aariПроблемы Арктики и АнтарктикиArctic and Antarctic Research0555-26482618-6713Государственный научный центр Российской Федерации Арктический и антарктический научно-исследовательский институт10.30758/0555-2648-2025-71-3-346-358aari-744Research ArticleГЕОЛОГИЯ И ГЕОФИЗИКАGEOLOGY AND GEOPHYSICSАутигенный барит в отложениях палеотермоцирка полуострова ЯмалAuthigenic barite in paleothermo cirque deposits of the Yamal Peninsulahttps://orcid.org/0000-0001-8589-2316НовоселовА. А.NovoselovA. A.

Тюмень

Andrey A. Novoselov

Tyumen

an.a.novoselov@utmn.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7674-1081СлагодаЕ. А.SlagodaE. A.

Тюмень

Elena A. Slagoda

Tyumen

https://orcid.org/0000-0002-1165-3758БутаковВ. И.ButakovV. I.

Тюмень

Vladislav I. Butako

Tyumen

ЛеоноваЛ. В.LeonovaL. V.

Екатеринбург

Lyubov V. Leonova

Ekaterinburg

Институт криосферы Земли, Тюменский научный центр Сибирского отделения Российской академии наукРоссияEarth Cryosphere Institute, Tyumen Scientific Centre SB RASRussian FederationИнститут геологии и геохимии им. акад. А.Н. Заварицкого Уральского отделения Российской академии наукРоссияThe Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry of the Ural Branch (UB) of the RASRussian Federation202524092025713346358Copyright © Новоселов А.А., Слагода Е.А., Бутаков В.И., Леонова Л.В., 20252025Новоселов А.А., Слагода Е.А., Бутаков В.И., Леонова Л.В.Novoselov A.A., Slagoda E.A., Butakov V.I., Leonova l.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.aaresearch.science/jour/article/view/744

Изучение аутигенного минералообразования в криолитозоне представляет значительный научный интерес, однако до сих пор этим процессам уделяется недостаточное внимание. В данной работе впервые подробно описан и изучен аутигенный барит, обнаруженный в мерзлых синкриогенных отложениях, вскрывающихся в термоцирке полуострова Ямал, с целью оценки его потенциала как индикатора экзогенных криогенных процессов. Исследование выполнено с применением комплекса современных методов, включая сканирующую электронную микроскопию, рентгеноспектральный микроанализ и геохимические исследования. Особое внимание уделено применению оригинальной методики изготовления полимерных реплик, позволившей сохранить первичные текстурно-структурные особенности мерзлых грунтов. Результаты исследования подтверждают ключевую роль криогенных процессов в образовании барита, формирующего характерные розеточные агрегаты в микропустотах ледогрунта. Установлено, что его образование связано с процессами перераспределения и концентрирования солей при промерзании, при этом ключевую роль играют специфические геохимические условия, благоприятствующие связыванию сульфатов именно с барием. Эти условия обеспечили процессы термоденудации, в том числе таяние подземных льдов и переотложение прибрежно-морских и субаэральных пород. Полученные данные позволяют рассматривать аутигенный барит как перспективный индикатор криогенных процессов в многолетнемерзлых породах и важны для понимания реакции криолитозоны на внешние воздействия, что особенно актуально в контексте современных климатических изменений, ведущих к активизации термокарста и термоденудации.

