КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ТАРАСА ШЕВЧЕНКА

КРУГЛОВ ОЛЕКСАНДР ВІКТОРОВИЧ

УДК 550.382.3.83

МАГНІТНА СПРИЙНЯТЛИВІСТЬ ВЕРХНЬОГО ГОРИЗОНТУ ГРУНТІВ ЛІВОБЕРЕЖЖЯ УКРАЇНИ

04.00.22 – геофізика

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

КИЇВ-2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана в Київському національному університеті імені Тараса Шевченка

Науковий керівник: кандидат геолого-мінералогічних наук, доцент,

Сухорада Анатолій Васильович,

доцент кафедри геофізики геологічного факультету

Київського національного університету імені Тараса Шевченка

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук

Орищенко Іван Васильович,

провідний науковий співробітник Інституту геологічних наук НАН України, м. Київ

доктор геологічних наук, професор,

Воєвода Борис Іванович, професор кафедри корисних копалин і екологічної геології Донецького національного технічного університету

Провідна установа : Інститут геофізики ім. С.І.Субботіна НАН України

Захист відбудеться “ 10 “ жовтня 2007 р. о 10 год. 00 хв на засіданні спеціалізованої вченої ради Д026.001.32 Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 03022, м.Київ, вул. Васильківська, 90.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Київського національного університету імені Тараса Шевченка за адресою: 01033, м. Київ, вул. Володимирська 58.

Автореферат розісланий “ 4 ” вересня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Д026.001.32

доктор геологічних наук, професор В.М.Курганський

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Ґрунти є одним із найбільших багатств держави, основою її продовольчої безпеки. Закони України передбачають у найближчому майбутньому проведення суцільної паспортизації земель та їх моніторингу.

З середини ХХ ст. розпочато вивчення властивостей ґрунтів за допомогою способів та методів геофізики. Ці роботи є складовою частиною нової наукової дисципліни - геофізики педосфери. З накопиченням матеріалу та розвитком апаратурної бази значення цих робіт зростає.

Протягом останніх десятиліть серед всього арсеналу геофізичних методів при дослідженнях ґрунтового покриву виділяється застосування магнітних методів. Вивчення магнітних властивостей ґрунтів проводиться на базі більш розвинутої магнітометрії гірських порід. Роботи в цьому напрямку (з різними інтенсивністю та результатами) проводяться багатьма групами дослідників. Отримано певні результати в роботах, пов’язаних з ґрунтовою діагностикою, педогенезом, проблемою забруднення ґрунтів, вивченням ерозійних процесів. Але слід відзначити, що дослідження подібного змісту виконані в незначному об`ємі, для окремих типів ґрунтів. Тому нагальною потребою є проведення більш масштабних робіт в крупних регіонах.

Саме з цієї причини у вітчизняній геологічній галузі свого часу також почали проводитись роботи подібного змісту. Так, у складі Державного комітету з геології та використання надр було створено спеціалізоване підприємство ДП ”Агрогеофізика”.

Магнітні методи завдяки своїм експресності та оперативності відповідають основним вимогам до сучасних досліджень. Велику роль грає ще й подвійність застосування цих даних: вони використовуються як до потреб аграрного сектора економіки, так і для вирішення окремих завдань при пошуках родовищ корисних копалин. Крім аграрного та екологічного значень, слід враховувати той факт, що ґрунти є верхнім геологічним горизонтом, який характеризується високою аномалієутворюючою здатністю, що повинно бути враховано при проведенні високоточних магнітометричних зйомок. Особливо це важливо при фіксації слабко інтенсивних аномалій розміром до 3-4 нТл.

Зв’язок дисертаційної роботи з іншими програмами, планами, темами. У нашій країні роботи з вивчення магнітних властивостей ґрунтів проводяться з кінця 90-х років минулого століття на кафедрі геофізики Київського університету імені Тараса Шевченка.

Так Фондом фундаментальних досліджень Київського університету імені Тараса Шевченка в рамках програми “Надра” виконується дві теми, що пов`язані з вивченням магнетизму ґрунтового покриву: 01-БФ049-02 “Розробка нових геофізичних технологій пошуків та розвідки мінеральної сировини, моніторингу екологічного стану природного середовища і попередження небезпечних геологічних процесів” та 06-БФ049-02 “Розробка теорії та методології комплексної інтерпретації геофізичних, гідрогеологічних та інженерно-геологічних даних моніторингу геологічного середовища” (науковий керівник тем проф. С.А.Вижва). Також свого часу проводились роботи по темі 01-ДФ049-03 “Наукове супроводження дослідно-методичних робіт з агрогеофізики” (науковий керівник доц. А.В.Сухорада).

У пооб’єктному плані ДП ”Агрогеофізика” з 1998 року виконувалось шість дослідно-методичних робіт (однак, слід визнати, головне їх спрямування – застосування даних про магнітні властивості ґрунтів при пошуку корисних копалин), пов’язаних з вивченням магнітних властивостей ґрунтів. Відповідальним виконавцем однієї з них - “Системні педомагнітні дослідження орного шару ґрунтового покриву України для створення його магнітної моделі” (номер держреєстрації У-01-16/1) є автор. Деякі досліди зроблені в рамках роботи № У-2000-8/1“Створення загальнодержавної мережі агро- та екогеофізичних стаціонарів і агрогеофізичного полігону”.

