Рис. 4. Местный геохимический фон и природные геохимические аномалии на территории юго-восточной части штата Миссури, США

Это картосхема юго-восточной части штата Миссури, где находится так называемый свинцовый пояс – район старейших в США разработок свинца. Район месторождений на схеме оконтуривается границей распространения концентраций свинца в рыхлом покрове более 70 мкг/г. В западной части плато Озарк имеется еще одна геохимическая аномалия с более низким уровнем концентрации свинца: от 30 до 70 мкг/г. Значительная часть всей территории характеризуется несколько повышенным геохимическим фоном свинца (15–30 мкг/г) по сравнению со средней концентрациейэтого металла в педосфере США (16 мкг/г). В то же время мощные аллохтонные рыхлые накопления имеют более низкий уровень концентрации свинца: менее 15 мкг/г.

Процессы взаимодействия растительности и почвенной биоты с минеральным субстратом способствуют формированию геохимических аномалий на поверхности почвы. В лесной подстилке аккумулируются металлы, рассеивающиеся из рудного тела, в то время как их концентрация в горизонте вымывания и почвообразующей породе неотличима от местного геохимического фона. В данном случае древесная растительность, по образному выражению В.М. Гольдшмидта (1938), действует как «геохимический насос», перекачивающий рудные элементы из глубины на поверхность. Геохимическая аномалия в лесной подстилке или гумусовом горизонте может быть более отчетливой, чем биогеохимическая аномалия в растениях.

Взятие проб с поверхности почв и рыхлых отложений с последующим определением металлов для обнаружения залежей руд получило название металлометрии. Металлометрия после Второй мировой войны быстро завоевала популярность во всем мире. При помощи металлометрических работ были открыты крупные месторождения олова, вольфрама, молибдена, цинка, свинца и др.

Следует отметить, что сильная дифференцированность профиля почв создает определенные трудности для использования металлометрии. Интерпретация результатов анализов может быть осложнена отбором проб без учета геохимической специфики генетических горизонтов. Поэтому на территории распространения почв с сильно дифференцированным профилем (например, подзолистых) металлометрические работы следует проводить в почвенно-биогеохимической модификации.

На рис. 5 показаны результаты определения концентрации меди и никеля в почве и рыхлых отложениях, отобранных с определенных глубин по профилю, пересекающему участок рудопроявления Нюдуайвенч (Кольский полуостров). Установлено, что концентрация металлов в озоленном веществе лесной подстилки (горизонт A0 иллювиально-железистого подзола) сильно возрастает над рудной зоной, в то время как в пробах, взятых с большей глубины – в нижней части почвенного профиля и почвообразующей породе (моренных отложениях) – аномальных концентраций металлов не обнаружено.

Эффективность поиска залежей руд может быть усилена, если определять не валовое содержание, а специфические для почвы формы нахождения металлов. Ранее отмечалось, что в процессе взаимодействия живых организмов с минеральным веществом почвы образуются комплексные соединения, которые плохо растворяются в воде, но извлекаются специальными экстракциями. Следовательно, определяя не общее (валовое) содержание металлов в почве, а их содержание в органических соединениях, извлекаемых кислотно-щелочными экстракциями, можно обнаружить скрытую почвенно-геохимическую аномалию, указывающую на месторождение (Добровольский В.В., 1964).

Так как концентрация органических соединений рассеянных металлов в почве очень мала, Л.В. Антропова (1975) предложила аналитические данные не пересчитывать на массу почвы, а использовать отношение металл – углерод гумуса. Этот прием дал хорошие результаты.

Рис. 5. Распределение концентраций никеля и меди в озоленном веществе горизонта железо-иллювиального подзола (а), в нижней части почвы (б) и в рыхлой почвообразующей породе (в) надмедно-никелевым рудопроявлением Нюдуайвенч; разрез по скважине 720 (г): 1 – концентрация меди; 2 – концентрация никеля

Благодаря высокой сорбционной способности торфяные залежи обогащаются металлами из грунтовых вод, омывающих неглубоко залегающие руды. Используя это явление, финский геолог М. Сальми предложил метод поиска руд путем анализа торфа. Он обнаружил геохимические аномалии меди, свинца, цинка, ванадия и титана в торфяниках вблизи рудных тел, перекрытых ледниковыми отложениями мощностью до 10–12 м.

Приведенные примеры показывают, что изменение концентрации металлов и других рассеянных элементов на поверхности суши в виде почвенно-геохимических провинций и почвенных аномалий широко распространенное явление. Можно предполагать, что изменчивость концентраций рассеянных элементов, имеющих важное физиологическое значение, сыграла определенную роль в эволюции наземной жизни и многообразии ее форм.

Литература

1. Бирюкова О.Н., Орлов Д.С. Органические соединения и оксиды углерода в почве и биосфере // Почвоведение. – 2001. – №2. – С. 180–191.

2. Вернадский В.И. О значении почвенной атмосферы и ее биогенной структуры // Почвоведение. – 1944. – №4/5. – С. 137–143.

3. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. – М.: Высш. шк., 1988. – 328 с.

4. Взаимодействие почвы с атмосферой / Г.А. Заварзин, Д.Г. Звягинцев, Л.О. Карпачевский и др. – М.: Изд-во МГУ, 1985.

5. Кабата-Пендиас И., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. – М.: Мир, 1989. -439 с.

6. Микроэлементы в почвах Советского Союза / Под ред. В.А. Ковды и Н.Г. Зырина. – М.: Изд-во МГУ, 1937. – 281 с.

7. Микроэлементы в почвах СССР / Под ред. Н.Г. Зырина и Г.Д. Белициной. – М.: Изд-во МГУ, 1981. – 252 с.

8. Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв. – М.: Изд-во МГУ, 1974. – 333 с.

9. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах / Под ред. Н.Г. Зырина и Л.К. Садовниковой. – М.: Изд-во МГУ, 1985. – 208 с.