1. Вулканизм как определяющий фактор формирования геохимии экосистем Камчатки
Volcanism as a determining factor in the formation of Geochemistry ecosystems of Kamchatka
На формирование современных почв, растительного покрова, природных вод и донных отложений водотоков Камчатского полуострова существенное влияние оказывает активная деятельность вулканических центров. Ранее нами установлено, что почвы, развивающиеся под влиянием разного вулканизма, отличаются по геохимическим характеристикам. С учетом специфических условий почвообразования и их геохимических особенностей проведено районирование территории Камчатского полуострова с выделением Южной и Северной провинций почв и пяти районов внутри них. Для каждого района установлены геохимические особенности почв, обусловленные в первую очередь составом вулканических пеплов на которых они образованы. Предварительные данные указывают на то, что эти особенности отражаются также и в растениях, природных водах и донных отложениях водотоков. Вероятно, именно почва является основным депонирующим связующим звеном между вулканическими пеплами и другими компонентами природной среды. Основной задачей проекта является исследования геохимических свойств компонентов среды в условиях активного вулканизма путем изучения геохимических связей в рядах – вулканические пеплы – почвы – растения; вулканические пеплы – почвы – донные отложения – природные воды.
2. География, строение, геохимия и генезис почв Камчатки
Geography, Structure, Geochemistry and Genesis of soils in Kamchatka
Полученные в последние десятилетия данные об истории голоценового вулканизма на Камчатке [Брайцева и др., 1997] о распространенности вулканических пеплов крупных извержений на территории Камчатки, их возрастах, петрохимических составах и принадлежности к источникам (вулканам) позволили по-новому взглянуть на генезис вулканических почв в условиях современной активной эксплозивной вулканической деятельности Камчатки.
Генетические особенности почвообразования на территории Камчатского полуострова обусловлены деятельностью вулканических центров, находящихся в разных стадиях развития. В ранней фазе активности вулканизма процессы современного почвообразования с частой периодичностью, от первых десятков до первых сотен лет, прерываются выпадением пеплов базальтового и андезитового составов, что не позволяет на территориях пеплопадов развиться в почвах свойствам и процессам, адекватным природно-климатическим условиям Камчатки. Напротив, в зрелой стадии развития вулканизма происходят редкие (периодичность 500 лет и более) крупные кальдерообразующие извержения, сопровождающиеся выпадением на поверхность Земли значительного количества пеплового материала кислого состава. Продолжительные паузы между извержениями благоприятствует формированию почв с выраженными охристыми иллювиальными горизонтами, зрелыми поверхностными органогенными образованиями и развитыми альфе-гумусовыми процессами. С учетом различий в условиях почвообразования на территории полуострова выделены провинции и районы вулканических почв, для которых установлены региональные геохимические фоны широкого спектра микроэлементов.
Факторы вулканизма, определяющие формирование Andosols (на примере Камчатки)
На Камчатке в условиях влажного и холодного климата зрелость андосолей определяют разные условия вулканизма. На полуострове вблизи активных вулканов северной группы, находящихся в молодой базальтоидной стадии вулканизма, развиваются слаборазвитые андосоли с витрик свойствами. В зоне влияния вулканов южной Камчатки, находящихся в зрелой фазе развития вулканизма (с редко происходящими крупными кальдерообразующими извержениями), в середине голоцена длительный период затухания вулканической деятельности, совпавший с климатическим температурным максимумом, обеспечил условия для формирования в средних и нижних частях современных почвенных профилей генетических горизонтов с выраженными андиковыми свойствами. Сравнение свойств Andosols Камчатки, образованных под влиянием разного вулканизма (молодого и зрелого), позволило выделить факторы вулканизма, определяющие формирование Andosols.
