Biogeochemistry of peat deposits of the Holocene section of the Vydrinsky bog (southern Baikal region)

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Drilling cores from peat deposits of the Vydrinsky bog with a thickness of 4.4 m and an age of 13,100 cal. years, composed of lowland, transitional and high-moor types of peat, were studied in detail. The processes of post-sedimentary transformations of swamp sediments during early diagenesis are considered, the distribution of elements, the formation of authigenic minerals and the chemical composition of swamp waters are studied. The destruction of organic matter begins already in the upper intervals of peat at the early stages of diagenesis. Pyrograms do not have clearly defined high-temperature peaks, “rudiments” of the macromolecular structure of kerogen, which indicates a low degree of transformation of peat organic matter. A high number of organotrophic, ammonifying, nitrifying, phosphate-mobilizing microorganisms, a small number of Fe- and Mn-oxidizing microorganisms, and sulfate-reducing bacteria were revealed. The presence of organotrophic microorganisms throughout the section indicates that the biogeochemical processes of the carbon cycle cover the entire thickness of the peat deposit. A small amount of S (II) indicates a low intensity of sulfate reduction processes. Lowland peat is characterized by high contents of Si, Al, Fe, Ca, Sr, Ba, Zr, La and anomalous contents of Cu, Zn, which is a consequence of the formation of the bog under conditions of rich mineral nutrition. In the ash part of the transitional peat, a decrease in the contents of Si, Fe, Sr, Br, K Si, Ca, Ba, Cu, Zn and La is noted, which reflects the gradual weakening of the connection of the peat deposit with the underlying rocks. In the near-surface horizon of high-moor peat, there is an increase in the contents of K, Mn, Zn, Hg, Pb and As, which is associated with an increase in atmospheric dust and anthropogenic impact on the bog ecosystem in the 20th and 21st centuries. Bog waters of low-lying peat are characterized by high contents of the main ions, Al, Fe, Mn, Sr, while transitional peat is characterized by a decrease in DOC, SO42–, HCO3–, Al, Fe, Ni, Ca, Mg. The oligotrophic strata is characterized by the development of Fe oxides and hydroxides, the presence of vivianite is noted for transitional peats, and the eutrophic part of the peat deposit includes rhodochrosite and sulfides of Fe, Cu, and Zn.

About the authors

Anton E. Maltsev

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS

Author for correspondence.
Email: maltsev@igm.nsc.ru
Russian Federation, Avenue of Akademika Koptyuga 3, Novosibirsk, 630090

Vladislav A. Bobrov

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS

Email: maltsev@igm.nsc.ru
Russian Federation, Avenue of Akademika Koptyuga 3, Novosibirsk, 630090

Galina A. Leonova

Sobolev Institute of Geology and Mineralogy SB RAS

Email: leonova@igm.nsc.ru
Russian Federation, Avenue of Akademika Koptyuga 3, Novosibirsk, 630090

Yulia I. Preis

Institute of Monitoring of Climatic and Ecological Systems SB RAS

Email: preisyui@rambler.ru
Russian Federation, Academichesky ave., 10, Tomsk, 634055

Mikhail A. Klimin

cInstitute of Water and Environmental Problems, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: m_klimin@bk.ru
Russian Federation, st. Dikopoltseva, 56, Khabarovsk, 680000

Valery А. Bychinsky

Institute of Geochemistry named after. A.P. Vinogradova. Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: val@igc.irk.ru
Russian Federation, st. Favorsky, building 1 A, Irkutsk, 664033

