Почвенный покров

Орский Урал

Яман-Касинское месторождение

Рассмотрение почвенного и растительного покрова на Яман-Касинском месторождении целесообразно начать с оценки ландшафтно-геохимической обстановки (рисунок 5.1).

На территории месторождения преобладают открытые ортоэлювиальные ландшафты на молодом маломощном хрящевато-суглинистом элювио-делювии палеозойских изверженных пород. Эти ландшафты занимают вершины и платообразные поверхности увалов, с выходами коренных пород. Для них характерны несформировавшисся черноземовидные щебенчатые почвы и черноземы обыкновенные маломощные с серийными сообществами петрофитно-типчаковых и петрофитно-тырсовых степей, структура которых часто осложнена синузией степных кустарников. В ортоэлювиальных ландшафтах формируются механические и остаточные солевые поверхностные ореолы. Миграция веществ идет в окислительных условиях. Препятствием для выноса веществ из ортоэлювиальных ландшафтов являются испарение и растительность, осуществляющая избирательное биологическое накопление отдельных элементов. Наиболее ярко ортоэлювиальные ландшафты проявляются в области развития устойчивых к выветриванию липаритодацитовых порфиров, с которыми связаны оруденение и максимальная высота в рельефе. На долю ортоэлювиальных ландшафтов приходится 35 % площади. На склонах, где возможны боковой приток и унос веществ в жидкой и твердой фазах, формируются трансортоэлювиальные ландшафты. Здесь в ходе делювиального сноса происходят транзит различных веществ и их сортировка по степени подвижности. Но все же вынос веществ преобладает над аккумуляцией. Трансортоэлювиальные ландшафты связаны преимущественно с почвами полноразвитого профиля — черноземами обыкновенными среднемощными, к которым приурочены зональные сообщества разнотравно - овсецово-ковыльных степей.

Вместе с тем трансортоэлювиальные ландшафты отличаются типологическим разнообразием комплексов. Наряду со степными местными геохимическими ландшафтами развиты лесные трансортоэлювиальные на несформировавшихся серых лесных почвах. Растительность этих ландшафтов представлена осиновыми колками бедно - разнотравно - вейниковыми. Этот морфологический комплекс трансортоэлювиальных ландшафтов отличается более интенсивным биологическим кругооборотом. Трансортоэлювиальные ландшафты занимают около 40 % площади, чаще встречаются в комплексе с ортоэлювиальпыми ландшафтами, образуя сложные мозаичные сочетания, на долю которых приходится наибольшая площадь исследованной территории. Особый тин геохимических комплексов составляют трансортоэлювиально-аккумулятивные ландшафты, приуроченные к замкнутым и полузамкнутым депрессиям, главным образом сухим логам с глубокостоящими грунтовыми водами, с замедленным водообменом. Ландшафты характеризуются комплексом богато-разнотравно-узко-ковыльных и богато-разнотравно-мезофитно-злаково-типчаковых ассоциаций на логово - черноземных намытых почвах, а также богато-разнотравно-песчаноковыльных ассоциаций по террасам небольших ручьев с лугово-черноземными почвами. Как и в предыдущем типе геохимических комплексов, здесь выделяются местные лесные трансортоэлювиально-аккумулятивные ландшафты, занимающие позиции в рельефе с увеличивающимся водообменом. Это осинники и березняки разнотравно-вейниковые, приуроченные к глубоко врезанным логам. Подчиненные аккумулятивные типы геохимических комплексов имеют ограниченное развитие. Гидроморфные (субаквальныс) местные геохимические ландшафты приурочены к долинам небольших ручьев и временных водотоков с активным водообменом. Для ландшафтов характерен приток химических элементов с твердым и жидким стоком из соседних элювиальных ландшафтов, с которыми они геохимически сопряжены. Химический состав почв и золы растений определяется не только характером подстилающих пород, но и химическим составом грунтовых вод, формирующихся в области водосбора. При наличии рудного тела в бассейне водосбора в гидроморфных ландшафтах могут формироваться вторичные аккумулятивные ореолы рассеяния.

Рисунок 5.1 - Ландшафтно-геохимическая картосхема Яман-Касинского месторождения Условные обозначения к рисунку на следующей странице

Условные обозначения к рисунку 5.1

А| — автономные элювиальные геохимические комплексы: ортоэлювиальные местные геохимические ландшафты денудационных платообразных водораздельных возвышенностей на молодом маломощном хрящеватосуглинистом элювии палеозойских изверженных пород — О.,.

Первичные и остаточные ореолы рассеяния:

• 1 - петрофитныс серийные сообщества: ромашниково-грудницсво-типчаковыс и маршаллово-полынно-типчаково-тырсовыс на нссформировавшихся черноземовидных щебенчатых почвах и маломощных обыкновенных черноземах на липаритовых порфирах —
• 2 - петрофитныс овссцово-ковыльно-мятликовыс степи на маломощных обыкновенных черноземах на линаритово-дацитовых порфирах — 6^;
• 3 - петрофитныс тимьяно-типчаковые степи в комплексе с лапчатково- типчаковыми и маршаллово-полынно-типчаковыми сообществами на ^сформировавшихся черноземовидных щебенчатых почвах и маломощных обыкновенных черноземах на диабазах — 0^:

Б| — подчиненные трансэлювиальные геохимические комплексы трансортоэлювиальные местные геохимические ландшафты склонов увалов с преимущественным выносом микроэлементов — ()_п.

Первичные и остаточные ореолы рассеяния, возможны потоки рассеяния:

• 4 - богато-разнотравно-мятликово-ковыльныс степи с кустарниками на черноземах обыкновенных среднемощных на линаритовых порфирах —
• 5 - низкорослые осинники бедно-разнотравно-вейниковые на ^сформировавшихся серых лесных почвах на липаритовых порфирах -
• 6 - разнотравно-типчаково-овссцово-ковыльныс степи на черноземах обыкновенных среднемощных на диабазах — <^^П₄;

В] — подчиненные трансэлювиально-аккумулятивные геохимические комплексы: трансортоэлювиально-аккумулятивныс местные геохимические ландшафты по логам, врезанным в палеозойский фундамент изверженных пород с лугово-черноземными почвами — Отд.

