Sedimentological features and depositional conditions of accumulative fans in the lower Serteyka River valley, Western Russia
DOI:
https://doi.org/10.26485/AGL/2021/111/11Keywords:
slope processes, deluvia, denudation valleys, erosion cuts, sediment lithodynamics, Late Weichselian, Holocene, Little Ice AgeAbstract
In the Serteyka River valley in western Russia, eight accumulative fans formed at the mouths of ravines were examined geologi-cally and geomorphologically. The test samples were collected from individual geological drillings made with a manual probe, as well as from excavations in the central and distal zones of the fans. Using the Gradistat program, sedimentological indicators were calculated, i.e. mean grain diameter (MZ), standard deviation (sorting – σI), skewness (SkI) and kurtosis (KG),and then particle-size distribution frequency curves, cumulative curves and a Passega C/M diagram were drawn. It has been documented that the grain size of the fan sediments depends on the characteristics of the source material. Analysis of sedimentological indicators (mean grain diameter, sorting, skewness, kurtosis) showed the studied fans deposits to have a large variability of erosion and accumulation conditions. For the deposits of younger fans, the 2nd system of the MZ-versus-σI relationship after Mycielska-Dowgiałło (1995) was distinguished, while for the older, the 2nd, 3rd and 4th systems were recognised. The main process of grain transport within these forms was saltation. The ravines on the eastern slope of the Serteyka valley were most likely created in the periglacial period, while the gullies on the western side of the valley developed in the early modern period.
References
Belyaev V.R., Eremenko E.A., Panin A.V., Belyaev Y.R. 2005. Stages of late Holocene gully development in the central Russian plain. International Journal of Sediment Research 20(3): 224-232.
Belyaev V.R., Garankina E.V., Shorkunov I.G., Kon-stantinov E.A., Rusakov A.V., Shishkina Y.V., Andreev P.V., Verlova T.A. 2020. Holocene erosion and deposition within a small catchment of the northeastern Borisoglebsk Upland (Central European Russia). IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 438: 1-17; DOI: 10.1088/1755–1315/438/1/012002.
Blott S., Pye K. 2001. Gradistat: a grain size distribution and statistics package for the analysis of unconsolidated sediments. Earth Surface Processes and Landform 26: 1237-1248.
Dotterweich M. 2008. The history of soil erosion and fluvial deposits in small catchments of Central Europe: Deciphering the long-term interaction between humans and the environment. Geomorphology 101: 192-208.
Dotterweich M., Rodzik J., Zgłobicki W., Schmitt A., Schmidtchen G., Bork H.R. 2012. High resolution gully erosion and sedimentation processes, and land use changes since the Bronze Age and future trajectories in the Kazimierz Dolny area (Nałęczów Plateau, SE-Poland). Catena 95: 50-62.
Dreibrodt S., Lomax J., Nelle O., Lubos C., Fischer P., Mitusov A., Reiss S., Radtke U., Nadeau M., Grootes P.M., Bork H.R. 2010. Are mid-latitude slopes sensitive to climatic oscillations? Implications from an Early Holocene sequence of slope deposits and buried soils from eastern Germany. Geomorphology 122: 351-369.
Folk R.L., Ward W. 1957. Brazos River bar: A study in the significance of grain size parameters. Journal of Sedimentary Petrology 27: 3-26.
Foster I.D.I. 1991. High energy coastal sedimentary deposits; an evaluation of depositional pr-cesses in Southwest England. Earth Surface Processes and Landforms 16: 341-356.
Foster I.D.I., Oldfield F., Flower R.J., Keatings K. 2008. Mineral magnetic signatures in a long core from Lake Qarun, Middle Egypt. Journal of Paleolimnology 40: 835-849.
Ginter A., Piech W., Krąpiec M., Moska P., Sikorski J., Hrynowiecka A., Stachowicz-Rybka R., Mroczkowska A., Mazurkevich A., Kittel P. 2020. The age of deposition of accumulative fan sediments in Serteyka River Valley (Western Russia). Limnology and Freshwater Biology 4: 483-485; DOI:10.31951/2658-3518-2020-A-4-483.
