ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 05.09.2020
Просмотров: 5865
Скачиваний: 9
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
220
УДК 631.4
ГЕОХИМИЯ КАРБОНАТОВ В ПОЧВАХ ДОЛИНЫ СРЕДНЕЙ КАТУНИ
С.С. Мешкинова, А.В. Пузанов
Институт водных и экологических проблем СО РАН, Барнаул, e-mail: meshkinova@iwep.asu.ru
Биогеохимия почв Алтайской горной области до настоящего времени остается не достаточно изученной.
Почвы и почвообразующие породы в зоне предполагаемого затопления проектируемых Катунских ГЭС
являются основой при формировании донных отложений водохранилищ. В связи с этим необходимо изучить
геохимию почв формирующихся в долине.
Объекты исследования: почвы - горно-лесные черноземовидные, черноземы обыкновенные, черноземы
южные и каштановые; и почвообразующие породы различных генезисов - элювиальные, делювиальные,
аллювиально-делювиальные, аллювиальные отложения; и гранулометрия - щебнисто-песчаные, щебнисто-
супесчаные, галечниково-песчаные и галечниково-супесчаные, а также хорошо сортированные песчаные отложения.
Карбонаты обусловливают щелочность почв и ярко выраженный щелочной барьер.
Присутствие
карбонатов оказывает большое влияние, как прямое, так и косвенное, на поведение в почвах многих
загрязняющих веществ. В условиях нейтральной или слабощелочной реакции резко снижается концентрация
в почвенных растворах большинства поллютантов, в том числе тяжелых металлов и радионуклидов.
Геохимической особенностью почв и почвообразования в долине Средней Катуни является то, что
почвы формируются на мощных карбонатных аккумулятивных корах выветривания, поэтому наблюдается
наличие горизонтов с высоким содержанием карбонатов (см. табл. 1, 2). В рассмотренных почвенных разрезах
содержание карбонатов в горизонте их максимальной аккумуляции варьирует от 0,8 до 34,2% и в среднем
равно 13+1,1 % при коэффициенте вариации 68,7%.
Концентрации карбонатов в верхних горизонтах в исследуемых почвах незначительны и увеличиваются
вниз по профилю, что обуславливает изменение щелочно- кислотных условий, то есть повышение рН вниз по
профилю (см. табл. 1).Это связано в значительной степени с выщелачиванием карбонатов из верхних горизонтов
и их частичной аккумуляцией в нижних. Также в формировании щелочной среды играют роль почвообразующие
материнские породы. При различных типах почвообразования скорость процесса выщелачивания карбонатов
кальция неодинакова, встречаются и осадочно-карбонатные почвы, вскипающие с поверхности. Во всех
типах почв наблюдается горизонт максимальной аккумуляции карбонатов, глубина залегания которого
обусловливается положением почвы в рельефе и проявлением конкретных почвообразовательных процессов.
В этих горизонтах образуется щелочной геохимический барьер на пути радиальных и латеральных потоков
при миграции химических элементов в почвенных растворах [1, 2].
Таблица 2
Вариационно-статистические показатели карбонатов в гумусово-аккумулятивном горизонте и
почвообразующих породах почв долины Средней Катуни, %
Горизонт
n
lim
M±m
V, %
А
25 0,8-16,7 5,8±1,0 86,4
С
22 5,7-34,2 16,1±1,5 44,4
Присутствие мощных карбонатных горизонтов со значительным содержанием карбонатов является
фактором, во многом определяющим процессы миграции и аккумуляции элементов группы железа [3].
Наибольшее накопление карбонатов в исследуемых почвенных профилях обнаружено в горизонтах,
где они встречаются в форме пропитки, корочек на нижней поверхности щебня, гальки, валунов. В меньшем
количестве карбонаты накапливаются в горизонтах, где они находятся в псевдомицелярной форме.
Таким образом, в случае затопления карбонаты карбонатных горизонтов будут являться ведущим
фактором, определяющим баланс для ионов бикарбоната в водных экосистемах, а в почвах сопряженных
ландшафтов с водохранилищем представлять доминирующий щелочной барьер предотвращающий
поступление тяжелых металлов и радионуклидов в водохранилище.
Литература
1. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. М.: Астрея-2000,1999. 768 с.
2. Глазовская М.А. Ландшафтно-геохимические основы фонового мониторинга природной среды М.:
Наука, 1989. 264 с.
3. Якушевская И.В. Микроэлементы в природных ландшафтах. М.: Изд-во МГУ, 1973. 136 с.
