Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Магнитоминералогия ферраллитных почв

ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Магнитоминералогия ферраллитных почв"

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО НАРОДНОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

Физический факультет

Специальность: 04.00.22 — геофизика

На правах рукописи

РОМАНЮК Анатолий Валентинович

МАГНИТОМИНЕРАЛОГИЯ ФЕРРАЛЛИТНЫХ ПОЧВ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ДТосква — 1990 г.

Работа выполнена на кафедре физики Земли физического факультета МГУ.

Н а у ч н ы и руководитель: Доктор физ.-мат. наук, профессор В. II. Трухнн.

Официальные оппоненты:

Доктор фпз.-.мат. наук В. II. Бапш. Кандидат биологических наук П. Н. Берсзин.

Ведущая организация:

Камский научно-исследовательский институт комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин НПО "Недра", г.Ярославль.

Защита состоится • 20. /// 1990 г. П

сов, в аудитории /-J^na заседании специализированного сонета по геофизике К.053.05.25 в Московском государственном университете по адресу: 119S99, Москва. Ленинские горы, физический фак\.|ьтет .МГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке физического факультета МГУ.

Авторефера! разослан Л- ; У.1 1990 года.

- I -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Представленная работа является продолжением исследований почв как этапа бисгеохимической -трансформации горных пород, проводимых в лаборатории геомагнетизма кафедры физики Земли МГУ. Актуальность теми. Изучоние магнетизма верхних слоев земной коры привело к необходимости изучений магнитных свойств почв, являющихся пограничным слоем между твердыми породами и атмосферой, в котором происходит обмен между'ними веществом и энергией. Почвы. в качестве объекта исследований, интересны как с точки зрения изучения особенностей структуры содержащихся б них Ферримагнитных минералов, тек и практического применения методов магнетизма горных пород для определения состава и количества различии видов оксидов и гидроксидов железа. ЭТИ соединения, поступающие из горных пород, атмосфер«, либо «тезирующиеся. 1Л 81 ш. участвуют в протекании почвообразовательных процессов (Зонн,19821. Вследствие етсго, почвы обладают не только унаследованным, но и собственным магнетизм«»» приобретенным в ходе их развития во взаимодействии с магнитным полем Земли« а их магнитные свойства отличаются от свойств подстилающих пород как ло величине магнитных лараметров, так и по состав; ферримягнитной Фракции. Минералогия соединений, их дисперсность зависят от условий почвообразования, типа почвооб-разуюзей порош и термодинамической устойчивости в данных почвенных условиях.

Особое место средй почв занимают ферралгатныс почвы, отличающиеся ваивысоей интенсивностью внутренних физико-химических процессов, глубиной трансформации вочвообразущего материала, а также рядом других параметров, приводящих в результате к высокому уровню плодородия. Эта почвы обладают и наиболее высокими магнитными свойствами (магнитная восприимчивость достигает ГБОО-ЗСХУ» см3/г, а намагниченность насыщения - 1-2.5 Гс-см5/г ГБабанин В.Ф..1906; УгИара1Г1к.19891. При этом, однако, механизм формирования столь интенсивного магнетизма у них остается невыясненным.

Во многом это вызвано сложностью и неоднозначностью идентификации почвенных соединений «члеза за счет многообразия минеральных форм, низким относительны« содержанием ферримагнитных соединений, их высокой дисперсностью. Хотя опыт последьих лет (1л Зогепе, 1956; Васильев В.В.,1060: Руьвщева Т.Н. Д964;Бабанин В.Ф..1971; Вирина Е.И.,1972; Злобина Л.И.,1985; Водянпцкий Ю.Н.,1989) пока-

зал, чго магнитные измерения часто оказывался эффективными при диагностике минералов железа в почвах, литературные данные по маг-ввтшш измерениям почв противоречива. Это связано с недостаточной разработанностью способов црилеиения магнитных методов к почвам в интерпретации результатов. Поэтому актуальной является в задача дальнейшего изучения магнетизма почв, исследования возможностей методов; накопление экспериментального материала, сопоставление результатов, полученных с помощью других физических методов, разработка способов интерпретации результатов ори решении прямых в обратных »адач.

