Authigenic mineralization in the early diagenesis of Holocene peatlands in the Baraba forest-steppe (Southern West Siberia) | Geosphere Research. 2022. № 3. DOI: 10.17223/25421379/24/4

Authigenic mineralization in the early diagenesis of Holocene peatlands in the Baraba forest-steppe (Southern West Siberia)

Postdepositional diagenetic processes and behavior of biogenic and other elements in Holocene peatlands have been studied in Ubinskoe and Sherstobitovo bogs of the Baraba forest-steppe zone. The low pH of the water and an oxic environment in peat were favorable for the formation of goethite and hydrogoethite in upper peat layers. The formation of hematite and andhydride may be related with past wild fires. Early diagenetic processes lead to precipitation of authigenic minerals, especially, pyrite or less often siderite, calcite, and kaolinite. Reduced conditions maintained the formation of metallic Ni and intermetallic Ni-Cr nanometer particles, as well as precipitation of amorphous silica upon dissolution of aluminosilicate minerals in upper peat intervals. Compounds of iron and other elements accumulate in the sampled bogs upon two geochemical barriers: (i) a hydroxide barrier of oxidation and sorption in top peat layers and (ii) alkaline carbonate and reduction sulfide barrier in deeper peat. In the former case, active OM destruction in oxic conditions produces an acidic environment which maintains mobility of elements, including Fe and Al. In the latter case, authigenic minerals, especially pyrite, precipitate in conditions of microbially mediated pH increase from 3.7 to 7.9. Biologically productive surface peat, rich in aquatic plants, contains relatively low percentages of montmorillonite, chlorite, and biotite but higher amounts of obviously diagenetic kaolinite which commonly forms in low-pH environments. Iron-oxidizing bacteria (Fe-OX) found in surface peat layers are active agents in the oxidation of reduced iron, Fe2+ to Fe3+, from dissolved iron compounds. Precipitation of iron phosphates is obviously mediated by microorganisms, which can extract and mobilize phosphorus from plant remnants. Phosphate-mobilizing bacteria found throughout the peat profiles participate in mineralization of phosphorus bound in organic and mineral compounds and can convert it to the soluble PO43-form. The processes of mineral formation in modern peatlands are similar to early diagenesis as both occur in unstable systems, while siderite, vivianite, and goethite belong to the same mineralogical series and are related via variations of Eh, CO2, and pH in bog waters. The incompleteness of mineral formation processes in the sampled bogs is indicated by amorphous state of mineral masses, presence of pseudomorphs, and absence of distinct crystal structure (except for pyrite).

Download file
Counter downloads: 15

Keywords

diagenesis, holocene, authigenic minerals, geochemistry, organic matter, microorganisms

Authors

NameOrganizationE-mail
Maltsev Anton E.V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of SB RASmaltsev@igm.nsc.ru
Leonova Galina A.V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of SB RASleonova@igm.nsc.ru
Preis Yuliya I.Institute of Monitoring of Climate and Ecological Systemspreisyui@rambler.ru
Miroshnichenko Leonid V.V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of SB RASlv_mirosh@igm.nsc.ru
Zayakina Svetlana B.V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of SB RASzayak@igm.nsc.ru
Shavekin Alexey S.V.S. Sobolev Institute of Geology and Mineralogy of SB RASshavekin@igm.nsc.ru
Всего: 6

