Обработка материалов полевых ландшафтно-геохимических исследований
Виды анализов. Аналитическую обработку образцов, взятых на геохимические анализы, проводят по плану, в котором обычно указывают метод и желаемую точность анализов. При возможности часть образцов дают с дублированием, иногда даже в другую лабораторию. После получения результатов анализов производят их математическую обработку с вычислением различных коэффициентов, процентного содержания и т.п. и построением графиков и диаграмм. Конечным результатом могут быть ландшафтно-геохи-мические профили, диаграммы, рисунки и текстовой анализ выявленных закономерностей миграции элементов, их накопления или рассеяния, как в радиальном (внутри фации), так и в латеральном (между сопряженными фациями) направлениях.
Для валовых и зольных анализов, которые делают в первую очередь и дополняют анализами на содержание азота, углерода, хлора и микроэлементов, используют разные методические руководства, в том числе не устаревшие и по сегодняшний день: Е. В. Ари-нушкиной (1961) и М.А.Бобрицкой (1960).
Наличие микроэлементов чаще всего определяют полуколичественным спектральным анализом, для достоверности требующим массового материала. Его хорошо дополнять более точными количественными химическими и в особенности полярографическими анализами. В отношении методик необходимо проконсультироваться со специалистами соответствующего профиля.
Если в поле не было сплошного (по всем образцам почв, по-I род, вод) определения рН, то это делают в самом начале аналити-I ческих работ, определяя кислотно-щелочные условия среды.
М. А. Глазовская рекомендует для более точного определения \ вещественного состава почв, продуктов выветривания, рыхлых X пород производить механический анализ с выделением илистой,
■ пылеватой и песчаной фракций, с тем чтобы в дальнейшем под-
I вергнуть химическим, спектральным и минералогическим анали-
I зам каждую из фракций в отдельности. К числу приоритетных ана-
I лизов она относит такие: а) водные вытяжки для определения
I подвижности различных элементов и возможного вычисления ко-
| эффициентов подвижности; б) солевые или очень слабо кислот-
| ные вытяжки, извлекающие элементы, поглощенные коллоида-
I ми; в) оксалатные вытяжки или вытяжки 0,005 H2SO4, переводя-
к, щие в раствор подвижные, свежеосажденные гидраты окислов
I железа и связанные с ними органические вещества; г) соляно-
| кислые (10- и 20%-й НС1), переводящие в раствор многие вторич
ные минералы (карбонаты, гипс, более стойкие формы гидратов
окислов железа и марганца и часть неустойчивых первичных ми-
6 нералов); д) щелочные (5%-й КОН), извлекающие соединения j аморфного кремнезема; е) вытяжки фосфорнокислые с последую-8 щей обработкой щелочью, позволяющие определить в нераство-I римом остатке геохимически инертный кварц.
Все это или часть названных анализов служит дополнением к | главному — валовому анализу, по результатам которого определя-i ют местные кларки элементов в ландшафте. Затем их сравнивают с
■ кларками тех же элементов во всей литосфере или биосфере. Дру-
i гие анализы помогают выявить формы нахождения элементов в
[ тех или иных частях ландшафта.
Геохимические показатели. Полученные данные рекомендуется [ выражать не в форме окислов, а в форме ионов, выраженных в [ процентах или в грамм-эквивалент-процентах (г-экв-проценты). I Только химически связанная вода дается в форме Н2О. Все расче-| ты производят на безводное вещество. Органические и неорганические формы азота и углерода, содержание окисного и за-\ кисного железа вычисляют отдельно. Результаты анализов элементов золы дают в процентах от веса всего вещества и от веса золы. ; Содержание веществ в воде выражают в миллиграмм-эквивалентах \ на литр и в миллиграмм-эквивалент-процентах от веса сухого остатка.
В «Кратком справочнике по геохимии» (1977) даны сведения о , распространенности химических элементов в различных природ-is ных системах. Ниже приведены некоторые из них; данные ряда I глобальных кларков литосферы и осадочных пород (табл. 18, 19) и сведения о содержании химических элементов в гидросфере (табл. 20, 21).