References

  1. Архипов В. С., Маслов С. Г. (1998) Состав и свойства типичных видов торфа центральной части Западной Сибири. Химия растительного сырья . 4 , 9–16
  2. Архипов В. С., Бернатонис В. К. (2013) Распределение кальция и железа в вертикальном профиле торфяных залежей таежной зоны Западной Сибири. Известия Томского политехнического университета . Гидрология. 323 (1), 173–178.
  3. Архипов В. С., Бернатонис В. К. (2015) Распределение марганца в торфяных залежах Томской области. Известия Томского политехнического университета. 326 (7), 27–35.
  4. Бамбалов Н. Н. (2013) Соотношение биотических и абиотических процессов при формировании торфяных и сапропелевых отложений. Междисциплинарный научный и прикладной журнал “Биосфера”. 5 (2), 211–222.
  5. Бобров В. А., Богуш А. А., Леонова Г. А., Краснобаев В. А., Аношин Г. Н. (2011) Аномальные проявления концентраций цинка и меди в торфянике верхового болота Южного Прибайкалья. ДАН . 439 (6), 784–788.
  6. Богуш А.А, Бобров В. А., Климин М. А., Бычинский В. А., Леонова Г.А, Кривоногов С. К., Кондратьева Л. М., Прейс Ю. И. (2019) Особенности формирования отложений и концентрирования элементов в профиле торфяника Выдринский (южное Прибайкалье). Геология и геофизика. 60 (2), 194–208.
  7. Бубина А. Б. (2010) Характеристика микрофлоры торфов эвтрофного болота. Вестник ТГПУ . 93 (3), 142–148.
  8. Буторова О. П., Козлова А. В., Герасимчук А. Л. (2010) Образование сульфидов меди Desulfovibrio sp. R2 в оптимальных температурных условиях. Вестник Томского государственного университета. Биология. 2 , 19–28.
  9. Веретенникова Е. Э. (2013) Содержание и распределение химических элементов в торфах южнотаежной подзоны Западной Сибири. География и природные ресурсы . 2 , 89–95.
  10. Веретенникова Е. Э., Курьина И. В., Дюкарев Е. А., Головацкая Е. А., Смирнов С. В. (2021) Геохимические особенности торфяных залежей олиготрофных болот южно-таежной зоны Западной Сибири. Геохимия . 66 (6), 562–576.
  11. Veretennikova E. E., Kuryina I. V., Dyukarev E. A., Golovatskaya E. A., Smirnov S. V. (2021) Geochemical Features of Peat Deposits at Oligotrophic Bogsin the Southern Taiga Subzone of West Siberia. Geochem. Int l . 59 (6), 618–631.
  12. Волков И. И. (1984) Геохимия серы в осадках океана. М.: Наука, 272 с.
  13. Волкова Е. М., Головченко А. В., Самощенкова Н. В., Музафаров Е. Н. (2010) Микробиологическая характеристика торфов Тульской области. Известия Тульского государственного университета. Естественные науки. 1 , 204–214.
  14. Вишнякова Е. К., Миронычева-Токарева Н.П., Косых Н. П. (2012) Динамика разложения растений на болотах Васюганья. Вестник ТГПУ . 7 (122), 87–93.
  15. Вышемирский В. С., Ямковая Л. С. (1992) К диагенезу органического вещества. Новосибирск, 76 с.
  16. Геворгян С. А., Айрапетян С. С., Мартиросян Д. А. (2018) Определение сорбционной емкости торфа по Sr, Zn и Fe. Химический журнал Армении . 71 (1–2), 62–67.
  17. Головацкая Е. А., Никонова Л. Г. (2013) Разложение растительных остатков в торфяных почвах олиготрофных болот. Вестник Томского государственного университета. Биология . 3 (23), 137–151
  18. Гранина Л. З. (2008) Ранний диагенез донных осадков озера Байкал. Новосибирск: Академическое изд-во “Гео”, 156 с.
  19. Ефремова Т. Т., Ефремов С. П., Куценогий К. П., Онучин А. А., Переседов В. Ф. (2003) Биогеохимия Fe, Mn, Cr, Ni, Co, Ti, V, Mo, Ta, W, U в низинном торфянике на междуречье Оби и Томи. Почвоведение , 5 , 557–567.
  20. Иванова Е. С., Харанжевская Ю. А., Миронов А. А. (2017) Латеральное распределение и миграция химических элементов в водах болот бассейнов рек Бакчар и Икса (западная Сибирь). Вестник Московского университета. Серия 5. География . 4 , 55–64.
  21. Иванов М. В., Каравайко Г. И. (2004) Геологическая микробиология. Микробиология . 73 (5), 581–597.
  22. Инишева Л. И., Головченко А. В., Сергеева М. А. (2015) Биохимические процессы и газовый режим болот разного генезиса. Сибирский экологический журнал. 22 (4), 570–582.
  23. Карпов И. К. (1981) Физико-химическое моделирование в геохимии. Новосибирск, Наука, 246 с.
  24. Кизильштейн Л. Я. (1975) Генезис серы в углях. Р-Дону: Изд-во РГУ, 200 с.
  25. Ковалев В. А. (1985) Болотные минералого-геохимические системы. Минск: Наука и техника, 327 с.
