Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Биогеохимия почвы

Глава XVII ИЗОТОПЫ В ПОЧВАХ

 

В.А. Ковда

В.А. Ковда

 

Смотрите также:

 

Почва и почвообразование

 

Почвоведение. Типы почв

 

Книги Докучаева

докучаев 

Фитоценология

 

Химия почвы

 

Происхождение жизни

 

Геология

геология

Основы геологии

 

Геолог Ферсман

 

Черви и почвообразование

дождевые черви

 

Дождевые черви

 

Вернадский. Биосфера

биосфера

 

Геохимия - химия земли

 

Минералогия

минералы

 

Земледелие. Агрохимия почвы

 

Справочник агронома

 

Удобрения

 

Происхождение растений

растения

 

Эволюция биосферы

 

Земледелие

 

зелёные растения

 

Геоботаника

 

Общая биология

 

Биографии биологов, почвоведов

Биографии почвоведов

 

Эволюция

 

 

В результате изучения явлений радиоактивности были обнаружены десятки радиоактивных элементов с разными атомными весами и различными свойствами. Затем было установлено, что эти радиоактивные элементы, несмотря на некоторые (обычно ничтожные) различия в атомном весе в сравнении с основными элементами обладают весьма сходными с ними физико-химическими свойствами. Поэтому эти элементы, отличающиеся лишь отклонениями в атомных весах от известных элементов, включались в одно и то же место Периодической системы элементов Менделеева. Отсюда родилось название этих тождественных по химическим свойствам элементов, отличающихся лишь атомными весами — изотопы (греческое: занимающие одинаковое место).

 

Было установлено, что радиоактивные изотопы представляют собой разные стадии превращения трех семейств элементов урана, тория, актиния. Расщепление этих элементов дает большое число радиоактивных элементов и завершается образованием изотопов свинца.

 

Радиоактивное облучение стабильных элементов помогло получить более 700 искусственных радиоактивных изотопов.

 

В настоящее время в почвоведении и агрохимии развивается новое направление исследований, связанное с использованием изотопов и изотопных отношений.

Естественными радиоактивными элементами земной коры являются калий (40 К), рубидий (87Rb), лантан (138La), самарий (^7Sm), лютеций (176Ln), рений (187Re), торий (232Th), актиноуран (235U), уран (238U). Наибольшей природной радиоактивностью обладают кислые изверженные породы. Основные и особенно ультраосновные породы отличаются минимальной радиоактивностью. Это объясняется более высоким содержанием в кислых изверженных породах урана и других природных радиоактивных элементов. Остаточные аллитизированные коры выветривания (бокситы) обладают радиоактивностью, значительно превышающей таковую изверженных пород.

 

Относительно повышена радиоактивность осадочных глин, илов. Высока радиоактивность фосфатов, некоторых углей, битумов. Но радиоактивность песков, хемогенных осадков и биогенных отложений низкая (Баранов, Морозова, 1966). В почвенном покрове наблюдается накопление радиоактивных соединений в гидроморфных, глеевых, лугово-дерновых, аллювиальных почвах, что, видимо, обязано приносу их с грунтовыми водами.

 

Присутствие в почвах Ra, Th, Ас ведет к появлению в почвенном воздухе радиоактивных газов (радона, торона, актинона). Радиоактивные эманации этого типа сильнее выражены в гумусированных почвах (например, черноземе).

 

В живом веществе обнаруживается некоторая аккумуляция естественных радиоактивных элементов - калия и отчасти радия, и лишь крайне слабая - урана (Баранов, Морозова, 1966) . По данным Л.С.Евтеевой и А.И.Пе- рельмана (1962) , основанных на обзоре большого литературного материала, содержание урана в растениях, как правило, не превышает его кларка в земной коре и почвах (2-6 • 10~4%) или заметно ниже его. Однако в местах повышенного содержания в грунтах и почвах уран в известной мере "захватывается" растениями.

 

По этим причинам геохимия урана в почвах и осадочных породах определяется не живым веществом, как в случае С, N, Р, К, S, а более всего движением вод (Евтеева, Перельман, 1962). Особенно интенсивно переходит уран в подвижные растворы грунтовых вод (до концентрации п • • 10~2 г/л) в пределах гумусированной почвенной толщи. В глубоких водоносных горизонтах концентрация урана низка («• 10~5 г/л), но появляются подвижные соединения радия (Германов, Батулин, 1959). Осаждение и накопление растворенных радиоактивных соединений в почвах чаще наблюдаются при испарении и транспирации грунтовых вод, особенно в условиях сухого климата.

 

При окислении и при преобладании процессов выщелачивания уран ведет себя подобно кальцию, натрию, цинку, т.е. интенсивно переходит в растворы и уносится грунтовыми потоками. Но в восстановительной среде, меняя валентность, уран теряет свою миграционную способность и может аккумулироваться (например, в торфах). Его концентрация в водах опускается в таких случаях до величин п • 10"7 - п • 10"8 г/л, а в осадках и в торфяной массе растет. В водах сухих степей и пустынь наблюдаются более высокие концентрации урана: п • 1СГ6 - п • 10""5 г/л. Соответственно и в засоленных грунтах и почвах уран, мигрируя с восходящей капиллярной каймой от грунтовых вод при их испарении, осаждается совместно с углекислым кальцием, гипсом и легкорастворимыми солями. Так образуется геохимическая зона испарительной аккумуляции урана, совпадающая с зонами современного или древнего испарительного соленакопления и распространения засоленных и такырных почв. (Перельман, 1955).

 

"МЕЧЕНЫЕ АТОМЫ"

 

Искусственные радиоактивные изотопы получили название "меченых атомов". Это название объясняется тем, что радиоактивные изотопы легко обнаруживаются и легко учитываются с помощью специальных приборов — радиоактивных счетчиков (счетчики Гейгера и др.).

 

"Меченые атомы" и стабильные изотопы широко используются физиологами и агрохимиками для исследования механизма питания растений и передвижения веществ в растительных и животных организмах. С помощью метода "меченых атомов" был установлен целый ряд новых и важных фактов в области химии и агрохимии почв, физиологии растений и животных. В частности, было показано, что минеральные питательные вещества поступают в корневую систему растений из почвы очень быстро и без участия промежуточных организмов (грибов, бактерий). Определена скорость передвижения минеральных веществ в сосудах и тканях растительных организмов, а также скорость тока крови у животных и человека. С помощью изотопа 18 О А.П.Виноградову (1947) удалось доказать, что кислород, поступающий в атмосферу при фотосинтезе растений, отдает не только углекислота, но и вода. Многие типы тканей животных, в прошлом считавшиеся инертными и мало затронутыми обменом (скелет, жировые ткани), в действительности энергично участвуют в обмене веществ.

 

Используя радиоактивные изотопы, Н.В.Тимофеев-Ресовский, А.А.Тит- лянова (1966) исследовали в лабораторных условиях поведение 20 микроэлементов в почвах и почвенных водах. Было установлено, что радиоактивные микроэлементы по своему биогеохимическому поведению подразделяются на четыре основные группы (табл. 69).

 

Эти выводы авторы считают приложимыми и к стабильным элементам- аналогам, так как геохимическая судьба радиоизотопов в конечном счете определяется теми же закономерностями, что и стабильных. Чем выше рН почв и чем выше их гумусность и поглотительная способность, тем, естественно, больше сорбируются радиоактивные изотопы и больше накапливаются в верхнем горизонте почв. Подкисление почв и потеря ими гумуса будут способствовать десорбции радионуклидов, поступлению их в растворы и миграции в низменности и водоемы.

 

Метод "меченых атомов" будет и в дальнейшем широко использоваться при изучении явлений поглощения и обмена ионов почвой, циркуляции почвенных растворов, питании растений и бактерий, превращении органического вещества и тд.

 

Эксперты МАГАТЭ считают, что в качестве "меченых атомов" эффективнее, безопаснее и удобнее использовать не радиоактивные изотопы, а стабильные 2H(D), 13С, 1SN, 17О, 180 В парах с основными элементами или в смесях. Эти методы открывают колоссальные новые возможности в почвоведении и агрохимии.

 

Присутствие радиоактивных изотопов в высоких концентрациях в почвах - уже нередкое явление. Поэтому необходимо исследование токсических доз радионуклидов, их фонового и аномального содержания в почвах, форм миграции и методов улучшения почв, загрязненных радионуклидами (табл. 70).

