Permafrost-affected gleyzems of the Subpolar Urals: morphological and cryogenic structure, temperature regime and physical-chemical properties

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The article studies the structure and properties of permafrost-affected gleyzems and peat-gleyzems in the tundra landscapes of the Subpolar Urals, the southernmost mineral soils with insular permafrost that is particularly sensitive to present-day climate change. The study examines in detail the morphological and cryogenic structure, temperature regime, mineralogical composition, and physical-chemical properties of active layer and underlying permafrost. The thin active layer is characterized by the predominance of peat horizons and significant gleyization of mineral horizons; a high-ice transition layer is localized in the upper permafrost. Massive cryogenic textures were revealed in the active layer, and schlieren and ataxic textures were found in the underlying permafrost. Peat-gleyzem, in contrast to the colder gleyzem, is characterized by a relatively mild temperature regime, which is explained by the increased thickness of the heat-insulating peat horizon and a greater depth of snow cover. Permafrost-affected soils of the Subpolar Urals are confined to climate-driven ecosystem-modified permafrost. It was revealed that the predominance of the coarse silt fraction in soils with close underlying permafrost contributes to the significant thixotropy of gleyed active layer. Cryogenic-lithological heterogeneity of profiles in the conditions of the subarctic humid climate of the mountainous country determines the specific structure and properties of gley permafrost-affected soils of the Subpolar Urals.

About the authors

E. V. Zhangurov

Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: zhan.e@mail.ru
Syktyvkar, 167982 Russia

D. A. Kaverin

Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: zhan.e@mail.ru
Syktyvkar, 167982 Russia

A. A. Dymov

Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: zhan.e@mail.ru
Syktyvkar, 167982 Russia

V. V. Startsev

Institute of Biology of the Komi Scientific Center of the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: zhan.e@mail.ru
Syktyvkar, 167982 Russia

