ВАРИАЦИИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА В ПОЧВЕННЫХ ГАЗАХ ПЕРМСКОГО ПРИКАМЬЯ

  • А.А. БОРИСОВ Горный институт УрО РАН

Аннотация

Почва почти всегда содержит большое количество пор (10-60% объема), частич- но заполненных водой и газами. Состав почвенных газов, с одной стороны, определяет- ся скоростью биохимических процессов, происходящих в почве, с другой поступле- нием газов из атмосферы и подстилающих материнских пород. Однако по своему со- ставу почвенный воздух значительно отличается от атмосферного воздуха, причем, не- смотря на быстрый газовый обмен, не происходит выравнивание концентраций газов в почве и атмосфере. Это отображается в специфике компонентного состава почвенного воздуха, который имеет значительно большее количество углекислого газа, меньшее количество кислорода, и примерно близкое атмосферному воздуху количество азота. Кроме того, почвенный воздух всегда содержит небольшое количество летучих орга- нических соединений (ЛОС) [1]. Поскольку на формирование состава газов в почвах оказывают влияние экзоген- ные и эндогенные процессы различной интенсивности и направленности, модельные лабораторные исследования с определенной степенью достоверности позволяют дать количественную оценку газосодержания почвы, т.е. оценить естественные процессы формирование природного приповерхностного газового фона [2]. На территории Пермского Прикамья изучение состава почвенных газов выпол- нялось в рамках различного вида работ, и их география достаточно обширна. Было ус- тановлено, что формирование газогеохимических аномалий и динамика изменений концентраций в почве таких компонентов, как метан, тяжелые углеводороды, гелий и других, связаны с проявлением и активизацией различных природных и техногенных процессов [3]. Для территории Пермского Прикамья характерно господство подзолистого про- цесса почвообразования, обусловленного существующей физико-географической об- становкой. Материнскими почвообразующими породам являются покровные суглинки, элювиально-делювиальные отложения, водно-ледниковые отложения, элювий корен- ных пород, современные аллювиальные и делювиальные отложения [4]. Наиболее рас- пространёнными являются дерново-подзолистые почвы. Они имеют тяжелый механи- ческий состав и формируются чаще всего на некарбонатных покровных глинах и тяже- лых суглинках. Газовый состав данных почв достаточно разнообразный, но прослеживаются следующие закономерности: • в центральных районах дерново-подзолистые почвы, сформированные на рых- лых образованиях, характеризуются пониженным содержанием в газовом составе диок- сида углерода; • дерново-среднеподзолистые почвы, развитые в центральных и южных терри- ториях и сформированные на некарбонатных пародах, характеризуются более высоким содержанием диоксида углерода. Подзолистые почвы широко распространены в северных районах Пермского Прикамья. Сильно- и среднеподзолистые почвы тяжёлого механического состава дан- ных районов в составе почвенных газов содержат мало диоксида углерода и углеводо- родных компонентов, что объясняется слабой интенсивностью микробиологических процессов и малым количеством гумуса. Для слабоподзолистых почв восточной части 60 ----------------------- Page 61----------------------- Пермского Прикамья так же характерно достаточно низкое содержание этих газовых компонентов, что возможно связано с тем, что материнскими почвообразующими по- родами являются покровные глины и тяжелые суглинки. а) б) в) г) Рис. 1. Гистограммы распределения диоксида углерода в почвенных газах Пермского Прикамья а - дерново-подзолистые почвы; б - подзолистые почвы; г - почвы лесостепи; д - почвы торфяного типа. Достаточно отличными от других являются темноцветные почвы кунгурской ле- состепи. Материнскими почвообразующими породами являются покровные некарбо- натные глины и тяжелые суглинки, содержащие углекислую известь в виде включений. Почвенные газы данных почв характеризуются повышенным содержанием в своем со- ставе диоксида углерода. Почвы болотного и торфяного