 

Известно, что радиоактивный фосфор (32Р) оказывается вредным для растений овса при содержании 5,6 мкКи на 1 мг Р2О5 удобрений в водной культуре и при 10 MKIGI на 1 мг Р2О5 удобрений в почве. При более высоких концентрациях радиоактивного изотопа фосфора замечалось замедление и прекращение роста растений, нарушение их нормальной окраски и формы и со временем отмирание основного побега или гибель.

 

В обзоре, опубликованном Р.М. Алексахиным и В.А. Егоровым (1983), рассматривается опыт радиационного мониторинга почв и растительности. Радионуклиды ведут себя в общем подобно их нерадиоактивным аналогам. Они активно мигрируют в водных растворах и накапливаются в аккумулятивных ландшафтах (в болотных осадках и почвах, в засоленных почвах). При наличии радионуклидов в оросительной воде они интенсивно накапливаются в орошаемых почвах и биомассе. При этом дождевание в сравнении с поливом по бороздам способствует во много раз большему накоплению радионуклидов в биопродукции. Коэффициенты накопления радионуклидов в растениях зависят от типа почв, растений и от характера нуклидов. Так, в зерне колосовых 90Sr накапливался в несколько раз больше на кислых (подзолистых, серых лесных) почвах, чем на черноземах.

 

ИЗОТОПНЫЕ ОТНОШЕНИЯ

 

Геохимия изотопов изучена еще крайне недостаточно. Еще меньше мы знаем о значении изотопов в развитии почвообразовательных процессов и формировании плодородия почвы. Однако уже накапливаются данные, свидетельствующие о том, что химия изотопов может играть весьма существенную роль в познании почв.

 

Надо отметить, что изотопный состав различных геосфер планеты, типов минералов и природных образований отличается определенным и иногда очень большим постоянством отношений. Поэтому, зная характерные изотопные отношения для определенных природных образований, можно в последующем, находя этот же тип изотопных отношений, устанавливать генетическую или геохимическую связь и преемственность

 

ИЗОТОПЫ 14N и 15N

 

Соотношение этих изотопов широко используется в агрохимии и физиологии. Принимается, что отношение 15N/14N в воздухе, почвах, водах и удобрениях практически одинаково. В общих чертах это допущение справедливо. Но в конкретных условиях наблюдаются значительные отклонения, которые следует учитывать в пересчетах экспериментальных цифр.

 

Однако азот органического вещества почв по сравнению с азотом атмосферы может быть обогащен тяжелым изотопом 15N максимально до 13-187оо (Freuer, Alyl, 1975). Различен изотопный состав и азотных удобрений. Азот нитратных удобрений в среднем обогащен 15N до 5 = +2,6± ± 2,0%о > а аз°т амонийных удобрений в среднем обеднен15N до 1,3 ± 1,5°/00 • Жидкие аммиачные удобрения обычно обеднены азотом 15N еще больше — до 6,0%о- Потеря почвами аммиака будет способствовать фракционирование и относительному увеличению в азоте почв доли 14N. Это, вероятно, происходит в результате процессов аммонификации в почвах и водах. Длительное применение нитратных удобрений в культурных почвах будет несколько увеличивать содержание в азоте изотопа 15Ы(до 5—8%0) по сравнению с целинными почвами.

 

В черноземных почвах Канады (Renie, Paul, 1975), максимум изотопа N сосредоточен в гумусовом горизонте — о до 9,9—12,9. При этом содержание возрастает параллельно росту количества гумуса и общего азота в почвах.

 

Все это свидетельствует о необходимости осторожной интерпретации результатов опытов с изотопом 15N, применяющимся в качестве меток. Исследователь обязательно должен знать и учитывать до эксперимента "фоновое" исходное содержание изотопа 15N в почвах, водах, удобрениях. Это относится и к другим парам изотопов (3*S/34S; 160/l80; 12С/13С).

 

ИЗОТОПЫ КИСЛОРОДА

Кислород и его изотопы 16О, 17О, 180 в ограниченных концентрациях существовали на Земле и до возникновения фотосинтеза, т.е. до появления синезеленых водорослей и особенно до появления сухопутных растений. Предполагается, что добиогенный кислород возникал в атмосфере в результате воздействия космических излучений на воду, которая распадалась на водород и кислород.. Водород уходил в космическое пространство, а кислород обогащал первоначальную атмосферу Земли. Установлено, что уже тогда преобладал в атмосфере 16 О. Ныне, кроме того, постоянно присутствует 18О и крайне редок 7О.

