państwowy instytut geologiczny zakład geologii regionalnej
TRANSCRIPT
-
Pastwowy Instytut Geologiczny Zakad Geologii Regionalnej, Surowcowej i Geofizyki
Rozprawa doktorska
RDA WYBRANYCH ANOMALII PODATNOCI MAGNETYCZNEJ GLEB Z OBSZARU POLSKI
Olga Polechoska
doc. dr hab. Jerzy Nawrocki
Krakw 2007
-
2
Podzikowania
W pierwszym rzdzie kieruj wyrazy wdzicznoci do doc. Jerzego Nawrockiego
za przekazan mi wiedz i powicony czas oraz za pomoc w pozyskiwaniu materiau badawczego
Dzikuj rwnie doc. dr hab. Franciszkowi Lisowi
oraz dr Annie Pasiecznej za udostpnienie mi kolekcji prb, stanowicych punkt bazowy caej pracy
Dzikuj dr Norbertowi Nowaczykowi,
ktry umoliwi mi wykonanie czci bada w Laboratorium Paleomagnetycznym GeoForschungZentrum w Poczdamie
-
3
Spis treci
1. Wprowadzenie........................................................................................................................... 5
2. Badania nad magnetyzmem rodowiskowym w Polsce i na wiecie.......................................... 6
3. To teoretyczne.......................................................................................................................... 10
3.1 Diamagnetyzm, paramagnetyzm i ferromagnetyzm ...........................................................10
3.2 Parametry magnetyczne w badaniach nad magnetyzmem rodowiskowym ......................12
3.3 Mineray magnetyczne w glebach.......................................................................................17
4. Metodyka bada, ich cele i zakres ............................................................................................ 21
4.1 Pomiary podatnoci magnetycznej......................................................................................21
4.2 Konstrukcja map podatnoci magnetycznej ........................................................................23
4.3 Pomiary IRM i ARM...........................................................................................................24
4.4 Testy Lowriego ..................................................................................................................25
4.5 Analizy termomagnetyczne zwyke ....................................................................................25
4.5 Ptle histerezy .....................................................................................................................26
4.6 Badania geochemiczne ........................................................................................................27
4.7 Analizy SEM .......................................................................................................................27
5. Wyniki....................................................................................................................................... 28
5.1 Mapy podatnoci magnetycznej wybrane anomalie i ich polowa weryfikacja. ...............28
5.2. Oglna charakterystyka podatnoci magnetycznej prbek glebowych..............................32
5.3 Gleby lessowe .....................................................................................................................34
5.3.1 Baborw .......................................................................................................................35
5.3.2 Branice .........................................................................................................................37
5.3.3 Racibrz .......................................................................................................................38
5.3.4 Zota (koo Sandomierza).............................................................................................39
5.3.5 Cegielnia Feliks (koo Hrubieszowa)...........................................................................46
5.3.6 Nieledew.......................................................................................................................50
5.3.7 Cegielnia w Jarosawiu.................................................................................................52
5.3.8 Cegielnia w Nehrybce ..................................................................................................53
5.3.9 Cegielnia w Humniskach .............................................................................................56
5.3.10 Podsumowanie ...........................................................................................................60
5.4 Gleby bielicowe w otoczeniu hut elaza .............................................................................61
5.4.1 Huta elaza Ostrowiec S.A - Ostrowiec witokrzyski ...........................................61
5.4.2 Huta elaza Andrzej - Zawadzkie.............................................................................68
5.4.3 Podsumowanie .............................................................................................................72
5.5 Gleby w ssiedztwie drg ...................................................................................................78
-
4
5.5.1 Droga w miejscowoci Medonia (na pnoc od Raciborza) ........................................78
5.5.2 Droga w miejscowoci Pszczki anomalia Tczewska .............................................81
5.5.4 Podsumowanie .............................................................................................................86
5.6 Gleby na obszarach morenowych i zalewowych ................................................................90
5.6.1 dolina Wisy na odcinku Kwidzy Starogard Gdaski .............................................91
5.6.2 Ujcie Nogatu do Zalewu Wilanego...........................................................................96
5.6.3 obez Goleniw ......................................................................................................100
5.6.4 Rejon na pnoc od Gorzowa Wielkopolskiego.........................................................103
5.6.5 Podsumowanie ...........................................................................................................107
5.7 Inne obszary anomalnych wartoci podatnoci magnetycznej..........................................111
5.7.1 Srebrna Gra ..............................................................................................................111
5.7.2 Plaa pod Tolkmickiem..............................................................................................113
6. Wnioski ................................................................................................................................... 116
7. Literatura ................................................................................................................................. 118
8. Spis zacznikw..................................................................................................................... 123
9. Spis rysunkw ......................................................................................................................... 124
-
5
1. Wprowadzenie
Celem pracy byo zdefiniowanie wartoci podatnoci magnetycznej gleb Polski na
gbokoci 0.4 - 0.6 m, weryfikacja za pomoc pomiarw polowych zasigu niektrych anomalii
podatnoci magnetycznej zdefiniowanych wczeniej poprzez laboratoryjne pomiary na prbkach
pobranych z powierzchniowej warstwy gleby (Magiera i in., 2002) oraz okrelenie rde
wybranych anomalii. Praca skada si zatem z dwch czci. Pierwsza to pomiary podatnoci
magnetycznej poziomu podglebia (0.4 0.6 m) obszaru Polski wraz z konstrukcj mapy. Druga
cz, wynikajca take z interpretacji pierwszej, zawiera wyniki bada przeprowadzonych na
serii profili glebowych, pobranych w celu scharakteryzowania rde anomalii podatnoci
magnetycznej widocznych na mapach.