  26. Козловская Л. С., Медведева В. М., Пьявченко Н. И. (1978) Динамика органического вещества в процессе торфообразования. Л.: Наука, 176 с.
  27. Ларгин И. Ф., Трошичева Т. В. (1966) Вторичные минеральные образования в растениях-торфообразователях. Калинин: Калининский политехнический институт.
  28. Лиштван И. И., Король Н. Т. (1975) Основные свойства торфа и методы их определения. Минск: Наука и техника, 319 с.
  29. Лиштван И. И., Базин Е. Т., Гамаюнов Н. И., Тереньтьев А. А. (1989) Физика и химия торфа. М.: Недра, 304 с.
  30. Леонова Г. А., Мальцев А. Е., Айсуева Т. С., Бобров В. А., Меленевский В. Н., Бычинский В. А., Мирошниченко Л.В (2022) Геохимия раннего диагенеза болотных отложений на примере голоценового разреза торфяника Дулиха (Восточное Прибайкалье). Геология и геофизика. 63 (6), 830–850.
  31. Лукашев К. И., Ковалев В. А., Жуховицкая А. Л., Хомич А. А., Генералова В. А. (1971) Геохимия озерно-болотного литогенеза. М.: Наука и техника, 280 с.
  32. Меленевский В. Н., Леонова Г. А., Бобров В. А., Каширцев В. А., Кривоногов С. К. (2015) Трансформация органического вещества в голоценовых осадках озера Очки (Южное Прибайкалье) по данным пиролиза. Геохимия . 60 (10), 925–944.
  33. Melenevskii V. N., Leonova G. A., Bobrov V. A., Kashirtsev V. A., Krivonogov S. K. (2015) Transformation of Organic Matterin the Holocene Sediments of Lake Ochki (South Baikal Region): Evidence from Pyrolysis Data. Geochem. Int. 53 (10), 903–921.
  34. Меленевский В. Н., Климин М. А., Толстокоров С. В. (2019) Диагенез органического вещества торфа по данным пиролиза Рок Эвал. Геохимия . 64 (2), 206–211.
  35. Melenevskii, V.N., Klimin, M.A., Tolstokorov, S.V. (2019) Diagenesis of Organic Matter in Peat: Rock–Eval Pyrolysis Data. Geochem. Int. 57 (2), 227–231.
  36. Намсараев Б. Б., Хахинов В. В., Турунхаев А. В. (2009) Болотные экосистемы перешейка полуострова Святой Нос. География и природные ресурсы . 4 , 66–71.
  37. Намсараев Б. Б., Земская Т. И. (2000) Микробиологические процессы круговорота углерода в донных осадках озера Байкал. Новосибирск: Изд-во СО РАН филиал “Гео”, 154 с.
  38. Раковский В. Е., Пигулевская Л. В. (1978) Химия и генезис торфа. М.: Недра, 231 с.
  39. Савельева А. В., Юдина Н. В., Инишева Л. И. (2010) Состав гуминовых кислот торфов разной степени гумификации. Химия твердого топлива . 5 , 21–25.
  40. Савичев О. Г. (2015) Геохимические показатели болотных вод в таежной зоне Западной Сибири. Известия РАН. Серия географическая . 4 , 47–57.
  41. Савичев О. Г., Шмаков А. В. (2012) Вертикальная зональность и внутригодовые изменения химического состава вод Тимирязевского болота (Томск, Западная Сибирь). Известия Томского политехнического университета . 320 (1), 156–172.
  42. Савичев О. Г., Гусева Н. В., Куприянов Е. А., Скороходова А. А., Ахмед-Оглы К.В. (2013) Химический состав вод Обского болота (Западная Сибирь) и его пространственные изменения под влиянием сбросов загрязняющих веществ. Известия Томского политехнического университета. 323 (1), 168–172.
  43. Савичев О. Г., Наливайко Н. Г., Рудмин М. А., Мазуров А. К. (2019) Микробиологические условия распределения химических элементов по глубине торфяной залежи в экосистемах восточной части Васюганского болота (Западная Сибирь). Известия Томского политехнического университета. 330 (9), 184–194.
  44. Семенов Е. И. (2002) Минералогический справочник. М.: ГЕОС, 214 с.
  45. Сергеева М. А., Инишева Л. И. (2008) Биохимические процессы в олиготрофных торфяных залежах Васюганского болота. Вестник ТГПУ . 4 (78), 57–63.
  46. Скороходова А. А., Савичев О. Г. (2013) Содержания и формы миграции меди и цинка в природных водах васюганского болота. Вестник Томского государственного университета. 368 , 166–172.
  47. Хахинов В. В., Намсараев Б. Б., Доржиева Г. С., Бурюхаев C. П. (2012) Гидрохимическая и микробиологическая характеристики болотных экосистем перешейка полуострова Святой Нос (озеро Байкал). География и природные ресурсы. 4 , 65–71.
  48. Ходжер Т. В. (2005) Исследование состава атмосферных выпадений и их воздействия на экосистемы Байкальской природной территории: автореф. дис. … докт. географических наук. Москва: ИСЭМ СО РАН, 12–28.