Authigenic mineral formation in permafrost environments represents a scientifically significant yet little understood field of cryolithology. This study provides the first comprehensive documentation and analysis of authigenic barite discovered in frozen sediments of thermocirques on the Yamal Peninsula, with a particular focus on its potential as a novel indicator of cryogenic processes. The research methodology combines advanced analytical techniques including high-resolution scanning electron microscopy (SEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX), and comprehensive geochemical characterization of ice-ground systems. A key methodological innovation is the development and application of specialized polymer replica techniques that enable precise preservation of primary cryogenic textures and microstructures in frozen samples, overcoming the limitations of conventional sample preparation methods. The results obtained demonstrate that authigenic barite forms distinctive rosette-shaped micro-aggregates within ice-ground micro-pores, with the crystal morphology indicating in situ growth under cryogenic conditions. Detailed geochemical analysis reveals that barite formation is fundamentally controlled by freeze-induced solute redistribution processes, where specific ionic ratios (particularly elevated SO₄²⁻/Ca²⁺) and neutral pH conditions preferentially promote barium sulfate precipitation over calcium sulfates. These findings show authigenic barite as a sensitive paleoindicator of cryogenic processes including thermodenudation, segregation ice formation, and freeze-thaw solute concentration. The study provides crucial new insights into low-temperature geochemical processes operating in permafrost environments, with important implications for understanding cryosphere evolution under contemporary climate change scenarios.