Мета роботи. В умовах подальшого становлення індустріальних технологій в аграрному секторі та зростання антропогенного навантаження на ґрунти як геосистему в цілому виникла потреба в створенні технології і наступної реалізації моніторингу стану ґрунтів та напрямків перебігу процесів ґрунтотворення зокрема. Органічною частиною таких досліджень можуть стати і педомагнітні дослідження. Проте загальні уявлення про магнітні властивості ґрунтів навіть важливих аграрних регіонів (в тому числі і Лівобережжя України) зараз відсутні. Тому метою дисертаційної роботи є дослідження магнітної сприйнятливості основних ґрунтових типів ґрунтів Лівобережжя.

Основні завдання дослідження:

Виділити головні ґрунтові типи, що підлягають педомагнітним дослідженням, провести системне вивчення просторового розподілу магнітної сприйнятливості як похідної дії факторів ґрунтотворчого процесу.

Провести дослідження змін магнітної сприйнятливості ґрунтового покриву в результаті дії господарської діяльності людини, зокрема в процесі аграрного виробництва.

Встановити ступінь інформативності магнітних властивостей верхнього шару ґрунтів Лівобережжя України для потреб аграрного сектора економіки.

Об’єктом наукового дослідження є верхній шар ґрунтового покриву Лівобережжя України, як найбільш важливий при аграрних та екологічних роботах. На сьогодні ґрунти визначають як відкриту складну систему, що розміщена у верхній частині кори вивітрювання (на межі атмосфери та літосфери). Відповідно, на стан цієї системи впливають фактори, які властиві даним географічним оболонкам – мінеральний склад, рельєф, кліматичні чинники. Формування ґрунту відбувається в часі під дією впливу живих організмів. Ґрунтотворчі процеси діють постійно – формування властивостей ґрунту є безперервним процесом. Ґрунтовий покрив динамічна природна система, властивості якої є похідними від факторів ґрунтотворення: рельєфу, організмів, часу, ґрунтотворчої породи (геологічного оточення), кліматичних умов.

Головна увага в дисертації приділялась так званим зональним ґрунтам – ґрунтам, які властиві для конкретної ґрунтово-кліматичної зони та розміщені на елювіальних ділянках ландшафту (чорноземні, сірі лісові та дерново-підзолисті). Вивчались також азональні та інтразональні ґрунти.

Методи дослідження. Особливістю даної роботи є максимальне застосування системного методу, в даному випадку обєкт розгляду – ґрунт (навіть верній шар ґрунту) - розглядається як система з взаємодіючих ґрунтових горизонтів у вертикальному напрямку та ґрунтових окремостей – педонів по латералі, та одночасно як підсистема серед інших підсистем екосфери. Враховуючи міждисциплінарний характер дослідження, при його виконанні використовувались засоби та методи різних наук: при польових дослідженнях – ґрунтознавства, ландшафтознавства, землеробства, геофізики, екологічних досліджень; при лабораторних дослідженнях – геофізики з модифікаціями, що стосуються транспортування та вимірювання зразків. Максимально враховано вимоги нових ДСТУ з ґрунтознавства, які уніфіковано з сучасними європейськими.

Предметом розгляду дослідження є деякі магнітні властивості ґрунтів – в основному, питома магнітна сприйнятливість. Магнітна сприйнятливість розглядається як похідна діяльності факторів ґрунтотворення – складових ґрунтотворого процесу. Окремо розглядається вплив антропогенного фактора на перерозподіл магнітних мінералів в геоценозі – в основному як результат сільськогосподарської діяльності (на території Лівобережжя України розораність деяких ґрунтів складає 75–90%), що важливо не тільки для потреб безпосередньо аграрного сектора економіки, а й для проведення екологічного моніторингу стану землекористування. Величина магнітної сприйнятливості ґрунтів тісно пов`язана з показниками продуктивності ґрунтів – їх родючістю - та може розглядатися як її показник.

Наукова новизна одержаних результатів. На території України це перша робота, в якій масштабно вивчалась магнітна сприйнятливість ґрунтів. У ході виконання роботи було вперше встановлено:

Залежність змін магнітної сприйнятливості типових ґрунтів Лівобережжя від дії факторів ґрунтотворчого процесу (клімату, рельєфу, ґрунтотворчих порід).

Факт зниження величини магнітної сприйнятливості в результаті дії процесів, що негативно впливають на родючість ґрунтів.

Загальнорегіональну тенденцію залежності величини магнітної сприйнятливості від положення ґрунту в ландшафті.

Факт деякого підвищення магнітної сприйнятливості верхнього горизонту типових ґрунтів Лівобережжя внаслідок дії агротехнічних заходів, спрямованих на підвищення родючості (основного обробітку).

Практичне значення одержаних результатів. Результати даної роботи насамперед можуть бути використані для потреб аграрного сектора економіки. Дані про магнітну сприйнятливість верхнього горизонту ґрунтів конкретної виробничої ділянки дають цілісну інформацію про прояви процесів, що негативно впливають на продуктивність ґрунтів.

При проведенні моніторингових екологічних досліджень зміни магнітної сприйнятливості оброблюваних ґрунтів в часі можна встановити ступінь антропогенного навантаження.

Особистий внесок здобувача. Усі основні результати, представлені в роботі, отримані особисто автором в ході досліджень, що проводяться в рамках дослідно-методичних робіт ДП НАК ”Надра України” “Агрогеофізика” та дослідних робіт, що проводяться колективом студентського конструкторсько-дослідного бюро (СКДБ) геологічного факультету Київського національного університету.

