Elemental composition of bottom sediments and perma- frost deposits from the Buor-Khaya Bay (Laptev Sea)
https://doi.org/10.55959/MSU0579-9406-4-2023-63-6-44-54
Abstract
The paper summarizes data on the lithological and elemental composition of bottom sediments and permafrost from boreholes 1D-14, 3D-14 and 1D-15 drilled in Buor-Khaya Bay in 2014–2015. Based on the results of determining the percentage content of SiO2, Al2O3, Fe2O3, TiO2, MgO, Na2O, K2O, CaO, MnO, P2O5, Cl, Cr, S, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Ba, Y, Zr, organic carbon in sediments, lithochemical modules values were calculated and comparative analysis of the lithological and geochemical composition was performed. Principal differences between near-continental (1D-14 and 3D-14) and relatively distant from land (1D-15) strata were established, which is explained by spatial and temporal variability in sedimentary fluxes and weathering crust activity in the studied area of the Laptev Sea. The results of the study allowed to conclude that the basis of the petrofund of the studied deposits are most likely sedimentary rocks of the Kharaulakh ridge of the Verkhoyansk mountain system (sandstones, siltstones and mudstones). The contribution of igneous and metamorphic rocks to the sedimentary supply in the strata uncovered by drilling was insignificant.
Keywords
Arctic,
bottom sediments,
subsea permafrost,
elemental composition,
lithochemical modules,
factor analysis
Supporting agencies: Chemical analyses, calculations, interpretation were carried out with financial supported by the Russian Science Foundation (project No. 19-77-10044). Generalization results were carried out within the framework of the State assignments from IO RAS (topic No. FMWE-2024-0019)
About the Authors
A. S. Ulyantsev
Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences
Russian Federation
Russian Federation
Aleksandr S. Ulyantsev
Moscow
N. V. Polyakova
Institute of Chemistry, Far Eastern Branch of the RAS
Russian Federation
Russian Federation
Natalya V. Polyakova
Vladivostok
References
1. Большиянов Д.Ю., Макаров А.С., Шнайдер В. и др. Происхождение и развитие дельты реки Лены. СПб.: ААНИИ, 2013. 268 с.
2. Дударев О.В., Чаркин А.Н., Шахова Н.Е. и др. Современный литоморфогенез на восточно-арктическом шельфе России. Томск: Изд-во ТПУ, 2016. 192 c.
3. Куницкий В.В. Криолитология низовья Лены. Якутск: ИМЗ СО АН СССР, 1989. 164 с.
4. Лаверов Н.П., Лобковский Л.И., Кононов М.В. и др. Геодинамическая модель развития арктического бассейна и примыкающих территорий для мезозоя и кайнозоя и внешняя граница континентального шельфа России // Геотектоника. 2013. № 1. С. 3–35.
5. Левитан М.А. О соотношении основных компонентов вещества в современных и древних океанических осадочных потоках // Докл. РАН, 1998. Т. 359, № 2. С. 220–222.
6. Лобковский Л.И., Никифоров С.Л., Дмитревский Н.Н. и др. О процессах газовыделения и деградации подводных многолетнемерзлых пород на шельфе моря Лаптевых // Океанология. 2015. Т. 55, № 2. С. 312–320.
7. Никифоров С.Л., Лобковский Л.И., Дмитревский Н.Н. и др. Ожидаемые геолого-геоморфологические риски по трассе Северного морского пути // Докл. РАН. 2016. Т. 466, № 2. С. 218–220.
8. Опыт системных океанологических исследований в Арктике / Под ред. А.П. Лисицына, М.Е. Виноградова, Е.А. Романкевича. М.: Научный Мир, 2001. 644 с.
9. Павлидис Ю.А., Никифоров С.Л. Обстановки морфолитогенеза в прибрежной зоне Мирового океана. М.: Наука, 2007. 455 с.
10. Романкевич Е.А. Ветров А.А. Углерод в Мировом океане. М.: ГЕОС, 2021. 352 с.
11. Ронов А.Б., Ярошевский А.А., Мигдисов А.А. Химическое строение земной коры и геохимический баланс главных элементов. M.: Наука, 1990. 182 с.
12. Русанов Б.С., Бороденкова З.Ф., Гончаров В.Ф. и др. Геоморфология Восточной Якутии. Якутск: Якуткнигоиздат, 1967. 376 с.
13. Система моря Лаптевых и прилегающих морей Арктики: современное состояние и история развития / Под ред. Х. Кассенс и др. М.: Изд-во МГУ, 2009. 608 с.
14. Слагода Е.А. Криолитогенные отложения Приморской равнины моря Лаптевых: литология и микроморфология. Тюмень: ИПЦ «Экспресс», 2004. 120 с.
15. Ульянцев А.С., Братская С.Ю., Дударев О.В. и др. Концентрация, изотопный и элементный состав органического вещества в субаквальных талых и многолетнемерзлых отложениях губы Буор-Хая // Океанология. 2022. Т. 62, № 4. С. 564–577.
16. Ульянцев А.С., Братская С.Ю., Дударев О.В. и др. Литолого-геохимическая характеристика морфолитогенеза в губе Буор-Хая // Океанология. 2020а. Т. 60, № 3. С. 407–417.
17. Ульянцев А.С., Братская С.Ю., Привар Ю.О. Гранулометрические характеристики донных отложений губы Буор-Хая // Океанология. 2020б. Т. 60, № 3. С. 452–465.
18. Ульянцев А.С., Полякова Н.В., Братская С.Ю. и др. Таяние подводных многолетнемерзлых отложений как фактор изменения их элементного состава // Докл. РАН. 2018. Т. 483, № 3. С. 326–330.
19. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основы литогеохимии. СПб.: Наука, 2000. 479 c.
20. Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Мерц А.В. и др. Петрохимическая диагностика вулканогенных продуктов в черносланцевых отложениях Пай-Хоя // Геохимия. 1984. № 6. С. 868–882.
21. Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Рыбина Н.В. Геохимия титана. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2018. 432 с.
22. Batchelor C.L., Dowdeswell J.A. Ice-sheet grounding-zone wedges (GZWs) on high-latitude continental margins // Marine Geology. 2015. Vol. 363. P. 65–92.
23. Charkin A.N., Dudarev O.V., Semiletov I.P., et al. Seasonal and interannual variability of sedimentation and organic matter distribution in the Buor-Khaya Gulf: the primary recipient of input from Lena River and coastal erosion in the southeast Laptev Sea // Biogeosciences. 2011. Vol. 8. P. 2581–2594.
24. Grosse G., Schirrmeister L., Siegert C., et al. Geological and geomorphological evolution of a sedimentary periglacial landscape in Northeast Siberia during the Late Quaternary // Geomorphology. 2007. Vol. 86. P. 25–51.
25. Günther F., Overduin P.P., Yakshina I.A., et al. Observing Muostakh disappear: permafrost thaw subsidence and erosion of a ground-ice-rich island in response to arctic summer warming and sea ice reduction // The Cryosphere. 2015. Vol. 9. P. 151–178.
26. Kanao M., Suvorov V.D., Toda S., et al. Seismicity, structure and tectonics in the Arctic region // Geoscience Frontiers. 2015. Vol. 6 (5). P. 665–677.
27. Lantuit H., Atkinson D., Overduin P.P., et al. Coastal erosion dynamics on the permafrost-dominated Bykovsky Peninsula, north Siberia, 1951—2006 // Polar Research. 2011. Vol. 30. 7341.
28. Martens J., Romankevich E., Semiletov I., et al. CASCADE — The Circum-ArcticSediment CArbon DatabasE // Earth Syst. Sci. Data. 2021. Vol. 13. P. 2561–2572.
29. Martens J., Wild B., Muschitiello F., et al. Remobilization of dormant carbon from Siberian-Arctic permafrost during three past warming events // Science Advances. 2020. Vol. 6, № 42. eabb6546.
30. Morgenstern A., Ulrich M., Günther F., et al. Evolution of thermokarst in East Siberian ice-rich permafrost: A case study // Geomorphology. 2013. Vol. 201. P. 363–379.
31. Pease V., Drachev S., Stephenson R., et al. Arctic lithosphere — a review // Tectonophysics. 2014. Vol. 628. P. 1–25.
32. Romanovskii N.N., Hubberten H.-W., Gavrilov A.V., et al. Permafrost of the east Siberian Arctic shelf and coastal lowlands // Quaternary Science Reviews. 2004. Vol. 23. P. 1359–1369.
33. Romanovskii N.N., Hubberten H.-W., Gavrilov A.V., et al. Thermokarst and land-ocean interactions, Laptev Sea Region, Russia // Permafrost and Periglac. Process. 2000. Vol. 11. P. 137–152.
34. Sanchez-Garcia L., Vonk J.E., Charkin A.N., et al. Characterization of three regimes of collapsing Arctic Ice Complex deposits on the SE Laptev Sea coast using biomarkers and dual carbon isotopes // Permafrost and Periglac. Process. 2014. Vol. 25. P. 172–183.
35. Schirrmeister L., Schwamborn G., Overduin P.P., et al. Yedoma Ice Complex of the Buor Khaya Peninsula (southern Laptev Sea) // Biogeosciences. 2017. Vol. 14. P. 1261–1283.
36. Schuur E.A.G., McGuire A.D., Schädel C., et al. Climate change and the permafrost carbon feedback // Nature. 2015. Vol. 520. P. 171–179.
37. Semiletov I, Pipko I., Gustafsson Ö., et al. Acidification of East Siberian Arctic Shelf waters through addition of freshwater and terrestrial carbon // Nature Geoscience. 2016. Vol. 9. P. 361–365.
38. Shakhova N., Semiletov I., Gustafsson O., et al. Current rates and mechanisms of subsea permafrost degradation in the East Siberian Arctic Shelf // Nature Communications. 2017. Vol. 8. P. 15872.
39. Stein R., Macdonald R.W. The organic carbon cycle in the Arctic Ocean. Berlin: Springer, 2004. 363 p.
40. Turetsky M.R., Abbott B.W., Jones M.C., et al. Permafrost collapse is accelerating carbon release // Nature. 2019. Vol. 569. P. 32–34.
41. Ulyantsev A., Polyakova N., Trukhin I., et al. Peculiarities of Pore Water Ionic Composition in the Bottom Sediments and Subsea Permafrost: A Case Study in the Buor-Khaya Bay // Geosciences. 2022. Vol. 12. P. 49.
42. Vetrov A.A., Romankevich E.A. Carbon cycle in the Russian Arctic Seas. Berlin: Springer — Verlag, 2004. 331 p.
43. Winterfeld M., Mollenhauer G., Dummann W., et al. Deglacial mobilization of pre-aged terrestrial carbon from degrading permafrost // Nature Communications. 2018. Vol. 9. P. 3666.
Review
For citations:
Ulyantsev A.S., Polyakova N.V. Elemental composition of bottom sediments and perma- frost deposits from the Buor-Khaya Bay (Laptev Sea). Moscow University Bulletin. Series 4. Geology. 2023;(6):44-54. (In Russ.) https://doi.org/10.55959/MSU0579-9406-4-2023-63-6-44-54
Views:
151
Email this article 