 

Средним стандартным соотношением 18 О/16 О принято считать (Fors- tel et al., 1975) их содежание в водах Мирового океана, где предполагается установившийся за миллиарды лет стабильный равновесный состав химических соединений, элементов и изотопов. В сравнении с содержанием изегонов 180 в водах океана кислород атмосферы обогащен этим изотопом. Наземные растения при фотосинтезе и в процессе транспирации накапливают 180 в листьях, повышая индекс б (отношение 18О/16О, выраженное в промиллях, к их отношению в океанской воде) до величин от +5 до +1000/ . Однако во да, накапливаемая в ветвях дуба, наоборот, обеднена изотопом 18 О (—6—8 18 О°/0 о) по сравнению со стандартом и отвечает изотопному отношению кислорода почвенной воды (т.е. тоже —6—818 0% 0) и составу изотопов кислорода дождевой воды (Forstel et al., 1975).

 

Опад листьев будет сопровождаться возвратом изотопа 180 в почву и должен бы, по нашему мнению, вызвать постепенное обогащение гумусового горизонта почв тяжелым изотопом 18 О. К сожалению, такие исследования и соответствующие цифры автору не известны. Происходит ли фракционирование изотопов кислорода при абиогенном испарении почвенной влаги (т.е. без транспирации) — также неясно. Можно предположить, что испарение влаги при повышенных температурах, свойственных низким широтам Земли и особенно аридным жарким пустыням, может вызывать нарушение соотношения 18 О/16 О.

 

Возможно, изучая изотопные отношения 18 О/16 О, в будудем удастся находить древние реликтовые гумусовые горизонты почв или горизонты, пережившие в прошлом интенсивную испарительную аккумуляцию. Пока еще и по этому вопросу мало достоверных данных. Но материалы, собранные Международным атомным агенством ООН и обработанные Форстелом с соавторами (Forstel et al., 1975), обнаружили, что в кислороде атмосферных осадков суши изотопный индекс 180/1б0 колеблется от —12—24 до 0-4° /оо. При этом в приполярных и высоких широтах дефицит18 О (по сравнению со стандартом) сильно возрастает. В низких широтах, особенно в районах засушливых степей, саванн, пустынь, дефицит 18 О почти исчезает. Дождевые массы субтропических и тропических широт, зоны экватора по сравнению с остальной сушей обогащены водой с тяжелым кислородом (Н218О). Эти особенности хорошо видны, хотя и со значительными отклонениями и противоречиями (Австралия) на 90.

 

Попытка выяснить связь изотопного состава кислорода дождевой вода и эвапотранспирации позволила получить довольно убедительную картину (91). С возрастанием годовых температур воздуха суши растет и содержание 18О в воде дождей соответствующих регионов. Получена даже математическая зависимость этих явлений: 6180 = 0,38* - 11,79°/Ьб. Содержание тяжелого кислорода в атмосферных осадках как бы является функцией температуры и испарения; оно возрастает на 0,38% о на каждый градус Цельсия. Несомненно, это явление (Forstel et al., 1975) отражается на процессах выветривания, почвообразования и биогеохимии экосистем. В конечном счете кислород осадочных пород земной коры в 4-6 раз богаче изотопом 18 О, чем кислород изверженных горных пород (92).

 

МЛ. Джексон (Jackson, 1981) предложил использовать показатель изотопного отношения 18 О и 16 О в кварце для решения вопросов генезиса почвообразующих пород и почв, происхождения аэрозолей, их переноса и выпадов.

 

Существуют две главные изотопные формы кварца. Высокотемпературный кварц, образовавшийся при крайне высоких температурах в изверженных и метаморфических породах (высокотемпературный кварц), обладает низким коэффициентом изотопного отношения б 8О и 16 О, порядка 8-16% о - Сюда же относится и кварц, кристаллизующийся из термальных вод. Изотопный показатель кислорода этого кварца равен 6-10%о • Низкотемпературный — аутогенный кварц — образуется путем кристаллизации при невысоких температурах (10—40° С) из водных растворов кремнезема (кремниевых кислот), возникающих в природе при выветривании алюмо- силикатных минералов и при почвообразовании в процессе десиликации. Изотопный индекс аутигенного (включая и биогенный, т.е. прошедший через организмы) кварца высокий — порядка 6180 = 20-г ЗЗР°/00. Этот индекс рассчитывается по отношению к универсальному стандарту. За универсальный стандарт принято среднее соотношение изотопов 18Ои 6О в Мировом океане. Расчет индекса производится по формуле

 

Почвообразующие породы и почвы, образовавшиеся из магматических и метаморфических пород, будут содержать кварц, обладающий низким индексом: 12—15%0 О. Такими оказываются, например, почвы на элювии гранитов.