Приведенные в табл. 18 и 19 показатели широко используют \ при вычислении кларков концентрации (КК) и рассеяния (КР) химических элементов в том или ином природном объекте (см. ; раздел 2.5).
В практике комплексных физико-географических исследований ; гораздо чаще используют данные по гидросфере суши, чем Мирового океана, но мы сочли возможным привести и те, и другие (табл. 20, 21).
Построение графиков количества и характера распределения элементов.Материалы анализов полевых образцов должны быть представлены в таблицах и графиках. М. А. Глазовская (1964, 2002) приводит и комментирует ряд конкретных примеров распределения макро- и микроэлементов в твердой фазе вертикального профиля фации (рис. 29, 30, 31) и сопряженных фаций (рис. 32).
Для построения диаграммы (рис. 29) для каждого элемента необходимо вычислить среднее его содержание в каждом из генетических горизонтов почв и в почвообразующих породах (по всем разрезам). Среднее содержание каждого из элементов в породах принимают за единицу; содержание каждого из элементов во всех остальных горизонтах представляет отношение среднего содержания элемента в данном горизонте к среднему содержанию его в породе.
На диаграмме отчетливо видна картина относительного обеднения и обогащения отдельных горизонтов почвенного профиля теми или иными геохимическими ассоциациями элементов. По всем элементам, кроме свинца, обеднение в элювиальном горизонте (Е). В подстилке (Но) значительное накопление Ва, Sr, Mn, Pb.
Примеры разных типов графиков абсолютного содержания элементов в почвах и породах даны на рис. 30 и 31.
В степном ландшафте (рис. 30) карбонатные горизонты в почве и лёссовых породах вызывают «всплеск» накопления буквально всех изображенных на графике элементов. В нижней части графика видно резкое повышение содержания меди у подошвы лёссовой толщи и далее в коре выветривания альбитофиров.
Кроме изучения валовых содержаний необходим анализ солевого состава почв. В супераквальном солончаковом ландшафте (рис. 31)
[ максимум накопления солей прослеживается в приповерхностной i части разреза.
При изучении распределения элементов в ряду сопряженных [ фаций необходимо сопоставить данные анализов точек, располо-\ женных по катене. Так, следующий рис. 32 раскрывает особенно-, сти латеральной миграции элементов в минеральных горизонтах : почв и наносов (А) и в лесной подстилке (Б) таежного ланд-! шафта. В подстилках (рис. 32, Б) на биохимическом барьере неоэлювиальных (террасовых) и супераквальных (пойменных) фаций накапливается в 2 — 3 (до 5,2) раза больше хрома, никеля, кобальта по сравнению с автономными элювиальными фациями. В минеральных горизонтах почв и пород (рис. 32, А) закономерности иные. По накоплению бария и хрома картина похожая. В первом случае — значительное увеличение содержания бария в террасовой фации по сравнению с плакором (ортоэлювиальный таежный ландшафт) и ниже снова некоторый спад. Во втором — закономерное нарастание содержания хрома вниз по катене. В обоих случаях в подстилке накопление больше, чем в минеральной части почвы. Можно попытаться провести сравнение и по другим элементам, но дальше такого близкого сходства мы не найдем. Самое Интересное было бы объяснить различия в поведении элементов, Но для этого надо было бы поднять весь материал конкретных ха-
рис. 31. Солевой профиль почвы су-пераквального солончакового ландшафта (абсолютное содержание)
рактеристик сравниваемых природных комплексов. Здесь же мы даем только пример графического изображения результатов анализов.
Для геохимической характеристики ландшафта представляет интерес сопряженный анализ состава различных вод, циркулирующих в нем в определенное время: почвенных (взятых лизиметром), почвенно-грунтовых (по шурфам, колодцам, скважинам), грунтовых вод из родников и вод из малых водотоков и водоемов. Для сопоставления
данных строят графики. По горизонтальной оси наносят пункты : опробования, начиная с областей питания и кончая местным базисом стока. По вертикальной — минерализацию вод (мг/л), содержание ионов в плотном остатке (мг/л, мг-экв-проценты) и значение рН.