References

Архипов В.С., Бернатонис В.К. Распределение кальция и железа в вертикальном профиле торфяных залежей таежной зоны Западной Сибири // Известия Томского политехнического университета. 2013. № 323 (1). С. 173-178
Бобров В.А., Богуш А.А., Леонова Г.А., Краснобаев В.А., Аношин Г.Н. Аномальные проявления концентраций цинка и меди в торфянике верхового болота Южного Прибайкалья // Доклады Академии наук. 2011. Т. 439, № 6. С. 784-788
Бахтин А.И., Кольчугин А.Н., Ескин А.А. Геохимические особенности осаждения и устойчивости сульфатов кальция в природе // Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки. 2012. № 154 (4). С. 55-60
ГОСТ Р 57162-2016. Вода. Определение содержания элементов методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией. М. : Стандартинформ. 2016. 19 с
Ефремова Т.Т., Ефремов С.П., Куценогий К.П., Онучин А.А., Переседов В.Ф. Биогеохимия Fe, Mn, Cr, Ni, Co, Ti, V, Mo, Ta, W, U в низинном торфянике на междуречье Оби и Томи // Почвоведение. 2003. № 5. С. 557-567
Заякина С.Б., Аношин Г.Н. Дуговой двухструйный плазматрон для анализа геологических проб // Химический анализ в геологии / науч. ред. Г.Н. Аношин; Рос. Акад. наук, Сибирское отделение, Ин-т геологии и минералогии им. В.С. Соболева. Новосибирск : Гео, 2016. С. 379-402
Ильенок С.С. Самородные элементы в углях и золах углей Азейского месторождения Иркутского угольного бассейна // Известия Томского политехнического университета. 2013. Т. 323, № 1. С. 65-71
Лукашев К.И., Ковалев В.А., Жуховицкая А.Л., Хомич А.А., Генералова В.А. Геохимия озерно-болотного литогенеза. Минск : Наука и техника, 1971. 284 c
Намсараев Б.Б., Земская Т.И. Микробиологические процессы круговорота углерода в донных осадках озера Байкал. Новосибирск : Изд-во СО РАН филиал «Гео», 2000. 154 с
Наумов А.В., Косых Н.П., Паршина Е.К., Артымук С.Ю. Верховые болота лесостепной зоны, их состояние и мониторинг // Сибирский экологический журнал. 2009. № 16 (2). С. 261-259
Орлова Л.А., Волкова В.С. Голоцен Барабы (стратиграфия и радиоуглеродная хронология). Новосибирск : Наука, 1990. 125 с
ПНД Ф 14.1:2.96-97. Методика выполнения измерений массовой концентрации хлоридов в пробах природных и очищенных сточных вод аргентометрическим методом. Ростов н/Д : Государственный комитет РФ по охране окружающей среды, 2004. 19 с
ПНД Ф 14.1:2.159-2000. Методика выполнения измерений массовой концентрации сульфат-ионов в пробах природных и сточных вод турбидиметрическим методом. М. : ФГУ «ФЦАО», 2005. 11 с
Прейс Ю.И. Динамика грядово-озерного комплекса Иксинского болота (Западная Сибирь) как отклик на изменения климата второй половины голоцена // География и природные ресурсы. 2016. № 2. С. 94-103
РД 52.24.493-2006. Массовая концентрация гидрокарбонатов и величина щелочности поверхностных вод суши и очищенных сточных вод. Методика выполнения измерений титриметрическим методом. Ростов н/Д : Гидрохимический институт, 2006. 37 с
Рождествина В.И., Сорокин А.П. Первые находки самородных палладия, платины, золота и серебра в бурых углях Ерковецкого месторождения (Верхнее Приамурье) // Тихоокеанская геология. 2010. № 29 (6). С. 26-38
Савичев О.Г., Шмаков А.В. Вертикальная зональность и внутригодовые изменения химического состава вод Тимирязевского болота (Томск, Западная Сибирь) // Известия Томского политехнического университета. 2012. № 320 (1). С. 156-172
Савичев О.Г., Наливайко Н.Г., Рудмин М.А., Мазуров А.К. Микробиологические условия распределения химических элементов по глубине торфяной залежи в экосистемах восточной части Васюганского болота (Западная Сибирь) // Известия Томского политехнического университета. 2019. № 330 (9). С. 184-194
Савченко Н.В. Озера южных равнин Западной Сибири. Новосибирск, 1997. 300 с
Симонова В.И. Атомно-абсорбционные методы определения элементов в породах и минералах. Новосибирск : Наука, 1986. 212 с
Степанова В.А., Волкова И.И. Особенности генезиса Николаевского ряма в лесостепи Западной Сибири // Вестник Томского государственного университета. Биология. 2017. № 40. С. 202-223