Солевые аккумулятивные поверхностные ореолы:

• 7 - богато-разнотравно-узкоковыльно-стспныс сообщества с намытыми лугово- черноземными почвами на диабазах — 0^_А_₇;
• 8 - богато-разнотравно-мезофильнозлаково-типчаковые степные сообщества с намытыми луговочерноземными почвами на диабазах —
• 9 - песчано-ковыльные степные сообщества с кустарниками на лугово- черноземных почвах по террасам небольших ручьев —
• 10 - осинники и березняки на выщелоченных черноземах, сформированных на диабазах — Отд-ю-

Г( — подчиненные аккумулятивные (гидроморфные) геохимические комплексы: гидроморфные (супераквальные) местные геохимические ландшафты пойм ручьев с активным водообменом.

Солевые и механические потоки рассеяния:

• 11 - осинники смешанные богато-разнотравные коротконожковыс на черноземах выщелоченых — Гц;
• 12 - осинники кустарниковые на черноземах выщелоченных супесчаных — Г₍₂;
• 13 - луговые сообщества, осиново-березовые леса мезофито-разнотравные, ивняки влажно-разнотравные на черноземно-луговых и аллювиально-луговых почвах — Г

14 - осинники влажно-разнотравные на аллювиально-луговых почвах - Г₎₄.

Растительность гидроморфных ландшафтов представлена осинниками смешанными богато-разнотравно-коротконожковыми на черноземах, выщелоченных по террасам небольших ручьев, осиново-березовыми мезофитно-разнотравными, осинниками влажно-разнотравными и ивняками влажноразнотравными на черноземно-луговых почвах.

Выделенные на карте (рисунок 5.1) типы геохимических комплексов и их виды местных геохимических ландшафтов позволяют судить об общих условиях миграции элементов в пределах рассматриваемой территории, а, следовательно, о характере и генезисе возможных геохимических аномалий. Прежде чем рассматривать характер распределения рудных элементов в почвенном покрове необходимо представить данные об основных свойствах почв, хотя бы на примере наиболее распространенной разновидности - черноземах обыкновенных среднемощных. Они являются зональными почвами для данной территории Урало-Сакмарского междуречья. Приурочены они к пологим склонам увалов, шлейфам склонов и равнинным микроплакорам между вершинами увалов.

Морфологические признаки обыкновенных среднемощных черноземов довольно устойчивы (по данным 120 почвенных разрезов, полуям и прикопок, произведенных в процессе картирования). Мощность гумусового горизонта (А+В) колеблется от 45 до 69 см. При этом горизонт А в полтора-два раза меньше, чем В. Содержание гумуса в горизонте А колеблется в пределах от 5,82 % до 8,91 %. с глубиной оно уменьшается вдвое. В горизонте В на глубине 30—40 см в отдельных разрезах гумуса содержится от 3,10 % до 5,85 %. Гумус черноземов обыкновенных среднемощных отражает общие особенности и свойства гумусовых веществ, присущих типу черноземов. В гумусовом горизонте А резко доминируют гуминовые кислоты (г.к), сумма которых составляет 37,6 % (к общему С) (таблица 5.1). На долю фульвокислот (ф.к) приходится 14,3 %. Отношение С_г:к: Сф._к довольно широкое и равно 2,63.

В составе гумуса изученных почв преобладают гуматы Са (27 %). Содержание гуминовых кислот, связанных с полуторными окислами и глинистыми минералами, незначительно и соответственно составляет 5,9 и 4,7 %. Последних фракций почти в пять раз меньше, чем гуматов Са. Это обусловлено большим количеством подвижных форм кальция, содержащихся в данном горизонте, и большей возможностью их химического взаимодействия с гуминовыми кислотами. Содержание полуторных окислов и глинистых минералов, связанных с гуминовыми кислотами, незначительно. В силу этого потенциальная возможность их взаимодействия с гуминовыми кислотами несравненно меньше.

В составе гумуса фульватная фракция содержится в небольшом количестве (14,3 %) при колебании отдельных групп этой фракции — 1,5 % до 6,1 %. В максимуме содержатся фульвокислоты, связанные полуторными окислами (6,1 %), в меньшем количестве фульваты Са (4,6 %). В минимальных количествах содержатся фульвокислоты, связанные с глинистыми минералами (2,1 %) и свободные фульвокислоты (растворимые в 0,1 н. H₂S0₄ при декальцировании почвы) — 1,5 %. Максимум фульватов, связанных с полуторными окислами, обусловлен особенностями их растворимости, выражающейся в их малой подвижности и прочной закрепляемое™ при нейтральной реакции, которой обладает данный генетический горизонт. Образование фульватов Са также можно объяснить присутствием значительного количества подвижных форм кальция, а следовательно, и большей возможностью их химического взаимодействия. Небольшое количество фульвокислот, связанных с глинистыми минералами, скорее всего обусловлено их незначительным присутствием в этом горизонте, что исключает возможность течения реакций между указанными компонентами.

Таким образом, фракционный состав гумуса обусловлен закономерностями биологической аккумуляции, которая зависит от особенностей минерального питания растений и важности указанных элементов в биохимических и физиологических реакциях этих организмов.

Фракционный состав гумуса сильно изменяется с глубиной. В горизонте В отмечается резкое уменьшение гуминовых кислот и отношение С_гк: С_фж становится более узким (1,16), т. е. количественное содержание гуминовой и фульватной фракций становится почти равным. Преобладают в горизонте В по-прежнему гуматы Са (12,3%). Количество гуматов, связанных с полуторными окислами и глинистыми минералами, составляет по 2,2 %, это почти в шесть раз меньше, чем количество гуматов Са.