Ginter A., Piech W., Krąpiec M., Moska P., Sikorski J., Hrynowiecka A., Stachowicz-Rybka R., Cywa K., Piotrowska N., Mroczkowska A., Tołoczko W., Okupny D., Mazurkevich A., Kittel P. (under revision). Intense and quick land relief transformation in the Little Ice Age: the age of accumulative fan deposits in Serteyka River Valley (Western Russia). Quaternary Interna-tional.
Glosov V. 2002. Soil erosion and small river aggradation in Russia. Proceedings of 12th ISCO Conference, May 26-31, 2002. Tsinghua Universi-ty Press, Beijing: 154-159.
Golosov V., Ivanova N., Kurbanova S. 2017. Influ-ence of agricultural development and climate changes on the drainage valley density of the southern half of the Russian Plain. International Journal of Sediment Research 32(1): 60-72.
Gorlach A., Kalm V., Hang T. 2015. Thickness distribution of quaternary deposits in the formerly glaciated part of the East European plain. Journal of Maps 11(4): 6250635.
Hoek W.Z. 2001. Vegetation response to the ~ 14,7 and ~ 11,5 ka cal. BP climate transitions: is vegetation lagging climate? Global and Planetary Change 30: 103-115.
Jaworski J. 2018. Późnoglacjalny i holoceński rozwój dolinek erozyjno-denudacyjnych na wybranych przykładach zboczy dolin i rynien w krajobrazie młodoglacjalnym Polski Północnej. Wyd. Nauk. UMK, Toruń.
Karasiewicz T., Tobojko L., Świtoniak M., Milewska K., Tyszkowski S. 2019. The morphogenesis of erosional Valley in the slopes of the Drwęca valley and the properties of their colluvial infills. Bulletin of Geography. Physical Geogra-phy Series 16: 5-20.
Kittel P. 2014. Slope deposits as an indicato of an-thropopressure in the light of research in Central Poland. Quaternary International 324: 34-55.
Kittel P. 2016. Badania geoarcheologiczne pokrywy stokowej na stanowisku archeologicznym Szynklew 11, gm. Pabianice. Acta Universitatis Lodziensis. Folia Geographica Physica 15: 25-35.
Kittel P., Mazurkevich A., Dolbunova E.V., Kazakov E., Mroczkowska A., Pavlovskaia E., Piech W., Płóciennik M., Sikora J., Teltevskaya Y., Wieckowska-Lüth M. 2018. Palaeoenvironmental reconstructions for the Neolithic piledwelling Serteya II site case study, Western Russia. Acta Geografica Lodzensia 107: 191-213.
Kittel P., Mazurkevich A., Alexandrovskiy A., Dol-bunova E., Krupski M., Szmańda J., Stachowicz-Rybka R., Cywa K., Mroczkowska A., Okupny D. 2020. Lacustrine, fluvial and slope deposits in the wetland shore area in Serteya, Western Russia. Acta Geographica Lodziensia 110: 103-124.
Kittel P., Mazurkevich A., Wieckowska-Lüth M., Pawłowski D., Dolbunova E., Płóciennik M., Gauthier E., Krąpiec M., Maigrot Y., Danger M., Mroczkowska A., Okupny D., Szmańda J., Thiebaut E., Słowiński M. 2021. On the border between land and water: The environmental conditions of the Neolithic occupation from 4.3 until 1.6 ka BC at Serteya, Western Rus-sia. Geoarchaeology. An International Jour-nal 36(2): 173-202.
Klatkowa H. 1965. Niecki i doliny denudacyjne w okolicach Łodzi. Acta Geographica Lodziensia 19.
Klatkowa H. 1989. The incorporation of closed depressions into the open erosional system as one of the models of head valley fashioning in the Vistulian. Quaestiones Geographicae 2: 83-91.
Kozarski S. 1995. Deglacjacja północno-zachodniej Polski: warunki środowiska i transformacja geosystemu (~20 ka -10 ka BP). Dokumentacja Geograficzna, 1, IGiPZ PAN.