References

  1. Атлас по климату и гидрологии Республики Коми. М.: Дрофа, 1997. 116 с.
  2. Атлас почв Республики Коми / Под ред. Добровольского Г.В. и др. Сыктывкар: ООО Коми республиканская типография, 2010. 356 с.
  3. Геокриология СССР. Европейская территория СССР / Под ред. Ершова Э.Д. М.: Недра, 1988. 358 с.
  4. Герасимова М.И., Лупачев А.В., Губин С.В., Горячкин С.В. Положение мерзлотных почв в классификации почв России: проблемы и возможные решения // Сб. тез. Всерос. науч.-пр. конф. (Салехард–Лабытнанги, ЯНАО, Россия, 20–26 августа 2023). Сыктывкар: ИБ ФИЦ Коми НЦ УрО РАН, 2023. С. 277–279.
  5. Гончарова О.Ю., Матышак Г.В., Бобрик А.А., Москаленко Н.Г., Пономарева О.Е. Температурные режимы северотаежных почв Западной Сибири в условиях островного распространения многолетнемерзлых пород // Почвоведение. 2015. № 12. С. 1462–1473. https://doi.org/10.7868/S0032180X1500032
  6. Горячкин С.В. Почвенный покров Севера (структура, генезис, экология, эволюция) М.: ГЕОС, 2010. 414 с.
  7. ГОСТ 26262-84. Грунты. Методы полевого определения глубины сезонного оттаивания. М.: ИПК Изд-во стандартов, 1984. 6 с.
  8. Дымов А.А., Жангуров Е.В., Старцев В.В. Почвы северной части Приполярного Урала: морфология, физико-химические свойства, запасы углерода и азота // Почвоведение. 2013. № 5. С. 507–516.
  9. Жангуров Е.В. Разнообразие и диагностика криогенных процессов в почвах горной катены Приполярного Урала // Матер. Межд. Научн. конф. I Никитинские чтения “Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии в природных и антропогенных ландшафтах”. Пермь: ИПЦ “Прокростъ”, 2020. С. 60–63.
  10. Жангуров Е.В., Королёв М.А., Дубровский Ю.А., Шамрикова Е.В. Почвы горного хребта Рай-Из (Полярный Урал) // Почвоведение. 2023. № 4. С. 417–432. https://doi.org/10.31857/S0032180X22601256
  11. Жангуров Е.В., Старцев В.В., Дубровский Ю.А., Дёгтева С.В., Дымов А.А. Морфолого-генетические особенности почв горных лиственничных лесов и редколесий Приполярного Урала // Почвоведение. 2019. № 12. С. 1415–1429. https://doi.org/10.1134/S0032180X19120141
  12. Игнатенко И.В. Почвы восточно-европейской тундры и лесотундры М.: Наука, 1979. 279 с.
  13. Каверин Д.А., Пастухов А.В. Температурное состояние почвогрунтов бугристо-мочажинных болот в зоне редкоостровного распространения многолетнемерзлых пород (Европейский Северо-Восток России) // Криосфера Земли. 2018. Т. XXII. № 5. C. 47–56. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2018-5(47-56)
  14. Каверин Д.А., Пастухов А.В., Новаковский А.Б., Биази К., Марущак М., Елсаков В.В. Влияние ландшафтных и климатических факторов на глубину сезонного протаивания в почвах бугристых торфяников (на примере площадки R52) // Криосфера Земли. 2019. Т. XXIII, № 2. С. 62–71. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2019-2(62-71)
  15. Кузнецова А.М., Кузнецов П.В. Выветривание полевых шпатов в разновозрастных иллювиально-железистых подзолах (Западные Кейвы, Кольский п-ов) // Почвоведение. 2003. № 12. С. 1474–1481.
  16. Конищев В.Н. Формирование состава дисперсных пород в криолитосфере. Новосибирск: Наука, 1981. 197 с.
  17. Лепорский О.Р., Седов С.Н., Шоба С.А. Роль промораживания в разрушении первичных минералов в подзолистых почвах // Почвоведение. 1990. № 6. С. 110–116.
  18. Лупачев А.В., Губин С.В., Веремеева А.А., Каверин А.В., Пастухов А.А., Якимов А.С. Микрорельеф поверхности многолетнемерзлых пород: строение и экологические функции // Криосфера Земли. 2016. Т. 20. № 2. С. 3–14.
  19. Мажитова Г.Г. Температурные режимы почв в зоне несплошной многолетней мерзлоты европейского северо-востока России // Почвоведение. 2008. № 1. С. 54–67.
  20. Мергелов Н.С., Таргульян В.О. Процессы накопления органического вещества в минеральной толще мерзлотных почв приморских низменностей Восточной Сибири // Почвоведение. 2011. № 3. С. 275–287.
  21. Оберман Н.Г., Борозинец В.Е. Урал. Геокриология СССР. Европейская территория СССР. М.: Недра, 1988. С. 301–324.
  22. Огуреева Г.Н. Ботанико-географическое районирование СССР М.: Изд-во МГУ, 1991. 188 с.
  23. Осадчая Г.Г., Тумель Н.В. Локальные ландшафты как индикаторы геокриологической зональности (на примере европейского северо-востока) // Криосфера Земли. 2012. Т. XVI. № 3. С. 62–71.
  24. Пастухов А.В., Каверин Д.А. Способ ручного бурения мерзлых горизонтов в почвах и верхнем слое многолетнемерзлых пород с одновременным отбором ненарушенных проб почвогрунтов. Пат. № 2673571 РФ.
  25. Полевой определитель почв России. М.: Почв. ин-т им. В.В. Докучаева, 2008. 282 с.
  26. Ривкин Ф.М., Власова Ю.В., Пармузин И.С. Закономерности изменения геокриологических условий в результате осадки мерзлых пород при оттаивании // Криосфера Земли. 2017. Т. XXI. № 6. С. 26–34.
  27. Рогов В.В. Основы криогенеза (учебно-методическое пособие). Новосибирск: ГЕО, 2009. 203 с.
  28. Русанова Г.В., Кюхри П. Почвы границы леса и горной тундры Приполярного Урала // Почвоведение. 2001. № 4. С. 409–417.