УДК 631.47
ПОИСКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЛАНДШАФТНО-ГЕОХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ
НА СРЕДНЕМ УРАЛЕ
И.С. Михайлов
Почвенный институт имени В.В. Докучаева, Москва, e-mail: is-mikhaylov@yandex.ru
В течение пяти лет под руководством профессора М.А. Глазовской проводились поисково-разведочные
работы с применением ландшафтно-геохимических методов. По рекомендации геологов Уральского
Доклады Всероссийской научной конференции
221
Таблица 1
Внутрипрофильное распределение CaCO
3
в почвах долины Средней Катуни и
значения рН водной суспензии
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
222
геологического управления для исследования были выделены территории; Верхнелайская в 30 км к северо-
западу от города Нижний Тагил и Павдинская в 50 км к югу от города Карпинска.
Исследованные территории расположены на восточном склоне Урала в пределах Тагильско-
Магнитогорского сиклининория. Верхнелайская территория представляет собой невысокие до 400 м высоты
увалы, сложенные основным изверженными породами. Вершины и верхние части слонов увалов покрыты
щебнистым и щебнисто-суглинистым элюво-делювием. Нижние части склонов – пологие шлейфы, сложенные
суглинистыми четвертичными отложениями. Увалы разделяются долинами ручьёв и речек бассейна реки Лаи.
На территории преобладают среднетаёжные лиственничные леса, на большей части нарушенные вырубками
и заменённые вторичными мелколиственными лесами. На южных склонах увалов встречаются участки
степной растительности. По долинам рек урёма: заросли ольхи и осины. В верхней части преобладают
примитивные щебнистые почвы. На шлейфах - бурые грубогумусовые почвы с хорошо выраженным
гумусовым горизонтом, нейтральной реакцией и насыщенностью основаниями. В долинах рек и на нижних
частях шлейфов распространены болотные почвы. Также там встречаются многочисленные родники. На
указанную территории составлена карта геохимических ландшафтов в масштабе 1: 50000 с характеристикой
геологического строения, четвертичных отложений, растительности и почвенного покрова. На карте были
показаны элювиальные, транзитные аккумулятивные, супераквальные ландшафты. Методом ландшафтных
профилей было проведено заложение разрезов и описание пород, рыхлых отложений, почв и растительности.
В точках описания были отобраны пробы: пород, рыхлых отложений, почвенных горизонтов, грунтовых вод,
растительности. Из растительности отбирались стволы, ветви, хвоя или листья деревьев, укосы трав, мхи и
лишайники. Эти пробы были подвергнуты спектральному анализу на основные металлы: медь, цинк, свинец,
никель, кобальт, марганец, редкие земли. Анализ распределения металлов позволил выделить значительные
превышения меди, цинка и других микроэлементов в породах, рыхлых отложениях, почвенных горизонтах
на отдельных точках исследования. В наиболее перспективных участках: Волковском и Жеребцовском
были проведены детальные исследования масштаба 1:5000. В щебнистом элювии и мелкозёме шлейфа был
выявлен хорошо выраженный ореол повышенных содержаний меди, цинка и других металлов. Этот ореол
подтверждался анализом проб сухих остатков грунтовых вод и золы некоторых растений в особенности мхов и
лишайников. Данные ландшафтно-геохимических исследований были переданы Уральскому геологическому
управлению. Бурение подтвердило наличие рудного тела. Сейчас на месте работы экспедиции располагаются
рудники, горно-обогатительный комбинат и город Горноуральск.
Вторым объектом исследования была Павдинская территория, рекомендованная Уральским геологическим
управлением. Эта территория оказалась разнообразнее, чем предыдущая. Основу её составляют горные
кряжи, тянущиеся с севера на юг. Кряжи сложены как основными изверженными породами, так и кислыми. С
ними контактируют породы вулканогенно-осадочного комплекса ордовикского периода. Вершины и верхние
части склонов кряжей покрыты щебнистым элювием. Нижние части склонов представляют суглинистые
шлейфы, но на глубине полутора-двух метров залегает крупно-глыбовый пролювиальный горизонт. Кряжи
разделены широкими депрессиями, перекрытыми четвертичными суглинистыми отложениями. На них
значительную площадь занимают болота. Кое-где выступают небольшие холмики, сложенные породами
вулканогенно-осадочного комплекса. Эта территория относится к северной части средней тайги. Преобладают
лиственнично-сосновые леса с участием кедра. Хорошо развит кустарниковый подлесок и травянисто-моховый
напочвенный покров. На вершинах и верхних частях склонов преобладают щебнистые примитивные почвы
(литозёмы), в депрессиях - бурые грубогумусные. Эти почвы содержат меньше гумуса и более кислые, чем
на Верхнелайской территории. Значительные площади занимают болотные почвы. Территория дренируется
многочисленными реками и ручьями бассейнов рек Ляли и Лобвы. На территорию листа масштаба 1:50000
была составлена ландшафтно-геохимическая карта и проведено опробование по указанной выше методике.