У колективних роботах [2 - 3, 5 - 12] автор, разом з А.В.Сухо радою, брав безпосередню участь у плануванні досліджень, відборі проб, їх лабораторних вимірюваннях та інтерпретації отриманих результатів. При проведенні робіт [1, 4] використовувались проби, надані проф. А.Д.Балаєвим та О.М.Ванжулою: автор брав участь в лабораторних вимірюваннях та інтерпретації отриманих результатів. При підготовці роботи [13] автор брав участь в відборі проб та обробці частини результатів лабораторних досліджень, використаних при її написанні, а також при проведенні ландшафтних досліджень.

Апробація результатів дисертації. Матеріали за темою дисертації були представлені на IV, V та VI міжнародних наукових конференціях “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища” (Київ, 2003 - 2005) та науковій конференції “Декада ландшафтних досліджень на зламі тисячоліть” (Канів, 2005).

Публікації. За темою дисертації автором опубліковано 13 наукових праць, у тому числі 4 статті, з них 3 у фахових виданнях, 9 доповідей на міжнародних наукових конференціях.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 6-ти розділів, висновків, списку літератури з 106 найменувань та додатку. Загальний обсяг роботи - 136 сторінок, з них 119 сторінок тексту, 27 таблиць та 17 рисунків.

Автор роботи висловлює щиру подяку науковому керівникові, кандидату геолого-мінералогічних наук Анатолію Васильовичу Сухораді за допомогу та підтримку при підготовці дисертаційної роботи. Також автор висловлює подяку колективу кафедри геофізики геологічного факультету Київського національного університету імені Тараса Шевченка за цінні поради, консультації та підтримку у проведенні досліджень, колективам СКДБ геологічного факультету Київського університету та ДП НАК “Надра України” “Агрогеофізика” за допомогу в проведенні досліджень, заступнику голови держадміністрації Зіньківського району Полтавської області М.С.Ткачику за надані картографічні матеріали та допомогу в проведенні досліджень, професору М.І.Полупану, завідуючу відділом палеогеографії Інституту географії НАНУ Ж.М.Матвіїшиній, завідуючу кафедрою охорони ґрунтів Київської державної аграрної академії професору А.Д.Балаєву та старшому науковому співробітнику ННЦ “Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н.Соколовського” В.Б.Солов’ю за допомогу та цінні поради під час проведення ґрунтознавчої частини дослідження, доктору географічних наук Ю.Г.Тютюннику за допомогу під час проведення ландшафтознавчої частини досліджень, директору ДП “Агрогеофізика” В.О.Овчаренку за плідну співпрацю під час виконання роботи.

Окремо слід відзначити, що роботи з вивчення магнітних властивостей ґрунтового покриву в нашій країні були ініційовані керівництвом Державного комітетету геології та використання природних ресурсів та зокрема за безпосередньої участі його тодішнього голови С.В.Гошовського, якому автор висловлює щиру подяку.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність роботи, зазначено її важливість, викладено основні завдання дослідження, визначено об`єкт і предмет досліджень, обґрунтовано новизну та практичну цінність, наведено загальну характеристику роботи.

У першому розділі наведено розгляд магнітної сприйнятливості не тільки як фізичної величини, а і як однієї з магнітних властивостей ґрунтів, описано різні її види.

Також до першого розділу ввійшов аналіз стану проблеми. Розкрито історію досліджень магнітної сприйнятливості ґрунтового покриву, які розпочались ще в 50-х роках минулого століття. Спершу дані дослідження мали, в основному, діагностичне значення, потім з розвитком апаратурної бази вони почали застосовуватись для визначення потреб ґрунтів в хімічній меліорації, діагностики ерозійних процесів. Вивчення магнітної сприйнятливості також знайшло своє застосування в екологічних дослідженнях, археології.

У другому розділі подано опис методики досліджень, при відборі проб і при проведенні лабораторних робіт. Також тут подано коротку принципову схему застосування магнітної сприйнятливості ґрунтів (як похідної трансформації сполук заліза в ґрунтах) - як показника ходу ґрунтотворчого процесу.

Найбільш вивченою характеристикою магнітних властивостей ґрунтів є різні види магнітної сприйнятливості. При проведенні даного дослідження використовувались вимірювання питомої та об’ємної сприйнятливості.

Питома магнітна сприйнятливість вимірювалась в лабораторних умовах за допомогою капамістка KLY-2 виробництва Чехословаччини. Похибка при проведенні досліджень становить близько 1 %. Прилад заводом-виробником (“Геофізика”, Брно) рекомендовано використовувати для вимірювання об’ємної магнітної сприйнятливості гірських порід, але рядом сучасних дослідників (в результаті перерахунку до маси зразка) рекомендований для визначення і питомої магнітної сприйнятливості. Взагалі, методичною основою для педомагнітних досліджень стали більш розвинуті на той час методи для вивчення магнетизму гірських порід. При написанні роботи використано дані понад 2400 визначень магнітної сприйнятливості.

Об’ємна магнітна сприйнятливість вимірювалась за допомогою приладів типу КТ-5 (виробництва Чехословаччини).

Основна частина досліджень здійснена в межах раніше створеної загальнодержавної мережі агрогеофізичних стаціонарів та агрогеофізичного полігону – територіальних утворень з типовим для даної природно-кліматичної зони ґрунтовим покривом та рельєфом. На території кожного з елементів загальнодержавної агрогеофізичної мережі було вибрано репрезентативні частини для більш детального вивчення – пробні майданчики, що передбачено ГОСТ 27593-88. .Подібна методика застосовується при проведенні екологічних досліджень (при вивченні такого показника як стійкість геосистеми до навантажень).

При описі ґрунтових розрізів автор використовував прийняту в Україні індексацію ґрунтових горизонтів О.Н. Соколовського.

Польові роботи концентрувались по системі профілів, що проходять через всі елементи ландшафтів, які характерні для кожного стаціонару. Крок відбору основної частини зразків 30 м.