Krumbein W.C. 1934. Size frequency distribution of sediments. Journal of Sedimentary Petrology 4: 65-77.
Kul'kova M.A., Mazurkevich A.N., Dolukhanov P.M. 2001. Chronology and palaeoclimate of prehistoric sites in Western Dvina-Lovat area of North-western Russia. Geochronometria 20: 87-94.
Kul'kova M.A., Mazurkevich A., Gerasimov D. 2015. Stone Age archaeological sites and environ-mental changes during the Holocene in the NW region of Russia. In: J. Harff, G. Bailey & F. Lüth (eds.) Geology and Archaeology: Submerged Landscapes of the Continental Shelf. Geological Society: 27-50.
Łuców D., Lamentowicz M., Obremska M., Arkihipova M., Kittel P., Łokas E., Mazurkevicz A., Mróz T., Tjallingii R., Słowiński M. 2020. Disturbance and resilience of a Sphagnum peatland in western Russia (Western Dvina Lakeland) during the last 300 years: a multiproxy, high-resolution study. The Holocene 30(11): 1552-1566.
Majewski M. 2008. Ewolucja form i osadów stokowych w późnym vistulianie i holocenie w rynnie jeziora Jasień. Landform Analysis 7: 95-101.
Majewski M. 2014. Human impact on Subatlantic slopewash processes and land form development AT Lake Jasień (northern Poland). Qua-ternary International 324: 56-66.
Majewski M. 2017. Cechy uziarnienia deluwiów na tle osadów źródłowych na przykładzie zagłębień bezodpływowych w rejonie Łupawska (Pojezierze Zachodniopomorskie). Acta Geographica Lodziensia 106: 221-223.
Majewski M., Paluszkiewicz R. 2019. The origin and evolution of small dry valley in the last-glacial area on the example of the Pomeranian Lake District (Poland). Estonian Journal of Earth Sciences 68(1): 26-36.
Marks L. 1996. Role of buried dead ice in modeling of lake bains in present lakelands. Acta Geographica Lodziensia 71: 181-193.
Mazurkevich A.N., Korotkevich B.N., Dolukhanov P.M., Shukurov A.M, Arslanov Kh.A., Savel'eva L.A., Dzinoridze E.N., Kulkova M.A., Zaitseva G.I. 2009a. Climate, subsistence and human movements in the Western Dvina – Lovat River Basins. Quaternary International 203(1-2): 52-66.
Mazurkevich A., Hookk D., Fassbinder J. 2009b. Magnetometry and susceptibility prospection on neolithic-early Iron Age sites at Sertey, North-Western Russia. ArcheoSciences Revue d’archeometrie, supplement, 33: 81-85.
Mazurkevich A., Kulkova M., Savel’eva L. 2012. Geoarchaeological issues of the Upper Dnieper – Western Dvina River region (Western Russia): fieldtrip guide. Geomorphic processes and geoarchaeology. From Landscape Archeology to Archaeotourism. International conference, August 20–24, 2012. Moscow-Smolensk, Rus-sia: 49-69.
Mroczkowska M., Pawłowski D., Gauthier E., Ma-zurkevich A., Luoto T.P., Peyron O., Kotrys B., Brooks S.J., Nazarova L.B., Syrykh L., Dolbunova E.V., Thiebaut E., Płóciennik M., Antczak-Orlewska O., Kittel P. 2021a. Middle Holocene Climate Oscillations Recorded in the Western Dvina Lakeland. Water 13(11): 1-24.
Mroczkowska A., Kittel P., Marcisz K., Dolbunova E., Gauthier E., Lamentowicz M., Mazurkevich A., Obremska M., Płóciennik M., Kramkowski M., Łuców D., Kublitskiy Y., Słowiński M. 2021b. Small peatland with a big story: 600-yearpaleoecological and historical data from a kettle-hole peatland in Western Russia. The Holocene 31(11-12): 1-16.
