Geomorfologiâ i paleogeografiâGeomorfologiâ i paleogeografiâГеоморфология и палеогеография2949-17892949-1797The Russian Academy of Sciences66067410.31857/S2949178923030118WEPPLCSHORT COMMUNICATIONSНАУЧНЫЕ СООБЩЕНИЯCHRONOLOGY AND DEVELOPMENT OF CRYOGENESIS IN LOESS-PALEOSOL SEQUENCE IN THE LOWER VOLGA REGION1Хронология и условия развития криогенеза в лёссово-почвенных сериях Нижнего ПоволжьяTaratuninaN. A.ТаратунинаН. А.kurbanov@igras.ruRogovV. V.РоговВ. В.kurbanov@igras.ruStreletskayaI. D.СтрелецкаяИ. Д.kurbanov@igras.ruYaninaT. A.ЯнинаТ. А.kurbanov@igras.ruKurbanovR. N.КурбановР. Н.kurbanov@igras.ruInstitute of Geography RASИнститут географии РАНLomonosov Moscow State University, Faculty of GeographyМосковский государственный университет имени М.В. Ломоносова, географический факультетTyumen Scientific Centre SB RASИнститут криосферы Земли СО РАН01072023543496622022025Copyright ©; 2023, Н.А. Таратунина, В.В. Рогов, И.Д. Стрелецкая, Т.А. Янина, Р.Н. КурбановCopyright ©; 2023, Н.А. Таратунина, В.В. Рогов, И.Д. Стрелецкая, Т.А. Янина, Р.Н. Курбанов2023Н.А. Таратунина, В.В. Рогов, И.Д. Стрелецкая, Т.А. Янина, Р.Н. КурбановН.А. Таратунина, В.В. Рогов, И.Д. Стрелецкая, Т.А. Янина, Р.Н. Курбановhttps://journals.eco-vector.com/2949-1789/article/view/660674

The article presents the results of studying four sediment sections in the Lower Volga region that containing numerous traces of cryogenesis in Late Pleistocene subaerial deposits, represented by thin vertical wedges in loess and soils, involutions and wedges in alluvial deposits. In order to establish the stages of development and the boundaries of permafrost in the southeast of the East European Plain, morphology of cryogenic structures, morphoscopy and micromorphology of quartz grains were established, the coefficient of cryogenic contrast were calculated, and also absolute dating of deposits was performed. Five stages of cryogenesis development in the Late Pleistocene, which differed in type, scale of distribution, and conditions for the formation of cryogenic structures were established on the studied territory. The processes of cryogenic transformation of sediments occurred due to both seasonal freezing and the long-term development of a perennial permafrost zone. This determined the composition, structure and properties of loess-paleosol sequences and alluvial layers. The results obtained significantly refine the current understanding of the conditions for the formation of the Atelian deposits in the Lower Volga Region and the distribution of permafrost zone in the south of the East European Plain in the Late Pleistocene.

В статье представлены результаты изучения четырех разрезов в Нижнем Поволжье, содержащих многочисленные следы криогенеза в позднеплейстоценовых субаэральных отложениях, представленные тонкими вертикальными клиньями в лёссах и почвах, инволюциями и клиньями в аллювиальных отложениях. С целью установления этапов развития криогенеза и границ распространения криолитозоны на территории юго-востока Восточно-Европейской равнины авторами охарактеризована морфология криогенных структур, выполнены морфоскопия кварцевых зерен и микроморфологические исследования, расчет коэффициента криогенной контрастности, а также абсолютное датирование отложений. На данной территории установлено четыре этапа развития криогенеза в позднем плейстоцене, которые различались по типу, масштабу распространения и условиям образования криогенных структур. Процессы криогенного преобразования отложений в регионе происходили в условиях как сезонного промерзания, так и развития многолетней криолитозоны. Они определили состав, структуру и особенности строения лёссово-почвенных серий и аллювиальных слоев. Полученные результаты существенно уточняют современные представления об условиях формирования ательских отложений Нижнего Поволжья и масштабы распространения криолитозоны на юге Восточно-Европейской равнины в позднем плейстоцене.

loesspaleo-permafrostmineralogical analysiscoefficient of cryogenic contrastOSL datingлёссыпалеокриолитозонаминералогический анализкоэффициент криогенной контрастностиОСЛ-датированиеThis study was supported by Russian Foundation for Basic Research grant No. 20-55-56046 (absolute dating), state programs of the Lomonosov MSU 121051100135-0 (field studies), 121051100164-0 (cryolithological analyses) and Institute of Geography RAS No. АААА-А19-119021990091-4 (palaeogeography studies). The authors are grateful to V.R. Belyaev (Senior Researcher of Lomonosov Moscow State University), to D.A. Solodovnikov (the Head of the Department of Geography of VolSU), as well as S.A. Fedorchuk for the help during the field work. The authors are grateful to the anonymous reviewers, whose critical comments allowed us to improve the article.Исследования выполнены при поддержке гранта РФФИ № 20-55-56046 (абсолютное датирование), в рамках госзаданий географического факультета МГУ № 121051100135-0 (полевые исследования), № 121051100164-0 (криолитологические анализы) и Института географии РАН № АААА-А19-119021990091-4 (палеогеографические исследования). Авторы выражают благодарность с.н.с. МГУ им. М.В. Ломоносова В.Р. Беляеву, зав. кафедрой географии и картографии ВолГУ Д.А. Солодовникову, а также С.А. Федорчуку за помощь в проведении полевых работ. Авторы благодарны анонимным рецензентам, критические комментарии которых позволили существенно улучшить статью.Buylaert J.P., Jain M., Murray A.S. et al. (2012). A robust feldspar luminescence dating method for Middle and Late Pleistocene sediments. Boreas. Vol. 41. P. 435–451. https://doi.org/10.1111/j.1502-3885.2012.00248.xВасильев Ю.М. (1961). Антропоген Южного Заволжья. М.: Изд-во АН СССР. С. 128.Fedorov P.V. (1957). Stratigrafiya chetvertichnykh otlozhenii i istoriya razvitiya Kaspiiskogo morya (Stratigraphy of Quaternary deposits and the history of the development of the Caspian Sea). Trudy GIN AN SSSR. Vol. 10. Moscow: AN SSSR (Publ.). 308 p. (in Russ.)Величко А.А. (1973). Природный процесс в плейстоцене. М.: Наука. С. 256.Feng L., Zhang M., Jin Zh. et al. (2021). The genesis, development, and evolution of original vertical joints in loess. Earth Science Reviews. Vol. 214. 103526.Величко А.А., Морозова Т.Д., Нечаев В.П., Порожнякова О.М. (1996). Палеокриогенез, почвенный покров и земледелие. М.: Наука. С. 150.Koltringer C., Bradák B., Stevens T. et al. (2021). Palaeoenvironmental implications from Lower Volga loess – Joint magnetic fabric and multi-proxy analyses. Quaternary Science Reviews. Vol. 267. 107057. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2021.107057Величко А.А., Борисова О.К., Кононов Ю.М. и др. (2017). Реконструкция событий позднего плейстоцена в перигляциальной зоне юга Восточно-Европейской равнины // ДАН. Т. 475. № 4. С. 448–452.Koltringer C., Stevens T., Bradák B. et al. (2020). Enviromagnetic study of Late Quaternary environmental evolution in Lower Volga loess sequences, Russia. Quaternary Research. P. 1–25. https://doi.org/10.1017/qua.2020.73Динамика ландшафтных компонентов и внутренних морских бассейнов Северной Евразии за последние 130 000 лет. (2002) / А.А. Величко. М.: ГЕОС. С. 296.Koltringer C., Stevens T., Linder M. et al. (2022). Quaternary sediment sources and loess transport pathways in the Black Sea – Caspian Sea region identified by detrital zircon U-Pb geochronology. Global and Planetary Change. Vol. 209 (2): 103736. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2022.103736Конищев В.Н. (1981). Формирование состава дисперсных пород в криолитосфере. Новосибирск: Наука. С. 197.Konishchev V.N. (1981). Formirovanie sostava dispersnykh porod v kriolitosfere (Formation of the composition of dispersed rocks in the Cryolithosphere). Novosibirsk: Nauka (Publ.). 197 p. (in Russ.)Конищев В.Н. (1999). Эволюция температуры пород арктической зоны России в верхнем кайнозое // Криосфера Земли. Т. III. № 4. С. 39–47.Konishchev V.N. (1999). Evolyutsiya temperatury porod arkticheskoi zony Rossii v verkhnem kainozoe (Temperature evolution of rocks in the Arctic zone of Russia in the Upper Cenozoic). Earth’s Cryosphere. Vol. III. No. 4. P. 39–47. (in Russ.)Конищев В.Н., Рогов В.В. (1994). Методы криолитологических исследований. М.: Изд-во МГУ. С. 135.Konishchev V.N., Lebedeva-Verba M.P., Rogov V.V., Stalina E.E. (2005). Kriogenez sovremennykh i pozdnepleistotsenovykh otlozhenii Altaya i periglyatsial’nykh oblastei Evropy (Cryogenesis of modern and late Pleistocene deposits of Altai and periglacial regions of Europe). M.: GEOS (Publ.). 132 p.Конищев В.Н., Лебедева-Верба М.П., Рогов В.В., Сталина Е.Е. (2005). Криогенез современных и позднеплейстоценовых отложений Алтая и перигляциальных областей Европы. М.: ГЕОС. С. 132.Konishchev V.N., Rogov V.V. (1994). Metody kriolitologicheskikh issledovanii (Methods of cryolithological research). Moscow: MSU (Publ.). 135 p. (in Russ.)Курчатова А.Н., Рогов В.В. (2020). Методы электронной микроскопии в геокриологии. Тюмень: Изд-во ТИУ. С. 134.Krinsley D.H., Doornkamp J.C. (1973). Atlas of quartz sand surface textures. Cambridge University Press. Cambridge. 91 p.Межрегиональная стратиграфическая схема квартера территории Российской Федерации (2014) // Дополнение к “Карте четвертичных образований территории Российской Федерации. Масштаб 1:2 500 000”. СПб: ВСЕГЕИ.Kurbanov R., Murray A., Thompson W. et al. (2021). First reliable chronology for the early Khvalynian Caspian Sea transgression in the Lower Volga River valley. Boreas. Vol. 50. No. 1. P. 134–146. https://doi.org/10.1111/bor.12478Москвитин А.И. (1962). Плейстоцен Нижнего Поволжья // Труды ГИН АН СССР. Вып. 64. М.: Изд-во АН СССР. С. 263.Kurbanov R.N., Buylaert J.-P., Stevens T. et al. (2022). A detailed luminescence chronology of the Lower Volga loess-palaeosol sequence at Leninsk. Quaternary Geochronology. 73. 101376. https://doi.org/10.1016/j.quageo.2022.101376Попов А.И. (1960). Перигляциальные образования Северной Евразии и их генетические типы // Пери-гляциальные явления на территории СССР. М.: Изд-во МГУ. С. 10–36.Kurchatova A.N., Rogov V.V. (2020). Electron Microscopy in Geocryology. Tyumen: TIU (Publ.). 106 p.Попов А.И. (1967). Лёссовые и лёссовидные породы как продукт криолитогенеза // Вестник МГУ. Серия географическая. № 6. С. 43–48.Makeev A., Lebedeva M., Kaganova A. et al. (2021). Pedosedimentary environments in the Caspian Lowland during MIS 5 (Srednaya Akhtuba reference section, Russia). Quaternary International. Vol. 590. P. 164–180.Розенбаум Г.Э. (1985). Покровный палеокриогенный комплекс на севере валдайской перигляциальной зоны // Развитие криолитозоны Евразии в верхнем кайнозое. М.: Наука. С. 4–15.Mezhregional’naya stratigraficheskaya skhema kvartera territorii Rossiiskoi Federatsii (Interregional stratigraphic scheme of the quarter of the territory of the Russian Federation). (2014). Supplement to the “Map of Quaternary formations of the territory of the Russian Fe-deration 1:2 500 000”. St. Petersburg: VSEGEI.Свиточ А.А., Янина Т.А. (1997). Четвертичные отложения побережий Каспийского моря. М.: РАСХН. С. 267.Moskvitin A.I. (1962). Pleistotsen Nizhnego Povolzhʹya (Pleistocene of the Lower Volga region). Trudy GIN AN SSSR. Vol. 64. Moscow: AN SSSR (Publ.). 263 p. (in Russ.)Стрелецкая И.Д. (2017). Клиновидные структуры на южном берегу Финского залива // Криосфера Земли. Т. 21. № 1. С. 3–12.Murray A.S., Marten R., Johnston A., Martin P. (1987). Analysis for naturally occurring radionuclides at environmental concentrations by gamma spectrometry. Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. Vol. 115. No. 2. P. 263–288.Сычева С.А. (2012). Палеомерзлотные события в перигляциальной области Русской равнины в конце среднего и в позднем плейстоцене// Криосфера Земли. Т. 16. № 4. С. 45–56.Popov A.I. (1960). Periglyatsial’nye obrazovaniya Severnoi Evrazii i ikh geneticheskie tipy (Periglacial formations of Northern Eurasia and their genetic types). Periglacial phenomena on the territory of the USSR. M.: MGU (Publ.). P. 10–36. (in Russ.)Федоров П.В. (1957). Стратиграфия четвертичных отложений и история развития Каспийского моря // Труды ГИН АН СССР. Вып. 10. С. 308.Popov A.I. (1967). Loess and loess-like rocks as a product of cryolithogenesis. Vestnik MSU. Seria 5. Geografiya. No. 6. P. 43–48. (in Russ.)Шкатова В.К. (1975). Стратиграфия плейстоценовых отложений низовьев рек Волги и Урала и их корреляция. Автореф. дис. … канд. геогр. наук. Л.: ВСЕГЕИ. С. 25.Railsback L.B., Gibbard P.L., Head M.J. et al. (2015). An optimized scheme of lettered marine isotope substages for the last 1.0 million years, and the climatostratigraphic nature of isotope stages and substages. Quaternary Science Reviews. Vol. 111. P. 94–106. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2015.01.012Янина Т.А. (2012). Неоплейстоцен Понто-Каспия: биостратиграфия, палеогеография, корреляция. М.: Географический факультет МГУ. С. 264.Rozenbaum G.E. (1985). Cover paleocryogenic complex in the north of the Valdai periglacial zone. Development of the Eurasian permafrost zone in the Upper Cenozoic. Moscow: Nauka (Publ.). P. 4–15. (in Russ.)Янина Т.А., Свиточ А.А., Курбанов Р.Н. и др. (2017). Опыт датирования плейстоценовых отложений Нижнего Поволжья методом оптически стимулированной // Вестник Московского университета. Серия 5. География. № 1. С. 21–29.Shkatova V.K. (1975). Stratigrafiya pleistotsenovykh otlozhenii nizovʹev rek Volgi i Urala i ikh korrelyatsiya (Stratigraphy of Pleistocene deposits in the lower reaches of the Volga and Ural rivers and their correlation). PhD Thesis. Leningrad: VSEGEI (Publ.). 25 p. (in Russ.)Buylaert J.P., Jain M., Murray A.S. et al. (2012). A robust feldspar luminescence dating method for Middle and Late Pleistocene sediments // Boreas. Vol. 41. P. 435–451. https://doi.org/10.1111/j.1502-3885.2012.00248.xStreletskaya I.D. (2017). Wedge-shaped structures on the southern coast of the Gulf of Finland. Earth’s Cryosphere. Vol. 21. No. 1. P. 3–12. (in Russ.)Feng L., Zhang M., Jin Zh. et al. (2021). The genesis, development, and evolution of original vertical joints in loess // Earth Science Reviews. Vol. 214. 103526.Svitoch A.A., Yanina T.A. Chetvertichnye otlozheniya poberezhii Kaspiiskogo morya (Quaternary deposits of the coasts of the Caspian Sea). Moscow: RASKHN (Publ.). 1997. 267 p. (in Russ.)Koltringer C., Stevens T., Bradák B. et al. (2020). Enviromagnetic study of Late Quaternary environmental evolution in Lower Volga loess sequences, Russia // Quaternary Research. P. 1–25. https://doi.org/10.1017/qua.2020.73Sycheva S.A. (2012). Paleofrost events in the periglacial region of the Russian Plain at the end of the Middle and Late Pleistocene. Earth’s Cryosphere. Vol. 16. No. 4. P. 45–56. (in Russ.)Koltringer C., Bradák B., Stevens T. et al. (2021). Palaeoenvironmental implications from Lower Volga loess – Joint magnetic fabric and multi-proxy analyses // Quaternary Science Reviews. Vol. 267. P. 107057. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2021.107057Taratunina N., Rogov V., Streletskaya I. et al. (2021). Late Pleistocene cryogenesis features of a loess-paleosol sequence in the Srednyaya Akhtuba reference section, Lower Volga River valley, Russia. Quaternary International. 590. P. 56–72. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2020.12.015Koltringer C., Stevens T., Linder M. et al. (2022). Quaternary sediment sources and loess transport pathways in the Black Sea – Caspian Sea region identified by detrital zircon U-Pb geochronology // Global and Planetary Change. Vol. 209. No. 2. P. 103736. https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2022.103736Taratunina N.A., Buylaert J.-P., Kurbanov R.N. et al. (2022). Late Quaternary evolution of lower reaches of the Volga River (Raygorod section) based on luminescence dating. Quaternary Geochronology. 72, 101369. https://doi.org/10.1016/jKrinsley D.H., Doornkamp J.C. (1973). Atlas of quartz sand surface textures. Cambridge University Press, Cambridge. P. 91.Vandenberghe J., French H.M., Gorbunov A. et al. (2014). The Last Permafrost Maximum (LPM) map of the Northern Hemisphere: permafrost extent and mean annual air temperatures, 25-17 ka BP. Boreas. 43 (3). P. 652–666. https://doi.org/10.1111/bor.12070Kurbanov R., Murray A., Thompson W. et al. (2021). First reliable chronology for the early Khvalynian Caspian Sea transgression in the Lower Volga River valley // Boreas. Vol. 50. No 1. P. 134–146. https://doi.org/10.1111/bor.12478Vasil’yev Yu.M. (1961). Antropogen Yuzhnogo Zavolzhʹya (Anthropogen of the Southern Trans-Volga region). Moscow: AN SSSR (Publ.). 128 p. (in Russ.)Kurbanov R.N., Buylaert J.-P., Stevens T. et al. (2022). A detailed luminescence chronology of the Lower Volga loess-palaeosol sequence at Leninsk // Quaternary Geochronology. Vol. 73. P. 101376. https://doi.org/10.1016/j.quageo.2022.101376Velichko A.A. (1973). Prirodnyi protsess v pleistotsene (Natural process in the Pleistocene). Moscow: Nauka (Publ.). 256 p. (in Russ.)Makeev A., Lebedeva M., Kaganova A. et al. (2021). Pedosedimentary environments in the Caspian Lowland during MIS 5 (Srednaya Akhtuba reference section, Russia) // Quaternary International. Vol. 590. P. 164–180.Velichko A.A. (Ed.). (2002). Dinamika landshaftnykh komponentov i vnutrennikh morskikh basseinov Severnoi Evrazii za poslednie 130 000 let (Dynamics of landscape components and inland marine basins of Northern Eurasia over the past 130.000 years). М.: GEOS (Publ.). 296 p. (in Russ.)Murray A.S., Marten R., Johnston A., Martin P. (1987). Analysis for naturally occurring radionuclides at environmental concentrations by gamma spectrometry // Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry. Vol. 115. No 2. P. 263–288.Velichko A.A., Borisova O.K., Kononov Yu.M. et al. (2017). Rekonstruktsiya sobytii pozdnego pleistotsena v periglyatsial’noi zone yuga Vostochno-Evropeiskoi ravniny (Reconstruction of Late Pleistocene events in the periglacial zone of the south of the East European Plain). Doklady Akademii nauk. Vol. 475. No. 4. P. 448–452.Railsback L.B., Gibbard P.L., Head M.J. et al. (2015). An optimized scheme of lettered marine isotope substages for the last 1.0 million years, and the climatostratigraphic nature of isotope stages and substages // Quaternary Science Reviews. Vol. 111. P. 94–106. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2015.01.012Velichko A.A., Morozova T.D., Nechayev V.P., Porozhnyakova O.M. (1996). Paleokriogenez, pochvennyi pokrov i zemledelie (Paleocryogenesis, soil cover and agriculture). M.: Nauka (Publ.). 150 p. (in Russ.)Taratunina N., Rogov V., Streletskaya I. et al. (2021). Late Pleistocene cryogenesis features of a loess-paleosol sequence in the Srednyaya Akhtuba reference section, Lower Volga River valley, Russia // Quaternary International. Vol. 590. P. 56–72. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2020.12.015Vos K., Vandenberghe N., Elsen J. et al. (2014). Surface textural analysis of quartz grains by scanning electron microscopy (SEM): From sample preparation to environmental interpretation. Earth-Science Reviews. No. 128. P. 93–104. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2013.10.013Taratunina N.A., Buylaert J.-P., Kurbanov R.N. et al. (2022). Late Quaternary evolution of lower reaches of the Volga River (Raygorod section) based on luminescence dating // Quaternary Geochronology. Vol. 72. P. 101369. https://doi.org/10.1016/j.quageo.2022.101369Woronko B., Pisarska-Jamrozy M. (2015). Micro-scale frost weathering of sand-sized quartz grains. Permafrost and Periglacial Processes. No. 27. P. 109–122. https://doi.org/10.1002/ppp.1855Vandenberghe J., French H.M., Gorbunov A. et al. (2014). The Last Permafrost Maximum (LPM) map of the Northern Hemisphere: permafrost extent and mean annual air temperatures, 25–17 ka BP // Boreas. Vol. 43. No. 3. P. 652–666. https://doi.org/10.1111/bor.12070Yanina T.A. (2012). Neopleystotsen Ponto-Kaspiya: biostratigrafiya, paleogeografiya, korrelyatsiya (Neopleistocene of the Ponto-Caspian: biostratigraphy, paleogeography, correlation). Moscow: MSU (Publ.). 264 p. (in Russ.)Vos K., Vandenberghe N., Elsen J. et al. (2014). Surface textural analysis of quartz grains by scanning electron microscopy (SEM): From sample preparation to environmental interpretation // Earth-Science Reviews. No. 128. P. 93–104. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2013.10.013Yanina T.A., Svitoch A.A., Kurbanov R.N. et al. (2017). Experience in dating Pleistocene deposits of the Lower Volga region by optically stimulated. Vestnik MSU. Seria 5. Geografiya. No. 1. P. 21–29. (in Russ.)Woronko B., Pisarska-Jamrozy M. (2015). Micro-scale frost weathering of sand-sized quartz grains // Permafrost and Periglacial Processes. No. 27. P. 109–122. https://doi.org/10.1002/ppp.1855