научная статья по теме ГЕОХИМИЯ МАГНЕТИТА И МАГГЕМИТА В ПОЧВАХ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ Геология

Текст научной статьи на тему «ГЕОХИМИЯ МАГНЕТИТА И МАГГЕМИТА В ПОЧВАХ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ»

ГЕОХИМИЯ, 2009, № 3, с. 314-327

ГЕОХИМИЯ МАГНЕТИТА И МАГГЕМИТА В ПОЧВАХ ЕВРОПЕЙСКОЙ ЧАСТИ РОССИИ

© 2009 г. Ю. Н. Водяницкий1*, Е. Г. Моргун2*, Л. А. Обыденова3*, К. А. Румянцева2*, Н. В. Чапыгина4*

1*Почвенный институт им. ВВ. Докучаева РАСХН 109017 Москва, Пыжевский пер., 7; e-mail: yu.vodyan@mail.ru 2* Факультет почвоведения Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова 119992 ГСП-2, Москва, Ленинские горы; e-mail; yu.vodyan@mail 3*Ижевская Государственная сельскохозяйственная академия

426069 Ижевск, ул. Студенческая, 11 4*Московский педагогический государственный университет 129626 Москва, ул. Кибальчича, 16 Поступила в редакцию 17.04.2007 г.

Разработана методика определения отношения растворимых оксидов железа: магнетита FeOFe2O3 и маггемита yFe2O3, основанная на измерении магнитной восприимчивости до и после обработки почвы реактивами Тамма или Мера-Джексона (ДЦБ). В степных почвах Предкавказья развитие гидро-морфизма сопровождается увеличением доли магнетита, в результате чего среднее отношение "магнетит : маггемит" возрастает с 0.8-0.9 до 1.1. В этих почвах смектиты способствуют окислению магнетита до маггемита. Дерново-подзолистые и темногумусовые почвы Предуралья отличаются низким значением отношения "магнетит : маггемит" (в среднем 0.5), что указывает на преобладание маггемита. Почвы Предуралья на покровных красноцветных глинах и суглинках наследуют литоген-ные оксиды железа: гематит и маггемит. Гидроморфизм в гумидных условиях северной тайги сопровождается значительным ростом отношения "магнетит : маггемит" до 4-9. Рассмотрены вопросы геохимии Fe, входящего в состав магнетита и маггемита.

Магнетит Бе0Ре203 и маггемит уБе203 имеют изометрическое кристаллическое строение и относятся к типу шпинелей. Оба минерала при комнатной температуре ферримагнитны, оба обладают высокой магнитной восприимчивостью. С новообразованием магнетита и маггемита связывают высокую магнитную восприимчивость гумусовых горизонтов автоморфных почв [1-3].

В связи с разной степенью окисления железа в магнетите (Бе2+ и Бе3+) и маггемите (Те3+), области их стабильности в координатах рН-Ен различны [4]. Маггемит устойчив в широком интервале значений рН, но только при более высоком Ен, чем магнетит. Магнетит, напротив, устойчив в щелочном интервале и при низком значении Ен. Изучение двух сильномагнитных оксидов железа может помочь понять редокс и кислотно-основные условия почв разного генезиса. Например, давно известно, что оглеение почвы приводит к падению ее магнитной восприимчивости % [5-8]. Но до сих пор не ясно, какие именно магнитные оксиды (магнетит или маггемит, или оба) растворяются при оглеении. Не ясно, как разные карбонаты влияют на оксидогенез железа, в том числе и на образование сильномагнитных оксидов. Наконец, не ясно, проявляется ли в почвах уста-

новленное ранее на моделях окисляющее действие смектитов на магнетит [9].

Решению этих геохимических задач препятствуют трудности идентификации и, в особенности, определения количества магнетита и маггемита в почвах. Параметры элементарной кубической решетки обоих минералов близки: у магнетита а0 = = 0.839 нм, у маггемита а0 = 0.834 нм. Это практически исключает их идентификацию методами рентгенофазового и электронномикроскопиче-ского анализа. В силу низкого содержания в почвах (обычно менее 0.1%), идентификация этих оксидов железа методом мессбауэровской спектроскопии также затруднена. У магнетита и маггемита различная устойчивость к нагреву, что позволяет их идентифицировать методом термомагнитного анализа. Но этот метод качественный и не способен выявлять соотношение "магнетит : маггемит" в почве.

Возможен другой, магнито-химический подход к изучению этих оксидов. Благодаря разному окислительному состоянию железа, оксиды по-разному реагируют на обработку традиционными химическими реактивами. В почвоведении давно установилась традиция определять содержание разных соединений железа путем параллельной обработки почв реактивом Тамма - кислым оксалатом аммо-

ния - (Реокс) и реактивом Мера-Джексона - дитио-нит-цитрат-бикарбонатом натрия (ДЦБ) - (Редит). Согласно принятым представлениям, реактив Мера-Джексона растворяет свободные, несиликатные соединения железа, а реактив Тамма - аморфные и слабоокристаллизованные [10, 11].