При проведенні даного дослідження було враховано спорідненість даної роботи з ґрунтознавством, тому при виконанні дослідів максимально враховувались вимоги стандартів по ґрунтознавству. Процес відбору і транспортування відібраних проб відбувався згідно з вимогами ДСТУ в галузі ґрунтознавства. Основою для створення цього документу став раніше діючий ГОСТ, проте в умовах застосування для досліджень переважно приладів виробництва країн Європейського Союзу перехід на стандарти системи ISO (з якою і уніфіковано вимоги нових стандартів ДСТУ) є необхідним.

Також окремим підрозділом включено огляд основного джерела магнетизму в ґрунтах – мінералів заліза. Коротко викладено основні принципи утворення педогенних мінералів заліза, що проявляють досить значні магнітні властивості.

Відзначено переваги визначення магнітної сприйнятливості (експресність та наближеність до природного стану при вимірюваннях) та роль магнітної сприйнятливості в ряду інших характеристик ґрунтового покриву.

У третьому розділі подано загальний опис територіальних утворень, на яких проводились дослідження. Більша частина даних, використаних при написанні даної роботи, була отримана на території спеціально виділених ділянок, кліматичні та ландшафтні умови яких є репрезентативними для конкретної природно-кліматичної зони. В даному розділі подано опис ґрунтових та ландшафтних умов кожної з дослідних ділянок, докладно описані умови та ландшафтне положення ділянок безпосереднього відбору проб.

Типові ґрунти Полісся вивчались на території ділянок “Вишеньки” (Вишеньківської сільської ради Бориспільського району Київської області), де розвинуті ґрунти болотного генезису, та “Хрулі” (Бодаквянської сільської ради Лохвицького району Полтавської області). Остання хоча й розміщена географічно в північній частині лісостепової зони, за ґрунтовими та ландшафтними умовамию близька до зони Полісся. В її межах було детально досліджено дернові ґрунти, чорноземи опідзолені та слабоглибокосолонцюваті.

Ґрунти Лісостепу вивчалися на території ділянки “Конони” (Великопавлівської сільської ради Зіньківського району Полтавської області), де розвинуті сірі та темно-сірі лісові ґрунти та чорноземи типові. Ґрунтовий покрив Степу вивчався на території двох ділянок: північної – “Слобожанський” (Яковенківської сільської ради Балаклійського району Харківської області) де розвинуті чорноземи звичайні та південної – “Південний” (Надєждинської сільської ради Приазовського району Запорізької області) де розвинуті темно-каштанові ґрунти. Таким чином дослідженнями було охоплено переважну частину ґрунтів, що мають значення для аграрного сектора економіки.

До третього розділу також ввійшов опис деяких властивостей (морфологія, родючість) основних зональних ґрунтів вибраних природно-кліматичних зон. Визначено роль основних факторів ґрунтотворення при формуванні номенклатури ґрунтів кожної з природно-кліматичних зон Лівобережжя.

Топографічною основою для схематичного зображення ділянок досліджень стала топокарта Генерального штабу ЗС СРСР масштабом 1:100000.

У четвертому розділі подано оригінальні результати вимірювань магнітної сприйнятливості ґрунтового покриву репрезентативних ділянок території Лівобережжя. Переважна частина досліджень ґрунтового покриву проводилась по профілям, які являли собою повну ґрунтову катену (від плакору до місцевого базису ерозії) – за винятком окремо виділених випадків. Звичайно на одному об’єкті вивчалися катени як залучені в сільськогосподарське виробництво, так і ті, що зазнали мінімального антропогенного впливу.

На території ділянки “Хрулі” досліджувались дві ґрунтові катени – одна антропогенно змінена (профіль проходив через ділянки польової сівозміни) і друга – природна (профіль проходив від русла ріки Сула до плакору облісненого корінного берега).

Типовим є розподіл значень магнітної сприйнятливості ґрунтів природної катени. Катена розташована на ділянці від русла ріки Сула до плакору на правому корінному березі. Ґрунтовий покрив змінюється від піску річкового русла, лугових та лугово-болотних ґрунтів на алювіальних відкладах заплави до сірих опідзолених та сірих лісових ґрунтів надзаплавних терас. Величина магнітної сприйнятливості ґрунтів залежить від того, в якому з видів елементарного геохімічного ландшафту знаходиться ділянка відбору. Якщо для ділянок з субаквальних елементарних геохімічних ландшафтів магнітна сприйнятливість в межах 4–11*10-9од.СІ*м3/кг то для ділянок, розташованих на супераквальних елементарних геохімічних ландшафтах, він підвищується і лежить в межах 51–132*10-9од.СІ*м3/кг (рис.1).

Для елементарних геохімічних ландшафтів, що знаходяться на надзаплавній терасі, найвищі значення належать елювіальним. Ґрунт з поряд розташованих елювіально-акумулятивних елементарних геохімічних ландшафтів має нижчу сприйнятливість. Сприйнятливість елементів корінного берега також зростає в ряду елювіально-акумулятивні – транселювіальні – елювіальні (рис 1).

Рис 1. Магнітна сприйнятливість ґрунтів елементарних геохімічних ландшафтів природної катени (Лохвицький район Полтавської області).

Умовні позначення: 1 - субаквальні ЕГЛ, 2 – супераквальні ЕГЛ, 3 – транселювіальні ЕГЛ, 4 – елювіально-акумулятивні ЕГЛ, 5 – акумулятивно-елювіальні ЕГЛ, 6 - елювіальні ЕГЛ.

