855

Магнитная восприимчивость позволяет выявить и оце-

нить загрязнение городских почв техногенными магнитными частицами – носителями ТЭ. Удельная магнитная восприимчивость (УМВ, χ) почв определена на приборе Kappabrige KLY-2 (Geojyzika BRNO, Чехия).

Коэффициент магнитности КМ рассчитывали по [198]:

где kизм – УМВ образца, kфон – УМВ фонового образца. Рассмотрим особенности распределения значений УМВ в

почвах пойм малых рек г. Перми. Отметим, что магнитная восприимчивость городских аллювиальных почв и наилков крайне неоднородная (таблица 7). Она изменяется от очень низких (26×10-8 м3/кг) до умеренно высоких значений (629×10-8 м3/кг).

Значения УМВ почв поймы верхнего течения р. Малая Ива были приняты за фон. Техногенная нагрузка на данной территории низкая. Медианные и средние арифметические значения УМВ в наилках и гумусовых горизонтах почв совпадают (таблица 7). Распределение величин УМВ подчиняется нормальному гауссовскому закону.

В глееватых слоях аллювия нормальное распределение УМВ отсутствует, коэффициент вариации значений УМВ составляет 18 %. Дифференциация магнитного профиля происходит в результате разрушения природных магнитных минералов под влиянием глеегенеза. По шкале Ю.Н. Водяницкого [36], средние арифметические значения УМВ наилков умеренно низкие – 68×10-8 м3/кг, а в поверхностных и подповерхностных горизонтах почв – низкие – 49 и 57×10-8 м3/кг соответственно (таблица 7, рисунок 7; приложение 5).

Указанные интервалы УМВ близки к значениям УМВ коренных пород на данной территории – 17–147×10-8 м3/кг (таблица 8).

81

Таблица 7

Статистические параметры удельной магнитной восприимчивости χ,×10-8 м3/кг и коэффициенты магнитности наилков и почв пойм малых рек г. Перми

Примечание: min-max – наименьшее и наибольшее значение; X – среднее; Sx – стандартное отклонение; V% – коэффициент вариации; Md – медиана, НСР – наименьшая существенная разница, КМ – коэффициент магнитности, «-» – нет данных.

82

Продолжение таблицы 7

А

В

Рисунок 7. Изменение удельной магнитной восприимчивости по профилю почв: А) пойм верхних течений рек Малая Ива, Егошиха, Данилиха; В) пойм нижних течений рек Ива, Егошиха, Данилиха, Верхняя Мулянка и Ласьва.

83

Таблица 8

Удельная магнитная восприимчивость (χ × 10-8 м3/кг) геологических обнажений палеозойских пород в долине р. Егошиха

Между поверхностными и подповерхностными горизонтами существенной разницы в значениях УМВ не выявлено (таблица 7). Величины значений УМВ наилков и почв поймы верхнего течения р. Малая Ива соотносятся с фоновыми значениями УМВ 10–50×10-8 м3/кг, которые были приведены M. Faměra [339] для почв пойм малых рек на территории Чехии. А.А. Васильев [33] для фоновых почв водосборной территории г. Перми рассматривает значение УМВ, равное 17×10-8 м3/кг, и утверждает, что на восточной окраине Русской равнины фон УМВ выше, чем

веё западной и центральной частях.

Впойме верхнего течения р. Егошиха, на периферии про- мышленно-коммунальной зоны, УМВ наилков средняя – 132×10-8 м3/кг (таблица 7, рисунок 7; приложение 5), но также близка к фоновым значениям χ коренных пород водораздельной территории. Коэффициент магнитности не превышает удвоенный фон и равен 1,9 единиц. На умеренно высокую величину УМВ наилков поймы верхнего течения р. Данилиха – 613×10-8 м3/кг, и высокий коэффициент магнитности – 9 единиц, влияет транспортное загрязнение от Транссибирской железнодорожной магистрали, трамвайных путей и улицы Куйбышева. Транспортное загрязнение определяет обогащение наилков антропогенными магнетиками.

Впочвах пойм верхних течений рек Егошиха и Данилиха преобладают значения УМВ в интервале от низких до умеренно низких (58–69×10-8 м3/кг). Коэффициенты магнитности

84

низкие и варьируют от 1,0 до 1,3. Между УМВ гумусовых горизонтов и УМВ слоёв аллювия C1g~~,х в данных почвах пойм существенной разницы не выявлено (таблица 7).