Содержание отдельных гуминовых фракций уменьшилось более чем вдвое по сравнению с их содержанием в вышележащем горизонте А. Это может быть обусловлено, вероятно, трансформацией органического вещества, т. е. очень прочными формами закрепляемое™ его в минеральной части почв. Что касается характера связи гуминовых кислот с кальцием, полуторными окислами и глинистыми минералами, то он остался аналогичным подобным фракциям в вышележащем горизонте. Сумма фульватных фракций остается такой же (14,4 %), как и в вышележащем горизонте, но характер распределения фракций несколько иной. В данном горизонте преобладают фульваты Са (6,7 %), в два раза меньше содержится фульватов, связанных с полуторными окислами (3,3 %), в минимальном количестве содержатся фульваты, связанные с глинистыми минералами, и свободные фульвокислоты (по 2,2 % каждая фракция). Характерной особенностью фульватной фракции в горизонте В является уменьшение почти в два раза фульватов, связанных с полуторными окислами (3,3 %), и увеличение в 1,5 раза фульватов Са по сравнению с соответствующими фракциями вышележащих горизонтов. Это обусловлено главным образом усиливающейся карбонатностью, а следовательно, и возрастающей возможностью химических взаимодействий кальция с фульвокислотами. Кроме того, нейтральность и очень слабая щелочность среды приводят к уменьшению количества подвижных форм полуторных окислов, осаждению (переводу их из состояния золя в гелеобразное) и прочному химическому закреплению, к меныпей возможности химического взаимодействия фульвокислот с полуторными окислами. Об этом же свидетельствует некоторое увеличение свободных фульвокислот в горизонте В. Что касается фульвокислот, связанных с глинистыми минералами, то их количество не претерпело заметных изменений в указанном горизонте (2,2 %). Это может быть обусловлено одинаковым количеством имеющихся глинистых минералов и близкими условиями химического взаимодействия фульватов с глинистыми минералами, которые наблюдаются в этих двух горизонтах.

Черноземы обыкновенные среднемощпые (как и черноземы в целом) — ночвы импермацидного водного режима, в которых карбонаты находятся в нижней части профиля, но глубина их нахождения варьирует от 46 до 74 см. Интенсивность вскипания присутствующих карбонатов от HCI различна. Слабая вскипасмость, связанная с присутствием рассеянных карбонатов, обнаруживается с 46 до 63 см. Глубина интенсивности вскипания нарастает и достигает максимума в горизонте выделения СаС0₂. Реакция среды в верхней части профиля является нейтральной (6,4), с глубиной она становится слабощелочной (8,82), а в материнской породе несколько уменьшается — 7,8. В разрезах аналогичных почв значение pH горизонта А колеблется в пределах от 6,24 до 6,91, а в материнской породе данный показатель колеблется от 7,12 до 7,82, достигая максимума в карбонатном горизонте — 8,32.

По механическому составу, изученные почвы являются каменистыми тяжело-и срсднссуглинистыми с довольно постоянным механическим составом в разных разрезах). Горизонт А является крупнопылеватым тяжелым суглинком, который в горизонте В, сменяется легкой глиной с большим содержанием средней и мелкой пыли, соответственно составляющими 29,45 % и 20,82 % (таблица 5.2). Средняя часть почвенного профиля представлена крупнопылеватым средним суглинком в горизонте В₂ и песчано-пылеватым суглинком в горизонте С_к, который подстилается гравелисто-песчаным средним суглинком. Приведенные данные механического состава почв, в особенности крупных фракций, свидетельствуют о значительной неоднородности почвообразующей породы, на которой сформировалась почва. Наиболее ярко эта неоднородность подчеркивается по содержанию крупной пыли и песчаной фракции в самой породе. В целом профиль характеризуется плохой сортированностыо, о чем можно судить также при величине максимальной энтропии, равной для верхних горизонтов 0,62—0,74, которая увеличивается в нижних горизонтах до 0,81—0,89. Тонкодисперсная часть (мелкая пыль, ил, коллоиды) данной почвы свидетельствует о процессах оглинения, которые наблюдаются в исследуемом разрезе. Они выражены неярко, однако для профиля характерно закономерное накопление тонкодисперсной части. Процессы оглинения обусловлены биологическими процессами, будучи связанными с наиболее активными биологическими горизонтами. С глубиной количество тонкодисперсной части постепенно уменьшается, что объясняется главным образом снижением биологической активности почв, а следовательно, и почвообразовательного процесса. Следует отмстить, что максимум тонкодисперсной части находится нс в самом верхнем горизонте, а в слое, лежащем под ним. Содержание мелкой пыли и ила в горизонте А соответственно составляет 17,98 и 16,39 %, а в нижележащем горизонте В несколько выше — 20,82 и 17,66 %. Это незначительное в количественном отношении отклонение можно объяснить главным образом преобладанием по механическому составу мелких элементов и возможностью их лучшего разрушения вследствие большей площади соприкосновения с воздействующими на них веществами (корневыми выделениями, почвенными растворами), хотя биологическая активность на данной глубине выражена слабее. Далее вниз по профилю уменьшение тонкодисперсной части обусловливается как затуханием биологических процессов, так и уменьшением мелких механических элементов, лучше поддающихся разрушению. Отмеченный характер изменения механического состава согласуется с условиями формирования зональных почв, они не подвергаются процессу промыва, что приводит к отсутствию миграции веществ.

Рассматриваемые почвы имеют большую емкость поглощения, что обусловлено высоким содержанием гумуса в верхних горизонтах почв и большим количеством коллоидной фракции в материнской горной породе. Емкость поглощения в гумусовом горизонте в три раза выше, чем в материнской горной породе. Поглощающий комплекс насыщен Са. Поглощенный магний играет подчиненную роль, хотя его количество несколько увеличивается с глубиной. По профилю отношение Ca:Mg колеблется от 4 до 6. Процесс выщелачивания проявляется в вымывании из гумусового горизонта карбонатов, а из профиля в целом—легкорастворимых солей до глубины 2 м. Ландшафтно - геохимическая обстановка, рассмотренная выше, предопределила распределение рудных элементов в почвенном покрове месторождения.

Рассмотрим содержание микроэлементов в черноземах обыкновенных среднемощных и их разновидностях, развитых на кислых породах, представленных дацитовыми, липарито-дацитовыми и линаритовыми порфирами, вмещающими рудное тело, и на основных породах, представленных диабазами (таблица 5.3).