Za anomali podatnoci magnetycznej (zarwno w przypadku map gleb i podglebia jak i
mapy rnicowej) uznano kady obszar, dla ktrego warto podatnoci magnetycznej odbiega
od jej redniej wartoci uzyskanej ze wszystkich pomiarw. rednia warto dla obu map
podstawowych to 1810-8 m3/kg, natomiast dla mapy rnicowej 1010-8 m3/kg. Kada
podwyszona lub obniona warto podatnoci magnetycznej, niezalenie od tego czy
spowodowana jest naturalnymi czynnikami, czy te jest wynikiem antropogenicznego
zanieczyszczenia gleby, na mapie jest widoczna jako anomalia. Mona wic powiedzie, e
definicja anomalii podatnoci magnetycznej jest zbliona do definicji anomalii pl potencjalnych
(grawimetrycznych, magnetycznych). Tak samo jak w przypadku anomalii pl potencjalnych
opisywane anomalie s wynikiem okrelenia wartoci pewnego parametru fizycznego orodka, a
nie jak to ma miejsce np. w przypadku map geochemicznych, okrelania zawartoci procentowej
wybranego skadnika (pierwiastka).
W wyniku analiz magnetometrycznych gleb w innych orodkach (Shilton i in., 2005;
Kapika, 2003; Petrovsky, 2000) stwierdzono, e z obrazu podatnoci magnetycznej nie mona
w jednoznaczny sposb okreli rodzaju rda anomalii musz towarzyszy jej inne metody
badawcze. Jest to jednak metoda, ktra szybko (ju w trakcie pomiarw terenowych) pomaga
okreli moliwo wystpowania anomalnej zawartoci metali cikich, ktre czsto s
ubocznym produktem przemysu cikiego i transportu drogowego.
Prezentowana praca powstaa w ramach tematu: rda anomalii podatnoci
magnetycznej gleb na obszarze Polski, finansowanego ze rodkw Ministerstwa Nauki i
Szkolnictwa Wyszego, a realizowanego w Pastwowym Instytucie Geologicznym. W pracy
wykorzystano nie analizowan wczeniej kolekcj prb glebowych zgromadzon w ramach
realizacji Atlasu geochemicznego Polski (Lis, Pasieczna, 1995). Cz pomiarw wykonano
pod opiek dr Tadeusza Magiery w laboratorium Instytutu Inynierii rodowiska PAN w
Zabrzu, a take dziki uprzejmoci dr Norberta Nowaczyka w laboratorium GFZ w Poczdamie.
-
6
2. Badania nad magnetyzmem rodowiskowym w Polsce i na
wiecie
Od wielu lat na caym wiecie rozwijana jest metodyka oraz prowadzone s badania
dotyczce wasnoci mineraw czynnych magnetycznie, rde ich powstawania oraz roli jak
peni w rodowisku. Jako pierwszy termin magnetyzm rodowiskowy sformuowali
Thompson i in. (1980) wskazujc na szeroki zakres zagadnie, w opisie ktrych pomocne s
parametry magnetyczne. Oldfield i in. (1985) okrelili charakterystyki magnetyczne pyw
pochodzcych z rnych obszarw geograficznych (Afryka, Barbados, Wielka Brytania czy
Morze Pnocne), z uwzgldnieniem okresowych zmian klimatu w obrbie poszczeglnych
obszarw. Obserwacja ta wskazuje na moliwo wykorzystywania metod magnetycznych dla
rozrniania naturalnych rde podwyszonej podatnoci. Z drugiej jednak strony naley
pamita, e na obraz magnetyczny moe mie wpyw jednoczenie kilka rde (Xie i in., 2001)
zarwno naturalnych jak i antropogenicznych.
Lotne czstki magnetyczne s produktem rnych procesw przemysowych, takich jak
produkcja stali czy cementu (np. ura, 1999, 2003). Przedostaj si one do gleb take w efekcie
intensywnego ruchu samochodowego. Jednym z ich najsilniejszych rde s jednak elektrownie
spalajce wgiel. Pomimo stosowania filtrw o 98-procentowej wydajnoci, pojedynczy 1000-
MW zakad emituje w cigu godziny niemal 2 tony lotnego popiou (Konieczyski, 1982).
Popi ten moe (w zalenoci m.in. od warunkw meteorologicznych) rozprzestrzenia si na
odlego nawet setek kilometrw od komina. W latach 1980 - 1990 elektrownie rejonu okrgu
katowickiego spalay ponad 108 ton wgla rocznie, co zapewniao jedynie 2 % zapotrzebowania
energetycznego kraju. W roku 1981 ilo opadw tlenkw elaza w okrgu katowickim
osigna rekordow warto ok. 35 g/m3/rok, podczas gdy w tym samym czasie, w znacznie
silniej zindustrializowanym lecz i poddanym silniejszym restrykcjom Zagbiu Ruhry (Niemcy)
zanotowano wielkoci 100 tys. razy nisze (Evans, Heller, 2003).
Jak ju wspomniano instalacja w elektrowniach rejonu Katowic elektrofiltrw znacznie
zredukowaa emisj pyw, a co za tym idzie depozycj elaza, jednake w glebie nadal zalegaj
starsze opady. Wyniki bada ich wielkoci i zasigu na podstawie pomiarw podatnoci
magnetycznej opublikowane zostay m.in. przez Hellera i in. (1998). Wskazuje on, e due
czstki magnetyczne (>600 m) charakterystyczne dla emisji z hut, ze wzgldu na swoj wag
przenoszone s na wzgldnie niewielkie odlegoci, podczas gdy niewielkie czstki (4 20 m)
pochodzce z elektrowni wglowych, przenoszone s na odlegoci rzdu nawet 100 km. Cztery
lata wczeniej Flanders (1994) zaobserwowa, e ilo materiau magnetycznego osadzonego na
drzewach czy budynkach zmniejsza si wraz ze wzrostem odlegoci od rda emisji.