типа распространены довольно широко на рас- сматриваемой территории. Для них характерным является чрезвычайно высокое со- держание в составе почвенных газов компонентов, связанных с процессами преоб- разования органического материала. Концентрации диоксида углерода в данных почвах значительное превышают его содержание в других типах почв. Характерной особенностью данных почвенных газов является наличие большого количества син- генетичного метана. В целом для почвенных комплексов Пермского Прикамья наблюдается значи- тельная неравномерность содержания диоксида углерода. По уровню снижения содер- жания в почвенных газах диоксида углерода почвы можно распределить следующем 61 ----------------------- Page 62----------------------- образом: болотные и торфяные почвы - почвы лесостепи - дерново-подзолистые - под- золистые. Представляет интерес изучение изменчивости содержания диоксида углерода в почвенных газах от техногенных факторов. Теоретически данный газогеохимический показатель может отражать поступление глубинного газа, выделяющегося при дефор- мации карбонатных отложений в пределах мульд оседания на шахтных полях Верхне- камского месторождения солей. О реальности данных процессов свидетельствуют ре- зультаты поинтервального опробования шпуров с помощью экспресс-газоанализатора Ecoprobe-5: на многих пикетах максимальные концентрации диоксида углерода при- урочены к нижней части почвенного разреза (глубины 30-50 см). Вместе с тем, как по- казывают данные автоматизированной станции газогеохимического мониторинга, в от- личие от углеводородов, четкой связи изменчивости содержания диоксида углерода в подпочвенном воздухе от характера деформации породного массива не отмечается (рис. 2). Рис. 2. Характер временной изменчивости компонентов подпочвенного воздуха в пределах мульды оседания подработанного породного массива По всей видимости, на временную флуктуацию диоксида углерода в приповерх- ностной части разреза значительное влияние оказывают метеорологические факторы, маскирующие глубинное влияние (рис. 3). Из числа данных факторов основное влияние оказывает температура воздуха, контролирующая активность жизнедеятельности почвенной микрофлоры, одним из продуктов которой является углекислый газ. Как видно из рис. 3а, снижение темпера- туры приводит к «затуханию» активности почвенной микрофлоры и соответственно концентрации диоксида углерода в почвенных и подпочвенных газах (минимум в зим- ний период). Менее четкая связь прослеживается с влажностью - более высокая концентра- ция диоксида углерода характерна для «сухих» периодов, характеризующихся отсутст- вием или низкой интенсивностью атмосферных осадков. Связь содержания в почвенных газах диоксида углерода с изменением баромет- рического давления не прослеживается. 62 ----------------------- Page 63----------------------- o o o o o o +15C - +5C +15C и более +15C - +5C +5C и менее а) температура воздуха б) влажность Рис. 3. Сопоставление содержания в почвенных газах диоксида углерода с метеорологическими факторами Таким образом, для привлечения диоксида углерода в качестве газогеохимиче- ского показателя процессов техногенеза в геологической среде Верхнекамского место- рождения требуются более детальные режимные наблюдения, позволяющие уточнить влияние экзогенных и эндогенные факторов на его изменчивость.

Литература

  1. Добровольский Г.В. Функции почв в биосфере и экосистемах / Г.В. Добровольский, Е.Д. Никитин - М.: Наука, 1990. - 258 с.
  2. Глаголев М.В. Физикохимия и биология торфа. Методы измерения газообмена на границе почва-атмосфера: учеб. пособие / М.В. Глаголев, А.Ф. Сабреков, В.С. Казанцев. - Томск: Изд-во гос. пед. ун-та, 2010. - 102 с.: ил.
  3. Борисов А.А. Оценка влияния природных факторов на особенности «газового дыхания» недр // Стратегия и процессы освоения георесурсов: сб. науч. тр. Вып. 14 / ГИ УрО РАН. - Пермь, 2016. - С. 68-70.
  4. Коротаев Н.Я. Почвы Пермской области. - Пермь: Перм. кн. изд-во, 1962. - 278 с.
Опубликован
2018-10-01
Выпуск
Раздел
Статьи