аутигенные минералыбариткриолитозонатермоденудацияпластовые льдыauthigenic mineralsbariteactive layercryolithozonethermokarstsegregation iceРабота выполнена Институтом криосферы Земли ТюмНЦ СО РАН в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации № FWRZFWRZ-2021-0012This work was conducted at the Institute of Earth’s Cryosphere, Tyumen Scientific Centre of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, and supported by the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Project No. FWRZ-2021-0012)ReferencesБазарова Е.П., Кадебская О.И., Рубцова М.Н., Коротченкова О.В., Кононов А.М. Криогенный рапидкрикит из малой нижнеудинской пещеры (Восточная Сибирь). Криосфера Земли. 2023;27(3):3–14. https://doi.org/10.15372/KZ20230301Bazarova E.P., Kadebskaya O.I., Rubtsova M.N., Korotchenkova O.V., Kononov A.M. Cryogenic rapidcreekite from the Malaya Nizhneudinskaya Cave (Eastern Siberia). Kriosfera Zemli = Earth’s Cryosphere. 2023;27(3):3–14. (In Russ.). https://doi.org/10.15372/KZ20230301Thomas H.R., Сleall P., Li Y.-C., Harris C., Kern-Luetschg M. Modelling of cryogenic processes in permafrost and seasonally frozen soils. Geotechnique. 2009;59(3):173–184. https://doi.org/10.1680/geot.2009.59.3.173Thomas H.R., Сleall P., Li Y.-C., Harris C., Kern-Luetschg M. Modelling of cryogenic processes in permafrost and seasonally frozen soils. Geotechnique. 2009;59(3):173–184. https://doi.org/10.1680/geot.2009.59.3.173Фотиев С.М. Дискуссионные проблемы геокриологии: обзор достижений. Криосфера Земли. 2020;24(3):3–17. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2020-3(3-17)Fotiev S.M. Controversial problems of geocryology: a review of achievements. Kriosfera Zemli = Earth’s Cryosphere. 2020;24(3):3–17. (In Russ.). https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2020-3(3-17)Слагода Е.А., Новоселов А.А., Королева Е.С., Кузнецова А.О., Бутаков В.И., Тихонравова Я.В., Зазовская Э.П. Следы криогенных процессов в поздненеоплейстоценовых отложениях Пур-Тазовского междуречья Западной Сибири. Криосфера Земли. 2022;26(1):21–35. https://doi.org/10.15372/KZ20220103Slagoda E.A., Novoselov A.A., Koroleva E.S., Kuznetsova A.O., Butakov V.I., TikhonravovaYa.V., Zazovskaya E.P. Traces of cryogenic processes in the Late Neopleistocene deposits of the Pur-Taz interfluve, Western Siberia. Kriosfera Zemli = Earth’s Cryosphere. 2022;26(1):21–35. (In Russ.). https://doi.org/10.15372/KZ20220103Zak K., Onac B.P., Kadebskaya O.I., Filippi M., Dublyansky Y., Luetscher M. Cryogenic mineral formation in caves. In: A. Persoiu, S.-E. Lauritzen (eds.). Ice Caves. Pt 6. Cambridge: Elsevier Inc.; 2018. P. 123–162. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811739-2.00035-8Zak K., Onac B.P., Kadebskaya O.I., Filippi M., Dublyansky Y., Luetscher M. Cryogenic mineral formation in caves. In: A. Persoiu, S.-E. Lauritzen (eds.). Ice Caves. Pt 6. Cambridge: Elsevier Inc.; 2018. P. 123–162. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811739-2.00035-8Зигерт Х.Г. Минералообразование в условиях вечной мерзлоты. В кн.: Строение и тепловой режим мерзлых пород. Новосибирск: Наука; 1981. C. 14–21.Зигерт Х.Г. Минералообразование в условиях вечной мерзлоты. В кн.: Строение и тепловой режим мерзлых пород. Новосибирск: Наука; 1981. C. 14–21.Слагода Е.А. Криолитогенные отложения Приморской равнины моря Лаптевых: литология и микроморфология. Тюмень: Экспресс; 2002. 120 с.Слагода Е.А. Криолитогенные отложения Приморской равнины моря Лаптевых: литология и микроморфология. Тюмень: Экспресс; 2002. 120 с.Рогов В.В. Основы криогенеза. Новосибирск: ГЕО; 2009. 208 с.Рогов В.В. Основы криогенеза. Новосибирск: ГЕО; 2009. 208 с.Слагода Е.А., Крылов А.В., Попов К.А., Опокина О.Л., Дроздов Д.С., Рогов В.В., Курчатова А.Н., Орехов П.Т., Ермак А.А., Ходжер Т.В., Томберг И.В., Суслова М.Ю., Жученко Н.А., Абрамов А.А. Криолитологическое строение первой террасы острова Белый в Карском море: микростроение и признаки криолитогенеза (Часть 2). Криосфера Земли. 2014;18(1):12–22.Slagoda E.A., Krylov A.V., Popov K.A., Opokina O.L., Drozdov D.S., Rogov V.V., Kurchatova A.N., Orekhov P.T., Ermak A.A., Khodzher T.V., Tomberg I.V., Suslova M.Yu., Zhuchenko N.A., Abramov A.A. Cryolithological structure of the first terrace of Bely Island in the Kara Sea: microstructure and signs of cryolithogenesis (Part 2). Kriosfera Zemli = Earth’s Cryosphere. 2014;18(1):12–22. (In Russ.).Курчатова А.Н., Рогов В.В. Аутигенные карбонаты в отложениях ледового комплекса приморских равнин Восточной Арктики. Криосфера Земли. 