-
7
Zazwyczaj w odlegoci ok. 1 km ilo materiau magnetycznego wynosi ok. 1 g na 1 cm2
powierzchni osadzania.
Schiavon i Zhou (1996) potwierdzili, e gwnym rdem zanieczyszcze s elektrownie
wglowe oraz piece (paleniska) domowe. Dodatkowo stwierdzili, e nagromadzenie bogatych w
elazo czstek moe by katalizatorem w reakcji utleniania, prowadzcej do rozkadu wapieni
(np. wapiennych elementw architektonicznych). Chocia rozwaane czstki tlenkw elaza
stanowi jedynie niewielk cz cakowitej objtoci pyw opadowych, to mog by one
wskanikiem nagromadze towarzyszcych im metali cikich, ktre s potencjalnie szkodliwe
dla wiata rolin, zwierzt, a take ludzi (Li i in., 2001). Analiza zmian w czasie zawartoci
metali cikich w niektrych rejonach (Imperato i in., 2003) wskazuje jednoznacznie na
tendencje wzrostowe, zwaszcza w przypadku terenw o wzmoonym ruchu samochodowym.
Przykad przechwytywania lotnych pyw przez grn warstw gleby przedstawiony
zosta w pracy Hanescha i Petersena (1999). Autorzy wskazuj, e obfita ilo czstek
czynnych magnetycznie (sferul) znajduje si w pierwszych 25 cm profilu glebowego (warstwa
Ap, lub orna). Lu i Bai (2006) zaobserwowali natomiast wzrost zawartoci metali cikich
jedynie w pierwszych 5- 6 cm profilu. Tak wysoka rozbieno wynikw skania do dalszych
bada.
Magiera i Strzyszcz (2000) opisali badania przeprowadzone na prbach gleb pobranych
w szeciu polskich parkach narodowych. Badania te wykazay, e czstki magnetyczne
odpowiedzialne za podwyszenie podatnoci magnetycznej s podobne do tych pochodzcych z
pyw opadowych, a wic s pochodzenia antropogenicznego. Inne mineray ferrimagnetyczne,
pochodzenia pedogenicznego, s znacznie rzadsze. Podobne badania zostay wykonane w
Wielkiej Brytanii (Schmidt i in., 2005) oraz pnocnej i zachodniej czci Austrii (Boyko i in.,
2004), gdzie rozpatrywano dodatkowo wpyw zrnicowania morfologii, typu lasu czy
wilgotnoci podoa. Pod uwag naley take bra zakwaszenie gleby oraz wynikajce z tego
przemiany chemiczne w poziomie glebowym (Kapika i in., 2001b).
Strzyszcz i Magiera (2001a) przedstawili badania trzech polskich torfowisk wysokich.
Torfy zawieraj gwnie organiczny materia diamagnetyczny, charakteryzujcy si bardzo
niskimi (ujemnymi) wartociami podatnoci magnetycznej. S one jednoczenie, jako utwory
nienaruszone przez czowieka (w przeciwiestwie np. do pl uprawnych), dobrym zbiornikiem
dla rnego rodzaju pyw opadowych, take pochodzenia przemysowego. Opady takie
wyranie zaznaczaj si na krzywej profilu podatnociowego, dziki czemu moliwe jest ich
datowanie. Kontynuacja, w szerszym zakresie tych bada zawarta jest w kolejnej pracy autorw
(Strzyszcz, Magiera, 2001b), gdzie analizowany jest przestrzenny zasig migracji pyw
przemysowych, na podstawie korelacji wysokoci podatnoci magnetycznej z Fe, Pb, Zn i Se (w
-
8
rejonach gdzie podatno przekracza warto 5010-8 m3/kg). Podobne badania zostay
przedstawione przez Petrovskiego i in. (1998) w osadach jeziornych bdcych w zasigu
oddziaywania przemysu grniczego. W tym przypadku jednak nie stwierdzono korelacji
podatnoci magnetycznej z zawartoci metali cikich, czego przyczyn jest obecno kilku
rde emisji. Osady denne byy natomiast tematem bada kanadyjskich (Pozza i in. 2002).
Autorzy poczyli w tym przypadku badania petromagnetyczne z metod magnetometryczn,
poprzez wykonanie dwuwymiarowego modelu pokazujcego zasig oddziaywania przemysu na
obraz magnetyczny.
Znaczcym rdem zanieczyszczenia gleb metalami cikimi s drogi, a cile mwic
ruch samochodowy (Lu i in., 2005). Zanim powszechnie weszo do uytku paliwo bezoowiowe
stwierdzono, e skadniki oowiowe wykazuj wyran tendencj do wystpowania wraz z
mineraami magnetycznymi (Matzka, Maher, 1999; Beckwith i in., 1990). Obecnie, po
wprowadzeniu paliw bezoowiowych, czynne magnetycznie czstki (bogate w elazo) w
mniejszym stopniu pochodz z paliwa, a gwnie z okruszania, erozji karoserii czy cierania
ruchomych elementw mechanizmu samochodu, czy te wntrza ukadu wydechowego. Pomimo
znacznego zredukowania iloci emitowanego oowiu, czstki magnetyczne nadal stanowi
znaczcy skadnik osadzanych zanieczyszcze pochodzcych z ruchu samochodowego.
Beckwith i in. (1986, 1990) przeprowadzi badania w rodowisku miejskiego ruchu
szybkich tras przejazdowych Londynu (Anglia). Podatno magnetyczna otoczenia drogi
zmniejszaa si wraz ze wzrostem odlegoci. Podobnie zmieniay si zawartoci takich metali
jak Fe, Pb, Zn oraz Cu. Sprawdzono moliwo dodatkowych opadw wprost z atmosfery,
oprbowujc dachy pobliskich budynkw, dla ktrych uzyskano jednak znacznie nisze
wartoci. Oglnym wnioskiem byo jednak, e przyczyn podwyszonych wartoci podatnoci
magnetycznej jest ruch samochodowy. Podobne analizy przeprowadzone zostay przez Matzka i
Maher (1999), ktrzy przeanalizowali wasnoci magnetyczne lici brzozy w Norwich (Anglia).
