Материал: Pochvovedenie_Kovda_chast1

ных и пустынных почв. В целом в распределении ЕРЭ по профилю почв проявляется тесная корреляция с распределением глинистых частиц и полуторных оксидов.

Определенная дифференциация наблюдается и в пространст­ венном распределении ЕРЭ в системе сопряженных ландшафтов, что обусловлено различиями в миграционной подвижности этих элементов. По интенсивности водной миграции тяжелые ЕРЭ в окислительных условиях образуют ряд: 2 3 8 U > 226Ra > 232Th. В окислительных условиях уран находится преимущественно в форме U(VI), которая характеризуется относительно высокой ми­ грационной способностью, выражаемой через коэффициент водной миграции Кх. В этих условиях 2 3 8 U относится к сильным мигрантам (Кх = 4—16); Ra — средний (Кх = 0,5—0,1); Th — очень слабый водный мигрант (Кх = 0,02—0,002).

Вследствие разной миграционной подвижности естественных радиоактивных элементов наблюдается перераспределение этих элементов между сопряженными ландшафтами. Так, U (VI) выно­ сится из элювиальных ландшафтов и концентрируется на восста­ новительных геохимических барьерах (в пойменных, болотных и заболоченных почвах), где он восстанавливается до относительно малоподвижного U (IV). В гумидных элювиальных и трансэлюви­ альных ландшафтах почвы обеднены ураном в пользу радия по сравнению с их равновесным соотношением. Гидроморфные почвы аккумулятивных ландшафтов обогащены ураном. В аллювиальных русловых наносах концентрации U и Ra низкие вследствие их выщелачивания и выноса водами, отношение Ra/U в них высокое, поскольку U более подвижен; в водах преобладает уран. Сдвиг радиоизотопных отношений в почвах сопряженных ландшафтов наблюдается и для Th/U и Th/Ra, поскольку торий характеризует­ ся гораздо меньшей миграционной подвижностью по сравнению с U и Ra.

220

12.3.О возможной роли ЕРЭ

впочвообразовательном процессе

Внаучной литературе рассматривалась возможность исполь­ зования в качестве показателей почвообразовательного процес­ са отношение в почвах радия к урану и тория к урану. Они могут служить в качестве характеристики почвообразовательного про­ цесса лишь для гидроморфных и палеогидроморфных почв. На других почвах оба показателя не обнаруживают достоверных изменений, обусловленных характером почвообразования, что за­ трудняет их рекомендацию в качестве индикаторов почвообразо­ вательного процесса.

Высказывалось также предположение о том, что ядерные излу­ чения ЕРЭ в почвах могут играть важную роль в почвообразова­ тельном процессе, якобы вызывая полимеризацию органических макромолекул и способствуя улучшению структуры почвы. Факто­ ром, обусловливающим эти процессы, считались так называемые свободные радикалы, возникающие при взаимодействии ионизи­ рующих излучений со многими веществами и характеризующиеся высокой реакционной способностью. Сейчас установлено, что воз­ можность улучшения структуры почвы таким способом представ­ ляется невероятной, так как доза, создаваемая излучениями естественных радиоактивных элементов, недостаточна для образо­ вания свободных радикалов в заметных концентрациях.

12.4.Определение возраста почвообразующих пород

ипочв с помощью радиоактивных изотопов

Явление естественной радиоактивности используется в геохро­ нологии для определения возраста горных пород и почв. Датиро­ вание основано на измерении отношения содержания в образцах отдельных радиоизотопов к содержанию конечных стабильных продуктов их распада или соответствующих радиоактивных и стабильных изотопных аналогов. Значения этих отношений одно­ значно связаны с возрастом образцов.

Из имеющихся радиоактивных методов измерения возраста (урано-свинцовый, калиево-аргоновый, рубидиево-стронцевый, радиоуглеродный) лишь последний находит применение в опре­ делении возраста почв. Остальные могут быть использованы для датирования почвообразующих горных пород, так как ниж­ нее предельное значение возраста, устанавливаемое этими мето­ дами, исчисляется десятками миллионов лет, что на много по­ рядков превышает фактический возраст любой почвы.

Урано-свинцовый метод. В результате радиоактивного распа­ да 2 3 8 U, 2 3 5 U и 232Th образуются конечные стабильные изотопы 2 0 6 РЬ, 2 0 7 РЬ, 208 РЬ. Отношение содержания любого из исходных нуклидов к содержанию соответствующего стабильного конечно­ го изотопа является функцией возраста образца:

221

Наилучшая точность достигается при измерении возраста в диа­ пазоне 3000—8000 лет.