Mycielska-Dowgiałło E. 1995. Wybrane cechy teksturalne osadów i ich wartość interpretacyjna. In: E. Mycielska-Dowgiałło, J. Rutkowski (eds.) Badania osadów czwartorzędowych. Wybrane metody i interpretacja wyników. Uniwersytet Warszawski, Warszawa: 29-90.
Mycielska-Dowgiałło E., Ludwikowska-Kędzia M. 2011. Alternative interpretations of grain-size data from Quaternary deposits. Geologos 17(4): 189-203.
Paluszkiewicz R. 2011. Erosional-denudational val-leys and their significance for the reconstruction of the late glacial environmental conditions (The Drawsko Lakeland, NW Poland). Quaestiones Geographicae 30(3): 71-81.
Paluszkiewicz R. 2014. Późnoglacjalna depozycja osadów dolinek wschodnich stoków Buślarskich Gór (Pojezierze Zachodniopomorskie). Landform Analysis 26: 85-93.
Panin A.V., Fuzeina J.N., Belyaev V.R. 2009. Long-term development of Holocene and Pleistocene gullies in the Protva River basin, Central Russia. Geomorphology 1008(1-2): 71-91.
Panin A., Fuzeina Y., Karevskaya I., Sheremetskaya E. 2011. Mid-Holocene gullying indicating extreme hydroclimatic events in the Centre of the Russian Plain. Geographica Polonica 84(1): 95-115.
Passega R. 1964. Grain-size representation by CM patterns as a geological tool. Journal of Sedimentary Reasearch 4: 830-847.
Passega R., Byramjee R. 1969. Grain size image of clastic deposits. Sedimentology 13: 233-252.
Piech W., Kittel P., Mazurkevich A., Pavlovskaia E., Kazakov E., Teltevskaya Y., Błaszczyk K., Kotrys B. 2018. Cechy sedymentologiczne i warunki depozycji osadów stożka akumulacyjnego w dolinie rzeki Sertejki (Zachodnia Rosja). Acta Geographica Lodziensia 107: 215-238.
Piech W., Kittel A., Mazurkevich A., Kazakov E. 2020. Morphological characteristics of the erosion cuts system (gullies system) in the Serteyka River Valley, Western Russia. In: A. Młynarczyk (ed.) Środowisko przyrodnicze jako obszar badań. Bogucki Wyd. Nauk., Poznań: 183-198.
Podgórski Z., Szmańda J. 2004. Osady denne małych zbiorników zaporowych Pojezierza Chełmińskiego na tle osadów wybranych środowisk sedymentacyjnych. Rekonstrukcja i prognoza zmian środowiska przyrodniczego w badaniach geograficznych. Prace Geograficzne 200: 265-278.
Poesen J. 2018. Soil erosion in the Anthropocene: Research needs. Earth Surface Processes and Landforms 43: 64-84.
Poesen J., Nachtergaele J., Verstraeten G., Valentin C. 2003. Gully erosion and environmental change: importance and research needs. Catena 91: 91-133.
Racinkowski R., Szczypek T., Wach T. 2001. Prezentacja i interpretacja wyników badań uziarnienia. Wyd. UŚ, Katowice.
Ratajczak-Szczerba M., Paluszkiewicz R. 2015. Analiza sedymentologiczna osadów denudacyjnych w niszy niwalnej w krawędzi Pradoliny Toruńsko-Eberswaldzkiej. Landform Analysis 28: 78-85.
Rodzik J., Ciupa T., Janicki G., Kociuba W., Tyc A., Zgłobicki W. 2008. Współczesne przemiany rzeźby Wyżyn Polskich. In: L. Starkel, A. Kostrzewski, A. Kotarba, K. Krzemień (eds.) Współczesne przemiany rzeźby Polski. Instytut Geografii i Gospodarki Przestrzennej Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków: 165-228.
Rodzik J., Terpiłowski S., Godlewska A., Mroczek A. 2015. Contemporary development of an atypical bank gully in the Szwajcaria Polska Nature Reserve resulting from human activity (E Poland). Zeitschrift für Geomorphologie 59(2): 7-22.