Цель работы состоит в установлении механизм*, формирования магнетизма ферраллитных почв. Исходя из этой цели были поставлены сле-дуквдее задачи:

- усовершенствование экспериментальной установки по получению термомапштшх данных, автоматизация процессов сборе и обработка данных, составление пакета программ; •

- определение направления и интенсивности превращений минеральных форм в почве и ее,генетических горизонтах в процессе ферраллитизации почв, их связи с формированием магнитных свойств почв;

- оценка достоверности интерпретации термомагнитных даявых при исследовании органосодерхащих природных объектов.

Для достижения поставленной цела в качестве объектов исследования была выбраны почвы тропической зоны мира, поскольку:

- магнетизм в минералогия ферримапитной фракции этих почв наименее изучены;

- их магнитные свойства наиболее интенсивны в потому удобны для разработки методик измерения в интерпретации магнитных дашшх;

- в пределах втой зош можно выделить почва, находяяиеся на разных стадиях процесса ферраллитизации« что позволило изучить динамику превращения железистых соединений я обусловленных юш магнитных свойств.

При этим иод ферралиткзцией понимает процесс, сопровэжаащийся-распадом первичных минералов и образованием вторично* минералов группы каолинита и галлуазита ш^сугБЮ^г^О) с низким отношением 8102/д1203. Освобождающиеся выветривании гидраты полуторных окислов железа малоподвижны л накапливаются в почвенном слое, в коночном итоге, в форме гематита (Глазовская, 1972!.

Научная новизна работы. Впервые с помощь» методов магнетизма горных пород, мессбауэровской спектроскопия в рентгеновской дифракто-метрии выявлены особенности превращения ферримагнитных минералов под влиянием различных почвообразовательных процессов в тропических красяоцветншс почвах экваториальной части западного и восточного полушария, развитых на различных постилающих породах. Получение магнитные характеристики почв использованы в диагностика минералов железа. Установлено, что магнетизм ферраллитшх почв обусловлен ферримагнитнши соединении® почвенного происхоидения. Составлен пакет прогрэмм, позволявших проводить предварительную обработку экспериментальных данных и после лущил числешшй анализ термомагнитных кривых. Установлено, что при терломагнитных исследованиях фазовые превращения «¿»рркмагнитннх минералов часто обусловлены не.термическими эффектами, а здсствновительными условиями, создаваемыми при распаде органического вещества(450-5С0°С и выше). Количество новообразованных минералов зависит от скорости нагрева-и способа подготовки образцов. Обнарукенные эффекты являются основными отличительными особенностями гумусоаккумулятявных горизонтов почв.

Практическая ценность. Магнитные ¿арактерястикв исследованных почв и пород позволяют установить ш лравленне и интенсивность превращений в них ферримагнитшх минералов под влиянием почвообразовательных процессов. Установленные закономерности, идентифицированные минеральные ассоциации, могут быть использованы при изучения генезиса почв. Выявленные особенности фазовых превращений почвенных минералов при термомагнитном анализе в условиях восстановительной среды могут быть полезны при изучении осадочных пород, содержащих органическое вещество. Получение данные по значениям магнитных* параметров изученных почв представляют самостоятельный интерес при проведении высокоточной микромагштноЯ съемки соответствупцпх регионов мира. Предлонен принцип классификации последовпттнх феррал-литша почв на основе анализа их магнитных свойств и состояппя гелеза. , ■ . . . .

Апробация работы. Основные по-эттания работы обсуждались на семи-, нарах лаборатории геомагнетизма физического факультета ГЯ1?, семинарах лаборатория физики твердого тела кафедры Физики Ярославского политехнического инс-ппута; докладывались па конференциях молодых ученых Ярославского государственного л , ворсятета и Ярое-

лавского политехнического института, IV областной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов (Ярославль. 1966), IV Всесоюзном совещании "Спектроскопия координационных ооедквениа" ("раснодар,1986).

Публикации. По теме диссертации ,опубликовано в работ. Структура я ооьем диссертации.Диссертация состоит из введения, пята глав, заключения иприлокения обоим объемом /страниц, включая ЪО рисунков. /6 таблиц, и списка датируемой литературы из наименований.

содержание работы,

Во Введении обосновывазтся актуальность изучаемой проблемы и Формулируется цель исследования.