Но сейчас для нас важны другие особенности реактивов: их разная реакция на Ре(11) и, следовательно, различная устойчивость магнетита Ре0Ре203 и маггемита уРе203 к химическому растворению. Реактив Тамма в значительной мере растворяет магнетит [2, 10, 12, 13]. Подробно механизм растворения магнетита оксалатом описан в работе [14]. В то же время, установлен факт слабой растворимости ДЦБ магнетита и сильной - маггемита [15]. Согласно этим и другим опытам [3, 16], проведенным с относительно крупными модельными минералами, можно считать, что реактив Тамма селективен к растворению магнетита, а реактив Мера-Джексона - к растворению маггемита. Авторы не объясняют причин такого различия в реакции частиц оксидов на снижение ЕН среды. По нашему мнению, основная причина кроется в различной степени окисленности Ре. Маггемит уРе203, содержащий только Ре3+, как сильный окислитель, оказывается неустойчивым к редукции дитиони-том. Магнетит Ре304, в структуру которого также включены ионы Ре2+, является восстановителем и поэтому устойчив к редукции дитионитом.

Но эти реактивы помимо магнетита и маггемита, разумеется, растворяют и другие (гидр)оксиды железа. Поскольку из всех экстрагируемых минералов только у магнетита и маггемита высокая магнитная восприимчивость, то возникает возможность использовать величину магнитной восприимчивости экстрагируемых соединений железа для отделения вклада слабомагнитных минералов. В настоящей статье для этого предложена новая методика.

Цели работы: 1) разработать методики оценки отношения растворимых минералов "магнетит : : маггемит" в почвах и магнитного контроля для оценки селективности реактива Мера-Джексона, 2) оценить отношение "магнетит : маггемит" в почвах разного генезиса на Русской равнине, 3) выявить влияние гидроморфизма на отношение "магнетит : : маггемит", 4) обсудить геохимию магнетита и маггемита в почвах.

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Слитые почвы Ставропольского края (Невин-номысский район). Территория находится в зоне умеренно континентального климата. Увлажнение недостаточное (Ку = 0.8-1.0), годовое количество осадков 450-550 мм. Микрорельеф представлен чередованием округлых повышений и западин с перепадом высот 30-50 см, расстояние между центрами

микроповышений и микропонижений составляет ~3 м. Район исследования сложен третичными породами палеогена и неогена морского генезиса, среди которых преобладают глины майкопской свиты.

Изучали 3 разреза: разрез 91-80 на микроповышении, где сформирован чернозем слитизирован-ный, разрез 91-81 на микросклоне представленный темной слитой почвой и разрез 91-82 в западине -гумусово-гидрометаморфической слитизированной почвой. Почвообразующие породы однородны для всех трех разрезов и имеют глинистый гранулометрический состав: в них содержание ила в среднем составляет 53-56%, пыли - 36-42%, песка - 4-8%. Рентгендифрактометрический фазовый анализ показал преобладание в илистой фракции пород смек-титов и иллита. В меньших количествах присутствуют каолинит, хлорит и смешаннослойный иллит-смектит.

Почвы Среднего Предуралья. Объектами исследования явились наиболее распространенные пахотные почвы Среднего Предуралья (Удмуртия) на востоке Русской равнины, в междуречье Камы и Вятки.

Климат республики умеренно-континентальный, среднегодовое количество осадков колеблется от 450 мм в южной части республики до 600 мм -в северной. Гидротермический коэффициент в северных и центральных районах республики составляет 1.2-1.4; в южных - 0.9-1.1. Основная территория республики относится к подзоне южной тайги, а южная ее часть - к северной лесостепи.

Изученные нами почвы сформировались преимущественно на покровных красноцветных суглинках и глинах. Изучались агродерново-подзоли-стые и агротемногумусовые почвы.

Почвы северо-таежной зоны, Архангельская область. Исследовались почвы в районе Северо-двинско-Мезенского междуречья, в северной подзоне тайги на территории бассейнов рек Северной Двины, Мезени и Пинеги.

Климат Северодвинско-Мезенского междуречья умеренно континентальный. Годовое количество осадков составляет 526 мм.

Катена Бабонегово расположена в Приморском районе, дер. Бабонегово, на правобережье р. Северной Двины. Разрез 104 заложен в средней части склона. Почва представлена подзолом иллювиаль-но-железистым супесчаным.

Катена Сия заложена в Пинежском районе, пос. Сия. Разрез 101 заложен на вырубке 20-летней давности из-под ельника черничного, на плоской равнине. Представлен торфяно-подзолисто-глеевой легкосуглинистой почвой. Разрез 102 заложен на микровозвышении под лесной растительностью. Почва представлена подзолом глеевым иллювиаль-но-гумусовым на суглинке.

Катена Голубино заложена в Пинежском районе, пос. Голубино. Разрез 106 заложен на плоской вершине холма с отметкой 80 м. Почва - глее-под-золистая глубококарбонатная на моренном суглинке, подстилаемом карбонатными красноцветными отложениями. Разрез 107 заложен в нижней части северного склона пологого холма. Почва - торфя-но-подзолисто-глеевая на карбонатном суглинке.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Химические методы включали параллельное определение двух форм соединений железа: обработка ДЦБ по Мера-Джексону и обработка кислым оксалатом аммония по Тамму [10, 11]. Определение Бедит и Беокс после каждой из обработок проводили атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре АА8-3.

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ "МАГНЕТИТ : МАГГЕМИТ"

Методика расчета. Величина магнитной восприимчивости растворимых соединений железа представляет собой разницу между значениями %, нормированную по содержанию экстрагированного железа. Магнитная восприимчивость дитионито-растворимых соединений железа %Ре 0 (дит) равна:

%Fe 203(дит) 1ии л V/Сисх ХдитУ^Оз)

/дит*

(1)

Магнитная восприимчивость оксалатораствори-мых соединений железа %Fe2o3 (окс) рав

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком