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. (Ковриго, Лукшин с сотр., 1967-1994).

Понятие о магнитных свойствах почв

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 (æ).

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 æ < 0, при этом очень мала по абсолютному значению (=10^-5ед. СИ), у парамагнетиков æ > 0 и более высокие значения по абсолютному значению (до 10^_2ед. СИ).

Ранее мы писали: Дерновые почвы

Для ферромагнетиков характерны несравненно большие значения магнитной восприимчивости (æ >> 0). 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:

• магнетит — FeO • Fe₂O₃,
• гематит — αFe₂0₃,
• маггемит — γFe₂0₃,
• ильменит — FeO • ТiO₂,
• лимонит — Fe₂O₃ • 3Н₂O,
• лепидокрокит — γFeO • ОН,
• гидролепидокрокит — γFeO • ОН • nН₂O,
• гетит — αFeO • ОН,
• гидрогетит — αFeO • ОН • nН₂O.

Характер намагничивания диа-, пара- и ферромагнитных компонентов твердой фазы почв выражается зависимостью намагниченности / от напряженности магнитного поля Н (рис. 8).

Для диамагнетиков это прямая 1 с отрицательным угловым коэффициентом, для парамагнетиков — прямая 2 с положительным угловым коэффициентом, а для ферромагнетиков это кривая 3, имеющая сложный характер. В средних полях она круто идет вверх, а в сильных полях асимптотически приближается к намагниченности насыщения I_s.

У ферромагнетиков в отличие от диа- и парамагнетиков линия размагничивания LI_r не совпадает с линией намагничивания 0L. При размагничивании, когда напряженность магнитного поля снижается до нуля, ферромагнетики еще обладают остаточной намагниченностью 1_r.

Рекомендуем прочитать: Болотные почвы

Для того чтобы привести намагниченность ферромагнетика к нулю, надо приложить обратное (противоположное) магнитное поле —Н_с (см. рис.8), называемое коэрцитивной силой. Дальнейшим возрастанием обратного поля доводят образцы до насыщения -I_s.

С уменьшением обратного поля и переменой его знака снова наступает насыщение I_s. При полном цикле намагничивания получается замкнутая кривая LI_rM—I_rL, 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?

Ещё по теме: Сероземы

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 1_п коэрцитивная сила Н_с, намагниченность насыщения Is и сама гистерезисная петля.

Характеристика почв по магнитным свойствам

Количественный и качественный состав ферромагнитных компонентов в почвах изменяется и зависит прежде всего от процесса почвообразования.

Поэтому величина площади и форма петель магнитного гистерезиса верхних горизонтов почв, а также изменение этих петель по генетическим горизонтам характерны для каждого типа почв (рис. 9). Развитие дернового процесса почвообразования способствует расширению гистерезисной петли.

Что связано с образованием в почве ферромагнитных минералов с высокой магнитной восприимчивостью. При развитии подзолистого и глеевого процессов почвообразования гистерезисная петля сужается, практически вырождаясь в прямую, как у парамагнетиков.

Магнитная восприимчивость легко определяется с помощью специальных приборов (ИМВ-2, ИПК-2 и др.) как в полевых, так и в лабораторных условиях, без применения каких-либо химических анализов.

Читайте также: Солончаки

Для этого достаточно привести в контактное соприкос новение рабочую поверхность датчика прибора с поверхностью почвенного образца. Значения магнитной восприимчивости, выраженные в единицах СИ, считывают со шкалы прибора.

Типы и подтипы почв, сформировавшиеся на тех или иных материнских породах, имеют определенные для них значения магнитной восприимчивости верхних гумусовых (пахотных) горизонтов, обусловленные почвообразовательными процессами.

В результате которых изменяется магнитная восприимчивость ферромагнитных компонентов почв. Например, значения магнитной восприимчивости пахотного горизонта дерново-подзолистых суглинистых почв восточноевропейской части России колеблются в пределах (40,3 +14,3)10^-5 единиц СИ, а дерново-карбонатных — соответственно (68,5 ± 18,7) 10-⁵ единиц СИ.

Величины магнитной восприимчивости для верхних гумусовых (пахотных) горизонтов автоморфных почв отражают зональные и региональные особенности почвообразования, которые в большой степени зависят от интенсивности и качественной направленности гумусово-аккумулятивного процесса.

В результате которого происходят количественные и качественные изменения ферромагнитных минералов. Значения магнитной восприимчивости становятся выше от дерново-подзолистых к серым лесным почвам. Черноземы имеют наиболее высокие значения ж, в каштановых почвах величины ж ниже, они еще ниже у сероземов.

Ранее мы писали про Подзолистые почвы таежно-лесной зоны

На снижение значений ж заметно влияют процессы оподзоли-вания и оглеения, еще более — гранулометрический состав, развитие плоскостной водной эрозии и наличие свободных карбонатов.

Каждый тип и подтип почвы характеризуется своим магнитным профилем, т. е. закономерностями изменения магнитной восприимчивости по генетическим горизонтам. Для примера на рисунке 10 приведены профили магнитной восприимчивости дерново-подзолистой и дерново-карбонатной почв.

Профильную кривую магнитной восприимчивости в основном определяет илистая фракция, в которой сосредоточены в дисперсном состоянии ферромагнитные минералы.

На основе измерений магнитной восприимчивости разработаны магнитометрические способы диагностики почв, определения их качественных показателей и производительности.

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.

Контрольные вопросы и задания

1. Какие компоненты твердой фазы почв называют диамагнитными, парамагнитными и ферромагнитными? По какому признаку?
2. Назовите основные показатели магнитных свойств почв и дайте им определения.
3. Как гистерезисным характером намагничивания и показателями магнитной восприимчивости можно охарактеризовать разные типы почв?
4. Какие имеются возможности использования магнитометрических способов для определения качественных показателей почв и их производительности?