Первая глава посвящена анализу современного состояния проблемы изучения магнетизма почв и обусловливающих его сильномагннт-ных соединений колоза: описаны некоторые диагностические нризна- . ки феррикагнитных минералов, наиболее распространен!«* в почвах, а также рассмотрена вероятные источники их происхождения в почвенных условиях.

Систематическое исследование магнитных свойств почв началось в 60-е год», когда при проведении геологоразведочных работ было установлено, что магнитные характеристики почвенногослоя в Подстилающих пород могут сильно различаться [Тикег. 19551. Накопленные данные показывают, что значения магнитной восприимчивости почвенных образцов способны достигать 1000-3000-КУ^аР/г, а намагниченности насыщения - 1-2 Гс см3/г, в Оольвишитве случаев превосходя соответсвующие параметры годстилагаоог пород. Сравнительная доступность почвенного материала первоначально возбудила определенный интерес в плаве геомагнитных исследований. Однако, било показано (Вкрина, 1972), что для почв преимущественной составляющей естественной намагниченности является химическая компонента, т.е. их повшоенный магнетизм обусловлен новообразованием сильномагнитных соединений в результате почвообразовательного процесса. Кроме того. 1п не сохраняет свое первоначальное направление и величину из-за перемешивания почвенной массы живыми организмам и растениями.

Вместе с тем магнитные методы ффективны для диагностики "очв и идентификации содержащихся в ьлс магнитшх соединений.а магнитные параметры закономерно изменяются в полном соответствии со

структуроЯ почвенного профиля, в кривую х(Л) (Л-глубина взятия об разив) стали рассматривать как дополнительную характеристику при изучении почвенных процессов {Вабанин, 1972]. В разных почвах раз. личаются восприимчивости верхних и нихяих горизонтов: в автоморф-внх условиях х поВерхносдах горизонтов превышает % материнской породи; в гидроморфшх, напротив, % часто выше в материнских породах.

Кроме измерения восприимчивости, в ряде исследований анализировались параметры 1а, Тгд, Н^ (Смирнов, 1976; Здобина,1986К , Однако, основным направлением данных работ, по-прежнему, оставалось изучение строения профит н идентификация почвообразовательных процессов.

Исследование соединений шлеза в ферраллнтных почвах происходило, в основной, немагнитными методами <ЯГРС, рвнтгендифрактомет-рия, тержзвесоеой метод, электронная микроскопия) [Stucky, Sclmer-traann, t989 (обзор)?. Подучено, что наиболее характерными соедине-ппями являются А1^заг«е(цейнш форйя готита и гематита, причем >в разных почвах их взаикаое соотношение ногат сально рчрьировать, отражая генетические особенности цаннцх почв. Обнаружены такие ле-падокрскит, феррягйдрит, акагачеит п ферроксигит, Среди сильномагнитных соединений» чзвд всего называется маггемпт, образующийся при ойислешаш магнетита галогенного происхождения {Taylor, 19861.

Но, имеются данные, свидетельствуйте о возможности синтеза магпэтита из гшфоксвдов железа в условиях, близких к почвенным 1Чухров, 1975, Таааига,19в31. А последнее время появился ряд публикаций, в которых на основании термомагпитпого анализа убедительно даказана роль "педогентаго и»чгтатнта в формировании магнитных свойств почвы ШаЬег, 19661.

Из этого следует, что выяснение источников снлыюиагнитных соединений в почвах служит основой понимания механизма формирования их магнетизма. Этот вопрос еще не нашел своего разревенвя, и в первую очередь, из-за отсутствия достаточного количества экспериментальных данных по составу, структуре и размеру частиц ферримаг-нитной 1$ЭЗКЦИН почв.

Во второй главе описаны объекты и метода исследования.

Изучены.следупдйе почвы- вулканическая.почве tf.Pa/ль (груиа Кармадек, 29°ю.ш., 178° в.д.), заторфог тпиая п«чва о. Новая Гвинея, красная ферраллитная почво о.Норфолк (29Рю.и., 78°в.л.), фвррсиал-

дитвая почва о.Вити-Леву (архипелаг Фиджи, 18°ю.ш., 168° в.д.). красные типичная,гидратированная, лессивированная ферраллитные и желто-красная феррсиаллитная почвы о.Куба, темно-бурая и красно-бурая ферраллитные почвы республики Мали в красная феррадлитная в ьодтая феррсиаллитная почвы республики Гвинея (Африка). Все эти почвы имеют рпзличный уровень ожелезнения.