  49. Чудненко К. В. (2010) Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программное обеспечение, приложения. Новосибирск, Академическое издательство “Гео”, 287 с.
  50. Шарова О. Г., Безрукова Е. В., Летунова П. П. (2015) Растительность и климат Танхойской подгорной равнины (южное побережье оз. Байкал) в позднеледниковье и голоцене. Известия Иркутского Государственного Университета . 11 , 86–102.
  51. Шварцев С. Л., Серебренникова О. В., Здвижков М. А., Савичев О. Г., Наймушина О. С. (2012) Геохимия болотных вод нижней части бассейна Томи (юг Томской области). Геохимия . 50 (4), 403–417.
  52. Shvartsev S. L., Serebrennikova O. V., Zdvizhkov M. A., Savichev O. G., Naimushina O. S. (2012) Geochemistry of wetland waters from the lower Tom basin, Southern Tomsk oblast. Geochem. Int. . 50 (4), 367–380.
  53. Шерышева Н. Г., Моров В. П. (2012) Динамика образования вивианита в накопительных культурах метанотрофных и водородокисляющих бактерий в процессе анаэробного Fe(III) восстановления. Самарская Лука: проблемы региональной и глобальной экологии. 21 (3), 16–24.
  54. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. (2011) Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 742 c.
  55. Юдович Я. Э., Кетрис М. П. (2014) Геохимия марганца. Изд-во: Геопринт, Сыктывкар, 540 с.
  56. Bezrukova E. V., Tarasov P. E., Kulagina N. V., Abzaeva A. A., Letunova P. P., Kostrova S. S. (2011) Palynological study of Lake Kotokel’ bottom sediments (Lake Baikal region). Russian Geology and Geophysics . 52 (4), 458–465
  57. Bobrov V. A., Maltsev A. E., Krivonogov S. K., Preis Yu. I., Klimin M. A., Leonova G. A. (2023) Peatland history under post-glacial climate changes in the southern Baikal region: Biogeochemical evidence from the Vydrino Bog (Tankhoi piedmont plain). Quaternary Int . 672 (30), 14–29
  58. Geostandards Newsletter. (1994) Elsevier, Netherland, Special Issue XVIII, 53.
  59. Goldstein G. I., Newbury D. E., Echlin P., Joy D. C., Fiori C., Lifshin E. (1981) Scanning electron microscopy and x-ray microanalysis. New York: Plenum Press, 235 p.
  60. Gstoettner E. M., Fisher N. S. (1997) Accumulation of Cadmium, Chromium, and Zinc by the Moss Sphagnum Papillosum Lindle. Water, Air, & Soil Pollution . 93 , 321–330.
  61. Helmer E. H., Urban N. R., Eisenreich S. J. (1990) Aluminum geochemistry in peatland waters. Biogeochemistry . 9 (3), 247–276.
  62. Lambers H., Chapin F. S., Pons T. L. (2008) Plant Physiological Ecology. Second Edition. Springer, 605 p.
  63. Leonova G. A., Maltsev A. E., Melenevsky V. N., Krivonogov S. K., Kondratyeva L. M., Bobrov V. A., Suslova M. Y. (2019) Diagenetic transformation of organic matter in sapropel sediments of small lakes (southern West Siberia and eastern Transbaikalia). Quaternary Int. 524 , 40–47.
  64. Li Yuan-hui. (1991) Distribution patterns of the elements in the ocean: A synthesis. Geochim. Cosmochim. Acta. 55 , 3223–3240.
  65. Mineralogy Database [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.webmineral.com, свободный. Загл. с экрана (дата обращения 15.05.2024).
  66. Phedorin М. А., Goldberg Е. L., Graehev М. А. (2000) The comparison of biogenic silica, Br and Nd distributions in the sediments of Lake Baikal as proxies of changing paleoclimates of the last 480 kyrю Nucl. Instr. Meth. Phys. Res. А448 (1–2), 400–406.
  67. Rudmin M., Ruban A., Savichev O., Mazurov A., Dauletova A., Savinova O. (2018) Authigenic and Detrital Minerals in Peat Environment of Vasyugan Swamp, Western Siberia. Minerals . 8 , 500.
  68. Shotyk W., Cheburkin A. K., Appleby P. G., Fankhauserd A., Kramers J. D. (1966) Two thousand years of atmospheric arsenic, antimony and lead deposition in an ombrotrophic bog profile, Jura Mountains, Switzerland. Earth Planet. Scien. Letter . 145 , 1–7.
  69. Trudinger P. A., Lambert I. B., Skyring G. W. (1972) Biogenic sulfide ores: a feasibility study. Econ. Geol. 67 (8), 1114–1127.
  70. Zaccone C., Cocozza C., Cheburkin A. K., Shotyk W., Miano T. M. (2007) Enrichment and depletion of major and trace elements, and radionuclides in ombrotrophic raw peat and corresponding humic acids. Geoderma . 141 (3–4), 235–246.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences