Т. В. Романис, М. П. Лебедева
Почвенный институт им. В.В. Докучаева, Россия, 119017, Москва, Пыжевский пер., 7
Карбонатные включения в почвах урочища Пым-Ва-Шор (Ненецкий автономный округ) представляют интерес с точки зрения возможности диагностики современного и древнего воздействия термальных вод на почвенный покров. Минерализация вод 1.48 г/л, содержание гидрокарбонат-иона 0.15–0.16 г/л, pH 8.0–8.5, SAR 4.9–10.1, что позволяет им формировать травертины кальцитового состава (со скоростью 0.037–0.090 мм/год). По макростроению классифицированы карбонатные включения двух типов: первый – плотные кальцитовые породы нижнего девона и карбона; второй – пористые травертины. Сравнительный анализ микропризнаков обломков пород и травертинов позволил выявить преобладание зерен криптокристаллического и микритового кальцита с характерной плотной упаковкой. Признаки растворения отмечены исключительно с внешних сторон обломков. В породах всегда есть включения фораминифер и отсутствуют железистые и глинистые пленки, характерные для травертинов почвенных горизонтов. Для травертинов также отмечены следы раковин моллюсков и преобладание участков с разным размером и плотностью упаковки кальцита. Преобладают рыхло упакованные зоны с криптозернами (<5 мкм), между ними расположены плотно упакованные более крупные кристаллы (5–35 мкм и >35 мкм). Особенности микростроения травертинов свидетельствуют о формировании их при активном участии микробов и растений, низком расходе вод температурой около 30°C. Определены микропризнаки травертинов, отражающие процессы их трансформации в обнажениях и почвенном профиле: укрупнение кристаллов кальцита (процесс перекристаллизации – характерен для стабильных условий в обнажениях); образование высокой внутренней тонкой пористости (процесс выщелачивания характерен для разрушающихся травертинов в почвах вблизи современных гидротерм); поры-трещины между минералами (процесс физического разрушения включений в почвах вне гидротерм). Все изученные почвы, кроме подбура оподзоленного, включают аналогичные по микростроению травертины на глубине 90 см, что является признаком существования предшествующей «древней» более мощной гидротермальной системы.
Ключевые слова: микростроение травертинов, гидротермальная система, тундра, Европейский Север
DOI: 10.19047/0136-1694-2018-92-16-34
Ссылки для цитирования:
Романис Т. В., Лебедева М. П. Разнообразие карбонатных включений и особенности их преобразования в почвах термального урочища Пым-Ва-Шор // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. 2018. Вып. 92. С. 16-34. doi: 10.19047/0136-1694-92-16-34
Romanis T.V., Lebedeva M.P. The diversity of calcareous inclusions and the specificities of their transformation within the soils of thermal Pym-Va-Shor area, Dokuchaev Soil Bulletin, 2018, Vol. 92, pp. 16-34. doi: 10.19047/0136-1694-92-16-34
THE DIVERSITY OF CALCAREOUS INCLUSIONS
AND THE SPECIFICITIES OF THEIR TRANSFORMATION WITHIN THE SOILS OF THERMAL PYM-VA-SHOR AREA
T. V. Romanis, M. P. Lebedeva
V.V. Dokuchaev Soil Science Institute, Russia, 119017, Moscow, Pyzhevskii per. 7-2
The calcareous inclusions in soils of Pym-Va-Shor (Nenets Autonomous District) are interesting due to the possibility of observation of ancient and present impact of thermal waters on the soil cover. The water mineralization 1.48 g/l, the content of hydrocarbonate-ion 0.15–0.16 g/l, pH 8.0–8.5, SAR 4.9–10.1 which allows them to form the travertines of calcareous composition (with the rate of 0.037–0.090 mm/year). The two types of calcareous inclusions are classified according to the macrostructure: first are the dense calcitic rocks from the early Devonian and Carbonic periods; the second are the porous travertines. The comparative analysis of microspecificities allowed us to observe the prevalation of grains of the cryptocrystallic and micritic calcite with specifically dense package. The solution specificities are marked precisely from the outer sides of pieces. There are always inclusions of foraminifera in rocks and there are no ferric and clay films specific for travertines of soil horizons. Travertines also show traces of mollusks shells and prevailing of sites with different size and density of calcite packing. Loose packed zones with crypto-grains (<5 mm), the coarser and more compactly packed crystals are located between them (5–35 mm and >35 mm). The specificities of travertines microcomposition stipulate about the active microbial participation during their forming, along with participation of vegetation, and low expense of water with temperature about 30°C. We determined the microspecificities of travertines, reflecting the processes of their transformation in denudations and the soil profile: increase of calcite crystals (the process of recrystallization is specific for sustainable denudation conditions); forming of high internal fine porosity (the leaching process is specific for travertins decomposition in soils near modern thermal springs); cracky pores between minerals (the process of physical decomposition of inclusions in soils outside thermal springs). All of the studied soils, except the podzolized podbur, include the travertines similar in microstructure at the depth of 90 cm, which is a feature of the existance of the previous “older” and more powerful hydrothermal system.