Методика магнитных исследовании включала в себя стандартные методы изучения магнитных свойств и минералогии форрнмагнитных соединений, принятые в магнетизме горных пород. Основные температурные исследования проведены на многофункциональной установке, разработанной и созданноГ в л Моратории геомагнетизма кафедры физики Земли МГУ, дополненой автором блоком автоматического сбора данных и управления (АСДУ).

Блок АСДУ собран яа базе 8-разрядаой микро-ЗВМ RPT-80, физически связанной с ЭВМ EC-IQII и обеспечивает управление экспериментом в реальном масштабе времени. Блок обеспечивает: нагрев и охлаждение образца с заданной скоростью; стабилизацию температуры в любой точке в интервале 2D°-700°C; синхронное детектирование сигнала "от измерительного устройства с последующим запоминанием значений намагниченности и температуры в памяти ЭВМ; создание архивов данных на магнитных носителях; автоматизацию Процесса измерений. Для работы в автоматическом режиме и последующей обработки экспериментальных данных разработан специальный пакет программ.

Съемка спектров ЯГР проведена в лаборатории физики твердого тела Ярославского политехнического института. Установка работает в режиме постоянных ускорений с записью информации в многоканальный анализатор HTA-IQ24. Источником служит Со в матрице *рома, калибровка проводилась относительно нитропруссидэ натрия. Математическая обработка спектров выполнена на ЭВМ 0К-666/Р по программам, разработанным в лаборатории ФГТ ЯПИ.

Рентгендифрактометр/ческив исследования проведены на дафрак-тометре ДРОН-УМ-I с использочаннем Со^издучения.

1'ретья глава посвящена анализу некоторых существующих моделей поведения намагниченности насыщения ферримагнетикоз от температуры, поскольку введение ЭВМ в состав экспериментальной установки позволяет перейти от качественных "посэбсв интерпретации кривых 1в>Т) к количественным.

Мы авизировали форму кривой 1а(Т) для магнитной фракции, ха-

растеризуемой непрерывным набором точек Кюри в некотором диапазоне температур -в, < « < ■92(напРимеР' изоморфные рада), в приближении одноподрешеточвого ферромагнетика со слипом иона, равным 3/2. В атом случае зависимость Xд(Т) ищется в виде:

1+1.

1Я(Т) хг 1п Т=Г х1 хг

где ) ; <р(Т) - функция распределения по

На рис.1 показаны расчетные кривые 1д(Т) с функцией распределения вида —представляющей равновероятное распределение температур Кюри в диапазоне (•бтах-Д-9, тЗ^^ для восьми разных М. соответственно, Л.О (кривая $1, 0.5, 0.3, 0.2, 0.1, 0.05, 0.01 и 0.00 (кривая I) в относительных величинах ДА/З^^. Наблюдаемое выпола-живание зависимости с увеличением М, образование затянутого фер-ри-парамагнитного перехода ("хвоста" намагниченности) в окрестностях реально присутствует во многих экспериментальных кривых 13(Т) природных объектов и, следовательно, может быт», объяснено вышеописанной теорией.

в

рис.1. Вид 13(Т) в зависимости от ширины распределения АЗ.

- а -

Приближение одноцодрешеточного ферромагнетик недостаточно для описания реальных природных структур. В титаномагнетитах два типа магнитных ионов могут находиться в двух типах неэквивалентных позиций кристаллической решетки, что требует 4-х шдрешеточной модели. Такая модель исследовалась ртефенсоном £81ерйехшоп, <9721,

аналогичные ви"исления ошеаны во втором параграфе третьей глава.

2

В приближении теории молекулярного поля: 1„ » £ 1( ,

- 4г' аЧ'["и *81

здесь -намагниченность соответствующей иодре^етки, В - число Формульных единиц.в единичном объеме, ^ - магнитные моменты ионов в данной подрешетке, - молекулярное поле, действунц&е на магнитный ион со стороны других дадреаеток, Ч - внешнее поле, Вв - функция Бриялиева.