Наилки в пойме нижнего течения р. Ива имеют умеренно низкую УМВ – 108×10-8 м3/кг, и низкий коэффициент магнитности – 1,6, не превышающий двукратный фон. В профилях почв пойм рек Ива и Верхняя Мулянка наблюдаются низкие и умеренно низкие средние арифметические значения УМВ – 60–89×10-8 м3/кг. Величина УМВ поверхностных горизонтов почв поймы р. Ива существенно выше, чем в глеевых.

Наилки пойм нижних течений рек Данилиха и Егошиха имеют умеренно высокие значения УМВ – 294 и 356×10-8 м3/кг соответственно. Коэффициенты магнитности составляют 4,3 и 5,2. В профилях почв пойм данных рек средние арифметические значения УМВ варьируют от низких до умеренно высоких: 61–270×10-8 м3/кг. Коэффициенты магнитности превышают фон в два раза только в поверхностных – 5,5, и глеевых

– 2,5, горизонтах почв поймы р. Егошиха. Высокие коэффициенты вариации УМВ – 28 %, отмечены в поверхностных горизонтах почв пойм рек Егошиха и Данилиха. В глеевых горизонтах почв поймы р. Данилиха коэффициент вариации УМВ составляет 57 %. Магнитная восприимчивость поверхностных и глеевых горизонтов почв в пойме р. Егошиха существенно различается. В пойме р. Данилиха УМВ поверхностных и глеевых горизонтов существенно не отличается.

Наилки поймы р. Ласьва в агропоселковой зоне имеют среднюю УМВ – 149×10-8 м3/кг. В поверхностных и подповерхностных горизонтах значения χ составляют 27 и 85×10-8 м3/кг соответственно. УМВ горизонтов AYg,ur,х и слоёв аллювия C1g~~,Х существенно различается.

Повышенные значения УМВ наилков пойм нижних течений рек Егошиха, Данилиха и Ласьва можно объяснить вклю-

85

чением в их состав частиц антропогенного магнетита. Как будет показано ниже, валовое содержание Ni и Cr в наилках поймы р. Егошиха выше, чем в наилках поймы р. Ласьва. Возможно, ферромагнитный Ni и антиферромагнитный Cr изоморфно замещают часть ионов Fe2+ магнетита.

Особенности профильного распределения УМВ. В поч-

вах пойм нижних течений рек в промышленно-коммунальной зоне УМВ имеет более высокие значения в поверхностных горизонтах, чем в глеевых. Так, в пойме р. Ива χ 105–66 и 72– 57×10-8 м3/кг; р. Егошиха – χ 348–144 и 163–96×10-8 м3/кг;

р. Верхняя Мулянка – 62 и 60–59×10-8 м3/кг соответственно (таблица 7, рисунок 8). Снижение магнитной восприимчивости в глеевых горизонтах почв пойм рек объясняется разрушением магнитных минералов в восстановительных условиях, что ранее было установлено рядом зарубежных исследовате-

лей [336, 339, 352].

Некоторое увеличение УМВ в глеевых горизонтах почв

– 40–122×10-8 м3/кг, по сравнению с поверхностными – 54– 96×10-8 м3/кг, в пойме р. Данилиха можно объяснить присутствием ферримагнитных сульфидов железа (таблица 7, рисунок 8). Так, грейгит (Fe3S4), формирующийся в анаэробных условиях переувлажнённых почв, богатых органическим веществом, может повышать их магнитную восприимчивость

[380, 395, 396].

В почве поймы р. Ласьва в поверхностном горизонте УМВ низкая – 26–29×10-8 м3/кг, а в глееватом слое аллювия повышается до умеренно низкой – 79–92×10-8 м3/кг (таблица 7, рисунок 8). Увеличение УМВ подповерхностного слоя аллювия данной почвы объясняется присутствием крупнозернистого природно-антропогенного магнетита [404]. Действительно, магнетит в данном слое аллювия обнаружен по результатам мессбауэровской спектроскопии.

86

Рисунок 8. Статистические параметры удельной магнитной восприимчивости поверхностных и подповерхностных горизонтов почв пойм рек г. Перми, n = 5.

Миграция магнитных частиц по профилю лёгких почв была описана Š. Dlouhá [336]. Варьирование УМВ в профилях почв пойм Чехии M. Faměra [339] объясняет переслаиванием аллювия с крупными ферримагнитными частицами с аллювием, в составе которого преобладают мелкие слабомагнитные частицы.

