Магнитная восприимчивость почв

МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

«Пермская государственная  сельскохозяйственная академия имени  академика Д.Н. Прянишникова»

 

 

 

Кафедра почвоведения

                                                                                                    УДК

 

Курсовая  работа

По  почвоведению на тему « Магнитные свойства почвы»

 

                                                                          Выполнила студентка группы Ахб- 21б

                                                                         очной формы обучения специальности

                                                                         «Агрохимии и агропочвовединия»

                                                                          Н. В. Хмелева

 

                                                                         Руководитель доцент А. А.  Васильев 

 

 

 

 

Пермь 2012

Введение

Простейшие проявления магнетизма известны очень давно и знакомы  большинству из нас. Однако объяснить  эти, казалось бы, простые явления  на основе фундаментальных принципов  физики удалось лишь сравнительно недавно. Существуют магниты двух разных видов. Одни - так называемые постоянные магниты, изготовляемые из "магнитно-твердых" материалов. Их магнитные свойства не связаны с использованием внешних  источников или токов. К другому  виду относятся так называемые электромагниты с сердечником из "магнитно-мягкого" железа. Создаваемые ими магнитные  поля обусловлены в основном тем, что по проводу обмотки, охватывающей сердечник, проходит электрический  ток.

Актуальность темы. Возрастающее внимание общества к современным экологическим  проблемам усиливает интерес  к разработке новых подходов и  методов анализа для оценки состояния  окружающей среды Расширяется и изменяется набор измеряемых характеристик загрязнения, увеличивается плотность анализов на единицу площади исследуемого объекта Типичным примером являются городские почвы, для которых высокая неоднородность почвенного покрова территории вызывает проблемы представительности результатов измерений Они преодолеваются либо процедурами усреднения образцов, либо увеличением количества образцов, что, в свою очередь, вызывает резкий рост затрат на проведение обследования

Выход из создавшейся ситуации может  быть найден в использовании экспрессных  методов исследования и оптимизации  отбора образцов почв для последующих  анализов В качестве одного из экспериментальных методов при предварительном обследовании территории могут быть применены магнитные измерения, а в качестве теоретической основы использованы представления о генезисе и свойствах магнитных соединений железа в почвах Индустриальная деятельность приводит к поступлению в окружающую среду разнообразных минеральных отходов, содержащих, в том числе, и сильномагнитные соединения железа Они поступают в почву через поверхность, имеют широкий разброс размеров частиц, специфические морфологические особенности и с течением времени их вклад возрастает Твердые атмосферные осадки техногенного происхождения дают один из существенных вкладов в магнитные свойства почв

Наиболее важными магнитными характеристиками почв являются магнитная восприимчивость, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила и некоторые другие Из них доступна для измерения относительно простыми приборами в полевых условиях магнитная восприимчивость (МВ)

Во второй половине XX века были проведены  работы по изучению магнитную восприимчивость природных почв, не подвергавшихся антропогенному влиянию, сельскохозяйственных почв, в последние годы, в основном за рубежом, стали проводиться исследования почв промышленных и индустриальных ландшафтов Работы по изучению МВ городских почв в России только начинают появляться Трудностью в работе стало отсутствие разработанных методик исследования магнитной восприимчивости в городе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1.Понятие магнитные свойства  почв ……………………………………………….

2.Магнитная восприимчивость и  физико-химические свойства почв…..

3.Магнитная восприимчивость почв Прикамья………………………………………

4.Картирование магнитной восприимчивости  почв………………………………

5.Магнитная восприимчивость и  тяжелые металлы городских почв……

6.Магнитная восприимчивость и  кислотность почв………………………………

7.

8.

9. Закономерность изучения магнитной  восприимчивости по типам почв  и внутри почвенного профиля…………………………………………………………………………….

10. Выводы……………………………………………………………………………………………………….

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                  Понятие магнитные свойства почв 

Магнитные свойства почв являются объективным  отражением их типа, сложения, происхождения  и протекающих в них процессов. Показатели магнитных свойств почв обладают большой информативностью. Они тесно коррелируют с традиционно  используемыми в почвоведении показателями свойств почв, поэтому могут с  успехом применяться для решения  многих вопросов почвоведения: диагностики  различных типов почв, образовавшихся под влиянием тех или иных почвообразовательных процессов, при составлении почвенных  карт и агрохимических картограмм, в агрономической практике для определения  производительности почв и т. д.

 Магнитные свойства почв, как и любого вещества, проявляются в их способности намагничиваться в магнитном поле. Одним из наиболее важных показателей магнитных свойств почв является магнитная восприимчивость (ае)

                                                     ае=I\R

где I— намагниченность почвенного образца; R— напряженность магнитного поля, вызвавшего эту намагниченность.

Магнитная восприимчивость является мерой намагниченности образца  под действием внешнего магнитного поля.

Магнитные свойства почв связаны в  основном с их твердой фазой, в  состав которой входят первичные  и вторичные минералы, а также  органическое вещество, обладающие различными по своей природе магнитными свойствами. Они могут быть диамагнитными, парамагнитными и ферромагнитными. У диамагнетиков ж < О, при этом очень мала по абсолютному значению (~10~~5ед. СИ), у парамагнетиков ае > 0 и более высокие значения по абсолютному значению (до 10~2 ед. СИ). Для ферромагнетиков характерны несравненно большие значения магнитной восприимчивости

Типичные представители диамагнетиков  в почвах — кварц, каолинит, гипс, ортоклаз, кальцит, органическое вещество. Парамагнитными компонентами являются авгит, доломит, мусковит, монтмориллонит, вермикулит. К ферромагнитным компонентам почв относятся минералы, содержащие железо, никель, кобальт, титан, железоорганические и другие соединения. Характер намагничивания диа-, пара- и ферромагнитных компонентов твердой фазы почв выражается зависимостью намагниченности / от напряженности магнитного поля H Для диамагнетиков

это прямая 1 с отрицательным угловым  коэффициентом, для парамагнетиков — прямая 2 с положительным угловым  коэффициентом, а для ферромагнетиков  это кривая 5, имеющая сложный  характер. В средних полях она  круто идет вверх, а в сильных  полях асимптотически приближается к намагниченности насыщения  Is.

У ферромагнетиков в отличие  от диа- и парамагнетиков линия размагничивания LIn не совпадает с линией намагничивания OL. При размагничивании, когда напряженность магнитного поля снижается до нуля, ферромагнетики еще обладают остаточной намагниченностью In

 

Для того чтобы привести намагниченность  ферромагнетика к нулю, надо приложить  обратное (противоположное) магнитное прле — H0 (см. рис. 8), называемое коэрцитивной силой. Дальнейшим возрастанием обратного поля доводят образцы до насыщения —1$. С уменьшением обратного поля и переменой его знака снова наступает насыщение Is. При полном цикле намагничивания получается замкнутая кривая LIrM—IrL, называемая петлей магнитного гистерезиса.

Мы рассмотрели особенности  намагничивания диа-, пара- и ферромагнитных компонентов твердой фазы почв отдельно. Но твердая фаза почв является их смесью. Каков же в этом случае характер намагничивания почв? Оказывается, даже незначительное присутствие в почве ферромагнитного компонента обеспечивает ей гистерезисный характер намагничивания. Поэтому показателями магнитных свойств почв наряду с магнитной восприимчивостью являются также остаточная намагниченность гистерезисная петля.

Гистере́зис (греч. ὑστέρησις — отстающий) — свойство систем, мгновенный отклик которых на приложенные к ним воздействия зависит в том числе и от их текущего состояния, а поведение системы на интервале времени во многом определяется её предысторией. Для гистерезиса характерно явление "насыщения", а также неодинаковость траекторий между крайними состояниями (отсюда наличие остроугольной петли на графиках)

              Магнитная восприимчивость почв Прикамья

Состав и свойства аллювиальных почв пойм рек Камы, Обвы и Верхней Мулянки. Аллювиальные отложения и почвы изученных пойм наследуют основные черты гранулометрического состава пород и почв территорий бассейнов рек южной тайги Среднего Предуралья (Коротаев, 1962). В суглинистых и легкоглинистых почвах центральной и притеррасной пойм высокое содержание ила – 18-35% (таблица 1) и крупной пыли – 28-46%. В легкосуглинистых почвах прирусловой поймы преобладает фракция мелкого песка.

Содержание органического вещества в суглинистых разновидностях почв среднее и высокое, а в супесчаных – низкое, сумма обменных оснований, соответственно, высокая и низкая. Проявление зонального подзолистого процесса формирует кислую реакцию среды и высокую гидролитическую кислотность почв пойм. При вовлечении в почвообразование продуктов выветривания карбонатных верхнепермских отложений, образуются почвы с нейтральной и слабощелочной реакцией среды и высокой степенью насыщенности основаниями.

Между составом, свойствами почв и  валовым содержанием ТМ выявлены закономерности взаимосвязи. ТМ накапливаются  и в органической, и в минеральной частях аллювиальных почв. Содержание физической глины связано с содержанием Zn (r = 0,85), Ni (r = 0,77), Cu (r = 0,70), Rb (r = 0,70), Y (r = 0,71); содержание органического вещества коррелирует с Zn (r = 0,73), Ni (r = 0,49), Cu (r = 0,74); сумма обменных оснований имеет тесную корреляционную сязь с содержанием цинка с Zn (r = 0,86), Ni (r = 0,49), Cu (r = 0,82), Mn (r = 0,55). 

 

 

 

 

 

 

 

                            Картирование Магнитной восприимчивости почв

Для фоновых территорий среднее  значение магнитной восприимчивости  составляет 20 – 40 • 10-6 ед. СИ, для фоновых  городских территорий – 60 • 10-6 ед. СИ.Для почв с различным химическим составом характерна своя ассоциация минералов, в том числе и ферромагнитных. При изменении физико-химических условий в почве происходят изменения минерального состава, что приведет к изменению суммарной магнитной восприимчивости.На значение магнитной восприимчивости влияет форма нахождения железа в почве, т. е. в состав каких минералов входит, размер и гранулометрический состав минералов, концентрация частичек минералов в почве. Таким образом, можно сказать, что в понижениях рельефа, где происходит накапливание крупных частичек магнитных минералов будет выявлена локальная магнитная аномалия по сравнению с возвышенностью, откуда происходит вымывание материала. При этом результаты химического анализа не выявляют превышений концентраций тяжелых металлов в почве.

Если магнитная восприимчивость  двух образцов почвы (или горной породы) значительно отличается, то они формировались  в различных физико-химических усло

виях и, или отличаются, в том числе, и по химическому составу. И наоборот, если показания магнитной восприимчивости близки, можно ожидать, что почвы формировались в схожих условиях и близки по химическому составу.

Работы по определению магнитной  восприимчивости почв выполнялись  на территориях 28 работающих детских  дошкольных образовательных учреждений.Картирование проводилось в масштабе 1х500. Точки отбора располагались по равномерной сетке 20х20 метров. Отбор образцов

 

осуществлялся с глубины 0-10 см. Первоначальный вес образца составлял 0,5 кг. Всего  было отобрано 556 проб из 28 детских дошкольных образовательных учреждений. На химический анализ взято 42 пробы. Измерения магнитной  восприимчивости проводились на приборе ЛИМВ-95.

Результаты проведенных ранее  измерений и статистические показатели указывают на правомерность методики отбора проб и лабораторных исследований. Полученные данные подтвердили сделанный  по результатам предыдущих работ  вывод о том, что магнитная  восприимчивость может быть использована в качестве комплексного показателя загрязнения почв тяжелыми металлами. Это дает повод применять экспресс-метод  для оперативного и детального картирования достаточно больших площадей с целью  выявления и контроля распространения загрязнения.Установленные при помощи геофизического экспресс-метода аномалии, естественно, требуют проверки путем геохимического обследования, которое в этом случае может проводиться с большей эффективностью и меньшими затратами.Сколь угодно высокая степень детальности позволяет выявлять, в том числе и мелкие аномалии, связанные с локальными источниками загрязнения, оказывающими свое влияние на небольшие площади, что позволяет детализировать и конкретизировать данные мелко масштабной геохимической съемки. Оперативность метода дает возможность контролировать локальные аномалий за непродолжительные отрезки времени, путем повторного картирования магнитной восприимчивости одних и тех же участков.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИХ СПОСОБОВ В ПОЧВОВЕДЕНИИ И АГРОНОМИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ

Так как различные почвы имеют  типичные для них показатели магнитной  восприимчивости, то магнитометрические способы могут использоваться для  диагностики почв и установления почвенных границ при крупномасштабном почвенном картографировании, для  уточнения границ элементарных агрохимических участков при составлении агрохимических картограмм. Показатели магнитной восприимчивости имеют положительную корреляцию с содержанием гумуса, величиной обменной кислотности, суммой обменных оснований, степенью насыщенности почв основаниями, содержанием физической глины, т. е. со свойствами, при которых произошли количественные и качественные изменения ферромагнитных компонентов почвы. Поэтому по величине магнитной восприимчивости верхнего гумусового (пахотного) горизонта можно устанавливать нуждаемость почв в известковании, степень окультуренности почв, их бонитетный балл, делать заключение о степени развития плоскостной водной эрозии, выделять однородные по плодородию участки поля для проведения полевых опытов и т. д.