Sidorchuk A., Litvin L., Golosov V., Chernysh A. 2006. European Russia and Byelorus. In: J. Boardman, J. Poesen (eds) Soil Erosion in Europe. John Wiley & Sons: 73-93.
Sinkiewicz M. 1989. Zmiany rzeźby terenu Pojezierza Kujawskiego pod wpływem procesów stokowych. Towarzystwo Naukowe w Toruniu.
Sinkiewicz M. 1998. Rozwój denudacji antropogenicznej w środkowej części Polski Północnej. Wyd. UMK, Toruń.
Smolska E. 2003. Cechy deluwiów na przykładzie osadów stokowych pagórka w okolicy Łopuchowa na Pojezierzu Suwalskim. Prace i Studia Geograficzne 33: 45-57.
Smolska E. 2005. Znaczenie spłukiwania w modelowaniu stoków młodoglacjalnych (na przykładzie Pojezierza Suwalskiego). Wydział Geografii i Studiów Regionalnych UW, Warszawa.
Smolska E. 2007. Development of gullies and sediment fans in last-glacial areas on the example of the Suwałki Lakeland (NE Poland). Catena 71: 122-131.
Smolska E. 2008. Badania sedymentologiczne współczesnych osadów deluwialnych i ich znaczenie w ocenie dynamiki procesów erozji gleby na przykładzie Pojezierza Suwalskiego. Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska 17(2): 202-212.
Starkel L. 1990. Stratygrafia holocenu jako interglacjału. Przegląd Geologiczny 38(1): 13-16.
Starkel L. 2005. Role of climatic and anthropogenic factors accelerating soil erosion and fluvial activity in Central Europe. Studia Quaternaria 22: 27-33.
Starkel L., Michczyńska D., Krąpiec M., Margielewski W., Nalepka D., Pazdur A. 2013. Progress in the Holocene chrono-climatostratigraphy of Polish territory. Geochronometria 40(1): 1-21.
Stochlak J. 1996. Osady deluwialne nieodłączny efekt procesu spłukiwania i propozycja ich podziału. Ogólnopolskie sympozjum nauko-we „Ochrona agroekosystemów zagrożonych erozją”, Puławy-Lublin-Zwierzyniec, 11–13 września 1996 r. Prace Naukowe, Część 2. Instytut Uprawy, Nawożenia i Gleboznawstwa, Puławy: 111-132.
Szmańda J.B. 2010. Litodynamiczna interpretacja środowiska fluwialnego na podstawie wskaźników uziarnienia– przegląd wybranych metod. Landform Analysis 12: 109-125.
Szmańda J.B. 2011. Zapis warunków w uziarnieniu aluwiów pozakorytowych. Landform Analysis 18: 3-97.
Szwarczewski P., Rogóż-Matyszczak A., Zbucki Ł. 2020. Morphological and geochemical record of historical erosion on the example of small alluvial and deluvial fans accumulated on the Bug River terraces in the Neple area (Podlasie Lowland, eastern Poland). Baltica 3: 1-10.
Tanner W.F. 1958. The zig-zag nature of Type I and Type IV curves. Journal of Sedimentary Research 28(3):156-164.
Tarasov P.E., Savelieva L.A., Long T., Christian L. 2019. Postglacial vegetation and climate history and traces of early human impact and agriculture in the present-day cool mixed forest zone of European Russia. Quaternary International 516: 21-41.
Teisseyre A.K. 1994. Spływ stokowy i współczesne osady deluwialne w lessowym rejonie Henrykowa na Dolnym Śląsku. Prace Geologiczno-Mineralogiczne 43: 1-188.
Thorn C.E., Hall K. 2001. Nivation and cryplanation: the case for scrutiny and integration. Progress in Physical Geography 26(4): 533-550.
Tobolski K. 1998. Stan poznania historii lasów, jezior i torfowisk Borów Tucholskich. In: J. Banaszak, K. Tobolski (eds.) Park Narodowy Bory Tucholskie. Wyższa Szkoła Pedagogiczna w Bydgoszczy: 19-48.
