Исследована магнитная восприимчивость почв Сибири
Сотрудники Института биологических проблем криолитозоны ФИЦ «Якутский научный центр СО РАН» (Якутск), Института общей и экспериментальной биологии СО РАН (Улан-Удэ) и Иркутского государственного университета изучили магнитную восприимчивость почв Сибири. Этот показатель позволит получить информацию о составе почвы, уровнях загрязнений и процессах, происходящих под землей. Статья о работе опубликована в международном журнале Eurasian Soil Science.
Каждая почва обладает своей способностью реагировать на магнитное поле Земли. Эту реакцию называют магнитной восприимчивостью. Такая особенность в разных почвах варьируется от того, какие магнитные минералы содержатся в грунте, особенно железосодержащие, например гематит и магнетит. Чем больше таких минералов, тем сильнее почва реагирует на магнитное поле.
Магнитная восприимчивость может служить надежным показателем изменений в грунте, вызванных как природой, так и деятельностью человека. Хотя для мерзлых областей такие выводы пока сделаны осторожно, в регионах с обычной температурой это давно подтверждено наукой. Дело в том, что такой показатель отражает возраст и развитие почвы. Например, молодые почвы обладают одним уровнем магнитной восприимчивости, а зрелые, сформировавшиеся — другим. Так, в гумусовом горизонте чернозёма, богатом перегноем, наблюдается самая высокая магнитная восприимчивость, характерная для обычных почв. Считается, что причина этого — образование биогенного магнетита. Его появление вызвано особыми условиями и работой микроорганизмов, обитающих в почве.
Различные типы структуры магнитных профилей и конкретные значения магнитной восприимчивости рассказывают исследователям о текущих процессах, происходящих в почве. Если в грунте разрушаются магнитные частицы, как бывает в заболоченных или подзолистых почвах, показатели магнитной восприимчивости снижаются. Максимальная же восприимчивость встречается в тех почвах, где активно накапливается железо: например, в уже названных чернозёмах. Впрочем, самые высокие показатели характерны для южных почв: желтозёмов и особенно для краснозёмов, которые формируются преимущественно в субтропической зоне. Здесь объёмная магнитная восприимчивость может доходить до 500—600 единиц СИ.
Почвенные профили чернозёмов Сибири: а — чернозём обыкновенный, разрез Унга-1; б — чернозем обыкновенный, разрез 14У; в — чернозём обыкновенный, разрез 2ЧТ-03; г — чернозём выщелоченный, разрез 7БС-20
«До недавнего времени никто серьёзно не изучал магнитные свойства мерзлотных почв Сибири. Лишь иногда проводили отдельные измерения, но целостных исследований не было. Важно не просто замерять магнитную восприимчивость, а увязывать её с особенностями самих почв, искать закономерности. Мы занимаемся этим вопросом, потому что в Якутии, где распространены мерзлотные почвы, действуют особые процессы: накопление солей, карбонатных соединений и специфического железистого вещества. Именно магнитная восприимчивость позволяет увидеть структуру и оценить происхождение этих почв. Мы создали такую картину на основе анализа отдельных регионов Якутии и выделили характерные черты каждого типа почв», — рассказывает главный научный сотрудник Института биологических проблем криолитозоны СО РАН доктор биологических наук Александр Павлович Чевычелов.
Исследователи сравнили магнитные профили для разных типов почв: обычных европейских черноземов, промерзающих почв Западной Сибири и мерзлотных почв Якутии. Оказалось, что европейские черноземы имеют ярко выраженный гумусо-аккумулятивный тип магнитного профиля. Это значит, что в них преобладает накопление магнитных минералов благодаря активному формированию гумуса. Мерзлотные черноземы Якутии проявляют смешанный характер: одновременно признаки накопления и потери магнитных свойств, что называется регрессивно-аккумулятивным магнитным профилем. Причем значения магнитной восприимчивости в них оказались значительно выше. Предположительно, это связано с особым процессом мерзлотного обогащения железистыми соединениями (криогенное ожелезнение). Однако это лишь предварительная гипотеза, которую предстоит подтвердить дополнительными масштабными исследованиями.
В качестве инструментов учёные использовали каппаметры КМ-7 — специальные приборы для измерения магнитной восприимчивости почв. Эти устройства удобны тем, что прямо в поле, непосредственно в почвенном разрезе, позволяют быстро определить объёмную магнитную восприимчивость почвы. Она показывает, насколько почва может намагничиваться.
Удельная магнитная восприимчивость учитывает не только объём, но и массу почвы. Этот показатель точнее отражает магнитные свойства конкретного типа почв. Удельную магнитную восприимчивость с помощью такого устройства удалось вычислить впервые. Для этого пробы помещались в контейнер из немагнитного материала. Исследователи изготовили их на 3D-принтере. В каждый из контейнеров помещается ровно 100 кубических сантиметров почвы. Такие данные позволяют не только оценить качество грунта, но и диагностировать уровни загрязнения. Новый метод был официально запатентован, а его проверка показала высокую точность: отклонения составили всего 5—15 %.
«Важно помнить, что сама по себе магнитная восприимчивость не даст полной картины. Нужен целый комплекс наблюдений и анализов. В Сибири, особенно в Якутии, почва содержит немало интересного, однако техническая оснащенность оставляет желать лучшего. Наша задача — наладить сотрудничество с теми регионами, где лаборатории мощнее, и совместными усилиями добиться новых результатов», — отметил Александр Чевычелов.
Авторы работы уже проанализировали магнитную восприимчивость почв крупных городов Якутии: Нерюнгри, Алдана, Якутска и Мирного. Составили детальные карты городских территорий, которые показывают зоны повышенной техногенной загрязнённости. Каждый город показал себя по-разному: в Алдане проблемы связаны с автомобильными выбросами, а в Нерюнгри ситуация осложняется пылью от угольных разработок. Теперь можно увидеть, где сосредоточены участки с повышенным уровнем магнитной восприимчивости, обусловленные загрязнением тяжелыми металлами.
«Сейчас нам предстоит изучить магнитную восприимчивость основных типов мерзлотных почв Центральной, Южной и Северной Якутии и сравнить полученные данные. Речь идёт не об одном участке, а о статистически значимых выборках (минимум 5—10 разрезов с каждой местности). Нужно посчитать среднее значение по основным генетическим горизонтам почвы (её слоям, которые различаются составом и свойствами. — Прим. ред.) и учесть возможные погрешности. Кроме того, хочется сравнить эти характеристики с аналогичными параметрами немерзлотных почв, например с обычными чернозёмами Восточно-Европейской равнины. Наша цель — понять, какое влияние оказывает фактор многолетней мерзлоты на формирование почвенных процессов», — поделился планами учёный.
Текст: Ирина Баранова.
Источник: «Наука в Сибири».