Powizanie ruchu samochodowego z wysokoci podatnoci magnetycznej zostao uwypuklone
poprzez analiz korony pojedynczego drzewa w centrum miasta (6 lici co 30 wok drzewa, na
wysokoci 1.5 2 m nad ziemi). Licie od strony drogi byy znacznie silniej magnetyczne od
tych po przeciwlegej stronie pnia. Oznacza to, e przydrone drzewa nie tylko zacieniaj jezdni
umilajc jazd uytkownikom, ale take wychwytuj znaczn cz zanieczyszcze metalami
cikimi, ktrych rdem s przejedajce samochody (s pewnego rodzaju filtrem). Badania
podatnoci magnetycznej jako wskanika wielkoci zanieczyszcze drogowego pochodzenia
byy tematem take wielu innych prac (m.in. Hoffmann i in. 1999, Kletetschka i in. 2003, Goddu
i in. 2004.)
-
9
Nawrocki i in. (2000) opracowali mapy podatnoci magnetycznej rejonu Gdaska
wykonane na dwch poziomach pobierania prb, wskazujc w ten sposb na charakter
antropogeniczny podwyszonych wartoci tego parametru w rejonie Trjmiasta. Przykad takich
prac z poza obszaru Polski stanowi mapy poziomw glebowego i podglebia Austrii (Hanesch,
Scholger, 2002). Analogiczne badania dla caego obszaru Polski stay si gwnym przedmiotem
obecnego opracowania.
Przedstawiony w powyszym rozdziale przekrj tematyki wskazuje jak du popularno
na caym wiecie zyska monitoring zanieczyszczenia gleb przy zastosowaniu metod
magnetycznych. Do zbioru wspomnianych prac naley doda inne prace angielskie (Hay i in.,
1997), czeskie (Kapicka i in., 1999), estoskie (Bityukowa i in., 1999), bugarskie (Jordanova i
in., 2004), czy szwajcarskie (Spassov i in., 2004).
-
10
3. To teoretyczne
3.1 Diamagnetyzm, paramagnetyzm i ferromagnetyzm
Rys. 1 przedstawia rne typy namagnesowania. Jeeli substancja umieszczona w polu
magnetycznym uzyskuje namagnesowanie o kierunku zgodnym z tym polem, lecz o przeciwnym
zwrocie, to zjawisko to jest diamagnetyzmem. Diamagnetyzm jest spowodowany tak
modyfikacj orbit elektronowych w atomach, ktra przeciwdziaa polu magnetycznemu - regua
Lenza (Westphal, 1993, rys.1). Waciwociami diamagnetycznymi charakteryzuje si wikszo
substancji. Do najbardziej znanych nale powietrze, woda, kwarc czy kalcyt. Namagnesowanie
diamagnetykw jest proporcjonalne do zewntrznego natenia pola magnetycznego, jest
stosunkowo sabe i nie zalene od temperatury. W przypadku diamagnetyzmu nie istnieje
zjawisko pozostaoci magnetycznej po usuniciu zewntrznego pola magnetycznego
namagnesowanie substancji diamagnetycznej znika.
rys. 1 Rodzaje namagnesowania orodka skalnego. Czarne strzaki oznaczaj zewntrzne pole magnetyczne, a strzaki biae uzyskane namagnesowanie orodka. Prawe diagramy ukazuj namagnesowanie istniejce po usuniciu zewntrznego pola. (Tarling, Hrouda, 1993)
Jeeli substancja uzyskuje sabe namagnesowanie o
kierunku i zwrocie zgodnym z zewntrznym polem
magnetycznym (rys.1) to zalicza si ona do
paramagnetykw. Zjawisko paramagnetyzmu jest
wywoane brakiem kompensacji w niektrych jonach
spinu jdra i spinu elektronw walencyjnych.
Namagnesowanie paramagnetykw jest proporcjonalne do
wywoujcego je pola, maleje ze wzrostem temperatury i
tak samo jak w przypadku diamagnetykw znika wraz z
wyczeniem dziaajcego pola magnetycznego. Do
paramagnetykw zalicza si wikszo mineraw
zawierajcych elazo (Westphal, 1993).
Trzeci grup substancji stanowi ferromagnetyki.
W przeciwiestwie do poprzednich grup ferromagnetyki
uzyskuj wysokie namagnesowanie w zewntrznym polu
magnetycznym, ktre po usuniciu dziaajcego pola moe
pozosta pod postaci pozostaoci magnetycznej. Namagnesowanie zaley tu od historii
-
11
magnetycznej materiau, a wpyw temperatury bywa bardzo zoony. Ferromagnetyzm jest
spowodowany sprzeniem midzy jonami, ktrego rezultatem jest rwnolege uporzdkowanie
spinw i ktre wystarcza do przezwycienia ruchw termicznych. Podczas ogrzewania
substancji ferromagnetycznej, w miar wzrostu temperatury, drgania cieplne staj si coraz
wiksze, a w pewnej temperaturze ich wpyw zaczyna przewysza siy porzdkujce zwizane
ze sprzeniem magnetycznym. Uporzdkowanie magnetyczne gwatownie znika i substancja
staje si paramagnetykiem. Temperatura ta to tzw. punkt lub temperatura Curie. Podczas
chodzenia substancji w zewntrznym polu magnetycznym uzyskuje ona ponownie
uporzdkowanie magnetyczne w tej samej temperaturze i staje si znw ferromagnetykiem
(Westphal, 1993). Do najpopularniejszych ferromagnetykw zaliczaj si elazo i wikszo
stali, pewne tlenki elaza (magnetyt, hematyt, tytanomagnetyt), niektre siarczki i wodorotlenki
elaza. Temperatura Curie czystego elaza wynosi 700C, magnetytu 585C, a hematytu 675C
(tab.1).
