Paleosol record of the transition thermochron MIS5 – MIS4 in the Belaya gora section (the Vakh river, West Siberia)

Abstract

The discovery of Pleistocene paleosols, including a level corresponding to the previous interglacial (MIS 5e), in the north of Western Siberia is of fundamental importance for Quaternary stratigraphy and paleoecology. This paper presents, for the first time, the results of a study of a pedocomplex found in the Belaya Gora section (Valley of the Vakh River). The period of its formation, established through uranium-thorium dating and taking into account paleobotanical and paleontological data, spans from the end of MIS 6 to MIS 4 inclusive. Morphogenetic analysis at the macro-, meso-, and micro-levels, as well as data on granulometry, mineralogy, and humus composition — including the humic acid/fulvic acid ratio and the proportions of the main structure-forming elements (C, H, N) in humic acids — made it possible to reconstruct the succession of pedogenetic, sedimentary, and cryogenic processes. Based on the obtained comprehensive geological record and considering previously published paleontological data, a paleoecological reconstruction was carried out, along with the chronostratigraphic attribution of all pedocomplex levels. A paleosol subprofile corresponding to the warmest substage of MIS 5e — the Kazantsev thermochron was identified. At the same time, it was shown that the permafrost-gley (cryohydromorphic) stage, which marks the end of the formation of each paleosol level and took place during the cold substages of MIS5, exerts a dominant influence on paleosol morphology and masks the features of preceding, warmer phases. An unexpected finding of neoformed gypsum crystals in combination with ferruginous nodules was explained by the oxidation of previously formed pyrite and was also attributed to the cryohydromorphic phase of paleopedogenesis. An interregional correlation of the studied profile with pedostratigraphic schemes of the loess formation in adjacent regions — the East European Plain and the south of West Siberia — was carried out. For most elements of the studied pedocomplex and the overlying sedimentary and cryogenic units, correlative levels in loess-paleosol sequences were identified, with the exception of the paleosols from the end of MIS 6 — the Taz cryochron, indicating a gap in the South Siberian loess-paleosol record.

References

1.    Александровский А.Л., Александровская Е.И. Эволюция почв и географическая среда. М., 2005. 223 с.
2.    Арсланов Х.А., Лаухин С.А., Максимов Ф.Е. и др. Бедоба — опорный разрез казанцевского горизонта в Центральной Сибири // Докл. РАН. 2004. Т. 396, № 6. С. 796–799.
3.    Архипов С.А. Главные геологические события позднего плейстоцена (Западная Сибирь) // Геология и геофизика. 2000. № 6. С. 792–799.
4.    Бирюкова О.Н. Органическое вещество погребенных почв лёссовых отложений, его значение для общей теории гумификации и палеопочвенных реконструкций: Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 1978. 26 с.
5.    Бирюкова О.Н., Орлов Д.С. Период биологической активности почв и его связь с групповым составом гумуса // Науч. докл. высшей школы. Биолог. науки. 1978. № 4. С. 115–119.
6.    Гугалинская Л.A. Почвообразование и криогенез центра Русской равнины в позднем плейстоцене Пущино. ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1982. 204 с.
7.    Дергачева М.И. Система гумусовых веществ как основа диагностики палеопочв и реконструкции палеоприродной среды. Новосибирск, 2018. 292 с.
8.    Дергачева М.И., Бажина Н.Л., Седов С.Н. и др. Гумусовая составляющая педоседиментов конца сартанского криохрона в бассейне реки Надым (Западная Сибирь) // Почвы и окружающая среда. 2024. Т. 7, № 1. e263. https://doi.org/10.31251/pos.v7i1.263
9.    Васильчук Ю.К, Васильчук А.К. Мощные полигональные торфяники в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород Западной Сибири // Криосфера Земли. 2016. Т. XX, № 4. С. 3–15. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2016-4(3-15)
10.    Вдовин В.В., Проводников Л.Я. История формирования мезозойско-кайнозойских отложений и современного рельефа в бассейне реки Вах. Новосибирск. СО АН СССР, 1965. 95 с.
11.    Величко А.А., Морозова Т.Д. Эволюция почвообразования в плейстоцене // Многоликая география: Развитие идей Иннокентия Петровича Герасимова (к 100-летию со дня рождения). М., 2005. С. 65–75.
12.    Зиновьев Е.В., Бородин А.В., Трофимова С.С. и др. Позднеплейстоценовые энтомокомплексы разреза Белая Гора (Западная Сибирь, р. Вах) и их экологическая характеристика // Евразийский энтомологический журнал. 2016. Т. 15, № 5. С. 483–498.
13.    Зыкина В.С., Зыкин В.С. Лессово-почвенная последовательность и эволюция природной среды и климата Западной Сибири в плейстоцене / Ред. М.И. Кузьмина. Новосибирск, 2012. 477 с.
14.    Земцов А.А Проблемы Сибирских Увалов // Вопросы географии Сибири. Вып. 24. Томск, 2001. С. 7–18.
