Использование каппаметрии для выявления элементов палеокриогенного микрорельефа

Современная структура почвенного покрова Восточно-Европейской равнины, его комплексность и динамичность процессов во многом обусловлены древними, в частности, палео-криогенными процессами [1, 2]. Влияние палеокриогенеза на почвы проявляется на разных уровнях их структурной организации.

Цель работы: дифференциация почв на уровне палеокриогенного микрорельефа (комплекса блок-межблочье) с использованием каппаметрии, а именно – величин магнитной восприимчивости ( χ ).

Магнитная восприимчивость разных типов почв и их генетических горизонтов является физической величиной, характеризующей способность почвенных железосодержащих компонентов к намагничиванию. Величина χ может служить хорошим критерием интенсивности протекания таких элементарных почвенных процессов

как гумусонакопление, оглеение, осолодение и др. [7].

Объектом исследования является разрез-обнажение 1-2009, заложенный в стенке старого известнякового карьера (Венёвский р-н Тульской обл.), вскрывающий современный чернозем, несколько погребенных почв и палеокрио-генные клиновидные грунтовые структуры (КГС) разных генераций. Измерение магнитной восприимчивости производилось каппаметром KT-6 в узлах регулярной сетки с размерами ячеек 20×20 см. Обработка результатов измерений проводилась в программе Excel, а построение вариограмм – в программе Surfer. При этом использовался геостатистический метод интерполяции, учитывающий не только удаленность исходных точек от интерполируемых, но и их взаиморасположение.

Детальный морфологический анализ разреза 1-2009, вскрывающего обе части палео-криогенного комплекса – блочное повышение и межблочное понижение, показал существенные различия между последними. Характер различий выражается в наличии или отсутствии отдельных морфологических признаков (определенных генетических горизонтов), в их форме и степени выраженности. Одной из главных особенностей данного разреза является наличие погребенного палеокриогенного полигонально-блочного микрорельефа и связанной с ним крупной КГС, над которой сформировалось обширное межблочное понижение. Этот древний полигональноблочный микрорельеф оказал влияние на всю перекрывающую КГС толщу суглинистых отложений. Из вариограммы на рис. 1, показывающей распределение величин магнитной восприимчивости в ненарушенной почве, следует, что ее значения сильно варьируют в пространстве, самые высокие значения х приурочены к верхним горизонтам современного чернозема (0,3-0,6940‘3 ед. СИ), а в целом, магнитная восприимчивость закономерно уменьшается вниз по профилю (до 0,240"3ед. СИ). При подробном рассмотрении, на общем фоне, характеризующемся достаточно однородными значениями х (0,24-0,29^10"3 ед. СИ), отчетливо проявляются пятна, имеющие субгоризонтальное диагностирует погребенную почву, значения х которой варьируют в диапазоне 0,3-0,35^10"3 ед. СИ. Другим ярким проявлением неоднородности исследуемого разреза является характер границы между областями с высокими и низкими значениями х — она опускается от 0 метра к 11му, т.е. от блочного повышения к межблочному понижению. В то же время в районе блочного повышения наблюдается преобладание светлых участков, показывающих самые низкие значения х.

распространение - магнитная восприимчивость

100-

200н

6.0            8.0

Distance (m)

10.0

12.0

14.0

0.15   0.24   0.33   0.42   0.51    0.6    0.69

Рис. 1. Пространственное распределение величин магнитной восприимчивости (10^-3 ед. СИ) в профиле современного чернозема и погребенной почвы; разрез 1-2009 (Венёвский р-н Тульской обл.)

По данным корреляционного анализа наиболее выраженную связь с х имеет Сорг - значительная положительная связь на блоке (r=0,95) и в межблочье (0,84), а также рНводн (r=0,86). Известно [4, 6], что факторами, определяющими величину х , являются изменяющиеся окислительно-восстановительные условия среды. Разложение органического вещества при слабой аэрации способствует восстановлению железистых минералов - снижает величину х , активная аэрация почв повышает ее. С этим хорошо согласуется тот факт, что над микропонижением, которое по причине наклоненной дневной поверхности в мезорельефе занимает более высокое положение, чем микроповышение, находятся самые высокие значения х . Кроме того, вариограмма показывает микрораспределение х , обусловленное протеканием на близких расстояниях диаметрально противоположных реакций окисления и восстановления.

Используя показатель аккумулятивности S [5], характеризующий степень накопления (0,5< S <1) или выноса (0< S <0,5) какого-либо вещества, получили на блоке S =0,60, в межблочье - S =0,72. Таким образом, распределение магнитной восприимчивости в обоих случаях имеет аккумулятивный характер, но в межблочье в большей степени, чем на блоке. Сравнение коэффициентов вариации ( V) в пределах постоянных глубин показывает незначительную изменчивость величин магнитной восприимчивости с поверхности и в погребенной почве

( V <10%) и значительную в подгумусовой части профиля современного чернозема ( V >20%). В первом случае незначительная изменчивость объясняется однородностью гумусовых горизонтов, а увеличение вариабельности во втором - с характером границы, о которой говорилось ранее.

Квантильный анализ (рис. 2), предложенный Ю.Н. Благовещенским, Е.А. Дмитриевым и В.П. Самсоновой [3], проделанный для обоих участков палеокриогенного комплекса, позволяет судить о характере изменчивости изучаемого свойства по профилю. Прежде всего, заслуживает внимания анализ размаха колебаний между а- и (1 - а )-квантилями. Отклонения таких квантилей от медианы отражают как вариации переменной, так и асимметричность в ее изменчивости. Так, крайние квантили в верхней части профиля блока отличаются хорошей симметричностью, в отличие от аналогичного участка в межблочье. Это свидетельствует о присутствии в межблочье, по меньшей мере, двух фаз, обладающих разной величиной х , и, следовательно, связано с различными процессами. Подобные участки встречаются и в других частях обоих профилей, но не в такой яркой степени. Нужно отметить, что истинную неоднородность можно уловить, только если размер ячеек регулярной сетки, по которой проводилась каппаметрия, будет соизмерим с теми локальными участками (морфонами) почвы, которые обуславливают микропестроту величин х .

Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 12, №1(4), 2010

Рис. 2. Изменение квантилей величин магнитной восприимчивости в профилях современного чернозема и погребенной почвы на блоке и в межблочье; разрез 1-2009 (Венёвский р-н Тульской обл.)

Выводы: анализ пространственной изменчивости величин магнитной восприимчивости в горизонтальном и вертикальном направлениях представляет интерес как в теоретическом отношении (с точки зрения формирования почвенной неоднородности), так и прикладном – является составной частью комплекса палеопе-дологических методов реконструкций природной среды разных периодов исторического и геологического времени. Выявленные различия в пространственной изменчивости величин χ во многом связаны с наличием палеокриогенных процессов, которые создают разные условия существования железосодержащих компонентов. Корреляционный анализ выявил важную роль органического вещества в формировании высокомагнитных минералов, а также редокс-процессов. В изученных почвах магнитная восприимчивость хорошо диагностирует фрагменты палеопочв (гумусовые прослои), реликты палеокриогенеза и выходы коренных пород.

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (08-04-00331), Программы Президиума РАН (№15), Программы «Научный потенциал высшей школы» (код 1109).