5.6. распределение рассеянных элементов в педосфере
5.6. распределение рассеянных элементов в педосфере
Как отмечено ранее, химический состав педосферы весьма неоднороден. Относительное содержание большей части химических элементов в почвах разных районов может различаться в сотни и тысячи раз. Эта закономерность, обнаруженная Р.Митчеллом (1955) на первых этапах изучения рассеянных элементов в почвах, имеет фундаментальное значение для биогеохимии педосферы. Наименьшие вариации свойственны лишь некоторым макроэлементам, например кремнию и алюминию, относительное содержание которых в педосфере меняется в п раз.
В связи со столь сильной вариабельностью концентраций большое значение приобретает статистическая обработка аналитических данных. Имеющийся опыт показал, что нормальное (см. разд. 1.3) и логнормальное распределение аналитических данных часто нарушается некоторым количеством проб с относительно высокой концентрацией. Это вызывает завышение среднего арифметического; среднее геометрическое значительно ниже. Объективное представление об уровне концентрации элемента в почве конкретной территории дают модальные (наиболее часто встречающиеся) значения и их среднеквадратические отклонения.
Среди многих факторов, влияющих на значения модальных концентраций рассеянных элементов в почве, главным является содержание высокодисперсных минералов (фракция частиц < 0,001 мм) органического вещества. С увеличением содержания глинистых минералов и органического вещества возрастает концентрация тяжелых металлов. На уровни модальных концентраций рассеянных элементов также влияют провинциальные геохимические особенности покровных отложений, на которых сформирована почва, и минералого-петрографическое разнообразие коренных пород, служащих источником обломочных минералов, слагающих покровные отложения. Важным фактором является гидрологический режим и интенсивность промывания профиля почвы.
Концентрация элементов меняется по профилю почв, причем неодинаково в разных типах почв. Поэтому при характеристике концентрации элементов в почвенном покрове конкретной территории имеется в виду их концентрация в верхнем гумусовом горизонте. Так как основная часть суши покрыта автоморфными (так называемыми зональными) типами почв, сведения о средней концентрации элементов в почвенном покрове крупных регионов или всей суши базируются на данных, относящихся к автоморфным почвам.
Как следует из изложенного, установление средней концентрации элементов в педосфере связано с большими трудностями. Первые попытки были предприняты в начале 50-х гг. XX в. А.П.Виноградовым, Р.Митчеллом и Д.Свайном. Данные ученых базировались преимущественно на результатах исследования рассеянных элементов в почвах умеренного и бореального поясов Северного полушария и не учитывали особенности содержания элементов в почвах тропических территорий, составляющих большую часть педосферы. Более поздние сводки приведены в работах Х.Боуэна (1966), Р.Брукса (1972), А.Розе и др. (1979). Данные А.П.Виноградова долгое время служили эталоном среднего содержания рассеянных элементов в почвах.
Более обосновано определение значения средних концентраций для конкретных минералого-геохимических провинций и крупных регионов. Примером могут служить результаты изучения содержания химических элементов в почвенном покрове США, полученные X. Шаклеттом и Дж. Борнген (табл. 5.8).
В таблице сопоставлены среднеарифметические и среднегеометрические значения концентраций элементов, рассчитанные для большого количества проб, предельные значения, а также определенные нами округленные модальные значения. Сравнивая модальные значения концентрации элементов в почвах США с данными для почв мира, видно, что последние отражают лишь порядок модальных значений. Это неудивительно, учитывая влияние многочисленных факторов и соответственно сильную вариацию концентрации в разных почвах. Из данных табл. 5.8 следует, что концентрации многих элементов в почвенном покрове США варьируют в пределах n×(100— 1000). Наименьшая амплитуда колебаний (около 1n) характерна для элементов, прочно закрепленных в минеральной части почв. Таковы Th, Rb, Li, В, La, Y, Yb.