Сопоставление теоретических расчетов с экспериментальными кривыми 4-х составов синтетических титаномагветвтов показало, что теория Стефзнсона хорошо предсказывает только значение температуры Кюри, но не саму форму кривой. На рассчитанных кривых наблюдается выподожегеый участок, лежащий ыакэ экспериментальных данных, что обусловлено, видимо, неучетом внутриподрешеточяых взаимодействий. Поэтому, в дальнейших исследованиях вами проводился только качественный анализ крюжх Гв(Т/.

В четвертой главе изложены результаты иссдедоваши магнитных свойств и минералогии соединений железа почв, находящихся ва начальном этапе ферр&влитизации.

В первом разделе приведены данные почвенных объектов, отнесенных по результатам химического анализа (по соотвовеш» 5Юг/(А120э*Ре203)) к сиаллитиому типу. Они представлении рулкани-ческой почвой о.Рауль и заторфованной почвой о.Новая Гвинея. Несмотря на то, что магнитные параметры втих почв существешо различаются между собой (Х=540-9С Ю~б см3/г в Б0-1Б0>10""6(Ж5/Г. 1а=0.52-0.83Гс-смэ/г и 0.014-0.120 Гс>смэ/г, соответствешо), имеются и общие закономерности в состоянии в вид жалеть. Из мессбауа-ровских спектров видно, что основными железосодержащими минералам являются парамагнитные соединения эрвичного происхождения, ж»пезо в которых находится в форме Ре2; и Ре-3* (вулканические пеням. ош-

зы, базальт«, о.Рауль),. либо Ре^*" (глинистые железистые сланцы, о.Новая Гвинея). Вторичные оксида и гидроксида железа в этих почвах практически отсутсвуют, либо их содержание незначительно.

• Высокие магнитные параметры почвы о.Рауль обусловлены магнетитом, содержание которого достает 15-20Ж от валового количества железа. Мессбауэровские и термомагнитные дннные, химический анализ свидетельству!!«, что магнетит является Т1-замещеннны и катиондифи-цвтным, причем степень катиондифицитности возрастает в об ззцах верхних горизонтов. Наличие в магнетите катионов Т1, не характерного для почвенного магнетита, является признаком его первичного происхождения. Коэрцитивные свойства магнетита соответствуют частицам в области псевдоо-лодоменных зерен. Наблюдается вариация ко-эрцитивности внутри почвенного профиля, для верхних горизонтов почвы Н^, равна 210-220 кЭ, в нижних возрастает до 300 кЭ. В тсй же последовательности изменяется и величина 1э. Следовательно, можно предположить, что почвообразовательный процесс приводит к разрушена» зерен галогенного магнетита (в первую очередь более мелкодисперсных).

Цапштные свойства почвы о.Новая Гвинея, как и в предыдущем случае, обусловлены галогенным магнетитом с температурой Кюри д=Б30-540°С, но малое его содержание в почвообразуюцей породе определяет существенно меньшие для этой-почвы значения и %. Коэрцитивные параметры отвечают псевдооднодоменному состоянию частиц 200-250 кЭ, Ггэ/1а=0.08-0,10 ) и отличаются однообразием для всех образцов данной почвы. В целом, '-эстицы магнетита крупнее, чем у магнетита почвы о.Рауль, По термомагнитным кривым, кроме магнетите регистрируются лепидокрокит и пирротин, обусловливающие возрастание намагниченности при нагревании в магнитном поле (при температурах 240-300 и 380-400°С соответственно). Образование магнетита в процессе ньгревания приводит к росту результирупцей намагниченности примерно в 3 раза.

Незначительное содержание в обеих псчвах суперпарамагнитных частиц магнетита также является признаком его первичного происхождения.

В следующем разделе анализируются почвы феррсиаллитвого типа: желто-красная, о.Куба и желтая - республика Гвинея (Африка). В них, наряду с силикатными соединениями железа (сред которых преобладают силикаты вторичного происхождения), содержатся гетит, лв-

пидокрокит в, возможно, гематит в высоко дисперсном состоянии (суперпарамагнитном при комнатной температуре; размеры частиц <10-15 нм).