Factors of volcanism, determining the formation of Andosols (taking Kamchatka as an example)
In humid and cold climate of Kamchatka maturity of Andosols is determined by different conditions of volcanism. On the peninsula near volcanoes, which are in the early stages of volcanic activity, there are underdeveloped andosols with vitric properties. In the zone of influence of southern Kamchatka volcanoes, which are in the mature phase of volcanism (with rare large caldera eruptions), in the middle of Holocene, a long period of decrease of volcanic activity in coincidence with climatic temperature maximum provided the conditions for the formation of genetic horizons with distinct 'andic properties in the middle and lower parts of the contemporary soil profiles. The comparison of Kamchatka Andosols, of formed under the influence of two different types of volcanism (young and mature) allowed to allocate factors volcanism, which determine the formation of Andosols.
3. Развитие теоретических основ биогеохимии
Development of theoretical foundations of biogeochemistry
По способности растений накапливать химические элементы в зависимости от их концентраций в почвах, как правило, выделяют барьерные и безбарьерные виды. Наши исследования мхов и вейника Ланксдорфа показывают, что в природе соотношения количеств химических элементов в системе «почвы - растения» носят более сложный характер. Часто у растений наблюдается биогеохимическая полибарьерность, когда по мере роста концентраций химического элемента в почвах происходит неоднократное включение и выключение барьерного механизма.
При проведении экологического мониторинга геологоразведочных и горнодобывающих работ в условиях Камчатки опробован метод определения хлорофилла в листве растений с применением раствора Гетри. Наиболее яркими биоиндикаторами состояния экосистем являются: в болотных ландшафтах – береза тощая и голубика обыкновенная; в лесном поясе – вейник Лангсдорфа; в стланиковом криволесье – ольховый стланик. Вблизи и на недавно-образованных рудных отвалах установлено усиление фотосинтезирующей деятельности, вероятно, как следствие защитной реакции на стрессовые условия. Со временем включается биохимический адаптационный механизм и в большинстве растений, произрастающих в зоне давнего техногенного воздействия, а также в пределах естественных геохимических аномалий, интенсивность фотосинтеза восстанавливается до уровня, близкого к фону.
4. Совершенствование геохимических и гидрогеохимических методов поисков месторождений
полезных ископаемых в вулканических областях
Improvement of geochemical and hydrochemical methods of prospecting for mineral deposits in volcanic
areas
5. Фоновые характеристики, оценка техногенного воздействия и охрана компонентов окружающей
среды Камчатки.
Background characteristics, assessment of anthropogenic impact and protection of components
environmental of Kamchatka.
6. Радиоэкология Камчатки
Radioecology of Kamchatka
Фоновые концентрации Th и U в почвах и поверхностных водах Камчатки существенно ниже их кларков для указанных природных сред. Уровень мощности экспозиционной дозы гамма-излучения (МЭД) у поверхности Земли (в среднем 10–11,5 мкР/ч на юге и 8–9,5 мкР/ч на севере полуострова) уступает естественному уровню этого показателя для открытых горных территорий средней полосы России. Удельная активность 226Ra, 228Ra, 224Ra, 232Th и 40К в донных отложениях водотоков не превышает типичные значения природного фона для почв, грунтов и горных пород. Естественные радиогеохимические фоны исследованных природных сред Камчатки обусловлены, в первую очередь, составом вулканических пеплов, слагающих минеральную основу почв полуострова. Они выше в переделах Южной почвенной провинции, где почвы образованны на кислых пеплах, относительно Северной провинции полуострова с почвами, развитыми на пеплах основного и среднего составов. Это согласуется с кларками Th и U для аналогичных типов вулканических пород и объясняет естественный характер повышенного радиогеохимического фона в южной части Камчатки относительно северных районов полуострова. В почвах Северной провинции, образованных на относительно свежих вулканических пеплах, наблюдается снижение Th/U отношения в сравнении с почвами южной Камчатки за счет более высокого содержания урана в молодых пеплах, в сравнении с более древними почвообразующими пеплами юга региона.Радиогеохимические аномалии и аномальные МЭД пространственно приурочены к известным сульфидным медно-никелевым рудным объектам Камчатского края. Это позволяют рекомендовать радиометрическое обследование территорий в качестве дополнительного метода в составе комплекса традиционных методов поисков медно-никелевых месторождений на Камчатке.