 

Часто в геохимии и почвоведении возникают дискуссии и сомнения: существует ли вторичный аутигенный кварц, достоверны ли наши суждения по этому вопросу? Циркуляция растворов кремнекислоты — универсально распространенное явление. Испарительное, биогенное или хемогенное выпадение этих соединений в осадок приводит к образованию аутигенного кварца с высоким изотопным индексом 6180 порядка 20—30%0. Аутигенный низкотемпературный кварц, в частности, интенсивно накапливается в отложениях углекислого кальция, в известковых конкрециях, при окрем- нении органических растительных или костных остатков.

 

Можно надеяться, что изучение кислородно-изотопного состава "остаточного" кварца, кварцевой "присыпки" серых лесных почв, солодей, "подбелов", подзолов позволит уточнить значение в этих почвах процессов гидрогенного и биогенного накопления вторичного низкотемпературного кварца и подтвердить унаследование остаточного высокотемпературного кварца изверженных пород при выветривании.

 

Полезен метод кислородно-изотопного анализа кварца при изучении лёссов и погребенных почв. В чисто эоловых высоко дисперсных отложениях изотопное отношение 18 О/16 О чаще будет понижено. При водно- аккумулятивном генезисе отдельных горизонтов или лессовых толщ изотопный индекс а-кварца будет повышен в пользу 180 за счет протока и осаждения водорастворимого кремнезема, образующего аутигенный а-кварц. МЛ. Джексону и его сотрудникам (Jackson, 1981) удалось с применением кислородно-изотопного анализа кварца проследить миграцию эолового и взвешенного в водах материала на разных континентах планеты. Оказалось, что аэрозоли с диаметром частиц < 10 мкм увлекаются воздушными потоками с поверхности почв (особенно пустьшь и степей) на высоты 1,5—5 км и на расстояние до 5 тыс. км. Лёссы, изученные Джексоном, представлены сравнительно грубым материалом (d ^ 70 мкм).

 

В реальной действительности высокотемпературный и аутигенный кварц, входящий в осадочные породы, смешиваются в разных пропорциях, зависящих от источников, начала миграции, степени дисперсности. С возрастанием степени дисперсности глубоководных наносов и аэрозолей индекс а18 О возрастает, так как примесь аутогенного кварца при этом возрастает. Пески береговых валов, озер, песчаный аллювий чаще содержат обломки высокотемпературного кварца с уменьшенным количеством 180 (индекс 180 » «*13-Н6%о)- Аэрозоли и наносы северного полушария характеризуются чаще назкотемпературным кварцем (180 26—ЗО^^Это связано, по мнению Джексона, с большей степенью выветривания и десиликации пород в прошлой истории полушария. В осадочных породах южного полушария, где больше влияние вулканизма и изверженных пород, чаще присутствует высокотемпературный кварц, обедненный 180 и обогащенный 1бО (индекс 6-18°/оо). Средние величины отношений 180/160 близки к 13- 14°/о(ь что говорит о смешанном характере происхождения кварца почво- образующих пород, почв и аэрозолей.

 

Интенсивный эоловый или водно-аккумулятивный привнос землистого материала в почвы легко обнаруживается в случаях резкого нарушения изотопного соотношения кислорода, характерного для главных почвообразующих пород местности.

 

Признаками эолового происхождения современных каносов, по Джексону, является также наличие в них адсорбированного радиоактивного цезия 137CSH 90Sr, продуктов, возникших в результате атомных взрывов в атмосфере в невдавнем прошлом.

 

ИЗОТОПЫ 36Аг И 40Аг

Тяжелый аргон появляется в результате радиоактивного распада 40 К, вследствие чего калиевые минералы значительно богаче тяжелым аргоном, чем воздух. Относительное содержание 40Аг в калиевых минералах в три раза больше, чем в воздухе.