Отже, для елементів цієї катени спостерігається тенденція збільшення величини магнітної сприйнятливості поверхневого шару ґрунтів з підвищенням висоти розташування точки відбору в ландшафті. На нашу думку, в цьому випадку зміни в межах одного урочища (підурочища) обумовлені таким фактором, як рівень стояння ґрунтових вод, що найкраще проілюстровано на прикладів ґрунтів заплави. На інших ділянках зниження значень магнітної сприйнятливості спостерігається на тих елементах, основу рослинності верхнього ярусу складають вологолюбиві види (вільха).

Антропогенно змінена ділянка розташована на лівому березі ріки Сула. Згідно ґрунтовою картограмою, в прохідній долині розвинутий чорнозем глибоко залишково-солонцюватий, потім з виходом на терасу – чорнозем опідзолений, на корінному схилі – чорнозем глибокий слабкозмитий, на плакорі – чорнозем глибокий малогумусний. Для контролю даних використовуваної ґрунтової картограми було описано 3 ґрунтових розрізи; отримані матеріали показали повну їх відповідність результатам ґрунтової зйомки.

Місцевість характеризується як пагорбо-хвиляста рівнина, що розчленована яружно-балочною сіткою, закріпленою в окремих місцях полезахисними лісосмугами. На території дослідження поля сівозмін обмежені, в основному, згаданою балочною сіткою. Цей факт знайшов своє відображення у формі графіків магнітної сприйнятливості окремих полів катени (ґрунтових видозмін) – початкові і кінцеві пункти кожного з під профілів, згідно з розміщенням в ландшафті, мають мінімальні значення.

Рис 2. Магнітна сприйнятливість чорнозему глибокозалишково–солонцюватого (Лохвицький район Полтавської області).

Умовні позначення:

1 – Графік значень магнітної сприйнятливості ґрунтів профілю.

2 - Схема рельєфу профілю.

Чорнозем глибокозалишковосолонцюватий розміщений в урочищі “прохідна долина”. Тут було виконано два взаємоперпендикулярні профілі. Мінімуми в тт. 1 - 5 та 29 - 42 на графіку (рис. 1) співпадають з максимумами проявів сольових процесів, дію яких можна спостерігати по стану ґрунтової поверхні (жорстка ґрунтова кірка, гірша оструктуреність ґрунту на ділянках, де спостерігались мінімуми значень магнітної сприйнятливості).

Чорнозем опідзолений розташований на схилі корінного берега. Графік значень магнітної сприйнятливості подано на рис 2.

Ділянка з чорноземом опідзоленим розташована на схилі вододільного плато. Схил укріплений від розмивання кількома лісосмугами, проте вздовж схилу розвинуто два яри, один з них глибиною понад 10 м. На ділянці про простяганню профіля розвинуті також кілька улоговин, їх існування відображено в тт. 15 - 18, 33 - 37 та 42 - 46. На першій частині профілю сітка улоговин більш мілка, але одночасно з явними ознаками ерозійних процесів тоді як в другій частині профілю дві ложбини значно пологіші. Материнська порода тут більш легкого механічного складу ніж на інших ділянках катени, що, на нашу думку, послужило одним із чинників розвитку підзолистих процесів та процесів розвитку водної ерозії.

Рис 3. Магнітна сприйнятливість чорнозему опідзоленого (Лохвицький район Полтавської області).

Умовні позначення:

1 – Графік значень магнітної сприйнятливості ґрунтів профілю.

2 - Схема рельєфу профілю.

Зона Степу займає більше 40% території Лівобережжя. Ця зона розділяється (за широтною ознакою) на дві досить великі підзони – північну та південну. З огляду на цей факт, було зроблено досліди в північній частині зони – зоні розповсюдження чорноземів звичайних. Основну частину даних по підзоні Північного Степу отримано з території агрогеофізичного стаціонару “Слобожанський”. Основну частину даних по підзоні Південного Степу було отримано на території агрогеофізичного стаціонару “Південний” .

Статус агрогеофізичного полігону передбачає вивчення змін магнітних властивостей ґрунтів внаслідок активного та цілеспрямованого втручання людини через агротехнічні заходи. Тому прості спостереження як на фіксованих майданчиках, так і на території катен тут доповнено більш ускладненими дослідами по вивченню зміни магнітних властивостей в часі та під впливом обробітку ґрунту сільськогосподарськими знаряддями.

В рамках цього дослідження вивчались два аспекти, пов’язані з часом: залежність магнітних характеристик від часу, що пройшов від останнього перемішування орного шару (основного обробітку), та зміна розподілу магнітної сприйнятливості поверхневого шару ґрунтів за сезон.

Рис 4. Залежність значень магнітної сприйнятливості орного шару чорнозему звичайного від терміну останього обробітку чорнозему звичайного.

Варіант “1” - ділянка, на якій основний обробіток проводився близько 14 місяців до відбору проби;

Варіант “2” - ділянка, на якій основний обробіток (полицева оранка) на глибину 25-27 см проводився за 15 днів до відбору проб;

Варіант “3” – ділянка, на на якій основний обробіток (полицева оранка) на глибину 23-25 см проводився за 100 днів до відбору проб.

Варіант “4” – проби відбиралися в прилеглій до ділянки лісосмузі. Від останнього обробітку цієї території пройшло понад 35 років.

.На полі №2 агрогеофізичного полігону “Слобожанський” виділено ділянку, призначену для вивчення розподілу магнітної сприйнятливості орного шару чорнозему звичайного в залежності від терміну, який минув після останнього обробітку. Ділянка має південний схил крутизною 2-3о, розташована на транселювіальному елементарному геохімічному ландшафті та має площу близько 2 га (100200м). Вивчено зміни магнітної сприйнятливості по 3 варіантах та додатково зроблено аналогічні вимірювання по необробленій території.

Для відбору проб на кожному з варіантів було зроблено по 3 прикопки на глибину близько 40 см. Результати вимірювань подано в рис.4.

Дані, подані на рис.4, показують поведінку зміни магнітної сприйнятливості чорнозему під дією основного обробітку ґрунту. Так, магнітна сприйнятливість шарів ґрунту ділянки, на якій від дати останнього обробітку пройшло близько року (варіант 1) практично ідентична відповідному показнику цілинної ділянки (варіант 4). Ті варіанти, де порівняно недавно було проведено основний обробіток, характеризуються відсутністю різниці значень між окремими шарами (внаслідок механічного перемішування). Суттєвий приріст значень магнітної сприйнятливості спостерігається у варіанті 3 – саме після 3 місяців від дати основного обробітку ґрунт є найбільш оптимальним з точки зору оцінки його агротехнічних властивостей.

Визначено основні тенденції розподілу магнітної сприйнятливості під дією факторів ґрунтотворення та, зокрема, антропогенного впливу.

У п’ятому розділі показано вплив окремих факторів ґрунтотворчого процесу на магнітні властивості ґрунтів. Спершу описано вплив часу. Час – фактор ґрунтотворення, дію якого на магнітні характеристики ґрунтів інструментальним способом оцінити дуже важко. Ця залежність, порівняно з іншими, є вивченою недостатньо. Відомі праці з вивчення магнітної сприйнятливості ґрунтів протягом сезону, що пояснювалось дослідниками (Водяницький, 1989) різною активністю мікрофлори в різні пори року. Магнітна сприйнятливість ґрунтів – досить динамічний показник. Він може змінювати своє значення в результаті фізичного впливу (висихання) в часі. Причому можуть змінюватись як об’ємна так і питома сприйнятливість.

Взагалі, механізм впливу режиму зрошення або осушення на магнітні властивості ґрунтів пов’язаний зі зміною такого показника ґрунтів, як окислювально-відновний потенціал [ОВП]. Вважається, що для синтезу високомагнітних оксидів заліза необхідні підвищені значення ОВП, і навпаки, при понижених значеннях ОВП синтезуються сполуки заліза, які проявляють парамагнітні властивості. Причому зміни магнітної спийнятливості властиві не тільки при значних змінах вологості ґрунтів, а й при висиханні ґрунтів від польової до повітряно-сухої вологості. Нами було проведено дослід по вивченню зміни магнітної сприйнятливості деяких ґрунтів під час висихання. Відібрано зразки з генетичних горизонтів деяких типових зональних ґрунтів Лівобережжя, після транспортування яких в герметичній тарі було виміряно їх питому магнітну сприйнятливість. Після цього зразки були висушені протягом 3 днів без застосування додаткового тепла до повітряно-сухої вологості, та знову було проведено вимірювання магнітної сприйнятливості зразків. Результати вимірювань подано на рис 5.

Рис. 5. Зміна магнітної сприйнятливості горизонтів деяких типів ґрунтів Лівобережжя.

Світлим кольором показано МС зразків при польовій вологості, темнішим – при повітряно-сухій вологості.

Як показано на рис. 5, при висиханні зразків майже в усіх випадках обЧємна магнітна сприйнятливість зразків ґрунту зменшувалась. Найменші зміни обЧємної магнітної сприйнятливості зафіксовано в зразках з нижніх горизонтів ґрунтового профілю, тобто ґрунтотворчої породи. Це, на нашу думку, свідчить про низьку відновлювальну здатність ґрунтотворчих порід, що зафіксовано в низці описаних дослідів.

У звЧязку з втратою вологи зразками під час висихання питома магнітна сприйнятливість більшості зразків збільшилась. Приріст значень магнітної сприйнятливості не пропорційний до втрати вологи під час висихання. Найбільший приріст питомої магнітної сприйнятливості зафіксовано у верхніх горизонтах.

Також можна зробити попередній висновок, що найвищі прирости значень питомої магнітної сприйнятливості характерні для ґрунтів та горизонтів, що відзначаються більш важким механічним складом – чорнозему звичайного, сірого лісового, верхніх більш гумусованих горизонтів дерново-підзолистих ґрунтів.

Істотним фактором ґрунтотворення, що безпосередньо впливає на глибину залягання підземних вод і опосередковано - на розподіл гранулометричного складу ґрунтів, є рельєф.

Так, на місцевому рівні (окремо взятого урочища) значні зміни в перебіг ґрунтотворчого процесу, а отже і на стан ґрунтових мінералів, вносяться змінами рельєфу. Ступінь зміни магнітних властивостей ґрунтів від положення ґрунту в ландшафті описано для багатьох природних зон. Вони пояснюються як варіюванням мікроклімату фацій внаслідок інсоляційної ізомерії, різним вологозабезпеченням ділянок ( внаслідок як змін рівня ґрунтових вод, так і змін відношень “опади/стік”), спрямованістю потоку речовини та рядом інших факторів.

Результати вимірювань магнітної сприйнятливості ґрунтів різних елементів ландшафту свідчать, що величина магнітної сприйнятливості ґрунтів залежить від того, в якому з видів елементарного геохімічного ландшафту знаходиться ділянка відбору. Якщо для ділянок з субаквальних елементарних геохімічних ландшафтів магнітна сприйнятливість в межах 4 – 11*10-9м3/кг, то для ділянок, розташованих на супераквальних елементарних геохімічних ландшафтах, він підвищується і лежить в межах 51–132Ч10-9м3/кг (рис. 1).

