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 (Н_о) 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.