Параметры % и 1д образцов обеих почв очень невысоки и не превышают Б0-60 КГ^см^/г и 2.0-2.4-10~2Гс • смэ/г соответственно.Тем-пература, при которой образцы теряют намагниченность, близка к ■в магнетита, однако, точное определение ее затруднено из-за эффекта возрастания намагниченности в области температур 540-550°С, обусловленного образованием новой сильномагнитной фазы. Это явление часто встречается для образцов, содержащих органическое вещество, но, до сих пор не было детально исследовано. Поэтому мы провели ряд экспериментов , в которых анализировали поведение 1а(Т) синтезированных соединений железа (гетита, лепидокрокита, гемата и их смеси) в присутствии и без органического вещества (сахара). Качество образцов и дисперсность контролировали с помощью рентгеновской дифрактометрии и мессбауэровской спектроскопии. Кривые 1&(Т) исходных образцов имели типичный вид зависимости для данных составов и не имели особенностей при температурах свыше 500°С. При внесении органического вещества, начиная с I масс Л, в этой области температур наблюдается возрастание намагниченности, проявляющееся в виде горба на кривой 13(Т) в диапазоне температур 540-Б70°С, интенсивность которого возрастает с увеличением содержания органики и уменьшается при увеличений размеров зерна минерала. Эффект характерен для всех исследованных оксидов в гидроксидов.

Для желтых почв Кубы и Гвинеи в результате термических воздействий происходит рост намагниченности в 2-3 раза. Это возрастание, частично, обусловлено также образованием маггемита из лепидокрокита, фиксируемым по росту 1д(Т) в области температур 250-300°С.

Значения Н^ и отношения 1гз/10 для феррсиаллитных почв равны 300-350 кЭ и 0.22-0.25 соответственно я являются одними из самых высоких для всех изученных почв, а, по поведению 1д{Т) в области низких температур регистрируется значительное содержание суперпз-рамагнятных частиц. Следовательно, основная часть магнетита содержится в виде высокодисперсных зерен. Это, наряду с температурой Кюри, соотвествующей $ чистого магнетита, большинством исследователей выделяется как признак педогенного магнетита, «тому можно считать, что магнитные свойства феррсиаллитных почв обусловлены магнетитом почвенного происхождения.

В пятой главе приведены результаты исследований почв, относящихся к ферраллитному типу. Все они характеризуются практически Полным отсутствием силикатных форд соединений железа и нахождением его в виде оксидов в гидроксидов. Вместе с тем для разных почв ня-б 'Вдается значительное различи как по интенсивности магнчтних свойств, так и по минералогии и структурны"' особенностям железистой фракции, что позволило выделить внутри этого типа почз две группы. В первую вошли красные почвы о.Куба, почва о.Витк Лэву и красная почва республики Гвинея; отличительной ее чертой является суперпврамвгнитное поведение при комнатной температуре магнитного момента основной доли зерен Ре-минералов. Содержание сугеранара-магнитных частиц более ем вдвое превышает содержание час—щ, обладающих отличным от нуля магнитным моментом. Доля первых остается значительной и при Т=120 К, что свидетельствует об очень малых <<7-8 нм) размерах ьерен.

Основными железистыми минералами являются гетит и гематит, причем, как правило, гетит преобладает. И гетит, и гематит представлены Al-замещенными формами, что указывает на их вторичное происхокдение. в отличие от феррсиаллитных почв, здесь отсутствует лепидокрокит.

Почвы этой группы обладают наиболее интенсивными магнитными свойствами среди всех изученных почв:-%=1000-1500-КГб см3/г, Ifl= 0.9-1.3 Гс-смэ/г. Уровень магнетизма не зависит от состава почво-образующих пород и одинаково высок как для ферраллитных почв Кубы, развитых на известняковых отложениях (Terra Roasa), так и для почвы острова Вити-Леву, подстилающими породами которой являются базальты. Среди ферримагнетиков наиболее распространен магнетит, с -в=570оС и выше. После прокаливания намагниченность насыщения образцов возрастает в среднем в 2-3 раза. Как и у феррсиаллитных почв, велика доля суперпарамагнитных зерен магнетита. Сравнительное сложные термомапштные кривые 1гаСГ) показывают, что магнетит этих почв неоднороден как по размеру частиц, так и по структуре, что проявляется в наличии двух или более характерных областей блокирующих температур.