Keywords: travertines microstructure, hydrothermal system, tundra, European North
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бронникова М.А., Таргульян В.О. Кутанный комплекс текстурно-дифференцированных почв на примере дерново-подзолистых суглинистых почв Русской равнины. М., 2005. 197 с.
2. Вальков В.Ф., Казеев К.Ш., Колесников С.И. Экология почв. Ч. 2. Разрушение почв. Дегумификация. Нарушение водного и химического режима почв. Ростов-на-Дону: Изд-во РГУ, 2004. 54 с.
3. Горячкин С.В. Почвенный покров Севера (структура, генезис, экология, эволюция). М.: ГЕОС, 2010. 414 с.
4. Евченко С.Б., Жеребцов И.Е, Кузнецов В.Ю., Максимов Ф.Е., Медведева А.А., Никитин М.Ю., Баранова Н.Г. Генезис и геологический возраст травертиноподобных карбонатов Пудостского массива // Общество. Среда. Развитие (terrahumana). 2011. № 4. C. 231–236.
5. Лепокурова О.Е. Геохимия подземных вод Севера Алтае-Саянского горного обрамления, формирующих травертины: Автореф. дис. … канд. геол. мин. наук. Томск, 2005. 21 с.
6. Логвиненко И.В. Петрография осадочных пород (с основами методики исследований). М.: Высшая школа, 1967. 404 с.
7. Логвиненко Н.В., Орлова Л.В. Образование и изменение осадочных пород на континенте и в океане. Л.: Недра, 1987. 237 с.
8. Лопатовская О.Г. Почвы зоны влияния минеральных источников предгорий Восточного Саяна // Почвоведение. 2009. № 8. С. 911-916
9. Лопатовская О.Г., Тугарина М.А., Судакова Е.А., Чатта Е.Н., Данилова Э.В. Некоторые аспекты комплексной оценки состояния экосистем минеральных источников центральной части Восточного Саяна // Биоразнообразие Байкальского региона. Тр. Иркут. гос. ун-та. Вып. 1. 1999. С. 43-51.
10. Любас А.А. Палеореконструкция среды обитания пресноводных моллюсков в неоген-четвертичных водотоках с экстремальными природными условиями. Автореф. дис. … канд. геогр. наук. СПб., 2016. 24 с.
11. Научно-прикладной справочник по климату СССР, серия 3 многолетние данные. Ч. 1–6. Вып.1. Архангельская, Вологодская области, Коми АССР. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. Кн. 1. 484 с.
12. Романис Т.В., Лебедева М.П., Болотов И.Н. Микроморфологическая диагностика современного гидротермального воздействия на почвы урочища Пым-Ва-Шор Большеземельской тундры // Материалы науч. конф. “Почвы холодных областей: генезис, география, экология (к 100-летию со дня рождения профессора О.В. Макеева)”. Улан-Удэ, 2015. С. 30–31.
13. Ртищева Е.В. О рекогносцировочном обследовании минеральных вод и грязей на территории Коми АССР и Ненецкого национального округа Архангельской области (Минераловодская партия экспедиции 17-го района). Л.: Министерство геологии СССР, 1953. Т. 1. 83 л. Т. 2. 204 л. (Фонды Полярно-Уральского производственного геологоразведочного объединения, инв. № 1890)
14. Силаев И.В., Чайковский И.И., Митюшева Т.П., Хазов А.Ф. Современные карбонатные минерализации на испарительных и седиментационно-диагенетических изотопно-геохимических барьерах. Сыктывкар: Геопринт, 2008. 68 с.
15. Фирстов П.П., Рашидов В.А., Мельникова А.В., Андреев В.И., Шульженкова В.Н. Ядерно-геофизические исследования в природном парке “Налычево” (Камчатка) // Вестник КРАУНЦ. Науки о земле. 2011. Т. 17. № 1. С. 91–101.
16. Функционирование субарктической гидротермальной экосистемы в зимний период / Под. ред. Боголицына К.Г., Болотова И.Н. Екатеринбург: УрО РАН, 2011. 252 с.
17. Шванов В.Н., Трофимов В.Т., Сергеева Э.И. и др. Систематика и классификация осадочных пород и их аналогов. СПб.: Недра, 1998. 352 с.
18. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология. М.: Недра, 1996. 424 с.
19. Швецов М.С. Петрография осадочных пород. М.: Госгеолтехиздат, 1958. 412 с.
20. Brasier A.T. Searching for travertines, calcretes and speleothems in deep time // Processes, appearances, predictions and the impact of plants Earth-Science Reviews. 2011. V. 104. P. 213–239.
21. Croci A., Porta G.D., Capezzuoli E. Depositional architecture of a mixed travertine-terrigenous system in a fault-controlled continental extensional basin (Messinian, Southern Tuscany, Central Italy) // Sedimentary Geology. 2016. V. 332. P. 13–39.
22. D'Alessandro W., Giammanco S., Bellomo S., Parello F. Geochemistry and mineralogy of travertine deposits of the SW flank of Mt. Etna (Italy): Relationships with past volcanic and degassing activity // J. Volcanology Geothermal Res. 2007. V. 165 (1–2). P. 64–70.
23. Edmonds W.J., Martens D.C. Influence of CaCO3 dissolution and deposition on flood plain soils in the Valley and Ridge province // Travertine-marl: Stream Deposits in Virginia. 1990. V. 101. P. 163–176.
24. Ford T.D., Pedley H.M. A review of tufa and travertine deposits of the world // Earth-Science Reviews. 1996. V. 41 (3–4). P. 117–175.
25. Gocke M., Kuzyakov Y. Effect of temperature and rhizosphere processes on pedogenic carbonate recrystallization: Relevance for paleoenvironmental applications // Geoderma. 2011. V. 166 (1). P. 57–65.
26. Hammer Ø., Dysthe D.K., Jamtveit B. Travertine terracing: patterns and mechanisms // Geological Society. 2010. V. 336. P. 345–355.
27. Malov A.I., Bolotov I.N., Pokrovsky O.S., Zykov S.B., Tokarev I.V., Arslanov Kh.A., Druzhinin S.V., Lyubas A.A., Gofarov M.Y., Kostikova I.A., Kriauchiunas V.V., Chernov S.B., Maksimov F.E., Bespalaya Yu.V., Aksenova O.V. Modeling past and present activity of a subarctic hydrothermal system using O, H, C, U and Th isotopes // Appl. Geochem. 2015. V. 63. P. 93–104
28. McFarland E.R., Sherwood W.C. Massanetta variant soil series at Mount Crawford, Virginia // Travertine-marl: Stream Deposits in Virginia. 1990. №. 101. С. 151-163.
29. Nduwumuremyi A., Ruganzu V., Mugwe J.N., Rusanganwa A.C. Effects of Unburned Lime on Soil pH and Base Cations in Acidic Soil // Soil Science. 2013. URL:http://dx.doi.org/10.1155/2013/707569
30. Özkul M., Varol B., Cicek M.C. Depositional environments and petrography of the Denizlitravertines // Miner. Res. Expl. Bull. 2002. V. 125. P. 13–29
31. Pedley H.M. The Flandrian (Quaternary) Caerwys tufa, North Wales: an ancient barrage tufa deposit // Proc. Yorks. Geol. Soc. 1987. V. 46. P. 141–152
32. Pentecost A. Travertine. Germany: Springer-Verlag, 2005. 446 p.
33. Pentecost A., Terry C. Inability to demonstrate calcite precipitation by bacterial isolates from travertine // Geomicrobiology J. 1988. V. 6 (3–4). P. 185–194.
34. Romanis T., Sinelnikov I., Hadyko I., Chirak E. Analysis of bacterial and archeal communities in geothermal system Pymvashor // 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM, June 28-July 6, 2016, Book 6. V. 1. Р. 377–382.
35. Tomoyo O., Chizuru T., Shiraishi F., Akmaluddin, Kano A. Textural transition in an aragonite travertine formed under various flow conditions at PancuranPitu, Central Java, Indonesia // Sedimentary Geology. 2012. V. 265–266. P. 195–209.
36. Tӧrӧk A. Comparison of the process of decay of two limestones in a polluted urban environment // Land Reconst. Management. 2004. V. 3. P. 73–92.
37. Viles H.A., Goudie A.S. Tufas, travertines and allied carbonate deposits // Progress in Physical Geographyp. 1990. V. 14. P. 19–41.
38. Wu C., Yi H., Hui B., Xia G., Ma X. A new sediment type of coated grain: Oolitic sinter // Science China: Earth Sciences. 2014. V.57 (9). P. 2013–2024.