  29. Седов С.Н., Шоба С.А. Методы исследования минерального скелета почв: оценка возможностей, применение к решению почвенно-генетических задач // Почвоведение. 1996. № 10. С. 1157–1166.
  30. Старцев В.В., Жангуров Е.В., Дымов А.А. Годовая динамика температур органогенных горизонтов почв Приполярного Урала // Известия Коми научного центра УрО РАН. 2016. № 2. С. 28–35.
  31. Старцев В.В., Дубровский Ю.А., Жангуров Е.В., Дымов А.А. Пространственная неоднородность свойств почв в зоне распространения островной мерзлоты (Приполярный Урал) // Вестник Томск. гос. ун-та. Сер. Биология. 2019. № 48. С. 32–55. https://doi.org/10.17223/19988591/48/2
  32. Тонконогов В.Д. Автоморфное почвообразование в тундровой и таежной зонах Восточно-Европейской и Западно-Сибирской равнин. М.: Почв. Ин-т им. В.В. Докучаева, 2010. 304 с.
  33. Abakumov E.V., Lupachev A., Rositsa Y., Zhiyanski M. Micromorphological structure of maritime antarctic cryosols (King-George and Livingston Islands, West Antarctica) // Czech Polar Rep. 2021. V. 11. 318–322. https://doi.org/10.5817/CPR2021-2-22
  34. Alekseev I., Аbakumov E. Soil organic carbon stocks and stability of organic matter in permafrost-affected soils of Yamal region, Russian Arctic // Geoderma Regional. 2022. V. 28. https://doi.org/10.1016/j.geodrs.2021.e00454
  35. Bockheim J.G. Global distribution of cryosols with mountain permafrost: an overview // Permafrost Periglacial Process. 2015. V. 26. P. 1–12. https://doi.org/10.1002/ppp. 1830
  36. Gubin S.V. Role of cryogenic processes in the organization of soils at macro-, meso- and micro-levels // Byulleten Pochvennogo instituta im. V.V. Dokuchaeva, 2016. V. 86. P. 53-63. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2016-86-53-63
  37. IUSS Working Group WRB. 2022. World Reference Base for Soil Resources. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. Vienna, Austria: International Union of Soil Sciences (IUSS), 2022. 236 p.
  38. Jin X., Jin H., Iwahana G., Marchenko S.S., Luo D., Li X., Liang S. Impacts of climate-induced permafrost degradation on vegetation: a review // Adv. Clim. Chang. Res. 2020. https://doi.org/10.1016/j.accre.2020.07.002
  39. Kaverin D., Malkova G., Zamolodchikov D., Shiklomanov N., Pastukhov A., Novakovskiy A., Sadurtdinov M., et al. Long-term active layer monitoring at CALM sites in the Russian European North // Polar Geography. 2021. V. 44. P. 1981476. https://doi.org/10.1080/1088937X.2021.1981476
  40. Key to Soil Taxonomy (Thirteenth Edition, 2022). Washington: U.S. Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service, 2022. 410 p.
  41. Konishchev V.N., Rogov V.V. Cryogenic processes in loess // Geography, Environment, Sustainability. 2017. Т. 10. P. 4–14. https://doi.org/10.24057/2071-9388-2017-10-2-4-14
  42. Munsell A. Munsell Soil Color Chart. Colmorgan Instruments. Baltimor, 1988.
  43. Noetzli J., Isaksen K., Barnett J., Christiansen Н. et al. Enhanced warming of European mountain permafrost in the early 21st century // Nature Commun. 2024. V. 15. P. 10508. https://doi.org/10.1038/s41467-024-54831-9
  44. Okrusch M., Frimmel H.E. Weathering and Mineral Formation in Soils. In: Mineralogy. Springer Textbooks in Earth Sciences, Geography and Environment. Berlin: Springer, 2020. P. 406–415. https://doi.org/10.1007/978-3-662-57316-7_24
  45. Shur Y.L., Jorgenson M.T. Patterns of permafrost formation and degradation in relation to climate and ecosystems // Permafrost and Periglacial Processes. 2007. V. 18. P. 7–19. https://doi.org/10.1002/pP. 582
  46. Shur Y., Hinkel K.M., Nelson F.E. The transient layer: implications for geocryology and climate-change science // Permafrost Periglac. Processes. 2005. V. 16. P. 5–17. https://doi.org/10.1002/pP. 518.
  47. Schuuring S., Halvorsen R., Bronken Eidesen P., Niittynen P., Kemppinen J., Lang S.I. High Arcticvegetation communities with a thick mosslayer slow active layer thaw // J. Geophys. Res. Biogeosciences. 2024. V. 129. P. e2023JG007880. https://doi.org/10.1029/2023JG007880
  48. Smith S.L., O’Neill H.B., Isaksen K. et al. The changing thermal state of permafrost // Nature Rev. Earth Environ. 2022. V. 3. P. 10–23. https://doi.org/10.1038/s43017-021-00240-1
  49. Stendel M.J.H., Christensen S., Marchenko et al. Size matters – very high resolution permafrost simulations on the 4 km scale in northeast European Russia // Geophysical. Res. Abstr. 2011. V. 13. P. EGU2011-6493. https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2011/EGU2011-6493.pdf
  50. Vasiliev A.A., Drozdov D.S., Gravis A.G., Malkova G.V., Nyland K.E., Streletskiy D.A. Permafrost degradation in the Western Russian Arctic // Environ. Res. Lett. 2020. V. 15. P. 045001. https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab6f12

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».