На основі даних розділу можна зробити висновок про те, що зміни магнітних властивостей ґрунтів головним чином відображають напрямок руху речовини в ландшафті (від вище розташованих елементів до нижчих). Висока дисперсія значень на макро- і на мікрорівнях швидше за все свідчить про схильність як ландшафту в цілому, так і окремих його фацій до проявів ерозійних процесів.

Цей висновок підтверджується даними таблиці 1.

Таблиця 1.

Питома магнітна сприйнятливість верхнього шару ґрунтів дослідної ділянки №2 агрогеофізичного полігону “Слобожанський” (чорнозем звичайний, Балаклійський р-н. Харківської області)

Номер точки | Магнітна сприйнятливість, *10-9м3/кг

Рівнина | Верхня частина схилу | Середня частина схилу | Нижня частина схилу

1 | 794 | 779 | 811 | 599

2 | 820 | 822 | 752 | 660

3 | 781 | 820 | 786 | 706

4 | 808 | 813 | 734 | 720

5 | 757 | 824 | 722 | 693

6 | 785 | 777 | 757 | 720

7 | 803 | 812 | 731 | 662

8 | 798 | 765 | 775 | 693

9 | 806 | 816 | 712 | 721

10 | 773 | 865 | 757 | 698

Середнє арифм. | 792,5 | 809,3 | 753,7 | 687,2

Стандартне. відхилення | 18,7 | 29 | 30,6 | 38

Аналізуючи основні статистичні показники даних про магнітну сприйнятливість різних геоморфологічних елементів (табл. 1), слід відзначити чітку тенденцію росту дисперсії значень при переході на більш ерозійно небезпечні ділянки: ряд рівнинна частина – верхня частина схилу – середина схилу – нижня частина схилу. Отже, наявність і ступінь прояву ерозійних процесів на території ділянки можна простежити за змінами середніх показників магнітної сприйнятливості, які знижуються вниз по схилу.

Поряд з факторами ґрунтотворчого процесу, що є природними, все більшого впливу на перебіг процесів ґрунтотворення завдає так званий антропогенний вплив. В ході даного дослідження, враховуючи переважно аграрне спрямування роботи, вивчалася, в основному, аграрна складова антропогенного впливу на ґрунти.

Виявлено, що головний вплив на величину магнітної сприйнятливості вноситься такими факторами ґрунтотворення як рельєф та ґрунтотворча порода, що підтверджується даними по всіх вивчених ділянках. Антропогенні зміни, як правило є нестійкими та мають локальний характер.

Шостий розділ присвячений аналізу зв’язку магнітної сприйнятливості та продуктивності біогеоценозу. Тут, власне, показано ступінь важливості застосування магнітометрії в аграрному виробництві та природоохоронній галузі. Проаналізовано розповсюдження та роль заліза в біогеоценозі, роль організмів в зміні магнітних властивостей ґрунтів. Зокрема зіставлено елементи родючості та магнітну сприйнятливість ґрунтів. На основі отриманих даних зроблено попередній висновок про те, що заходи, спрямовані на підвищення родючості ґрунтів, зазвичай, призводять і до деякого підвищення значень магнітної сприйнятливості верхнього горизонту ґрунтів і, навпаки, чинники, що спричиняють погіршення загальної родючості ґрунтів, як правило, спричиняють і зниження магнітних властивостей ґрунтів.

ВИСНОВКИ

Отримані після проведення дослідження результати дають змогу зробити наступні висновки:

1. Ґрунтовий покрив на території Лівобережжя повинен сприйматися як магнітоактивний горизонт, магнітна сприйнятливість якого може бути значно вища за магнітну сприйнятливість переважної частини нижче розташованих геологічних тіл. Особливо цей факт повинен бути врахований при проведенні високоточних магніторозвідувальних детальних робіт.

2. Магнітна сприйнятливість ґрунтового покриву Лівобережжя має чіткі особливості її розподілу в ландшафті та біогеоценозах. Вона значною мірою залежить від гіпсометрії ділянки відбору. Встановлено загальнорегіональну тенденцію підвищення значень магнітної сприйнятливості з підвищенням положення ґрунту в ландшафті. Користуючись класифікацією елементарних геохімічних ландшафтів (ЕГЛ), встановлено факт спадання значень магнітної сприйнятливості в ряду елювіальний ЕГЛ – транселювіальний ЕГЛ – супераквальний ЕГЛ – субаквальний ЕГЛ. Існують факти відхилення значень магнітної сприйнятливості під дією локальних процесів, що є одним із способів діагностики цих процесів. У ході виконання роботи було встановлено зниження величини магнітної сприйнятливості ґрунтів Лівобережжя від прояву процесів, які негативно впливають на загальну родючість ґрунтів – сольові, гідроморфні та ерозійні процеси. Встановлено, що ерозійні процеси впливають не тільки на середню арифметичну величину показника магнітної сприйнятливості, а й на дисперсію значень магнітної сприйнятливості верхнього горизонту ґрунтового покриву еродованої ділянки.