 

В карналите (КС1 • MgG2 • 6Н2 О) относительная концентрация тяжелого аргона в десять раз превышает его концентрацию в воздухе, а в сильвине (КС1) констатировано полное отсутствие 36Аг. Эти факты позволяют считать, что природные аккумуляции легкорастворимых солей калия обязаны своим происхождением процессам выветривания калийсодержа- щих минералов, которые являются основным источником тяжелого аргона.

 

Изотопный состав серы представляет большой интерес. Установлено, что содержание изотопов серы в морской воде на 1% больше, чем в ряде земных минералов и метеоритов. Если это так, то изучая изотопный состав серы в соляных месторождениях, солончаках, озерах, можно лучше судить с первоисточниках сульфатов. Если v соляные скопления суши генетически связаны с морскими солями, то изотопный состав серы в них будет близок или аналогичен изотопному составу серы в морской воде, т.е. будет более высоким. Если же скопление природных сернокислых солей в наибольшей степени обязано процессам выветривания минералов земной коры, то изотопный состав серы в них будет уже, чем в морской воде. Соединения серы, прошедшие через биогенные процессы, сильно обогащены легким изотопом ?2S. Не исключен и промежуточный случай,что наиболеевероятно, когда изотопный состав серы подсказывает и тот и другой генезис природных скоплений сернокислых солей.

 

Отношение изотопов 32S/34S является также прекрасным показателем развития жизни и биосферы на Земле. Этот индекс в вулканической сере, метеоритах, гидротермальных сульфидах, ультраосновных породах невысок и равен 21,9-22. В осадочных породах биогенного происхождения индекс 32S/34S значительно выше - 21,3—23,2

Заметно возрастает отношение 32S/34S в осадочных породах начиная со времени 800 млн. лет назад, когда на суше образовались наиболее ранние отложения типа сапропелей (Termier e_t al., 1952).

 

ИЗОТОПЫ 13С И 12с

В земных условиях изотопное отношение 13С : 12 С = 1,1 : 98,9, т.е. абсолютно преобладает легкий углерод. Интересно, однако, что в углеродных звездах это отношение 13С : 12С = 1 : 2. Минералы группы карбонатов в земных условиях содержат 13С на 1—2°/0о больше, чем это установлено для углерода воздуха. Однако углерод растений и нефти содержит 13С еще меньше, чем воздух.

 

Таким образом, для геохимиков и почвоведов представляется возможность по изотопному отношению 13 С : 12 С оценить источники углерода в почвенном перегное и установить, каково знечение углекислоты воздуха и связанной в карбонатах угольной кислоты. Чрезвычайно важно отметить намечающийся вывод о том, что растительные организмы избирательно используют легкий изотоп 12 С.

 

Формирование на Земле биосферы сказалось на глубоких изменениях соотношения этих изотопов углерода. Среднее мировое отношение 12 С/13 С равно примерно 89. Живое вещество селектирует преимущественно легкий изотоп 12 С. Поэтому в живом веществе и его продуктах это отношение значительно расширяется: в растениях 90—92, в животном угле 92,5, в лигни- тах 93,1, в нефти и горючих газах 93—94,1. В известковых осадках минерального происхождения это отношение снижается до 87,9.

 

Пользуясь этим индексом, финский геохимик Ранкама (Rankama, 1954) пришел к заключению, что превые признаки биогенных осадков, найденных в Южной Манитобе, образовались около 2,5 млрд. лет назад. Это было время появления и развития синезеленых водорослей. Поскольку биомасса животных и растений обогащена легким: изотопом углерода 12 С, следует полагать, что почвенный гумус также унаследует обогащенность углерода изотопом 12 С. Сжигание топлива, нефти, газа, вероятно, сопрововдаетсяя уменьшением в углекислоте атмосферы изотопа 13С и некоторым увеличением содержания легкого изотопа С. Этим механизмом как бы обеспечиваются потребности экосистем биосферы в более легком изотопе 12 С. Известно, что присутствие биогенной (с повышенным количеством 12 С) углекислоты повышает интенсивность биологических процессов и воспроизводство биомассы. Возможно, частично ив этом проявляется эффективность свежих органических удобрений и гумуса.

 

Индекс 13 С/12 С может использоваться для оценки загрязненности почв или океана органическими отбросами антропогенного происхождения. Чем больше загрязнены прибрежные морские воды домашними отбросами, пульпой фабрик, нефтепродуктами, тем меньше будет в углероде изотопа 13С. При минимальном загрязнении морской воды о13С равно + 0,5-1,5%, или ±4и/о0; при загрязнении бытовой органикой 12-20°/оо, а при нефтяном и газовом 26—45°/0о (93).