REFERENCES
1. Bronnikova M.A., Targul'yan V.O. Assemblage of cutans in texturally differentiated soils, Moscow, 2005, 197 p. (in Russian)
2. Val'kov V.F., Kazeev K.Sh., Kolesnikov S.I. Ecology of soils. Part 2. Soils destruction. Dehumification. Violation of the water and chemical regime of soils, Rostov-na-Donu, RGU Publ, 2004, 54 p. (in Russian)
3. Goryachkin S.V. Soil cover of the North (patterns, genesis, ecology, evolution), Moscow, GEOS Publ, 2010. 414 p. (in Russian)
4. Evchenko S.B., Zherebtsov I.E, Kuznetsov V.Yu., Maksimov F.E., Medvedeva A.A., Nikitin M.Yu., Baranova N.G., Genesis and geological age of travertine-like carbonates of the Pudost massif, Obshchestvo. Sreda. Razvitie (terrahumana), 2011, No. 4, pp. 231–236. (in Russian)
5. Lepokurova O.E. Geochemistry of underground waters of the North of the Altai-Sayan mountain frame forming travertines: Candidate’s thesis, Tomsk, 2005, 21 p. (in Russian)
6. Logvinenko I.V. Petrography of sedimentary rocks (with the basics of research methodology) Moscow, Vysshaya shkola Publ, 1967, 404 p. (in Russian)
7. Logvinenko N.V., Orlova L.V. Formation and alteration of sedimentary rocks on the continent and in the ocean, Leningrad, Nedra Publ, 1987, 237 p. (in Russian)
8. Lopatovskaya O.G., Tugarina M.A, Sudakova E.A., Chatta E.N., Danilova E.V., Some integrated assessment aspect of the mineral springs ecosystems status in the central part of the Eastern Sayan, Bioraznoobrazie Baikal'skogo regiona. Tr. Irkut. gos. un-t, biol.-pochv. fak., Irkutsk, 1999, V. 1, pp. 43–51 (in Russian)
9. Lopatovskaya O.G. Soils in the Zone Affected by Mineral Water Springs at the Foothills of the Eastern Sayan Ridge, Eurasian Soil Science, 2009. V. 42 (8), pp. 844-849. doi: 10.1134/S106422930908002X
10. Lyubas A.A. Paleoreconstruction of the habitat of freshwater mollusks in the Neogene-Quaternary watercourses with extreme natural conditions, Avtoref. dissert. na soiskanie uchenoi stepeni kand. geogr. nauk, Sankt-Peterburg, 2016, 24 p. (in Russian)
11. Scientific and Applied Handbook on Climate of the USSR, Series 3 long-term data, Vol.1, Arkhangel'skaya, Vologodskaya oblasti, Komi ASSR, Gidrometeoizdat, 1989, 484 p. (in Russian)
12. Romanis T.V., Lebedeva M.P., Bolotov I.N. Micromorphological diagnostics of hydrothermal impact on the soils (thermal area Pym-Va-Shor, Bolshezemelskaya tundra) // “Soils of cold regions: Genesis, geography, ecology (to the 100 anniversary from the birthday of Professor O. V. Makeeva)”, Ulan-Ude, 2015, pp 30–31. (in Russian)
13. Rtishcheva E.V. On the reconnaissance survey of mineral waters and muds on the territory of the Komi ASSR and the Nenets national district of the Arkhangelsk region (Mineralovodskaya partiya ekspeditsii 17-go raiona). 1952. L.: Ministerstvo geologii SSSR, 1953, V. 1, 83 p., V. 2, 204 p. (Fondy Polyarno-Ural'skogo proizvodstvennogo geologorazvedochnogo obedineniya, inv. №1890)
14. Silaev I.V., Chaikovskii I.I., Mityusheva T.P., Khazov A.F. Modern carbonate mineralizations on evaporative and sedimentation-diagenetic isotope-geochemical barriers, Syktyvkar, Geoprint Publ, 2008, 68 p. (in Russian)
15. Systematics and classification of sedimentary rocks and their analogs, Spb., Nedra Publ., 1998, 352 p. (in Russian)
16. Firstov P.P., Rashidov V.A., Mel'nikova A.V., Andreev V.I., Shul'zhenkova V.N. Nuclear-geophysical studies in the “Nalychevo” nature Park (Kamchatka), Vestnik KRAUNTs. Nauki o zemle, 2011, No 17, p. 91–101. (in Russian)