Наличие рудного тела медно-цинковой минерализации приводит к существенным различиям в первую очередь в содержании элементов- индикаторов основных халькофильных элементов — Си, Pb, Zn в почвах, развитых на элювио-делювии липаритово-дацитовых порфиров и диабазов. В черноземах обыкновенных среднемощных и маломощных, развитых на элювио- делювии порфиров, средние валовые содержания Си соответственно составляет 6,5 и 1О,5*1О'³%, РЬ —4,4 и 5,2x1 ()'³%, Zn - 12,7 и 12,5xlO^J%. Для аналогичных почв, развитых на диабазах, содержания Си, РЬ, Zn ниже. Но особенно показательны величины дисперсий, оценивающие разброс отдельных значений этих элементов. Дисперсия содержаний Си в почвах на порфирах достигает 127,1—228,7, РЬ — 73,5—74,4, Zn — 137,6— 181,8. В этих же почвах на диабазах дисперсия содержаний Си — 6,2—7,6, РЬ 0,2—2,6, Zn — 0,10— 0,70. Различия эти существенны, так как величина т² превышает критический уровень и равна 7,31 для Си, 3,94 для РЬ и 4,06 для Zn. Черноземы обыкновенные на порфирах отличаются также несколько повышенными содержаниями Ag, Со, Мп, Fe, Cr, V, Mg. Однако существенные различия установлены лишь для Со, Мп, Fe, V. Для этих элементов величина т² соответственно равна 20,6; 17,0; 4,6 и 6,3 при критическом значении %= 3,84. При выявлении закономерностей формирования геохимических ореолов в почвах необходимо учитывать распределение химических элементов по вертикальному профилю почв. Распределение химических элементов по генетическим горизонтам различных подтипов и видов черноземов на площади месторождения Яман-Касы неодинаково. Оно, прежде всего, отражает влияние почвообразующих пород и общих ландшафтно-геохимических условий. В черноземах обыкновенных среднемощных, развитых в условиях элювиального ландшафта в контуре рудного тела, в зависимости от характера распределения по профилю выделяется несколько групп элементов. Для части элементов характерно обеднение ими верхних горизонтов почв.

Таблица 5.1 - Групповой состав гумуса в черноземах обыкновенных Яман-Касинского месторождения

Таблица 5.2 - Результаты механического анализа черноземов обыкновенных Яман-Касинского месторождения

Таблица 5.3 - Содержание химических элементов в черноземах обыкновенных, развитых на элювии -делювии липарито-дацитовых порфиров и диабазов Яман-Касинского месторождения

• 0.13
• 0,00
• 0,20
• 0,01
• 0,10 0.00 0.Ю
• 0,00 0.09

од 2

• 0.00
• 3.70

м_г

• 1660,0
• 1 528000,0
• 1009,0
• 510 909.0
• 854,5
• 2 54) 272,0
• 1300.0
• 1 075 000,0
• 844.4
• 23 7 777,0
• ? 1150,0
• 730,7
• 77.1
• 2560,4
• 75,0
• 1783,0
• 82.5
• 2806,6
• 107,9
• 11 720,0
• 833
• 95.5
• 4804.9
• 17,0
• 105
• 3,3
• 49.3
• 437.9
• 11.0
• 10.9
• 4.1
• 11,0
• 5.0
• 10.0

'0,0

• 10.6
• 23

Н.2

• 51,0
• 143,3
• 48,7
• 331,6 54.0 80,0
• 53.3
• 1333 47.0
• 277.9
• 3.6

Примечание-В числителе дается среднее арифметическое содержание элементов

• 202
• 4071.4
• 1 763 7&.2
• 4700.0

I 1 ±2 222,2

• 4500.0
• 1 8бб 666.6 4200.0
• 700 ОЙО,0
• 3666.6 1 333 333,3
• 4375,0
• 4.6
• 5j6
• 6,4
• 7,6
• 4,9
• 8Д 18Д 15.4 204,8 12,0 48,0
• 8J0 41,0 0,1

• 314.2
• 343.7
• 340.0
• 333.3
• 360,0
• 4888.8
• 337.5
• 5967Д
• 1.9
• 492.8
• 43 791,2
• 1057.1
• 441 09М
• 530,0
• 1710,0
• 652 111,1
• 518.7 60Й1.6 540.0
• 38 бОО.б
• 633.3 бУЩз, 572.5 347 173.0

. 0,1

• 1437.5
• 765833,3
• 880.0
• 137 000,0
• 1766.6

I 263 333.3

• 1372.5
• 1.4

в знаменателе - дисперсия этих содержаний

Процессы почвообразования не обеспечили накопление этих элементов в гумусовом горизонте, что обусловлено положением разреза в элементарном ландшафте и воздействием окислительных процессов, характерных для рудной залежи и эндогенного ореола.

На основании величины элювиально-аккумулятивных коэффициентов можно сделать вывод, что из верхних горизонтов почв выносятся основные рудообразующие элементы: РЬ (0,5), Си (0,6), Zn (0,8). Аналогичный процесс свойствен и элементам, характерным для щелочной среды: Мо (0,2), Sr (0,3), As (0,5), Са (0,5). Основными носителями этих элементов в нижних горизонтах почв являются тонкодисперсная фракция, соли, полуторные окисли. В то же время целый ряд лито- и сидерофильных элементов накапливается в верхнем горизонте: Со (3,0), Ni (4,0), Sr (6,0), V (8,0), Мп(10,0), благодаря сродству с органикой.

В лугово-черноземных почвах, сформированных на элювио-дслювии липарито-дацитовых порфиров в условиях трансортоэлювиального ландшафта близь рудного тела, распределение элементов по вертикальному профилю наряду с отмеченными закономерностями имеет и свои особенности. Как и в предыдущем случае, отмечается вынос основных рудообразующих элементов Си и Zn из верхнего горизонта и накопления их в нижней части профиля. Профильное распределение РЬ, Ni, Со, Сг, Ba, V, Ti характеризуется однотипными кривыми с максимумом валовых содержаний в средней части профиля. Магний имеет сходную кривую распределения, но для него характерен более резко выраженный максимум в нижнем иллювиальном горизонте. Стронций и марганец характеризуются равномерным распределением по вертикальному профилю почв, с некоторым выносом их из верхнего гумусового горизонта. Для железа характерно резкое увеличение валовых содержаний в нижнем иллювиальном горизонте и почвообразующей породе.

При характеристике распределения элементов в лугово-черноземных солонцеватых почвах на диабазах, прежде всего, необходимо отметить более четкую дифференциацию их валовых содержаний, по генетическим горизонтам, что является следствием протекающих здесь элювиально - иллювиальных процессов.