15.    Ильина И.С., Лапшина Е.И., Лавренко Н.Н. и др. Растительный покров Западно-Сибирской равнины. Новосибирск, 1985. 251 с.
16.    Кузнецов В.Ю., Арсланов Х.А., Козлов В.Б. и др. Перспективы применения уран-ториевого метода неравновесной геохронологии для датирования межледниковых, континентальных отложений // Вестн. СПбГУ. Сер. 7. 2003. Вып. 2. С. 40–51.
17.    Лаухин С.А. Первые U/TH-даты континентальных отложений верхнего плейстоцена Сибири и их значение для стратиграфии и геохронологии // Вестн. археологии, антропологии и этнографии. 2009. № 9. С. 167–182.
18.    Лаухин С.А. Палеоклиматические события плейстоцена в Западной и Средней Сибири в течение МИС-5 // Бюл. Моск. о-ва испытателей природы. Отд. геол. 2017. Т. 92, вып. 2. С. 49–57.
19.    Лаухин С.А., Арсланов X.А., Шилова Г.Н. и др. Палеоклиматы и хронология средневюрмского мега-интерстадиала на Западно-Сибирской равнине // Докл. РАН. 2006. Т. 411, № 4. С. 540–544.
20.    Максимов Ф.Е., Кузнецов В.Ю. Новая версия 230Th/U датирования верхне- и средненеоплейстоценовых отложений // Вестн. СПбГУ. Сер. 7. 2010. № 4. С. 94–107.
21.    Методические указания по определению содержания и состава гумуса в почвах / В.В. Пономарева, Т.А. Плотникова. Л., 1975. 105 с.
22.    Морозова Т.Д. Развитие почвенного покрова Европы в позднем плейстоцене. М., 1981. 282 с.
23.    Растворова О.Г., Андреев Д.П., Гагарина Э.И. и др. Химический анализ почв: учебное пособие. СПб., 1995. 264 с.
24.    Сакс В.Н. Четвертичный период в Советской Арктике. Л.– М., 1953. 626 с.
25.    Седов С.Н., Шейнкман В.С. Позднеплейстоценовые палеопочвы севера Западной Сибири: летопись истории природной среды и компонент современного почвенного покрова // Почвоведение. 2024. № 1. С. 94–110. https://doi.org/10.31857/S0032180X24010081
26.    Стратиграфический словарь мезозойских и кайнозойских отложений Западно-Сибирской низменности / Ред. Ростовцев Н.Н. Л., 1978. 183 с.
27.    Сычева С.А., Седов С.Н., Бронникова М.А. и др. Генезис, эволюция и катастрофическое захоронение рышковской палеопочвы микулинского межледниковья (МИС 5е) // Почвоведение. 2017. № 9. С. 1027–1046. https://doi.org/10.7868/S0032180X17090076
28.    Тихова В.Д., Фадеева В.П., Дергачева М.И. и др. Использование кислотного гидролиза для анализа состава гуминовых кислот разного генезиса // Журн. прикл. химии. 2008. Т. 81, №11. С. 1841–1846.
29.    Тюрин И.В. Органическое вещество почв. М., 1937. 287 с.
30.    Тюрин И.В. К методике анализа для сравнительного изучения почвенного перегноя, или гумуса // Работы по органическому веществу почвы / Тр. Почвенного института им. В.В. Докучаева. 1951. М., Т. XXXVIII. С. 5–22.
31.    Шейнкман В.С., Плюснин В.М. Оледенение Западной Сибири в сибирской системе природных льдов // География и природные ресурсы. 2014. № 3. С. 22–31. https://doi.org/10.15356/IS.2015.01.09
32.    Шейнкман В.С., Антипов А.Н. Байкальская палеоклиматическая летопись: дискуссионные вопросы ее возможной корреляции с древними оледенениями гор Сибири // География и природные ресурсы. 2007. № 1. С. 5–13.
33.    Шейнкман В.С., Мельников В.П., Парначев В.П. Анализ криогенных и тектонических процессов на севере Западной Сибири в плейстоцене с позиций криогетеротопии // Докл. РАН. 2020. Т. 494, № 1. С. 82–86. https://doi.org/10.24412/2687-1092-2021-8-275-280
34.    Geyh M.A. Reflections on the 230Th/U dating of dirty material // Geochronometria. 2001. № 20. P. 9–14.
35.    Kaufman A., Broecker W. S. Comparison of 230Th and 14C ages for carbonates materials from Lakes Lahontan and Bonneville // Journ. of Geophysical Research. 1965. № 70(16). P. 4039–4054.