Более однородный состав сильномагнитной фракции наблюдается в почвах о.Куба, который можно объяснить отсутствием в составе поч-вообразунцих пород фзрримагнитных соединений. Следовательно, магнетизм почв третьей группы может быть обусловлен как минералами

первичного происхождения, так я вторичного, при этом роль последних преобладает.

В следующем разделе изучены красная почве о.Норфолк, темно-бурая и красво-бурая почвы республики Мали (Африка), составляющие вторую группу ферралдитных почв. Характерным для них является доминирующее содержание квлеза в виде магнитоупорядоченного (о размерами частиц >16 нк) гематита. Содержание суперпарамагнитных при комнатной тешервтуре зерен невелико в не превышает 60* от магаи-тоупорядоченшх. При Т=120 К суперпарамагшггаое состояние практически исчезает, т.е. частицы имеют размеры >8-10 нм. В составе вы-сокодисперсиой фракции, кроме гематита, обычно присутствует гетит, но его содержание невелико.

Сильвомагнитная фракция представлена членами ряда магнетит-маг гемит. « ферримагнетиков наиболее высока и равна Б70-580°С. Уровень магнетизма у этих почв существенно ниже, чем у почв предыдущей группы (хагбО-ЗОО-Ю^см^г и 1Я=0.013-0.022 Гс-смэ/Г) , но при прокаливании до 450°С наблюдается' очень сильное возрастание 1В и х - в 3-10 и 10-30 раз соответственно. Это можно обленить следующим образом. В почвах первой группы создаются наиболее благоприятные условия для новообразования магнетита: высокое содержание ультрадиспврсшх оксидов и гидроксидов, присутствие органического вепества и температурный реЪим. Для почв второй группы содержанию высокодисперсшго материала существен») меньше» поэтому синтез ферромагнетиков затруднен и активируется лишь при дополнительном температурном воздействии. Коэрцитивные свойства у вех одни из са~ шх низких, хотя,, очевидно, несколько завышены за счет содержания в почвенных образцах гематита.

При сопоставлении данных о состоянии соединений железе в изученных почвах с аналогичными даншми, цолучеинымя традиционными для почвоведения химическими методиками, обнаружены существенные расхождения, особенно чля почв о.Норфолк в республики Мали. Анализу их происхождения посвящен заключительный раздел пятой главы.

В эксперименте образец темно-бурой почвы трижда обрабатывался по методике Мера-Джексона 13онн, 19821« с контрольным измерением магнитных•свойств и съемкой мессбаузровских спектров после каждой обработки. Оказалось; что наиболее интенсивно железо удаляется во время первого экстрагирования, в основном, за счет растворения суперпарамагнитншс частиц гематита и гетита, а также магнетита. В

результате было удалено до 20% железа. Последующие обработки не привела к сколь-нибудь заметньм результатам. Таким образом, действие вытяжки Мера-Джексона на ферраллитные почвы приводит к екстрагироват» лишь наиболее дисперсной части содержащихся в них оксидов и гидроксидов железа и не затрагивает массивные частицы.

В Заключении кратко сформулированы результаты работы и сделаны следующие ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

1. Усовершенствование установки для терыомагниткого анализа а сопряжение ее с ЭВМ позволили автоматизировать процесс измерений, повысить его точность; а также проводить предваритьльную обработку результатов, сс^давать банк данных.

2. Численная анализ кривых показал:

- растянутый по оси температур ферри-парамагнитшй переход ("хвоста на кривых 1а(Т)), отмечаемый на ряде образцов горных пород и почв, моеэт быть объяснен суперпозицией магнитных переходов входящих в них мелкодисперсных минералов о различными точками Кюри;

- описание 1а(Т) для нестехиометричного магнетита на основе 4-х подреиеточной модели Стефенсопа не согласуется с экспериментом.

3. Установлено, что магнитные свойства изученных по«в и под-стшшщих их горных пород связаны между собой только для почв начальной стадии ферраллитизацта. На последующих этапах происходит выветрившие первичных ферримагнетиков. Одновременно возрастает содержание педогенного магнетита, которое коррелирует с содержанием высокодисперсных (<1Бнм) гидроксидов и оксидов железа. Результирующий магнетизм ферраллитных почв обусловлен присутствием фер-римагнетиков почвенного происхождения.