В магнитных фракциях, выделенных из поверхностных горизонтов почв пойм, концентрация Fe, Mn, Cr, Ni, Cu и Zn в несколько раз выше, чем в матрице почвы (таблицы 9, 10). Содержание магнитной фракции в почвах пойм г. Перми относительно низкое: от 0,2 до 0,4 %, и поэтому её вклад в аккумуляцию ТЭ можно считать ограниченным [34]. Вместе с тем следует принять во внимание, что, по данным В.A. Maher [359], магнитная фракция из немагнитной матрицы почв при сухом фракционировании извлекается не в полной мере.

87

Таблица 9

Содержание Fe и ТМ (мг/кг) в поверхностных горизонтах и в магнитной фракции почв пойм малых рек г. Перми [34]

Разрез 80. Урбо-аллювиальная серогумусовая глеевая химически загрязнённая почва, пойма р. Ива

Разрез 100. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, пойма р. Данилиха

Разрез 110. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, пойма р. В. Мулянка

Примечание: * кларк для почв по А.П. Виноградову [35]; ** ПДК для валового содержания.

Таблица 10

Коэффициенты концентрации КК химических элементов в поверхностных горизонтах и магнитной фракции почв пойм малых

рек г. Перми [34]

Разрез 80. Урбо-аллювиальная серогумусовая глеевая химически загрязнённая почва, пойма р. Ива

Разрез 90. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, пойма р. Егошиха

Разрез 100. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, пойма р. Данилиха

Разрез 110. Хемозём по урбо-аллювиальной серогумусовой глеевой почве, пойма р. В. Мулянка

В восстановительных условиях почв пойм природно-ан- тропогенные частицы магнетита превращаются в гетит и гидрогетит. В результате проявления процессов редуктогенеза изоморфные примеси ТЭ, входящие в состав магнетита, могут переходить в подвижную форму и негативно влиять на элементный химический состав грунтовых и речных вод [28, 191].

Нестехиометричность магнетита и концентрация дефектов в его структуре сильнее выражены в частицах магнитной фракции почвы поймы р. Егошиха (S = 0,87; С = 0,11). В почве поймы р. Данилиха эти показатели дефектов строения кристаллической решетки магнетита не такие высокие: S = 1,19; С = 0,07. Поэтому УМВ магнитной фракции почвы поймы р. Данилиха выше и составляет 11520×10-8 м3/кг, а в образце магнитной фазы из почвы поймы р. Егошиха величина УМВ всего 9090×10-8 м3/кг.

Распределение значений УМВ в почвах и наилках пойм р. Ива, р. Егошиха и р. Данилиха не подчиняется нормальному гауссовскому распределению. Аналогичную закономерность наблюдали М.А. Гладышева [77], Л.А. Ширкин [304] для почвенного покрова водораздельных территорий г. Москва и г. Владимир. Для приближения к нормальному гауссовскому распределению и снижения коэффициента вариации M. Faměra [339] рекомендует применять нормирование УМВ по содержанию железа. Нормирование УМВ по концентрации Fe обосновано тем, что в почвах пойм ферримагнитные минералы «разбавляются» диамагнитными и испытывают педогенное преобразование. Эти эффекты «разбавления» определяют небольшое изменение исходной УМВ в профиле почв, которое подавляется нормированием [339]. Нормирование УМВ по железу относительно фоновой территории также позволяет оценить её загрязнение антропогенными магнетиками.

Выявление магнитных аномалий с помощью значений

коэффициентов EF обогащения УМВ, нормированных по же-

лезу относительно условного фона (таблица 11), показало, что наилки в верхнем течении рек содержат мало магнетиков. Исключение составляют наилки в верхнем течении р. Данилиха,

89

где было выявлено их значительное обогащение магнетиками (EFχ/Fe = 6,1). Источниками антропогенных магнитных частиц здесь являются Транссибирская железнодорожная магистраль и интенсивное движение автотранспорта по улице Куйбышева. Все эти транспортные артерии г. Перми расположены в пределах водосборной территории верховьев реки Данилиха. Данный факт подтверждает высокую чувствительность магнитных измерений для выявления геохимических аномалий на территории городов. В нижнем течении рек значительно обогащены магнитными частицами наилки пойм рек Данилиха

(EFχ/Fe = 6,1) и Егошиха (EFχ/Fe = 5,7).

Таблица 11

Коэффициенты EFχ/Fe обогащения УМВ, нормированные по железу, почв и наилков пойм малых рек г. Перми

Уровень обогащения: < 2 – минимальное; 2-5 – умеренное; 5-20 – значительное; 20-40 – очень высокое и > 40 – чрезвычайно высокое загрязнение

Примечание: «-» – горизонт в профиле отсутствует; н/о – не определяли.

90