С учетом спектрального анализа данных были выделены Елвинский и Кушпайский участки с повышенным
содержанием микроэлементов. Елвинский участок занимает небольшую сопку сложенную габбро в контакте
с карбонатными породами. Детальные исследования выявили хорошо выраженный ореол рассеивания
микроэлементов на склоне сопки, связанный с контактом пород. Выявленный ореол рассеивания по своему
характеру был аналогичен ореолу Волковского участка, но из-за труднодоступности не подвергся детальному
геологическому изучению.
Кушпайский участок располагался в депрессии, большую часть которого занимало болото, окружённое
небольшими грядками, сложенных альбитофирами, доломитами и другими породами вулканогенно-осадочного
комплекса. Детальные исследования выявили значительное повышение содержания микроэлементов в
особенности меди по периферии болота в зоне изменения окислительно-восстановительного потенциала. Это
накопление рудных элементов, вероятно, можно отнести к ложным геохимическим аномалиям. [3]
В целом работа ландшафтно-геохимической экспедиции кафедры геохимии ландшафтов и географии
почв Географического факультета МГУ имела позитивный результат. Участие в открытии Горноуральского
медно-цинкового месторождения показало высокую эффективность ландшафтно-геохимического метода,
разработанного М.А. Глазовской и осуществлённого ее учениками: Михайловой Р.П., Солнцевой Н.П. и
автором настоящей статьи [1,2,4,5].
Литература
1. Глазовская М.А., Макунина А.А. и др. Геохимия Ландшафтов и поиски полезных испопаемыз на
Южном Урале. М., Изд. МГУ, 1961.
2. Глазовская М.А. Принципы ландшафтно-геохимического районирования для целей поисков
Доклады Всероссийской научной конференции
223
полезных ископаемых. Вестник МГУ, серия географическая, № 6, 1962.
3. Глазовская М.А. «Ложные» геохимические аномалии, их генезис и принципы диагностики. М.-Л.
Изд. ВИТР, 1963.
4. Михайлов И.С., Михайлова Р.П. и Солнцева Н.П. Опыт составления крупномасштабной
ландшафтно-геохимической карты горно-таёжных районов для целей поиска полезных ископаемых.
География почв и геохимия ландшафтов, М., Изд. МГУ,1967.135-167
5. Михайлова Р.П. Закономерности распределения микроэлементов в почвах таёжной зоны Урала
в связи с геохимическими поисками. Почвенно-географические и ландшафтно-геохимические
исследования. М,. Изд. МГУ, 1964. 65-83.
УДК 504.5 + 542.81
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЧВЫ КАК СОРБЦИОННОГО БАРЬЕРА В
ОТНОШЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ ПОЛЛЮТАНТОВ
Г.С. Морозов, И.П. Бреус
Казанский федеральный университет имени В.И. Ульянова-Ленина, Казань, e-mail: ibreus@ksu.ru
Загрязнение почв органическими поллютантами является глобальной экологической проблемой, для
решения которой необходимо знание факторов и механизмов, контролирующих связывание поллютантов
почвенной средой. Почва представляет собой сложный сорбент, состоящий из твердой минеральной основы и
фазы почвенного органического вещества, являющегося смесью растительных и животных остатков, а также
гумуса – смеси гуминовых и фульвокислот, липидов, углеводов и др. [1].
Результаты современных исследований показывают, что сорбционная активность почвы не является
результатом аддитивного действия совокупности компонентов, входящих в ее состав. При этом в сухих условиях
основную роль в сорбции гидрофобных поллютантов играют минеральные поверхности, а в увлажненных и
влажных условиях - физические характеристики органической фазы, отражающие ее плотность и степень
структурной организации.
Непостоянство состава почв затрудняет установление закономерностей распределения в них
органических поллютантов и выявление детальных молекулярных механизмов и энергетических характеристик
их сорбционного связывания почвенными компонентами.
Один из путей решения этой проблемы заключается в исследовании сорбции органических поллютантов
органоминеральными сорбентами. Последние представляют собой частицы минерала, покрытые слоем
органического модификатора, и при определенных допущениях могут рассматриваться в качестве модельных
аналогов почв. При этом плотность покрытия минерала органическими молекулами оказывается тесно
связанной со степенью его модифицирования [2].