minera wzr typ magnetyzmu Ms (103 Am-1) TC (C)
Magnetyt Fe3O4 ferrimagnetyk 480 580 Tytanomagnetyt Fe2.4Ti0.6O4 ferrimagnetyk 125 150
Ulvospinel Fe2TiO4 antyferromagnetyk -153 Hematyt Fe2O3 skony
antyferromagnetyk 2.5 675
Ilmenit FeTiO3 antyferromagnetyk -233 Maghemit Fe2O3 ferrimagnetyk 380 590-675
Pirotyn Fe1-xS(0
-
12
Makroskopowo momenty magnetyczne s skompensowane substancja nie ma pozostaoci
magnetycznej. Przykadem jest tu hematyt. W przypadku getytu dwie podsieci jonw o
przeciwnych zwrotach momentw magnetycznych nie s do siebie cile rwnolege, w zwizku
z czym wystpuje tu efekt niewielkiego namagnesowania. Substancje o takim ukadzie jonw
nazywane s skonymi antyferromagnetykam (McElhinny, McFadden, 1993).
3.2 Parametry magnetyczne w badaniach nad magnetyzmem
rodowiskowym
Prbka materiau, umieszczona w jednolitym polu magnetycznym H, uzyskuje pewne
namagnesowanie M na jednostk objtoci. Miar tego namagnesowania jest podatno
magnetyczna (zob. np.: Irving, 1965; McElhinny i McFadden, 2000). Jest ona parametrem
umoliwiajcym szybk identyfikacj mineraw ferro- i ferrimagnetycznych w orodku
(Thompson i in., 1980; Maher 1986; Verosub i Roberts 1995). Podatno magnetyczna
paramagnetykw i diamagnetykw jest bardzo niska (w przypadku diamagnetykw ujemna),
co powoduje e maj one zwykle niewielki wkad w sumaryczn podatno prbki.
W pracy stosowane s dwa typy: objtociowa i masowa podatno magnetyczna.
Objtociowa podatno magnetyczna materiau jest zdefiniowana jako
namagnesowanie na jednostk pola:
= M/H
W ukadzie SI obie wartoci M i H s wyraone w A/m, a wic jest bezwymiarowe.
Masowa podatno magnetyczna jest uzyskiwana w wyniku dzielenia przez gsto,
co pozwala na wyeliminowanie wpywu tej ostatniej na wyniki bada podatnoci magnetycznej
zrnicowanych materiaw. jest wyraane w m3/kg.
=
Podatno magnetyczna zalena czstotliwociowo Fd
Poniewa podatno magnetyczna jest zalena od koncentracji czy rozmiaru ziaren,
niskie koncentracje ziaren superparamagnetycznych (SP) i wysokie koncentracje ziaren
jednodomenowych (SD) mog charakteryzowa si podobnymi podatnociami. Dla okrelenia
czy wysoka podatno jest spowodowana koncentracj, czy rozmiarami poszczeglnych ziaren,
wykorzystywana jest Fd - podatno magnetyczna zalena czstotliwociowo (van Oorschot,
2001).
Podatno magnetyczna maleje wraz ze wzrostem czstotliwoci oddziaujcego
narzdzia pomiarowego, ale mae ziarna magnetyczne bliskie granicy SP/SD s bardziej
wraliwe na wzrost czstotliwoci ni ziarna due (Thompson, Oldfield, 1986). Oznacza to, e
-
13
ziarna te maj w niskiej czstotliwoci pomiarowej sygna podatnociowy charakterystyczny dla
SP, a w wysokim zakresie czstotliwoci charakterystyczny dla SD. Zaleno
czstotliwociowa podatnoci magnetycznej orodka jest obliczana z nastpujcego rwnania:
%100=LF
HFLFFd
gdzie Fd - podatno magnetyczna zalena czstotliwociowo, LF to podatno magnetyczna
mierzona w niskiej czstotliwoci (0.47 kHz), a HF to podatno magnetyczna mierzona w
wysokiej czstotliwoci (4.7 kHz). Powysza zaleno jest wykorzystywana do okrelenia
zawartoci SP skadnika w sygnale. Podwyszone wartoci Fd charakteryzuj zwaszcza
ferrimagnetyczne ziarna o rednicy poniej dolnej granicy stabilnie jednodomenowych ziaren (
0.03 m). Dla ziaren z pogranicza SP/SD Fd osiga warto w granicach 7 15% podczas gdy
dla ziaren MD jest mniejszy ni 5 6% (van Oorschot, 2001). Z powyszej przyczyny Fd bywa
pomocna w okreleniu pochodzenia czstek czynnych magnetycznie. Charakterystyczne dla
produktw spalania przemysowego due ziarna magnetytu praktycznie nie reaguj na zmian
czstotliwoci. W takich prbkach Fd zwykle nie przekracza 2%. Stosunkowo wysokie Fd
(prawie 5%) uzyskane dla poziomu glebowego, moe sugerowa obecno SP magnetytu
pochodzenia pedogenicznego (Fialova i in., 2006).
Pozostao magnetyczna to ta cz namagnesowania, ktra pozostaje po usuniciu
zewntrznego pola H. W badaniach rodowiskowych najczciej analizowana jest IRM
magnetyczna pozostao izotermalna, czyli nakadana w zewntrznym polu magnetycznym, w
warunkach laboratoryjnych. IRM wzrasta nieliniowo wraz ze wzrostem dziaajcego pola, a do
poziomu saturacji (SIRM Saturation Isothermal Remanent Magnetisation) (Evans, Heller,
2003). Ograniczenia wikszoci laboratoriw (take laboratorium PIG) powoduj, e mwic o
SIRM, naley rozumie nie faktyczne nasycenie zewntrznym polem, a nasycenie maksymalnym
dostpnym polem. Wykresy SIRM wzgldem s wskanikiem wielkoci ziarna.