3. Магнітна сприйнятливість є досить динамічною в часі характеристикою, що залежить і від перебігу сучасних процесів ґрунтоутворення. Зміни значень магнітної сприйнятливості можна умовно розділити на довготривалі (зміни, обумовлені утворенням власне ґрунту з ґрунтотворчої породи під дією ґрунтотворчого процесу) та короткотривалі (вони зникають протягом відносно коротких періодів часу), що обумовлені порушенням ходу природного ґрунтотворчого процесу. Визначено, зокрема, що більшість довготривалих змін обумовлені дією таких факторів, як рельєф та ґрунтотворча порода. Встановлено також залежність зміни магнітних характеристик від часу – зі збільшенням проміжку часу від останнього обробітку ґрунту його магнітні властивості поступового набувають рис, притаманних цілинним. Зниження вологості ґрунтів у природних умовах звичайно підвищує значення питомої магнітної сприйнятливості. Особливо це стосується горизонтів з вищим вмістом гумусу, тоді як у зразках ґрунтотворчих порід значних змін значень магнітної сприйнятливості не зафіксовано.

4. Значних змін у властивості ґрунтів (в тому числі і магнітні) вносить господарське втручання людини. В ході наших робіт показано, що господарська діяльність людини може як позитивно так і негативно впливати на величину магнітної сприйнятливості ґрунтів. Так, основний обробіток ґрунту зазвичай активізує процеси, що підвищують магнітну сприйнятливість ґрунтів (на вивчених ділянках з чорноземними ґрунтами до 7 - 10 %). Найвищі зміни магнітної сприйнятливості зафіксовані при спробах корінним чином вплинути на напрям вектора ґрунтотворчого процесу – гідро- та хімічною меліорацією. Зміни, що вносяться обробітком ґрунту чи місцевим внесенням агрохімікатів, як правило, носять тимчасовий характер та не стосуються всього ґрунтового профілю.

Наведені вище висновки дають змогу створити в майбутньому технологію, яка б дозволила на основі даних про величину магнітної сприйнятливості говорити про інші властивості відповідних ґрунтів. Проте густа сітка відібраних та вивчених проб ґрунтового покриву території вже зараз дає змогу зробити висновок про відносну родючість окремої ділянки, виявити місця прояву процесів, що негативно впливають на загальну продуктивність біогеоценозу. Значна величина дисперсії значень магнітної сприйнятливості ґрунтів ділянки свідчить про високу ступінь прояву негативних процесів.

Головні положення дисертації опубліковані в роботах:

Балаєв А.Д., Сухорада А.В., Круглов О.В. Магнітна сприйнятливість окремих фракцій чорнозему типового // Тези доп. IV Міжнародної наукової конференції “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. – Київ, 2003. – С.134-135.

Науменко Т.І., Круглов О.В. Про магнітні властивості рослинності в техногенно забруднених районах України: перші результати // Тези доп. IV Міжнародної наукової конференції “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. – Київ, 2003. – С.135.

Сухорада А.В., Круглов О.В. Особливості розподілу магнітної сприйнятливості ґрунтового покриву агрогеофізичного стаціонару “Хрулі” // Тези доп. IV Міжнародної наукової конференції “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. – Київ, 2003. – С.138-139.

Сухорада А.В., О.В. Круглов, О.М.Ванжула. Вплив сольових процесів на магнітну сприйнятливість ґрунтів // Тези доп. IV Міжнародної наукової конференції “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. – Київ, 2003. – С.139-140.

Сухорада А.В., Круглов О.В. Родючість ґрунтів як предмет агрогеофізичних досліджень // Вісник Київського ун-ту. Сер.Геологія. Вип. 29-30, 2004. с.76-79.

Сухорада А.В., Круглов О.В. Порівняння значень магнітної сприйнятливості ґрунтів при природній та повітряно-сухій вологості // Мат. доп. V Міжнародної наукової конференції “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. –Київ, 2004. – С.150-151.

Сухорада А.В., Круглов О.В. Магнітна сприйнятливість фракцій механічного складу дерново-підзолистого ґрунту // Мат. доп. V Міжнародної наукової конференції “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. – Київ, 2004. –С.151-152.

Сухорада А.В., Круглов О.В. Вплив механічного обробітку на магнітні властивості ґрунтів // Мат. доп. VІ Міжнародної наукової конференції “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. – Київ, 2005. – С. 135.

Сухорада А.В., Круглов О.В. Магнітні властивості ґрунтів Лівобережжя України // Мат. доп. VІ Міжнародної наукової конференції “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. – Київ, 2005. – С. 136– 137.

Сухорада А.В., Круглов О.В. Залежність магнітної сприйнятливості від вологості проб ґрунту // Вісник Київського ун-ту. Сер.Геологія. Вип. 35, 2005. - С.90–91.

Сухорада А.В., Круглов О.В. Системні дослідження магнітних властивостей орного шару деяких ґрунтів Лівобережжя України // Вісник Київського ун-ту. Сер.Геологія. Вип. 34, 2005. - С.45-49.

Сухорада А.В., Круглов О.В. Значення плужної підошви для агрогеофізичних досліджень // Тези доп. IV Міжнародної наукової конференції “Моніторинг небезпечних геологічних процесів та екологічного стану середовища”. – Київ, 2003. – С.143-144.

Сухорада А.В., Бондар К.М., Круглов О.В., Матвіїшина Ж.М., Меньшов О.І. Магнітні властивості грунтів та їх положення в ландшафті // Фізична географія та геоморфологія: міжвідомчий науковий збірник. – 2005. – Вип. 49. – С. 36-43.

АНОТАЦІЯ

Круглов О.В. Магнітна сприйнятливість верхнього горизонту ґрунтів Лівобережжя України. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.22 – геофізика. – Київський національний університет імені Тараса Шевченка, Київ, 2007.

Дисертація присвячена дослідженню магнітної сприйнятливості основних ґрунтів Лівобережжя України, вивченню ступеня її інформативності для аграрного виробництва та для визначення антропогенного навантаження на ґрунти. Результати дослідження