17. Functioning of subarctic hydrothermal ecosystem in winter, Ekaterinburg, UrO RAN Publ., 2011, 252 p. (in Russian)
18. Shvartsev S.L. General hydrogeology, Moscow, Nedra Publ., 1996, 424 p. (in Russian)
19. Shvetsov M.S., Petrography of sedimentary rocks, Moscow, Gosgeoltekhizdat Publ., 1958, 412 p.
20. Brasier A.T. Searching for travertines, calcretes and speleothems in deep time: Processes, appearances, predictions and the impact of plants Earth-Science Reviews, 2011, V. 104, pp. 213–239
21. Croci A., Porta G.D., Capezzuoli E. Depositional architecture of a mixed travertine-terrigenous system in a fault-controlled continental extensional basin (Messinian, Southern Tuscany, Central Italy), Sedimentary Geology, 2016, V. 332, pp. 13–39
22. D'Alessandro W., Giammanco S., Bellomo S., Parello F. Geochemistry and mineralogy of travertine deposits of the SW flank of Mt. Etna (Italy): Relationships with past volcanic and degassing activity, Journal of Volcanology and Geothermal Research, 2007, V. 165, Issues 1–2, pp. 64–70.
23. Edmonds, W.J., Martens, D.C. Influence of CaCO3 dissolution and deposition on flood plain soils in the Valley and Ridge province, Travertine-marl: Stream Deposits in Virginia, 1990, No. 101, pp. 163–176.
24. Ford T.D., Pedley H.M. A review of tufa and travertine deposits of the world, Earth-Science Reviews, Earth-Science Reviews, V. 41, Issues 3–4, 1996, pp. 117–175.
25. Gocke M., Kuzyakov Y. Effect of temperature and rhizosphere processes on pedogenic carbonate recrystallization: Relevance for paleoenvironmental applications, Geoderma, V. 166, Issue 1, 2011, pp. 57–65.
26. Hammer Ø., Dysthe D.K., Jamtveit B. Travertine terracing: patterns and mechanisms, Geological Society, London, Special Publications. V. 336, 2010, p. 345-355.
27. Malov A.I., Bolotov I.N., Pokrovsky O.S., Zykov S.B., Tokarev I.V., Arslanov Kh.A., Druzhinin S.V., Lyubas A.A., Gofarov M.Y., Kostikova I.A., Kriauchiunas V.V., Chernov S.B., Maksimov F.E., Bespalaya Yu.V., Aksenova O.V Modeling past and present activity of a subarctic hydrothermal system using O, H, C, U and Th isotopes, Applied Geochemistry, V. 63, 2015, pp. 93–104.
28. McFarland E. R., Sherwood W. C. Massanetta variant soil series at Mount Crawford, Virginia, Travertine-marl: Stream Deposits in Virginia, 1990, No 101, pp. 151–163.
29. Nduwumuremyi A., Ruganzu V., Mugwe J. N., Rusanganwa A. C. Effects of Unburned Lime on Soil pH and Base Cations in Acidic Soil, Soil Science, V. 2013 (2013), Article ID 707569, URL:http://dx.doi.org/10.1155/2013/707569
30. Özkul, M., Varol, B. and Cicek, M.C. Depositional environments and petrography of the Denizlitravertines, Miner. Res. Expl. Bull., 2002, V. 125, pp. 13–29.
31. Pedley H.M. The Flandrian (Quaternary) Caerwys tufa, North Wales: an ancient barrage tufa deposit, Proc.Yorks. Geol. Soc., 1987, V. 46, pp. 141–152
32. Pentecost A. Travertine, Springer-Verlag Publ, Germany, 2005, 446 pp.
33. Pentecost A., Terry C. Inability to demonstrate calcite precipitation by bacterial isolates from travertine, Geomicrobiology J., 1988, V. 6 (3–4), pp.185-194.
34. Romanis T., Sinelnikov I., Hadyko I., Chirak E. Analysis of bacterial and archeal communities in geothermal system Pymvashor // 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM 2016, June 28–July 6, 2016, Book 6. V. 1, pp. 377–382.
35. Tomoyo O., Chizuru T., Shiraishi F., Akmaluddin, Kano A., Textural transition in an aragonite travertine formed under various flow conditions at PancuranPitu, Central Java, Indonesia, Sedimentary Geology, 2012, V. 265–266, pp. 195–209.
36. Tӧrӧk A. Comparison of the process of decay of two limestones in a polluted urban environment, Land Reconst. Management, 2004, V. 3, pp. 73–92.
37. Viles H.A., Goudie A.S. Tufas, travertines and allied carbonate deposits, Progress in Physical Geography, 1990, V. 14, pp. 19-41.
38. Wu C., Yi H., Hui B., Xia G., Ma X. A new sediment type of coated grain: Oolitic sinter, Science China: Earth Sciences, 2014, V. 57, No. 9, pp. 2013–2024.