Валовое содержание Си, /пив особенности РЬ возрастает в солонцеватом горизонте. Увеличение содержаний этих элементов обусловлено солонцеватостью и утяжелением механического состава за счет возрастания количества илистой фракции. Цинк и стронций распределены равномерно по профилю. Содержание же ряда элементов — Ni, Со, Cr, V, Мп, Ti, Са, Mg — характеризуется резким обеднением в солонцовом горизонте В|. Профильная кривая железа свидетельствует о накоплении этого элемента в нижней части профиля.

В условиях преобладания аккумулятивных процессов, в связи с формированием намытых горизонтов, в последних резко возрастает содержание большинства химических элементов. Элювиально-аккумулятивные коэффициенты для этих почв имеют следующие значения: 2 (Zn, As, Pb, Ba, Sr, Ca, Mg), 3 (Co, Sn, Ge), 5 (V, Bi, Fe), 6 (Ni, Mo), 8 (Cr), 30 (Pb, Ag). Судя по этим данным максимальное накопление свойственно элементам — Со, V, Fe, Ni, Cr, а меньшее накопление имеют рудообразующие элементы (Zn, As, Sb) и элементы, характерные для щелочной среды (Ba, Sr, Са, Mg). Высокие коэффициенты свойственны РЬ и Ag. Обогащение почв этими элементами происходит за счет рассеяния на значительную площадь продуктов дезинтеграции близь расположенных бурожелезняковых зон.

Распределение микроэлементов в нижней части профиля черноземов обыкновенных маломощных на коре выветривания диабазов отражает более общие закономерности, свойственные черноземам вообще. Большинство элементов распределено в иллювиальном горизонте и почвообразующей породе равномерно. А такие элементы, как Sn, Bi, РЬ и As, характерные для профиля почв в контуре рудного тела, — в почвах на диабазах в нижней части профиля не обнаружены.

Для того, чтобы определить возможность биологической аккумуляции химических элементов, недостаточно знать их валовое содержание в почве. Для каждого типа почв проведено определение подвижных форм некоторых микроэлементов. Результаты анализа горячей водной вытяжки черноземовидных малоразвитых щебенчатых почв и обыкновенных маломощных черноземов показали ничтожное содержание воднорастворимой меди — 0,0001 %, следы Со и Ni. Это свидетельствует об отсутствии передвижения в почвенных растворах значительных количеств микроэлементов в настоящее время, что характерно для ортоэлювиальных ландшафтов, не связанных с солевыми гидрогеохимическими ореолами. По результатам анализа солянокислой вытяжки наибольшее количество подвижной меди как абсолютное, так и относительное, содержится в черноземах выщелоченных, сформированных, на липарито-дацитовых порфирах под осиновыми или березовыми лесами, т.с. в гидроморфных геохимических комплексах — или 40,6 % от валового содержания (таблица 5.4). В черноземовидных малоразвитых почвах и обыкновенных маломощных черноземах ортоэлювиальных геохимических комплексов, связанных с рудным телом, содержание подвижной Си примерно одинаково — соответственно 0,91 *10^-3 —0,53*10'³% (12,8—7,5 % от валового), что в два раза меньше, чем в черноземах обыкновенных среднемощных. Вероятно, это обусловлено процессами окисления, характерными для рудного тела.

Таблица 5. 4 - Среднее содержание подвижных форм химических элементов в черноземах обыкновенных на липарито-дацитовых порфирах Яман-Касинского месторождения

Наибольшее содержание подвижных форм РЬ и Zn, наоборот, связано с черноземовидными малоразвитыми щебенчатыми почвами и черноземами обыкновенными ортоэлювиальных ландшафтов в контуре рудного тела. Содержание РЬ для указанных почв соответственно составляет 3,63х 1О’³ % и 0,99* 10'³ %, а для Zn - 3,96х10‘³ % и 5,70х10'³ %. Высокое содержание Zn отмечено также для выщелоченных черноземов гидроморфных ландшафтов — 3,ЗЗх1О’³%.

Содержание подвижного молибдена в почвах ортоэлювиальных и грансортоэлювиальных ландшафтов, сформированных на порфирах, колеблется в пределах от 0,01 *10'³ до 0,06*10'³%, что составляет 10-12 % от валового количества. В выщелоченных черноземах гидроморфных ландшафтов подвижного Мо не обнаружено. Большая миграционная подвижность характерна и для Ag в почвах всех типов геохимических комплексов, увеличиваясь от почв ортоэлювиальных ландшафтов к почвам гидроморфным. Подвижные формы еще одного типоморфного элемента медно-колчеданных месторождений Sn обнаружены только в почвах ортоэлювиальных и грансортоэлювиальных ландшафтов, связанных с меденосными липарито-дацитовыми порфирами.

Содержание подвижных форм Ni и Со в почвах всех ландшафтов примерно одинаково и колеблется от 0,28*10'³% до 0,46*10'³% для Ni и от 0,28*10'³% до О,39*1О'³% для Со. В почвах некоторых ландшафтов отмечены подвижные формы таких элементов, как Сг, V, Bi. У остальных рассматриваемых элементов количество подвижных форм ниже чувствительности принятого анализа. Содержание подвижных форм микроэлементов в почвах так же зависит от характера материнских порол, как и их валовое содержание. В одних и тех же типах почв, но сформированных на коре выветривания по диабазам, абсолютное и относительное количество подвижных форм иногда несколько отличается от рассмотренного. Однако тенденция поведения подвижных форм микроэлементов, определяемая ландшафтно-геохимическими условиями, в основном сохраняется прежней.

Максимальное содержание подвижной меди связано с лугово - черноземными почвами трансортоэлювиально-аккумулятивных ландшафтов — 2,32*10’³ % (таблица 5.5). Минимальное содержание как абсолютное, так и относительное, отмечается в выщелоченных черноземах трансортоэлювиально - аккумулятивных ландшафтов под лесной растительностью — 0,17*10’³%. Количество подвижной меди в других типах почв, сформированных на нерудоносных породах, увеличивается от ортоэлювиальных ландшафтов к трансортоэлювиальным.

Значительно уменьшается абсолютное количество подвижного свинца в почвах всех ландшафтов, содержание которого колеблется от 0,32*10‘³% до 1,03* 1 ()’³%, однако процент от валового содержания близок к относительному содержанию подвижного свинца в почвах, сформированных на порфирах. Абсолютное и относительное количество подвижного цинка в почвах на диабазах близка к их содержанию в почвах на порфирах и изменяется от 1,5 *10'³% в выщелоченных черноземах до 2,71*10’³% в слаборазвитых щебенчатых, черноземовидных почвах ортоэлювиальных ландшафтов. Существенными особенностями в поведении подвижных форм микроэлементов в почвах на диабазах являются отсутствие подвижного серебра в количествах, устанавливаемых чувствительностью, принятой методики определения, и большее количество подвижного кобальта в черноземах обыкновенных мало- и среднемощных по сравнению с этими почвами на порфирах.

По обеспеченности подвижными формами микроэлементов рассматриваемые почвы следует отнести к богатым. Лишь в выщелоченных черноземах на диабазах содержание подвижного кобальта ниже предела, обеспечивающего нормальное развитие растений, что наряду с общими климатическими условиями может проявляться в угнетенном росте березы и осины, произрастающих на этих почвах.

Миграция химических элементов в почвах во всех ландшафтах происходит преимущественно в окислительных условиях. Однако величина pH в суспензиях почв в зависимости от характера почвообразующих пород колеблется в широких пределах. Кроме того, величина pH в суспензиях почв зависит от многих факторов среды и поэтому весьма изменчива даже в пределах одного ландшафта. В связи с этим представляется интересным оценить зависимость содержаний элементов в почве от pH в водной суспензии. Такие элементы, как Си, СТ, нс обнаруживают зависимости своих содержаний от величины pH среды. Наиболее отчетливо проявляется зависимость содержаний элементов от pH у Мп, V, Со, Ba, Sr. При этом между элементами и pH суспензий почв наблюдается отрицательная зависимость, т.е. с увеличением величины pH содержание Ми, V, Sr, Со уменьшается, лишь содержание Ва в этом случае увеличивается.

Обратная зависимость установлена также между величиной pH водной суспензии почв и подвижными формами микроэлементов, в частности, для Мп и Zn. В черноземах южных Оренбургской области при самых низких величинах pH (6,93) отмечается максимальное содержание подвижного марганца (80 мг/кг) и, наоборот, минимальное содержание подвижного марганца (5 мг/кг) соответствует наиболее высоким значениям pH (8,74). В почвах, близких по механическому составу, с увеличением pH уменьшается не только содержание подвижного марганца, но и степень его подвижности по отношению к валовым запасам.

Таблица 5.5 - Среднее содержание подвижных форм химических элементов в черноземах обыкновенных, сформированных на диабазах

Для более полного представления о гипергенной миграции химических элементов интересно выявить ряд их миграционной способности. Местоположение каждого элемента в таком ряду должно определяться формой его миграции, понимаемой как соотношение крупнокластичсских, тонкодисперсных, и коллоидных частичек (твердая фаза) и растворов, принимающих участие в перемещении элемента в конкретных природных условиях, а также «мощностью насоса» — растительностью, перекачивающей значительное количество металлов.

Одним из критериев сравнительного поведения элементов в почвах можно использовать величину корреляционной зависимости между распределениями концентраций различных пар элементов. Линейный коэффициент парной корреляции как бы выражает собой количественную меру подобия или различия коэффициентов миграционной способности для двух рассматриваемых элементов. Взаимоотношения между всеми рассматриваемыми элементами можно выразить с помощью метода ранжированных корреляционных профилей.

В почвах на порфирах высокими положительными значения коэффициентов корреляции выделяется группа типоморфных элементов для колчеданных месторождений Южного Урала: г Си—Zn=+0,534, г РЬ— Sn=+0,836, г Zn— Ва=+0,428, г РЬ—Ag=+0,843, г Ag-Sn = +0,997 при критическом значении г_д = +0,33 для числа степеней свободы df=n—2 = 34. Следовательно, эти элементы являются сходными по своим миграционным свойствам. В почвах на диабазах эти элементы, за исключением РЬ и Ag, характеризуются другими миграционными свойствами, о чем свидетельствуют их коэффициенты корреляции. По внешнему виду ранжированных корреляционных профилей можно судить о степени химического выветривания пород. В данном случае более вывегрелыми породами являются диабазы.

При изучении закономерностей формирования вторичных ореолов рассеяния важным вопросом является выявление всего пути металлов и изменения их форм на этом пути от первичного ореола рассеяния до почвенного покрова.

С почвенными растворами, как уже отмечалось ранее, связана ничтожная доля подвижных Си, Со, Ni, а также Мо. Из других элементов в воднорастворимой фазе установлен Sr. С труднорастворимой частью карбонатов, а также легкообменными соединениями связано 0,4—1,5 % подвижной меди и 0,3—0,5 % подвижного молибдена. Характер связи Си и Мо с карбонатами и рядом других солей достаточно хорошо освещен. Из других элементов, активно переходящих в эту вытяжку, следует отметить Sr.

С органическими соединениями связан такой биофилл, как Си (подвижная доля составляет 1.4-2 %).

Содержание гуминовой кислоты в черноземах обыкновенных на Ямал -Касинском месторождении, как указывалось ранее, составляет 35,5—43,1 %. Особенно прочно связывается медь с органикой при рН=7, т.е. в среде, свойственной рассматриваемым почвам. Для меди характерны хелатные весьма устойчивые соединения.

Из менее подвижных элементов, связанных с органикой, следует указать на барий. Однако наибольший процент подвижной меди и молибдена связан с гидроокислами железа, доля которых соответственно составляет 5,4—8,7 и 18,6 %.

Высокое содержание гидроокислов в почвенном покрове особенно характерно для ортоэлювиальных ландшафтов причем гидроокислы железа в гумусовом горизонте богаче медью, чем в иллювиальном карбонатном горизонте. Вообще в гумусовом горизонте роль металлов, способных к передвижениям в почвенном профиле, значительно выше. Из других элементов, связанных с гидроокислами железа, следует отметить Мп, V.

Си, Мп, Ni, V, Мо свойственны железистым новообразованиям, представленным гелем.

Проведенные исследования корреляционной связи микроэлементов со свободными гидроокислами железа на Южно-Гайском медно-колчеданном месторождении показали высокие значения коэффициентов корреляции: у Си +0,445; Ni+0,587; Со +0,900; V +0,904 при критическом значении г_д= 0,304 (5 %— доверительный уровень).