4. Обнаружено явление возрастания магнитных свойств в процессе прокаливания почвенных образцов до БОО°С . Этот эффект обусловлен превращением слабомагвитных оксидов и гидроксидов в магнетит и ывггемит в восстановительвнх условиях, которые создаются вследствие разложения органического вещества при Т>400°С.

5. Результаты изучения состояния железа в образцах почв показывает, что начиная с некоторого этана ферраллитизации, минералогия вторичных железистых соединений перестает зависеть от состава материнских горных пород. Образуемая ассоциация минералов, их дисперсность и структурные особенности однозначпо связаны со степенью выветрелости почвообразующего материала. В эюй завися-

- H -

мости возникают сведущие ассоциации соединений Fe :

- железо в форме Ре®+ и Ре3* в структуре первичных горных пород;

- железо в форме Ре®* и составе вторичных силикатов и свободных ультрадисперсных гидроксидов (в соотношении 1:1).

- железо в виде суперпарамагнитных частиц гетита. гематита и крупнокристаллических (>10 вм) частиц гематита (в соотношении 2:1); содержание Fe в структуре слоистых силикатов минимальное.

- доминирующее (свыше 5056) содержание Fe в виде крупнодисперсного гематита и, возможно, суперпарамагнитного гетита. Каждая стадия ферраллитизации реализуется в зависимости от климатических условий, режиме увлажнения, интенсивности внутри-почвенных процессов и ¿озраста почвы.

6. Показано, что в изученных ферраллитных почвах, в отличие от магнитных и мессбаувровских исследований, традиционные для почвоведения химические методы на дают адекватного представления как о качественном, так и количественном соотношениях различных форм соединений железа. Эффективность химических вытяжек зависит, в первую очередь, от размера кристаллитов Ре-минералов и упорядоченности их кристаллической решетки.

В заключение выражаю благодарность моему научному руководителю пр^^ессору В.И.Трухину, профессору В.Ф.Бабанину, всем сотрудникам геомагнитной лаборатории физического факультета МГУ и лаборатории физика твердого тела ЯрПИ за помощь и внимание к работе; научным сотрудникам факультета Почвоведения МГУ Л.О.Карцаче вскому, Е.Ф.Ми-лашвскому, Л.И.Крумкачеву за предоставление образцов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Романюк А.В., Бабанин В.Ф., Васильев C.B., Порозов В.В. Изучение соединений железа в почвах с помощью мессбауеровской спектроскопии и других физических методов.// IV Всесоюзное совещание "Спектроскопия координационных соединений".Тезисы.-Краснодар, 1986. с.208. ' • ..

2. Романюк к.В.,'Морозов В.В.А,,Васильев C.B. Особенности месс боуэровской спектроскопии ^ысококелезистых (красноцв'- m] почв, //в сб .' "Математика. Физика твердого тела"- Ярославль, 1986, с.Ш-19.' - - ............... •

3. Соловьев А.А., Бабанин В.Ф., Иванов А.В., Романюк А.В., Соколова Т.А., Урусевская О.С. Формы соединений железа в серой лесной почве на пермских красноцветных корах.// Вестник МГУ, сер. Почвоведение, 1987, № I, с.49-56.

4. Oreljana R., Babanln V.P., karpatchevul;y L.O., RomanJuK A.V., Vaalliev S.V., Eatudu del hierro en algunc suelos de Cuba, mediante roldlclones magnéticas y nuclearee // Clenclaa de la agricultura, 1987, t.JI, p.55-61.

Б. Романюк А.В., Бабанин В.Ф., Васильев С.В., Орельяна Р. Магнитные свойства некоторых почв Кубы //Деп.ВИНИТИ 24.11.88, Я 8300-В-88.

6. Кауричев И.С., Карт .авский Л.О., Лареишн В.Г., Небе А.Л., Бабанин В.Ф., Романш А.В. Содержание и формы соединений железа в ферраллитных почвах Гвинеи.//Известия ТСХА,1989, вып.5, с.69-78.