Фадеева В.П., Тихова В.Д., Никуличева О.Н. Элементный анализ органических соединений с использованием автоматических CHNS-анализаторов // Журнал аналитической химии. 2008. № 63 (11). С. 1197-1210
Хахинов В.В., Намсараев Б.Б., Доржиева Г.С.-С., Бурюхаев С.П. Гидрохимическая и микробиологическая характеристики болотных экосистем перешейка полуострова Святой Нос (озеро Байкал) // География и природные ресурсы. 2012. № 4. С. 65-71
Хотинский Н.А. О положении границы между лесом и степью в Западной Сибири в эпохи среднего и позднего голоцена // Почвоведение. 1970. № 6. С. 40-47
Шварцев С.Л., Серебренникова О.В., Здвижков М.А., Савичев О.Г., Наймушина О.С. Геохимия болотных вод нижней части бассейна Томи (юг Томской области) // Геохимия. 2012. № 4. С. 403-417
Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар : Геопринт, 2011. 742 c
Boquete M.T., Fernandez J.A., Aboal J.R., Carballeira A. Are terrestrial mosses good biomonitors of atmospheric deposition of Mn? // Atmos. Environ. 2011. No. 45. P. 2704-2710
Fischer W.R., Schwertmann U. The formation of hematite from amorphous iron (III) hydroxide // Clays and Clay Mineralogy. 1975. Nd. 23. P. 33-37
Garrels R.M., Christ C.L. Solutions, minerals, and equilibria. New York : Harper & Row, 1965. 450 p
Gorham E., Janssens J.A. The distribution and accumulation of chemical elements in five peat cores from the mid-continent to the eastern coast of North America // Wetlands. 2005. N<>. 25 (2). P. 259-278
Helmer E.H., Urban N.R., Eisenreich S.J. Aluminum geochemistry in peatland waters // Biogeochemistry. 1990. N<>. 9 (3). P. 247-276
Kempter H., Krachlera M., Shotyk W., Zaccone C. Major and trace elements in Sphagnum moss from four southern German bogs, and comparison with available moss monitoring data // Ecological Indicators. 2017. N<>. 78. P. 19-25
Khazin L.B., Khazina I.V., Krivonogov S.K., Kuzmin Ya.V., Prokopenko A.A., Yi S., Burr G.S. Holocene climate changes in southern West Siberia based on ostracod analysis // Russian Geology and Geophysics. 2016. No. 57 (4). P. 574-585
Lambers H., Chapin F.S., Pons T.L. Plant Physiological Ecology. Second Edition. Springer, 2008. 540 p
Malawskaand M., Wilkomirski B. Geochemistry and geochemical differentiation on major elements in selected peat bog profiles (south-east of Poland) // Soil Sci. Plant Nutr. 2004. № 50 (6). P. 925-930
Preis Yu.I., Krutikov V.A., Polischuk V.Yu. Consistency of Iksinskoe bog dynamics with extreme the Holocene climate events // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2020. V. 611. Р. 012027. doi: 10.1088/1755-1315/611/1/012027
Savichev O.G. Distribution of inorganic pollutants over the depth of upper peat deposit // Contemporary Problems of Ecology. 2015. Nd. 8 (1). P. 118-124
Shotyk W., Weiss D., Kramers J.D., Frei R., Cheburkin A.K., Gloor M., Reese S. Geochemistry of the peat bog at Etang de la Grue're, Jura Mountains, Switzerland, and its record of atmospheric Pb and lithogenic trace metals (Sc, Ti, Y, Zr, and REE) since 12,370 14C yr BP // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2001. № 65 (14). P. 2337-2360
Steinmann P., Shotyk W. Geochemistry, mineralogy, and geochemical mass balance on major elements in two peat bog profiles (Jura Mountains, Switzerland) // Chemical Geology. 1997. N<>. 138. P. 25-53
Stepanova V.A., Pokrovsky O.S., Viers J., Mironycheva-Tokareva N.P., Kosykh N.P., Vishnyakova E.K. Elemental composition of peat profiles in western Siberia: Effect of the micro-landscape, latitude position and permafrost coverage // Applied Geochemistry. 2015. N<>. 53. P. 53-70
 Authigenic mineralization in the early diagenesis of Holocene peatlands in the Baraba forest-steppe (Southern West Siberia) | Geosphere Research. 2022. № 3. DOI: 10.17223/25421379/24/4

Authigenic mineralization in the early diagenesis of Holocene peatlands in the Baraba forest-steppe (Southern West Siberia) | Geosphere Research. 2022. № 3. DOI: 10.17223/25421379/24/4

Download full-text version
Counter downloads: 307