Background concentrations of Th and U in the soils and surface waters of Kamchatka are significantly lower than their clarke for the mentioned natural environments. Power level of the exposure dose of gamma radiation (EDR) above the ground surface (on average, 10-11.5 mcR/h in the South and 8-9.5 mcR/h on the North of the peninsula) is significantly less than the natural level of this parameter for the open mountain territories of the central Russia. The specific activity of 226Ra, 228Ra, 224Ra, 232Th and 40К in the bottom deposits of the water courses do not exceed the typical values natural background for soils, subsoils and rocks. The natural radiogeochemical backgrounds of studied natural environments Kamchatka are determined by, primarily, the composition of the volcanic ashes that form the mineral basis of the soils on the peninsula. It is higher in the southern soil province, where soils develop from acidic ashes, in comparison with the northern province, with a predominance of soils developing from ashes of basic and intermediate composition. This agrees with Th and U clarkes for the corresponding types of volcanic rocks and explains the natural origin of the elevated radiogeochemical background in the southern part of Kamchatka as compared with its northern part. The soils of the northern province developing from relatively fresh volcanic ashes show a lower Th/U ratio as compared to the soils of southern Kamchatka because of higher uranium content in the newly deposited ashes. Radiogeochemical anomalies and abnormal EDR spatially are confined to the known sulfide copper-nickel ore objects of Kamchatka. This allows us to recommend the radiometric study of the territories as an additional method of searching for copper-nickel deposits on Kamchatka.
Полностью материалы исследований приведены в статьях:
Литвиненко Ю.С., Захарихина Л.В. "Радиоэкологическая характеристика Камчатки на фоновом уровне и в зонах воздействия рудных объектов". Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2013. № 2. ВЫПУСК № 22 (С.152-167).
Ознакомиться со статьей можно по ссылке http://www.kscnet.ru/kraesc/2013/2013_22/art14.pdf
Захарихина Л.В., Литвиненко Ю.С. Радиогеохимия почв Камчатки //Почвоведение. № 1. 2016. С.19-28.
Zakharikhina L.V., Litvinenko Yu.S. Radiogeochemistry of Kamchatka Soils// Eurasian Soil Science. Vol. 49, No. 1, 2016. pp. 15-23. DOI: 10.1134/S1064229315090136
Исследования продолжаются.
7. Ислользование продуктов вулканических извержений в сельском хозяйстве
Using products of volcanic eruptions in agriculture
Исследования включают два основных блока: изучение особенностей геохимического состава вулканических пеплов и полевые сельскохозяйственные опыты их использования для повышения биопродуктивности почв. Установлено, что подавляющая часть подвижных форм химических элементов (80–95%), с которыми связывают свойства вулканических пеплов, как поставщиков дополнительных элементов, повышающих биопродуктивность экосистем, поступают на поверхность Земли при пеплопадах не в составе пепловых частиц, а в газорастворенной форме непосредственно из дисперсионной среды вулканического аэрозоля. В отрыве от извержений вулканов пеплы содержат незначительные количеств доступных форм химических элементов. Однако выявленные особенности геохимического состава продуктов извержений в сочетании с предложенной технологией обработки почв позволяет эффективно использовать пеплы для прироста урожайности и улучшении качества сельскохозяйственных культур. По результатам первого года сельскохозяйственного опыта по разным вариантам были получены прибавки урожайности картофеля на 37–72% с повышением содержания в нем крахмала на 3–5%.