2013;18(3):60–69.Kurchatova A.N., Rogov V.V. Authigenic carbonates in the Ice Complex deposits of the coastal lowlands of the Eastern Arctic. Kriosfera Zemli = Earth’s Cryosphere. 2013;18(3):60–69. (In Russ.).Письменюк А.А., Семенов П.Б., Тарасевич И.И., Лейбман М.О., Бабкин Е.М., Нестерова Н.Б., Мальшев С.А., Стрелецкая И.Д., Шатрова Е.В., Хомутов А.В. Исследования четвертичных отложений и подземных льдов Центрального Ямала. Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. 2021;(8):173–176. https://doi.org/10.24412/2687-1092-2021-8-173-176Pismeniuk A.A., Semenov P.B., Tarasevich I.I., Leibman M.O., Babkin E.M., Nesterova N.B., Malyshev S.A., Streletskaya I.D., Shatrova E.V., Khomutov A.V. Research of quaternary sediments and ground ice in Central Yamal. Relief i chetvertichnye obrazovaniya Arktiki, Subarktiki i SeveroZapada Rossii = Relief and Quaternary Deposits of the Arctic, Subarctic and North-West Russia. 2021;(8):173–176. (In Russ.). https://doi.org/10.24412/2687-1092-2021-8-173-176Лейбман М.О., Хомутов А.В. Стационар «Васькины дачи» на центральном Ямале: 30 лет исследований. Криосфера Земли. 2019;23(1):91–95. https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2019-1(91-95)Leibman M.O., Khomutov A.V. Vaskiny Dachi research station in Central Yamal: 30 years of studies. Kriosfera Zemli = Earth’s Cryosphere. 2019;23(1):91–95. (In Russ.). https://doi.org/10.21782/KZ1560-7496-2019-1(91-95)Бабкина Е.А., Хомутов А.В., Бабкин Е.М., Лейбман М.О. Мониторинг глубины протаивания и температуры многолетнемерзлых пород на севере Ямало-Ненецкого АО. Рельеф и четвертичные образования Арктики, Субарктики и Северо-Запада России. 2022;(9):20–28. https://doi.org/10.24412/2687-1092-2022-9-20-28Babkina E.A., Khomutov A.V., Babkin E.M., Leibman M.O. Monitoring of thaw depth and permafrost temperature in the north of Yamal-Nenets Autonomous Okrug. Relief and Quaternary Formations of the Arctic, Subarctic and Northwest Russia. 2022;(9):20–28. (In Russ.). https://doi.org/10.24412/2687-1092-2022-9-20-28Бутаков В.И., Слагода Е.А., Заватский М.Д., Иванов В.И. Газовый состав и микроорганизмы в подземных льдах российской Арктики. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023;334(9):63–75. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/9/4084Butakov V.I., Slagoda E.A., Zavatsky M.D., Ivanov V.I. Gas composition and microorganisms in ground ice of the Russian Arctic. Bulletin of the Tomsk Polytechnic University. Geo Assets Engineering. 2023;334(9):63–75. (In Russ.). https://doi.org/10.18799/24131830/2023/9/4084Курчатова А.Н., Рогов В.В. Методы электронной микроскопии в геокриологии. Москва; Тюмень: МГУ им. М.В. Ломоносова, ТИУ; 2020. 134 с.Курчатова А.Н., Рогов В.В. Методы электронной микроскопии в геокриологии. Москва; Тюмень: МГУ им. М.В. Ломоносова, ТИУ; 2020. 134 с.Брушков А.В. Засоленные многолетнемерзлые породы арктического побережья, их происхождение и свойства. Москва: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; 1998. 324 с.Брушков А.В. Засоленные многолетнемерзлые породы арктического побережья, их происхождение и свойства. Москва: Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; 1998. 324 с.Трофимов В.Т., Красилова Н.С. Засоленные мерзлые грунтовые толщи арктического побережья России и их инженерно-геологические особенности. Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел геологический. 2017;92(4):49–57.Trofimov V.T., Krasilova N.S. Saline frozen soils of Russian Arctic coast and their engineeringgeological specific. Bulletin of Moscow Society of Naturalists. Geological Series. 2017;92(4):49– 57. (In Russ.).Killawee J.A., Fairchild I.J., Tison J.-L., Janssens L., Lorrain R. Segregation of solutes and gases in experimental freezing of dilute solutions: Implications for natural glacial systems. Geochimica et Cosmochimica Acta. 1998;62(23–24):3637–3655. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(98)00268-3Killawee J.A., Fairchild I.J., Tison J.-L., Janssens L., Lorrain R. Segregation of solutes and gases in experimental freezing of dilute solutions: Implications for natural glacial systems. Geochimica et Cosmochimica Acta. 1998;62(23–24):3637–3655. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(98)00268-3Леин А.Ю., Лейбман М.О., Саввичев А.С., Миллер Ю.М., Пименов Н.В. Изотопно-биогеохимические особенности подземного пластового льда полуостровов Югорского и Ямала. Геохимия. 2003;10:1084–1104.Lein A.Yu., Leibman M.O., Savvichev A.S., Miller Yu.M., Pimenov N.V. Isotopic-biogeochemical features of underground tabular ice of the Yugorsky and Yamal peninsulas. Geokhimiya. 2003;(10):1084–1104. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.