Mineray ferrimagnetyczne (magnetyt, maghemit) ulegaj cakowitemu nasyceniu w
polu rzdu 0.3 T, podczas gdy antyferrimagnetyki (hematyt) czy ferromagnetyki (getyt)
potrzebuj pola przekraczajcego 2.5 T. Tak wic brak saturacji dostpnymi w laboratorium
rodkami pozwala oddzieli ferrimagnetyki od pozostaych ziaren magnetycznych. Miar
nasycenia jest wspczynnik S, czyli warto bezwzgldna IRM zmierzonego w polu 0.3 T o
przeciwnym zwrocie, podzielona przez SIRM (zwykle w polu 1 2 T) (King, Channel, 1991):
1500300 SIRMIRMS = . Dla ferrimagnetykw S jest bliskie 1, malejc wraz ze wzrostem
zawartoci mineraw o wysokiej koercji (hematytu). W poniszej pracy zmodyfikowano ten
-
14
parametr do postaci 1500300 SIRMIRMS = , a wic jest on obliczany jako iloraz IRM
nakadanego w polach 0.3 oraz 1.5 T.
Czstki jednodomenowe (SD) maj najsilniejsz SIRM, podczas gdy MD s znacznie
sabsze (Maher, 1986). Ferrimagnetyczne mineray znacznie atwiej ulegaj namagnesowaniu ni
mineray antiferromagnetyczne, dlatego uzyskuj one SIRM w sabszych polach ni te drugie.
Bezhisterezowa pozostao magnetyczna (ARM)
ARM jest czsto rozwaana jako najbliszy laboratoryjny analog dla naturalnej
pozostaoci magnetycznej (NRM) prbki. ARM jest pozostaoci magnetyczn nakadan
poprzez umieszczenie prbki w wolno malejcym zmiennym polu przy jednoczesnej obecnoci
staego pola magnetycznego (zwykle 50 100 T). ARM jest bardzo czua na obecno
jednodomenowych ziaren silnie ferrimagnetycznych mineraw (zwaszcza magnetytu i
maghemitu) i wzrasta wraz ze wzrostem koncentracji tych mineraw (Oldfield, 1991).
Charakterystyka termomagnetyczna
Namagnesowanie i podatno s wasnociami orodka, ktre ulegaj zmianom pod
wpywem zmiany temperatury, a zmienno ta jest charakterystyczna dla poszczeglnych
mineraw. Z tego powodu wykres zmian namagnesowania z temperatur moe by uywany dla
okrelania mineralogii (Banerjee i in., 1993). Krzywe termomagnetyczne daj informacje o
punktach Curie (TC). Mineray diamagnetyczne czy paramagnetyczne nie wykazuj temperatury
Curie. Namagnesowanie indukcyjne w czstkach diamagnetycznych jest niezalene od
temperatury, a czstki paramagnetyczne podporzdkowuj si zasadzie Curie: namagnesowanie
indukcyjne jest proporcjonalne do odwrotnoci absolutnej temperatury.
Krzywa Curie jest zazwyczaj mierzona w powietrzu, gdzie obecno tlenu w trakcie
ogrzewania moe powodowa (czciowe lub cakowite) utlenienie prbki. To utlenienie
zmienia skad fazowy mineraw magnetycznych, a to powoduje znieksztacenie wynikowej
krzywej. Zmiany namagnesowania na okrelonych temperaturach mog zatem przedstawia nie
punkty Curie, a przejcie jednych mineraw w inne. Za prawdziwy punkt Curie naley uzna
ten, w ktrym w trakcie chodzenia pojawia si na powrt namagnesowanie materiau. Dla
zweryfikowania krzywej termomagnetycznej, wskazane jest przeprowadzenie analizy w kilku
krokach ogrzewania. Jeeli krzywa namagnesowania pozostaje odwracalna po ogrzaniu do
okrelonej temperatury, oznacza to, e nie zaszy adne chemiczne procesy. Wyjtek stanowi
hematyt i getyt, w przypadku ktrych domeny magnetyczne rosnco porzdkuj si wzgldem
pola indukujcego i w ten sposb mog dawa wysze namagnesowanie po ogrzaniu (zob. np.:
van Oorschot, 2001).
-
15
Ptla histerezy
Wszystkie materiay magnetyczne, ktre nosz pozostao magnetyczn wykazuj po
umieszczeniu w cyklicznym polu magnetycznym ksztat krzywej magnesowania w postaci ptli
histerezy. Histereza oznacza namagnesowanie materiau, ktre pozostaje pod wpywem
zewntrznego indukowanego pola magnetycznego. Jest ona przedstawiana poprzez wykres
zmian namagnesowania w cyklicznym polu (rys.2).
rys.2 Przykadowa ptla histerezy (Evans, Heller, 2003). Bc sia koercji, Bcr sia koercji pozostaoci magnetycznej, Ms namagnesowanie saturacyjne, Mrs saturacyjna pozostao magnetyczna
Na podstawie ksztatu ptli histerezy
mona wnioskowa o dominujcym
rozmiarze ziarna czy te obecnoci
mieszanki mineralnej. Rys.3 przedstawia
trzy rne ksztaty ptli. Ptla a jest
stosunkowo szeroko otwarta na poziomie
niskiej koercji. Jej prostoktny ksztat
wskazuje na obecno SD-czstek magnetytu. W przykadzie b, skadnik ferrimagnetyczny jest
prawie nieobecny. Sigmoidalna ptla jest zamknita i wskazuje na obecno gruboziarnistego
magnetytu. Na diagramie c mieszanka mineraw o rnych koercjach moe prowadzi do
widocznego ksztatu talii osy. Niewykluczona jest nawet obecno takich mineraw
wysokokoercyjnych jak getyt czy hematyt.
rys.3 Przykadowe ksztaty ptli histerezy. (Evans, Heller, 2003)
Z ptli histerezy odczytywane s trzy wskaniki skadu mineralnego i rozmiaru ziarna:
namagnesowanie saturacyjne (Ms), saturacyjna pozostao magnetyczna (Mrs) i sia koercji (Bc).