Опыт использования вулканических пеплов Камчатки для повышения плодородия почв
Abstract
Целью работы являлась оценка эффективности использования вулканических пеплов Камчатки для выращивания сельскохозяйственных культур. Опыт проводился на охристых вулканических почвах (Andosols Acroxic) на опытных полях Камчатского научно-исследовательского института сельского хозяйства (юг Камчатки, долина р. Авача). В почвы в сочетании с традиционными минеральными удобрениями вносились свежевыпавшие вулканические пеплы извержений вулкана Шивелуч и преобразованные голоценовые охристые вулканические пеплы, слагающие переходные горизонты Andosols Acroxic Камчатки. При внесении вулканических пеплов в сочетании с разными дозами минеральных удобрений по разным вариантам опыта были получены прибавки урожайности картофеля на 37–72%. Вулканические пеплы содержат широкий спектр подвижных форм химических элементов, но в не значительных количествах. То есть, прибавка урожайности не связана с поступлением дополнительных элементов питания. Пеплы являются катализаторами биогеохимических и стимуляторами микробиологических процессов в почвах, улучшают питательный режим растений, усвояемость ими питательных веществ, находящихся в почве и в одновременно вносимых минеральных удобрениях. Подтверждает каталитический эффект действия пеплов повышение в клубнях картофеля крахмала (на 3–5%), которое, как правило, достигается при использовании комплексных удобрений, содержащих микроэлементы, оказывающих каталитическое действие на ферментативные реакции.
Key words: Камчатка, вулканические пеплы, каталитические свойства, плодородие почв, прирост урожайности.
Abstract
The aim of the work was to evaluate the efficiency of Kamchatka volcanic ash in growing crops. The experiment was conducted at the ochreous volcanic soils (Andosols Acroxic) on the experimental fields of the Kamchatka Research Institute of Agriculture (South Kamchatka, the Avacha River valley.). The soils were stercorated with the combination of conventional mineral fertilizers and fresh volcanic ash of Sheveluch eruptions and converted ochreous Holocene volcanic ash of the transitional horizon of Kamchatka Andosols Acroxic. When using volcanic ash in combination with different doses of fertilizers for different variants of the experiment an increase in the productivity of potato was 37-72%. Volcanic ash contains a wide variety of mobile forms of chemical elements, but the amounts of them are not significant. It means, that the yield increase is not related to the additional nutrition elements. Ashes are catalysts of biogeochemical and stimulants of microbiological processes in the soil, they improve the nutrient status of plants, assimilability of nutrients in the soil and mineral fertilizers. The increase of starch in potato tubers (3-5%) confirms catalytic effect of ash, such effect is usually achieved by using complex fertilizers containing micronutrients, which have a catalytic effect on the enzymatic reaction.
Key words: Kamchatka, volcanic ash, catalytic properties, soil fertility, an increase in yields.
8. Источники термоминеральных вод Камчатки
Sources of thermal mineral waters of Kamchatka
9. Редкоземельные элементы как геохимические индикаторы природных и техногенных процессов в компонентах окружающей природной среды вулканических областей
Rare earth elements as a geochemical indicators of natural and anthropogenic processes in the components of the environment volcanic areas
Редкоземельные элементы в снежном покрове Камчатки
АННОТАЦИЯ: В статье приведены региональные фоновые содержания редкоземельных элементов (РЗЭ) в снежном покрове Камчатки и их местный фон в снеге в окрестностях действующих вулканов. Дана оценка концентраций РЗЭ в горизонтах снежного покрова, содержащих пеплы известных вулканов, на разных расстояниях от центров извержений относительно регионального фона и кларков речной воды. Рассмотрено распределение в снеге концентраций РЗЭ, нормированных по североамериканским сланцам (NASC). Проведен анализ связей РЗЭ с другими элементами в снеге.
Abstract: This paper presents the regional background concentrations of rare earth elements (REE) in the snow cover of Kamchatka and their local background in the snow of the surrounding area of active volcanoes. The estimation of REE concentrations is made in the horizons of snow with the ashes of known volcanoes at different distances from centers of eruption of relatively regional background and clarks of river waters. The North American Shale Composite (NASC) normalized REE concentrations distribution in the snow are considered. Analyzed the correlations REE with other elements.