 

ИЗОТОП 14С

 

Радиоактивный изотоп 14С и его соотношение с 12С используются в качестве показателя абсолютного возраста торфов, почв или археологических объектов. Космические лучи, бомбардируя ядра азота в присутствии кислорода, вызывают образование в атмосфере углекислоты С02, содержащей радиоактивный изотоп углерода. Поэтому и в живых растениях, фотосинтезирующих углеводы, отмечено относительно высокое содержание 14С. Период полураспада радиоактивного углерода составляет около 5600 лет. Это его свойство и позволяет использовать радиоактивный углерод в качестве "археологических часов" .

 

После отмирания растения поглощение атмосферного углерода прекращается, а распад гумуса ведет к относительному уменьшению содержания 14С в мертвом органическом веществе. Образование новой биомассы растений как бы омолаживает гумус верхних горизонтов почв. Поэтому лучше брать гумус глубоких или погребенных горизонтов. Считается, что для абсолютного времени порядка не более 40—50 тыс. лет. содержание 14С можно использовать для расчета абсолютного возраста мертвого органического вещества. В археологических исследованиях для этих целей изучаются остатки дерева, кожи, костей.

 

Это не возраст почв, а именно возраст гумусовых соединений. Возраст почв будет древнее, так как во времени более ранний 14С исчезает при минерализации гумуса и смешивается с поздним более "молодым" 14С. Так, установлено, что возраст гумусовых образований верхних горизонтов черноземов около 300—1500 лет. Возраст гумуса глубоких горизрнтов черноземов составляет 3—7 тыс. лет. Используя математическую модель миграции 14С в дерново-подзолистых почвах, Ф.А. Тихомиров и С.В. Манохин (1983) также показали разновозрастность гумуса: 300—400 лет горизонтов А0 ,> 3000 лет горизонтов Ах и 8—9 тыс. лет горизонтов А2 В.

 

Возраст известковых конкреций, пленок и налетов в почвах штата Нью- Мексико (США) колеблется от 1—5 тыс. лет у мелкозема и мягкого верхнего слоя на глубине 28 см до 14-28 тыс. лет у пленок на гальке на глубине 43 см.

 

ИЗОТОПЫ 3Не И 4 Не

 

Изотопные отношения тяжелого и легкого гелия могут быть использованы для изучения процессов почвообразования и происхождения почвенного воздуха. Для атмосферы характерно ничтожное содержание легкого гелия. Но природный газ, поступающий через трещины земной коры на поверхность, содержит легкого гелия в 10-100 раз меньше, чем атмосферный воздух. Пользуясь изотопным отношением тяжелого и легкого гелия в почвенном воздухе, можно подойти к изучению генезиса почвенного воздуха и выяснить относительную роль его в атмосфере, в глубинных газах и в газах почвенного происхождения. Эти исследования представляют интерес как при изучении почвенного покрова, так и в связи с современными поч- венно-геохимическими методами разведки на нефть и газы.

 

Исследованиями В.А. Соколова давно установлено, что почвенный воздух территорий, лежащих над контурами нефтяных и газовых месторождений, характеризуется повышенным содержанием углеводородов; однако во многих случаях это может быть связано с процессами анаэробного разложения органических веществ почвы, а не с поступлением глубинных газов.

 

Изучение изотопного отношения гелия в сочетании с изучением содержания углеводородов в почвенном воздухе позволит установить возможный приток глубинных газов в почвенные горизонты и приземную атмосферу.

 

 

 

К содержанию книги: Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова

 

 

Последние добавления:

 

Глазовская. Почвоведение и география почв

 

Сукачёв: Фитоценология - геоботаника

 

Сукачёв. БОЛОТОВЕДЕНИЕ И ПАЛЕОБОТАНИКА

 

ГЕОХИМИЯ ЛАНДШАФТА

 

Жизнь в почве  Агрохимик и биохимик Д.Н. Прянишников

 

 Костычев. ПОЧВОВЕДЕНИЕ  Полынов. КОРА ВЫВЕТРИВАНИЯ

 

Тюрюканов. Биогеоценология. Биосфера. Почвы

 

Почвоведение - биология почвы

 

Происхождение и эволюция растений