Ms jest parametrem opisujcym skad mineralny i reprezentuje maksymalny moment
magnetyczny (mierzony w polu magnetycznym), ktry moe by wyindukowany w materiale
magnetycznym. Bc jest wskanikiem mineralogicznym (wysoki dla hematytu i getytu, ale niski
dla magnetytu), jak rwnie rozmiaru ziaren (jest wyszy dla SD i PSD ni dla MD w tym
samym materiale) (Eyre i Shaw, 1994, McElhinny i McFadden 2000; Dunlop 1995; tab.2). Wraz
-
16
z si koercji pozostaoci (Bcr otrzymane z krzywej powrotnej demagnetyzacji) te cztery
parametry mog by przedstawione na diagramie Daya (Day i in., 1977): Mrs/Ms wzgldem
Bcr/Bc. Day przeprowadzi eksperyment w wyniku ktrego wyznaczy dla magnetytu granice
stref SD, PSD i MD. Zaznaczajc parametry opisujce histerezy: Mr/Ms oraz Bcr/Bc na diagramie
log-log, wyniki uoyy si wzdu linii wzrostu wielkoci ziarna od najmniejszych
jednodomenowych (SD) ziaren - przy najwikszym Mrs/Ms, do najwikszych ziaren
multidomenowych (MD) przy najmniejszych Mrs/Ms. Std, jeeli prbki zawieraj tylko
magnetyt i tytanomagnetyt, mona wyznaczy dominujcy rozmiar ziarna na podstawie
diagramu Daya (zob. np. Oorschot, 2001).
Tab.2 Wartoci graniczne wspczynnikw Mrs/Ms i Bcr/Bc dla ziaren jednodomenowych (SD, pseudo-jednodomenowych (PSD) i wielodomenowych (MD) (Day i in., 1977)
Parametry wtrne
Przy niewielkich koncentracjach mineraw magnetycznych, jak to jest w przypadku
sedymentw i gleb, parametry koercji s niezalene od koncentracji, a wyraaj gwnie
mineralogi i rozmiar ziaren. Mrs i podatno s co prawda zalene od koncentracji, ale rwnie
odzwierciedlaj zmiany w mineralogii i uziarnieniu. Kiedy pojedynczy minera magnetyczny
dominuje w prbce, iloraz dwch zalenych od koncentracji parametrw daje wspczynnik,
ktry jest od niej niezaleny. W ten sposb mona interpretowa trendy wielkoci uziarnienia.
Najpopularniejszymi tak uzyskanymi wspczynnikami uywanymi dla okrelenia rozmiarw
ziarna magnetycznego czy ich koncentracji s: ARM/SIRM, SIRM/, ARM/, /MS (Oorschot,
2001).
Iloraz ARM (wyraanej w Am-1) przez warto naoonego pola (Am-1) daje
bezwymiarowy ARM - podatno ARM. Wykres ARM wzgldem moe by uywany dla
celw granulometrycznych (King i in., 1982). Zmiany nachylenia krzywej wskazuj na zmiany
rozmiaru ziarna natomiast fluktuacje wzdu jednolitego nachylenia (wzdu gwnego trendu)
wskazuj na zmian wielkoci koncentracji materiau magnetycznego. Wspczynnik ARM/ jest
uytecznym parametrem dla okrelania proporcji ziaren regularnych do nieregularnych, pod
warunkiem e dominujcym mineraem magnetycznym jest magnetyt (Verosub i Roberts, 1995).
W tym przypadku wspczynnik bdzie odwrotnie proporcjonalny do wielkoci ziaren
magnetycznych. W przedstawianej pracy nakadane pole zawsze byo tej samej wielkoci,
dlatego te do analizy wykrelono wykresy ARM/ - podzielenie ARM przez nie wpywa na
ksztat wynikowej krzywej.
SD PSD MD Mrs/Ms 0.5 0.5 0.1 0.05 Bcr/Bc 1.0 1.5 1.5 4.0 4.0
-
17
Wspczynnik ARM/SIRM osiga najwysze wartoci dla jednodomenowych czstek
ferrimagnetycznych - stosowany jest dla identyfikacji ich obecnoci (Hanesch i Petersen, 1999,
Lecoanet i in., 2001). Wspczynnik SIRM/ osiga wysokie wartoci dla hematytu (ok. 200
kA/m), a niskie dla magnetytu (ok. 1.5 50 kA/m). Dodatkowe obnienie wartoci moe by
spowodowane obecnoci SP lub paramagnetykw (Maher, 1986; Verosub i Roberts 1995). W
warunkach naturalnych parametr ten pozostaje zwykle poniej 30 kA/m. Dla substancji
monomineralnych (bez ziaren SP) wspczynnik jest bardzo silnie skorelowany z wielkoci
ziaren i maleje z jego wzrostem (Opdyke i Channell, 1996).
/MS pokazuje relatywne zmiany podatnoci spowodowane przez ziarna SP. Poniewa
MS jest niezalene od rozmiarw ziaren, a podatno jest wysoka dla SP i znacznie nisza dla
ziaren SD-MD, podwyszenia tego parametru wskazuj na obecno SP (Banerjee, 1993).