Turkowska K. 1991. Rzeczne osady holoceńskie w świetle analizy wskaźników uziarnienia i zawartości węgla organicznego (na przykładzie doliny Neru w Lublinku koło Łodzi). In: A. Kostrzewski (ed.) Geneza, litologia i stratygrafia utworów czwartorzędowych. Geografia 50, Wyd. UAM, Poznań: 353-366.
Twardy J. 1995. Dynamika denudacji holoceńskiej strefie krawędziowej Wyżyny Łódzkiej. Acta Geographica Lodziensia 89.
Twardy J. 2000. Deluwia neoholoceńskie – przykłady
z Wyżyny Łódzkiej. Acta Geographica Lodziensia 78: 135-173.
Twardy J. 2003. Cechy sedymentologiczne neoholoceńskich osadów stokowych na Wyżynie Łódzkiej
i ich wartość interpretacyjna. Prace i Studia Geograficzne 33: 25-44.
Twardy J. 2005. Gully erosion in middle Poland. In: J. Rejman, W. Zgłobicki (eds.) Human impact on sensitive geosystems. UMCS, Lublin: 129-142.
Twardy J. 2008. Transformacja rzeźby centralnej części Polski Środkowej w warunkach antropopresji. Wyd. UŁ, Łódź.
Twardy J. 2017. Holoceńska ewolucja niecek i dolin denudacyjnych w okolicach Łodzi w świetle dotychczasowych badań. Acta Geographica Lodziensia 106: 17-30.
Twardy J., Forysiak J., Kittel P. 2014. Evolution of vegetation, relief and geology in Central Po-land under anthropopressure. In: E. Kobojek, T. Marszał (eds.) Origin and relief of Central Poland and its anthropogenic transformation. Łódź University Press: 57-94.
Tylman I. 2011. Morfogeneza dolinki denudacyjno-erozyjnej koło Mazowa (Dolina Wieprzy). Słupskie Prace Geograficzne 8: 109-128.
Udden J.A. 1914. Mechanical Composition of Clastic Sediments. Geological Society of America Bulletin 25: 655-744.
Valentin C., Poesen J., Li Y. 2005. Gully erosion: impacts, factors and control. Catena 63: 132-153.
Vanmaerke M., Poesen J., Mele B.V., Demuzere M., Bruynseels A., Golosov V., Rodrigues Bezerra J.F., Bolysov S., Dvinskih A., Frankl A., Fuseina Y., Teixeira Guerra A.J., Haregeweyn N., Ionita I., Imwangana F.M., Moeyersons J., Moshe I., Samani A.N., Niacsu L., Nyssen J., Otsuki Y., Radoane M., Rysin I., Ryzhov Y.V., Yermolaev O. 2016. How fast do gully head cuts retreat? Earth-Science Reviews 154: 336-355.
Visher G.S. 1969. Grain size distributions and depositional processes. Journal of Sedimentary Petrology 39: 1074-1106.
Warrier A.K., Pednekar H., Mahesh B.S., Mohan R., Gazi S. 2016. Sediment grain size surface tex-tural observations of quartz grains in late quaternary lacustrine sediments from Schirmacher Oasis, East Antarctica: Paleoenvironmental significance. Polar Science 10: 89-100.
Wentworth C.K. 1922. A Scale of Grade and Class Terms for Clastic Sediments. Journal of Geology 30(5): 377-392.
Wieckowska-Lüth M., Gauthier E., Thiebaut E., Słowiński M., Krąpiec M., Dolbunova E., Mazurkevich A., Maigrot Y., Danger M., Kittel P. 2021. The palaeoenvironment and settlement history of a lakeshore setting: An interdisciplinary study from the multi-layered archaeological site of Serteya II, Western Russia. Journal of Archaeological Science: Reports 40(B): 103219.
Zgłobicki W., Rodzik J., Superson J., Dotterwiech M., Schmitt A. 2014. Phases of gully erosion in the Lublin Upland and Roztocze region. Annales Universitatis Mariae Curie-Skłodowska, Sectio B 69(1): 149-162.
