ГЕОХИМИЯ ОКСИДОГЕНЕЗА ЖЕЛЕЗА И МАРГАНЦА В ПОЧВАХ
С ГОСПОДСТВОМ ОКИСЛИТЕЛЬНОЙ ОБСТАНОВКИ
А.И.Пушкин
В настоящее время можно сформулировать положение, согласно которому внутрипочвенный синтез термодинамически метастабильных, высокодисперсных (гидр)оксидов железа и марганца является не просто важным слагаемым педогенеза, но столь же характерным ландшафтно-геохимическим процессом, как образование и накопление в почвах специфических гумусовых веществ. В связи с этим положением значительный интерес представляет изучение особенностей оксидогенеза Fe и Mn в почвах безрудных территорий вне кислородных барьеров, то есть зон контакта восстановительной глеевой и окислительной обстановок. Примеры "безбарьерного" оксидогенеза Fe и Mn дают почвы элювиальных элементарных ландшафтов аккумулятивных аллювиально-водноледниковых равнин Европейской России, называемые "полесьями". В таких ландшафтах неоднократно были описаны почвы, для которых, при господстве окислительной обстановки, характерен очень малый запас мобилизуемого железа первичных минералов. Значения редокс-потенциала (Eh) в почвенных растворах здесь, в среднем, не ниже 450 mV, а перепад значений Eh до глубины 1 м обычно не больше 50-100 mV [1]. Выявление возможностей и условий протекания современного оксидогенеза Fe и Mn в таких почвах - нетривиальная задача, решаемая с использованием комплекса методов геохимии и микроминералогии почв. Поставленная нами задача - исследование геохимического поведения Fe и Mn в этих почвах с акцентом на вторичные (педогенные) минеральные формы нахождения. Объектами являются: а) бурые лесные песчаные почвы из позднеплейстоценового аллювия (представляет собой олигомиктовые пески) в биогеоценозах сосняков (Окско-Мещёрское полесье, 1-я надпойменная терраса р. Клязьма), б) дерново-лесные двучленно-дифференцированные почвы из кварцевых песков, подстилаемых бескарбонатным пылеватым суглинком, под дубравами (Воронежский биосферный заповедник (ВБЗ), водораздел рек Воронеж и Усманка). Валовые содержания Fe и Mn определены стандартными методами [2]. Изучено также распределение в почвах Fe и Mn, входящих в состав (гидр)оксидов, для чего использован метод цитратно-дитионитовой вытяжки [3]. Диагностика педогенных минералов Fe и Mn выполнена методом аналитической просвечивающей электронной микроскопии в комплексе с микродифракцией электронов. Валовое содержание железа в бурых лесных почвах и песчаных субпрофилях дерново-лесных почв, в среднем, 0,32 %, что существенно ниже кларка Fe в педосфере, равного 3,80 % [4]. В почвах как Мещёры, так и ВБЗ, тип вертикального распределения Fe биогенно-аккумулятивный, с максимумом в верхних, гумусных горизонтах; это не характерно для большинства почв континентов и свидетельствует о том, что растительный опад, наряду с первичными минералами, оказывается здесь важным ресурсом железа в процессе оксидогенеза. Это особенность ряда автоморфных почв полесий. Распределение Mn имеет ярко выраженный биогенно-аккумулятивный характер и достигает 0,025 % в гумусных горизонтах Мещёры и 0,133 % в аналогичных горизонтах почв ВБЗ. Дитионитно-экстрагируемые фракции Fe и Mn также имеют максимум содержания в верхних горизонтах. Для обоих типов почв установлен ряд микропроцессов образования (гидр)оксидов Fe и Mn - ферригидрита (Fe2O3.2FeOOH.2.6H2O), гетита (αFeOOH), лепидокрокита (γFeOOH), магнетита (Fe3O4), гематита (αFe2O3), вернадита (δMnO2.nH2O). Несмотря на низкое содержание Fe, спектр его (гидр)оксидов достаточно широк. Ассоциация "ферригидрит-гетит" встречена во всех горизонтах; степень кристалличности этих минералов низкая, о чём свидетельствуют микродифракционные картины. Встречаемость эфемерного минерала ферригидрита в пробах изученных почв высока (80 %). Лепидокрокит обнаружен в гумусных горизонтах почв Мещёры; его образование может быть сезонным явлением. Особенность гумусных горизонтов дерново-лесных почв - присутствие вторичного, вероятно, биогенного магнетита, тесно ассоциированного с ферригидритом. В гумусных горизонтах, как под сосняками, так и под дубравами, имеет место оксидогенез марганца, выражающийся в синтезе разупорядоченного псевдослоистого минерала - вернадита, образование которого, по имеющимся данным, возможно только биохимическим путём [5]. В части проб указанных горизонтов вернадит ассоциирован с гетитом. Полученные данные позволяют сделать заключение, что в исследованных нами автоморфных почвах полесий оксидогенез Fe и Mn является актуальным, современным почвенно-геохимическим процессом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кауричев А.С., Орлов Д.С. Окислительно-восстановительные процессы и их роль в генезисе и плодородии почв. М., Наука, 1982, 284 с.
2. Теория и практика химического анализа почв. Под ред. Воробьёвой Л.А. М., ГЕОС, 2006. С. 165-182
3. Coffin D.E. A method for determination of free iron in soils and clays // Canadian J. of Soil Science/ 1963, Vol 43, P. 7 - 17
4. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах. М., Изд. АН СССР, 1957. 238 с.
5. Пиневич А.В. Микробиология железа и марганца. СПб., Изд. СПбГУ, 2005, 373 с.
|