, E.G. Panova and T.V. Alekseeva. Springer Proceedings in Earth and Environmental Sciences. 2023.
25.    Sokolov I.A., Ananko T.V., Konyushkov D.Ye. The soil cover in Central Siberia // Cryosols. Permafrost-affected soils / Ed. J. Kimble. Springer Berlin, Heidelberg. 2004.