12С включается в фотосинтез в меньшем отношении к 12С по сравнению с соотношением этих изотопов в атмосфере. Поэтому при разложении растительных остатков гумус оказывается обед­ ненным радиоуглеродом, что вносит искажение в измеряемый возраст. Постоянство измеренной поправки позволяет принять ее для всех образцов гумуса равной +115 лет, не прибегая каждый раз к дорогостоящим масс-спектрометрическим измерениям.

Возможны и другие ошибки радиоуглеродного метода дати­ рования, обусловленные поступлением в атмосферу больших количеств так называемого радиологически мертвого углерода при сжигании ископаемого топлива — угля, нефти, газа. Загряз­ нение атмосферы этим углеродом и включение его в процесс фотосинтеза приводит к завышению результатов измерений воз­ раста. Другой источник ошибок связан с поступлением в ат­ мосферу С при испытании термоядерного оружия и загрязне­ нием им анализируемых образцов, что дает ошибку другого знака, т. е. приводит к омоложению образца. Однако указанные ошибки невелики и не приводят к существенному снижению возраста исследуемых образцов.

Особого внимания заслуживает вопрос интерпретации данных о возрасте гумуса и его отдельных фракций, измеряемых радио­ углеродным методом. Современные почвы — это природные обра­ зования, в которых происходит непрерывное обновление углерода за счет разложения старого органического вещества и притока свежего в процессе ежегодного поступления и разложения расти­ тельных остатков. В полностью сформировавшихся почвах реали­ зуется состояние динамического равновесия, при котором приток свежего органического вещества компенсируется утечкой и рас­ падом части гумусовых веществ почвы в результате биогенных, химических и физических процессов, протекающих в ней. Поэто­ му, когда говорят о возрасте современных почв, измеренном радиоуглеродным методом (относительный возраст), под ним понимают среднее время жизни молекул гумуса, которое пропор­ ционально продолжительности периода, требуемого для заверше­ ния процесса гумусонакопления. Абсолютный же возраст опреде­ ляется этим методом лишь для погребенных почв, лишенных притока органических веществ из верхних горизонтов в нижние.

В настоящее время опубликовано значительное число работ

223

как в нашей стране, так и за рубежом по измерению абсолютного возраста погребенных почв и относительного возраста современ­ ных почв. К ним относятся, в частности, работы И. П. Герасимо­ ва, Г. В. Добровольского, А. П. Виноградова и их сотрудников и др. Измерения возраста погребенных почв дали результаты, совпадающие с датировкой другими методами, что указывает на их надежность для палеогеографических реконструкций.

Относительный возраст современных почв варьирует от не­ скольких сотен лет (для подзолов) до нескольких тысяч лет (для черноземов). Это указывает на то, что круговорот углерода в подзолистых почвах и, соответственно, процесс почвообразования происходят значительно быстрее, чем в черноземах. Эти различия связывают с тем, что в подзолах преобладает биологически активный и менее стойкий гумус, в черноземах — биологически инертный, который защищен от биологических агентов более выраженной степенью конденсированности и связями с минераль­ ной частью почвы. Биологически активный гумус является пока­ зателем относительного возраста почв, биологически инерт­ ный — абсолютного, т. е. древних этапов почвообразования, запечатленных в почвенной толще.

Обнаружено также, что измеряемый возраст почв возрастает от верхних горизонтов к нижним, что обусловлено эффектом постепенной изоляции нижних горизонтов от притока молодого углерода по мере роста гумусированного слоя почвы вверх. Так, на трех разных типах почв Венесуэлы выявлена линейная зави­ симость между измеренным радиоуглеродным методом возрастом фракций органического вещества, остающегося в почве после ее обработки NaOH, и глубиной отбора образца. Предполагается, что радиоуглерод этих устойчивых к разложению фракций почвы не загрязнен молодым органическим веществом и его содержание в большей мере характеризует абсолютный возраст почв; радио­ углерод фракции, экстрагируемой NaOH, — современного проис­ хождения. Обработка полученных экспериментальных данных по этой модели дала значение абсолютного возраста 15 000 лет, что соответствует окончанию последнего ледникового периода, т. е. отражает истинный возраст почв. Возраст фракции, извле­ каемой NaOH, в верхних горизонтах дает даже отрицательные значения, что объясняется загрязнением гумуса радиоуглеродом, образовавшимся в атмосфере при ядерных испытаниях.

12.5. Радиоактивное загрязнение почвенного покрова

Опасность радиоактивного загрязнения почвенного покрова была осознана в 50-х годах нашего столетия, когда повсеместно наблюдались радиоактивные выпадения из атмосферы от испыта­ ний ядерного оружия. На современном этапе число потенциаль­ ных источников радиоактивных загрязнений существенно попол-

224