Большая же часть меди, молибдена и других рудных элементов прочно закреплена с тонко - и грубодисперсными фракциями почв. Основным глинистым минералом рассматриваемых почв является гидрослюда. С ней связано до 32,5 % Си, несколько меньше молибдена. Остальная часть рудных элементов благодаря сорбции, хемосорбции, механическому закреплению в порах и трещинах связана с разнообразными аутогенными и гипогенными минералами, особенно группы железа, а также труднорастворимыми солевыми и органическими соединениями.

Оценке уровня рассеяния химических элементов в почвах предшествовало исследование о виде функций распределения. Нормальное распределение содержаний установлено для элементов, которые, как правило, не являются типоморфными медно-колчеданных месторождений — Са, V, Сг, Fe, Ni и др. В почвах, развитых на диабазах, нормальное распределение констатировано и для основного рудообразующего элемента — Си. Для некоторых элементов подходит гипотеза логнормального распределения. Но в отдельных случаях распределение содержаний химических элементов в почвах нс подчиняется и логнормальному закону распределения. Причиной появления асимметричных распределений является наличие на опробованной площади рудного тела, вносящего существенные коррективы в характер распределения элементов в почвах.

Оценка уровня рассеяния химических элементов в почвах произведена раздельно для средних пород, вмещающих рудное тело, и основных пород. Сравнение фоновых значений в пределах полей указанных пород обнаруживает несущественные колебания величин для всех элементов, за исключением железа и магния (таблица 5..6). Однако вторичные литохимические ореолы, сформированные в почвах на этих породах, существенно различаются по проявлению интенсивности аномалий халькофильных элементов.

В почвенном покрове участка месторождения установлены ореолы широкого комплекса халькофильных (Си, Pb, Zn, Ag), лито - и сидерофильных элементов. Наибольший интерес предоставляет, выявление закономерностей распределения элементов халькофильной группы (Си, Pb, Zn, Ag). Для этих элементов свойственны максимальные коэффициенты анормальности — 6,0— 37,5 (рисунок 5.2).

Ореолы Си формируют два поля в западной и центральной частях участка.

Ореольное поле па западе участка расположено на северном склоне возвышенности на сочленении ортоэлювиального, трансэлювиального и трансаккумулятивного ландшафтов. Ореолы Си в почве пространственно соответствуют контуру этого элемента в породах палеозоя. Последний приурочен к мощной зоне нарушения северо-восточного простирания. Морфология, ореолов в почвенном покрове подчинена простиранию зоны нарушения, а также характеру рельефа. Размеры ореола в почвенном покрове 100x300 м. Внутреннее строение ореольного поля сложное.

Оно состоит из ряда отдельных ореолов ограниченных размеров, оконтуренных изоконцентрацией 10*10’'%. Внутри поля имеются два ореола с изоконцентрацией ЗО*1О’³%. Приурочены они к элювиально-аккумулятивному ландшафту и обусловлены привносом Си со стороны. Концентрация Си в исходных породах палеозоя также равна 10 30*10 '%. Почвообразовательные процессы не привели к перераспределению Си. К_а рассматриваемого ореольного поля Си на западе участка не превышает величины 6, т.е. ореол является низкоаномальным. Второе ореольное поле Си приурочено к центральной рудоносной части участка, расположенного в пределах контура рудного тела, и равно ему по площади. Однако в отличие от изометричного контура последнего ореол Си имеет вытянутую, субмеридиональную форму. Для этой части участка характерны ортоэлювиальные и трансэлювиальные ландшафты. Морфология, внутреннее строение, размеры, коэффициенты аномальности этого ореольного поля аналогичны выше рассмотренному. Пространственно она также совпадает с геохимическими ореолами Си в породах палеозоя и в природных водах.

Отмеченная пространственная унаследованность ореолов в породах палеозоя, природных зонах и, наконец, в почвенном покрове обусловлена тем, что основная часть Си прочно закреплена в тонко- и грубодисперсной минеральной части почв. Подвижная часть Си весьма ограничена. В целом содержание меди в почвенном покрове соответствует содержанию элемента в верхней гипергенно-прсобразованной зоне пород палеозоя. Содержание Си в почве относительно глубоких горизонтов пород палеозоя ниже в два раза.

Ореолы Zn создают зри ноля: в западной, центральной и восточной частях участка. Ореольное поле Zn на западе участка так же, как и Си, соответствует, тектонической зоне нарушения и связанному с ним ореольному полю элемента в породах палеозоя. Ореолы Zn в почве в этой часта участка создают две группы -северную и южную. Расположены они в условиях трансаккумулятивного ландшафта. Суммарная протяженность рассматриваемых ореолов 600x100 м. Границами ореолов Zn служат изоконцентрации 10—ЗО*1О’³%. К_а их также ограничены величиной 6, т.е. ореолы являются низкоаномальными. Аналогичные параметры характерны для геохимических ореолов, элемента в исходных породах палеозоя. Центральное ореольное ноле Zn охватывает контур рудного тела и уходит за пределы участка. Оно пространственно соответствует ореольным полям элемента в породах палеозоя и природных водах. Находится оно в условиях ортоэлювиального ландшафта. Размеры данного поля достигают 800x100 200 м и до конца не прослежены.

Си

РЬ

/ — ореолы Cu,Zn . РЬ с содержанием 10x10"’%. Ва — 60x10 ’ %. Со — ЗхIO^-3%. Ag - О.ОЗхЮ'Чй; 2 — ореолы Си. Zn, Pb с содержанием 30x10 ’%. Ва — 100x10 ’%. Ag — 0,1x10"*%; 3 — контур рудного тела; 4 желеэняковая тона; Оэ — ортоэлювнальныс ландшафты; On — трэнсортоллювиалмтые ландшафт; Огл— граисорюэлювиально-аккумулятивиые ландшафты; Г гидроморфные ландшафты.

Рисунок 5.2- Ореолы рудных элементов в почвах Яман-Касинского месторождения

Таблица 5. 6 - Фоновые и аномальные содержания элементов в почвах Яман-Касинского месторождения

Орсольнос ноле Zn, как и в первом случае, значительно превосходит размеры ореольного поля Си в почвах. Обусловлено это большей подвижностью Zn. Ореольное поле в рассматриваемой части участка оконтурено до изоконцентрации 10—30x10’³%. Концентрация Zn в этом ореоле отвечает его концентрациям в верхних горизонтах пород палеозоя, но существенно ниже относительно глубоких горизонтов. В отдельных точках рассматриваемого ореольного поля в почвах отмечаются концентрации Zn до 50*10’³%, обусловленные скоплением гипергенных минералов.

Восточный ореол Zn минимален по размерам. Расположен на крутом склоне долины. Характеризуется низкоаномальными значениями. Обусловлен ореолом Zn в породах палеозоя.

Ореолы РЬ образуют поле к востоку от рудного тела. Расположено оно в условиях транезлювиального, трансаккумулятивного и гидроморфного ландшафтов. Обусловлено ореолами РЬ в породах палеозоя. В контуре его находится бурожелезняковая зона протяженностью 200 м. Сформирована она за счет апофизы эндогенного ореола, выходящего на дневную поверхность по зоне нарушения. Морфология ореольного поля РЬ в почвах, как и в жильных породах палеозоя, сложная. Это причудливо изогнутая зона длиной 800 м при ширине 100—200 м, оконтурена она изоконцентрациями 10—ЗО*1О'³%. Такие концентрации не отмечаются на глубоких горизонтах пород палеозоя. В отдельных точках ореольного поля в почвах (вблизи бурожслсзняковой зоны) концентрации РЬ в почвах достигают 60х10‘³%. Таких значений РЬ не отмечается даже в сплошных рудах месторождения. Накопление РЬ в рыхлых отложениях и почвенном покрове обусловлено гипергенными процессами. К_а ореолов достигает значения 40, т.е. свидетельствует об их высокой контрастности. На площади участка отмечается еще ряд разрозненных ореолов РЬ. Все они ограничены по размерам (50x20 м) и К_а.

Ореолы Ag в почвах участка создают картину, аналогичную выше рассмотренной. Ореольное поле и отдельные ореолы Ag по своему строению и морфологии сходны с ореолами РЬ. Основное ореольное поле элемента также прослеживается к востоку от рудной залежи и отвечает исходному ореолу в породах палеозоя. Ограничены они изоконцентрацией 0,03 и 0,1 * Ю ’%. В отдельных точках концентрация Ag достигает Зх10'³%. Такие концентрации элемента в почвах на рудных объектах Оренбургского Урала отмечаются редко. Высокое содержание Ag обусловлено составом эндогенного ореола (руд). Ореолы элемента в почвах существенно превосходят ореолы в породах палеозоя как по размеру, так и по содержанию.

Ореолы Ва так же, как и РЬ, Ag расположены в восточной части участка и отвечают следу исходного эндогенного ореола на дневную поверхность. Площадь ореольного поля Ва превышает площади ореолов РЬ и Ag в несколько раз. Обусловлено это интенсивной миграцией Ва в твердом стоке. Подобные «шапки» Ва ранее отмечались на колчеданных месторождениях Урала. Ореолы Ва обычно более расплывчатые и весьма сложные по своему внутреннему строению. Концентрация Ва в ореолах достигает значения 100*10 ’% и превосходит содержание элемента в более глубоких горизонтах пород палеозоя. Обусловлено это также процессами гипергенеза.

Ореолы Со характерны только для западной части участка. Они создают здесь широкие нечеткие поля, находящиеся в различной геологической и ландшафтногеохимической ситуациях. Как и в исходных породах палеозоя, они оконтурены изоконцентрациями 3*10'’ %. К_а не превышает 6, т.е. ореолы являются низкоаномальными.

Пространственное сопоставление ореолов рассмотренного комплекса элементов позволяет наметить определенную зональность в их расположении на участке. Так, ореолы Со характерны для западной части участка. Здесь на глубоких горизонтах палеозоя развиты подрудные корневые части эндогенного ореола, характерным элементом которых является Со. Для восточной части участка характерны ореолы Pb, Ва, Ag, т.е. элементов, свойственных надрудной части эндогенного ореола. Элементы (ореолы) Си, Zn, являющиеся сквозными, характерны для всех срезов ореольного столба. Но наибольшее значение в общем балансе элементов они приобретают в центральной рудоносной части участка. Таким образом, зональность ореолов рудных элементов, отмеченная нами в породах палеозоя участка Яман-Касинского месторождения, унаследуется и в почвенном покрове.

Параметры ореолов в почвенном покрове даны в таблице 5.7.

Ореолы других элементов на участке месторождений менее характерны. Так, для As в почвах вообще не удалось отрисовать ореолов. Чувствительность примененного спектрального анализа находится на уровне аномальных значений элемента 10—30x10’³%. Судя по почвенным разрезам, концентрация As с глубиной возрастает до 100*10‘³%. Однако эта закономерность отмечается только вблизи контура рудного тела. В эндогенном ореоле концентрация As не превышает значения 10—30* ИГ' %. Указанные выше концентрации элемента (100*10’³%) свойственны верхней дезинтегрированной части пород палеозоя и обусловлены процессами гипсргснсза.

Таблица 5.7 - Основные характеристики ореолов в почвенном покрове Яман-Касинского месторождения

Топографию ореолов целого ряда других элементов, связанных с колчеданными месторождениями — Sb, Bi, Mo, Sn, на участке Яман- Касинского месторождения также не удалось выявить. Аномальные концентрации этих элементов встречаются лишь в отдельных точках. Максимальные, значения их в гумусовом горизонте почв составляют Sb— 10*10’³, Bi —8*10‘³Мо —3*10'³, Sn — 2*10'³. В почвообразующих породах концентрации этих элементов возрастают в несколько раз. Однако К_а этих элементов не превышают первых единиц. Точки с повышенным содержанием Sb отмечаются вблизи рудного тела, остальных элементов (Bi, Sb, Mo) — в различных частях участка. То же следует сказать и о распределении в почвах участка сидерофильных и литофильных элементов — Ni, СТ, V, Ti, Мп, Fc, Sr, Са, Mg; К_а этих элементов нс превышают трех. Морфологию ореолов трудно выявить. Четких пространственных взаимоотношений они не имеют.