36.    Lupachev A.V., Tananaev N.I., Murton J.B. et al. Microstructure and geochemical properties of modern and buried soils and hosting permafrost sediments of the Batagay retrogressive thaw slump // Quat. Res. 2025. Vol. 125. P. 35–55. https://doi.org/10.1017/qua.2024.58
37.    Rusakov A., Sedov S., Sheinkman V. et al. Late Pleistocene paleosols in the extra-glacial regions of northwestern Eurasia: pedogenesis, post-pedogenic transformation, paleoenvironmental inferences // Quaternary International. 2019. Vol. 501. P. 174–192. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2018.03.020
38.    Rusakov A., Nikonov A., Savelieva L. et al. Landscape evolution in the periglacial zone of Eastern Europe since MIS5: proxies from paleosols and sediments of the Cheremoshnik key site (Upper Volga, Russia) // Quat. Int. 2015. Vol. 365. Р. 26–41. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2014.09.029
39.    Makeev A., Kust P., Lebedeva M. et al. Soils in the bipartite sediments within the Moscow glacial limits of the Russian Plain: Sedimentary environment, pedogenesis, paleolandscape implication // Quat. Int. 2019. Vol. 501(A). P. 147–173. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2017.09.017
40.    Maksimov F.E., Laukhin S.A., Arslanov Kh.A. et al. First 230Th/U date of Middle Pleistocene peat bog in Siberia (key section Krivosheino, Western Siberia) // Geochronometria. 2012. № 39(4). P. 241–251.
41.    Maksimov F.E., Savelieva L.A., Laukhin S.A. et al. New Data on Age and Conditions of Buried Organic-Rich Sediments Formation in the Central Ob River // Contemporary Problems of Ecology 2017. № 10(4). P. 370–379. https://doi.org/10.1134/S1995425517040047
42.    Marković S.B., Stevens T., Kukla G.J et al. Danube loess stratigraphy – towards a pan European loess stratigraphic model // Earth-Science Rev. 2015. № 148. P. 228–258. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2015.06.005
43.    Olsen L. Pleistocene paleosols in Norway: implications of past climate and glacial erosion // Catena. 1998. № 34. P. 75–103.
44.    Romanis T., Sedov S., Lev S. et al. Landscape change and occupation history in the Central Russian Upland from Upper Palaeolithic to medieval: Paleopedological record from Zaraysk Kremlin. Catena. 2021. Vol. 196. 104873. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104873
45.    Rusakov A., Sedov S., Sheinkman V. et al. Late Pleistocene paleosols in the extra-glacial regions of northwestern Eurasia: pedogenesis, post-pedogenic transformation, paleoenvironmental inferences // Quat. Int. 2019. Vol. 501. P. 174–192. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2018.03.020
46.    Rusakov A., Nikonov A., Savelieva et al. Landscape evolution in the periglacial zone of Eastern Europe since MIS5: proxies from paleosols and sediments of the Cheremoshnik key site (Upper Volga, Russia) // Quat. Int. 2015. Vol. 365. P. 26–41. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2014.09.029
47.    Sedov S., Sycheva S., Targulian V. et al. Last Interglacial paleosols with Argic horizons in Upper Austria and Central Russia: pedogenetic and paleoenvironmental inferences from comparison with the Holocene analogues // Quat. Sci. J. 2013. Vol. 44(1). P. 44–58. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2022.05.002
48.    Sedov S., Rusakov A., Sheinkman V. et al. MIS3 paleosols in the center-north of Eastern Europe and Western Siberia: Reductomorphic pedogenesis conditioned by permafrost? // Catena. 2016. № 146. P. 38–47. https://doi.org/10.1016/j.catena.2016.03.022
49.    Sedov S., Sheinkman V., Bezrukova E. et al. Sartanian (MIS 2) ice wedge pseudomorphs with hydromorphic pedosediments in the north of West Siberia as an indicator for paleoenvironmental reconstruction and stratigraphic correlation // Quaternary International. 2022. Vol. 632. P. 192–205.
50.    Sheinkman V.S., Sedov S.N., Shumilovskikh L. et al. First results from the Late Pleistocene paleosols in northern Western Siberia: Implications for pedogenesis and landscape evolution at the end of MIS3 // Quat. Int. 2016. Vol. 418, 5. P. 132–146. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.12.095
51.    Sheinkman V., Sedov S., Shumilovskikh L. et al. A multiproxy record of sedimentation, pedogenesis, and environmental history in the north of West Siberia during the late Pleistocene based on the Belaya Gora section // Quat. Res. 2021. № 99. P. 204–222. https://doi.org/10.1017/qua.2020.74
52.    Sycheva S., Frechen M., Terhorst B. et al. Pedostratigraphy and chronology of the late Pleistocene for the extra glacial area in the Central Russian Upland (reference section Aleksandrov quarry) // Catena. 2020. № 194. 104689. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104689.
53.    Svendsen J.I., Alexandersson H., Astakhov V. et al. Late Quaternary ice sheet history of northern Eurasia // Quat. Sci. Rev. 2004. Vol. 22. P. 1229–1271. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2003.12.008
54.    Velichko A.A., Drenova A.N., Klimanov V.A. et al. Climate changes in east Europe and Siberia at the late Glacial-Holocene transition // Quat. Int. 2002. Vol. 91, № 1. P. 75–99. https://doi.org/10.1016/S1040-6182(01)00104-5