Таблица 5 8
Концентрация рассеянных элементов в почвенном
покрове суши, мкг/г
Элемент | Почвы США (X Шаклетт и Дж Борнген, 1984) | Почвы мира, среднее арифметическое (А П Виноградов, 1957) |
| ||||||||||||||||
Число образцов | Среднее арифметическое | Предельные значения | Среднее геомет-шческое | Округленное модальное значение |
| ||||||||||||||
Ti | 1317 | 2900,00 | 70-200000 | 2400,0 | 2800,0 | 4600,00 |
| ||||||||||||
Ва | 1319 | 580,00 | 10-5000 | 440,0 | 600,0 | 500,00 |
| ||||||||||||
Мn | 1317 | 550,00 | < 2-7000 | 330,0 | 500,0 | 850,00 |
| ||||||||||||
F | 1045 | 430,00 | < 10-3700 | 210,0 | 400,0 | 200,00 |
| ||||||||||||
Zr | 1319 | 230,00 | < 20-2000 | 180,0 | 175,0 | 300,00 |
| ||||||||||||
Sr | 1318 | 240,00 | < 5-3000 | 120,0 | 180,0 | 300,00 |
| ||||||||||||
V | 1319 | 80,00 | < 7-500 | 58,0 | 70,0 | 100,00 |
| ||||||||||||
Rb | 355 | 67,00 | < 20-210 | 258,0 | 70,0 | 100,00 |
| ||||||||||||
Zn | 1248 | 60,00 | < 5-2900 | 48,0 | 58,0 | 50,00 |
| ||||||||||||
Cr | 1319 | 54,00 | 1-2000 | 37,0 | 40,0 | 200,00 |
| ||||||||||||
La | 1293 | 37,00 | < 30-200 | 30,0 | 30,0 | 40,00 |
| ||||||||||||
В | 1319 | 33,00 | < 20-300 | 26,0 | 30,0 | 10,00 |
| ||||||||||||
Y | 1319 | 25,00 | < 10-200 | 21,0 | 26,0 | 50,00 |
| ||||||||||||
Cu | 1311 | 25,00 | < 1-700 | 17,0 | 20,0 | 20,00 |
| ||||||||||||
Li | 1258 | 24,00 | < 5-140 | 20,0 | 22,0 | 30,00 |
| ||||||||||||
N1 | 1318 | 19,00 | < 5-700 | 13,0 | 17,0 | 40,00 |
| ||||||||||||
Pb | 1319 | 19,00 | < 10-700 | 16,0 | 16,0 | 10,00 |
| ||||||||||||
Ga | 1316 | 17,00 | < 5-70 | 13,0 | 15,0 | 30,00 |
| ||||||||||||
Nb | 1269 | 11,00 | < 10-100 | 9,3 | 10,0 | — |
| ||||||||||||
Th | 297 | 9,40 | 2,2-131 | 8,6 | 9,5 | 6,00 |
| ||||||||||||
Sc | 304 | 8,90 | < 5-50 | 7,5 | 9,0 | 7,00 |
| ||||||||||||
Co | 1311 | 9,10 | < 3-70 | 6,7 | 8,0 | 8,00 |
| ||||||||||||
As | 1257 | 7,20 | < 0,1-97 | 5,2 | 6,5 | 5,00 |
| ||||||||||||
Yb | 1250 | 3,10 | < 1-50 | 2,6 | 3,0 | — |
| ||||||||||||
| U | 354 | 2,70 | 0,29-11,0 | 2,30 | 2,8 | 1,00 | ||||||||||||
| Sn | 355 | 1,30 | < 0,1-10,0 | 0,89 | 1,1 | 10,00 | ||||||||||||
| Ge | 355 | 1,20 | < 0,1-2,5 | 1,20 | 1,4 | — | ||||||||||||
| I | 399 | 1,20 | < 0,5-9,6 | 0,75 | 1,4 | 5,00 | ||||||||||||
| Mo | 1298 | 0,97 | < 3-15,0 | 0,59 | 3,0 | 2,00 | ||||||||||||
| Be | 1303 | 0,92 | < 1-15,0 | 0,63 | — | 6,00 | ||||||||||||
| Br | 348 | 0,85 | < 0,1-11,0 | 0,56 | 0,8 | 5,00 | ||||||||||||
| Sb | 354 | 0,66 | < 1-8,8 | 0,48 |