Стационарные исследования, широко развернувшиеся в Институте географии Сибири и Дальнего Востока АН СССР в 60 — ! 70-е гг., дали богатейший материал для выявления закономерностей внутриландшафтных связей ПТК. Упорядочение этих связей было названо В. Б. Сочавой методом комплексной ординации. Одним из примеров графического изображения пространственно-временной динамики химических элементов в почвах различных фаций сухой азиатской степи может служить рис. 33.
Вычисление местных кларков элементов для компонентов и ярусов ландшафтов.Как уже отмечалось выше, кларками называют среднее содержание элементов в земной коре (литосфере, гидросфере, биосфере). Местный кларк элемента — это его содержание в разных компонентах исследуемого ландшафта. В ландшафтно-гео-химических исследованиях широко практикуется вычисление местных кларков и сравнение их с кларками земной коры в целом, либо чаще с кларками литосферы, гидросферы, биосферы, пород определенного генезиса и т.д. Чем больше массив фактических данных, тем успешнее можно применить для сравнения статистические методы.
На основании вариационной статистики строят кривые частоты встречаемости тех или иных объектов с определенным уровнем различных элементов. Например, на рис. 34 изображены кривые содержания свинца в почвах на ключевых участках Среднего Урала. По горизонтальной оси показаны уровни концентрации свинца, на вертикальной — процент образцов с определенным уровнем концентрации этого элемента из общего числа образцов. Для разных ключевых участков выбрана разная рисовка кривых. На графиках отчетливо выделяются пики, означающие наиболее обычный модальный уровень содержания свинца в почвах того или иного ключевого участка.
Если на тех же графиках поместить кларк свинца в литосфере, то будет видно, больше или меньше свинца в почвах ключевых
\ участков, чем в среднем в литосфере. Появится возможность раз-| мышлять над причинностью этого явления.
Аналогичные кривые можно построить для любых элементов ). любых ландшафтных объектов (при наличии достаточного анали-t тического материала). Таким образом характеризуют каждый ярус
фации. Можно сделать и другой расчет: показать, как распределяются элементы по ландшафтной катене, и выявить вариабельность местных кларков в геохимически автономных и подчиненных ландшафтах.
Представляет интерес выявление закономерностей накопления или рассеяния элементов в определенных ярусах ландшафта. В.В.Добровольский (рис. 35) изобразил элювиально-аккумулятивные коэффициенты различных элементов для гумусового, карбонатного и гипсового горизонтов почв по отношению к содержанию их в четвертичных отложениях.
Подобные парные расчеты могут быть произведены в самых различных вариантах.
Для характеристики больших регионов без статистических ме-; тодов обойтись невозможно, нужна большая выборка данных. Наряду с рассмотренными выше кларками концентрации и рассеяния, позволяющими сравнивать содержание какого-либо элемента в исследуемом объекте с содержанием его в литосфере, в ландшафтно-геохимических исследованиях постоянно производят вычисление коэффициента концентрации (К,.). Он означает отношение содержания элемента в исследуемом объекте к его фоновому содержанию в компонентах окружающей среды. Коэффициент концентрации позволяет очень широко сравнивать между собой в геохимическом отношении отдельные ярусы вертикального профиля фаций, выявлять латеральные связи сопряженных фаций, находить сходство и различие природных комплексов разного генезиса или разных регионов, прослеживать последствия антропо-f генного воздействия на ПТК и т.д.
По сути дела, элювиально-аккумулятивный коэффициент, или коэффициент радиальной дифференциации М.А. Глазовской, — : это одна из разновидностей коэффициента концентрации.
И.А.Авессаломова (1987) разъясняет сущность самых различ-,' ных коэффициентов, применяемых в ландшафтно-геохимических j, исследованиях, приводит сведения о том, кто из ученых и когда [ предложил тот или иной коэффициент, как они трансформирова-, лись в дальнейшем и в каких случаях удобней (целесообразней) применять тот или иной из них.
Для освоения методов камеральной обработки материалов ланд-| шафтно-геохимических исследований также можно воспользоваться пособием: Гаврилова И. П., Касимов Н. С. Практикум по геохимии ландшафтов. — М., 1989.
Дата добавления: 2015-09-21; просмотров: 1358;