Описанный метод экспериментального моделирования почвенных сред позволяет количественно
характеризовать доступность и активность почвенных сорбционных сайтов в отношении органических
поллютантов, выявлять и описывать основные механизмы их сорбции в почвах, а также оценивать структурные
и энергетические характеристики образующихся сорбционных комплексов. Перспективность использования
органомодифицированных минералов в качестве модельных почвенных сорбентов обусловлена не только
близостью их состава и структуры аналогичным характеристикам почвы. Кроме того, состав и структурные
особенности таких сорбентов можно строго контролировать и варьировать в широком диапазоне.
В данной работе для моделирования почвенной среды в качестве минерала-основы был выбран
монтмориллонит, относящийся к группе набухающих слоисто-ленточных силикатов, структура которых
хорошо изучена [3]. В качестве органического модификатора использован четвертичный аммонийный
катион, входящий в состав катионного поверхностно-активного вещества – бензил-додецил-диметил-
аммоний хлорида. Для варьирования фактора плотности органической фазы создавали различную степень
модифицирования минерала:17, 34 и 100% от его катионообменной емкости.
В качестве сорбатов были исследованы гидрофобные углеводороды (ароматический бензол и
алифатический н-гексан) и гидрофильный алифатический спирт (метанол).
Модифицирование монтмориллонита проводили методом ионного обмена; степень и полноту
модифицирования контролировали методом УФ-спектрометрии.
Для оценки влияния влажности на сорбционную активность модельного сорбента исследования
проводили в условиях трех влажностей: абсолютно-сухой, воздушно-сухой и для предельно гидратированного
сорбента (насыщение влагой при
RH
100%). Экспериментальные изотермы сорбции были получены при
использовании метода анализа равновесного пара на основе газового хроматографа Кристаллюкс-М 4000.
Полученные изотермы показали, что при сорбции паров органических поллютантов на чистом сухом
минерале (в условиях абсолютно сухого и воздушно-сухого немодифицированного сорбента) связывание
паров бензола и гексана, в отличие от метанола, происходило исключительно на центрах, расположенных на
внешней поверхности минерала.
Модифицирование монтмориллонита до 5 масс.% не оказало влияния на величины сорбции бензола
и гексана в условиях низкой влажности (абсолютно-сухой и воздушно-сухой сорбент), в то время как в
условиях предельной гидратации оно вызвало значительный прирост величин сорбции углеводородов (до
50 мкл/г при Р/Ро 0,4) в сравнении с немодифицированным минералом. Это указывало на конкуренцию
паров углеводородов за сорбционные центры с парами воды и преобладание механизма распределения в фазе
органического модификатора в условиях высокой влажности.
Геохимия ландшафтов и география почв (к 100-летию М.А. Глазовской)
224
Рис. 1. Величины сорбции бензола на 0% (-■-), 5% (-●-), 10% (-▲-) - модифицированном БДДМА
монтмориллоните.
При увлажнении сорбента до воздушно-сухого состояния сорбция метанола увеличивалась на 25%, в то
время как сорбция углеводородов оставалась постоянной. Это свидетельствовало о том, что гигроскопическая
влага занимала недоступные для углеводородов сорбционные центры, не блокируя их связывание на
поверхности.
Рис. 2. Величины сорбции гексана на 0% (-■-), 5% (-●-), 10% (-▲-) - модифицированном БДДМА
монтмориллоните.
С другой стороны, модифицирование поверхности минерала до 5 масс.% снизило сорбцию гидрофильного
метанола при всех значениях влажности. Причиной этого являлось блокирование гидрофильных сорбционных
центров минерала слоем органического вещества, образованным модификатором.
Рис. 3. Величины сорбции метанола на 0% (-■-), 5% (-●-), 10% (-▲-) - модифицированном БДДМА
монтмориллоните.
Дальнейшее увеличение степени модифицирования монтмориллонита (до 10 масс.%) снижало
величины сорбции гидрофобных углеводородов при всех влажностях. Этот эффект не был связан с изменением
ориентации молекул модификатора относительно поверхности минерала, поскольку формирование монослоя
модификатора было еще не завершено (степени модифицирования 5 и 10% масс.% составляют 17 и 34%
катионообменной емкости монтмориллонита). Причина снижения заключалась в увеличении плотности
органической фазы и возникавших вследствие этого препятствий для диффузии молекул углеводородов в фазу
органического модификатора.