Parametr ten nie jest analizowany w poniszej pracy poniewa histerezy (a wic take jej
parametry) zostay okrelone tylko dla piciu prb z rnych lokalizacji.
3.3 Mineray magnetyczne w glebach
elazo jest czwartym, w kolejnoci pod wzgldem masy, pierwiastkiem w skorupie
ziemskiej (O 47%, Si 47%, Al 8%, Fe 5%), a co za tym idzie jest powszechnym
skadnikiem wielu mineraw. Tylko nieliczne z nich wykazuj wasnoci magnetyczne.
Warunki ziemskie powoduj, e elazo prawie zawsze wystpuje w poczeniu z innymi
pierwiastkami, zwaszcza z tlenem (Evans, Heller, 2003). W badaniach nad magnetyzmem
rodowiskowym rozwaane s trzy grupy: tlenkw, wodorotlenkw oraz siarczkw. Na wielko
sygnau magnetycznego wpywa gwnie obecno mineraw z grupy tlenkw: magnetyt
tytanomagnetyt, a take stowarzyszonych z materi organiczn koncentracji siarczkw elaza.
Magnetyt i hematyt czsto osigaj 5% cakowitego skadu ska wulkanicznych, a w skaach
sedymentacyjnych czsto poziom nieznacznie mniejszy.
Magnetyt Fe3O4
Magnetyt wystpuje w skaach magmowych, metamorficznych i osadowych (take w
lunych osadach). Jest on wanym rdem rudy elaza - przykadem s ogromne zoa w
pnocnej Szwecji. Wasnoci kierunkowe magnetytu zostay odkryte w Chinach ok. 2000 lat
temu, co pocigno za sob jego eksploatacj w celu produkcji pierwszych, prymitywnych
kompasw.
Magnetyt jest gstym, lnico czarnym mineraem, cakowicie nieprzezroczystym w
cienkich pytkach mikroskopowych. Ma on regularn, spinelow struktur krystalograficzn. 14
anionw O2- buduje szecienn kostk (8 naronych oraz 6 w centralnych punktach kadej ze
cian). Taka struktura tworzy dwie przestrzenie midzywzowe (tetraedraln i oktoedryczn) w
-
18
ktrych ulokowane s kationy elaza (Fe3+ i Fe2+). Jest to minera szczeglnie wany ze wzgldu
na bardzo wysokie podatnoci, a zarazem stosunkowo niszej anizotropii magnetycznej ni u
innych mineraw. Jego temperatura Curie to 580C.
Atomy elaza czsto zastpowane s tytanem, tworzc grup tytanomagnetytw,
poczwszy od magnetytu (Fe3O4), a koczc na ulvospinelu (Fe2TiO4). Oglny wzr
tytanomagnetytw zosta zapisany jako Fe3-xTixO4 (0x1). Wraz ze wzrostem zawartoci Ti
spada zdolno do namagnesowania (ulvospinel jest antyferromagnetykiem). W okreleniu
zawartoci Ti pomaga analiza termomagnetyczna temperatura Curie obnia si wraz ze
wzrostem zawartoci Ti (Evans, Heller, 2003).
W rodowiskach ska magmowych, najwaniejsz rol odgrywaj
magnetytowo/ilmenitowe przerosty. Rosn one poprzez czciowe utlenianie
tytanomagnetytw. Jeeli chodzenie jest wystarczajco wolne, moe nastpi wytrcenie
prowadzce do separacji dwch wanych faz, zwykle zblionych do czystego magnetytu i
czystego ilmenitu. Obie fazy s poprzerastane ze sob mikrostrukturalnie. W ten sposb
pojawiaj si obszary z urozmaiconym morfologicznie magnetytem, ktrego efektywna wielko
jest znacznie mniejsza od rozmiaru caego ziarna.
Hematyt -Fe2O3
Minera ten pojawia si czsto, zwaszcza w glebach i osadach, ktre s przedmiotem
magnetycznych bada rodowiskowych. Jest on rwnie odpowiedzialny za namagnesowanie
czerwonych piaskowcw i iowcw, ktre s gwnym rdem informacji w klasycznym
paleomagnetyzmie. Do hematytowych rud elaza naley np. olbrzymie zoe wydobywane w
krainie Wielkich Jezior (pnocne USA).
Hematyt ma heksagonaln struktur krysztau. Niewielkie odchylenie od antyparalelizmu
powoduje, e wykazuje on saby ferromagnetyzm, z punktem Curie 675C. Bdc 200 razy
sabszym pod wzgldem namagnesowania od magnetytu, jest on bardziej stabilny termicznie.
Przy chodzeniu od punktu Curie, namagnesowanie hematytu ronie gwatownie do poziomu,
ktry utrzymuje si do temperatury okoo -15C. W tej temperaturze hematyt przekracza tzw.
punkt transformacji Morina, w ktrym zanika ferromagnetyzm (Evans, Heller, 2003).
Maghemit -Fe2O3 Podobnie jak hematyt jest to minera czsto wystpujcy w glebach. Maj one taki sami
wzr chemiczny. Rni si natomiast struktur krysztaw i wasnociami magnetycznymi.
Maghemit jest w peni utlenion form magnetytu ma regularn struktur krystalograficzn,
troch drobniejsz ni magnetyt. Proces utleniania powoduje zrnicowanie jonw elaza dwie
trzecie to Fe2+ i Fe3+ podczas gdy pozostaa jedna trzecia jest usunita z sieci. Miejsca z ktrych
zostay usunite atomy pozostaj puste. Temperatura Curie (645C) jest trudna do okrelenia -
-
19
w podwyszonych temperaturach dochodzi do nieodwracalnej zmiany w ukadzie
krystalograficznym w kierunku hematytu, powodujc spadek namagnesowania. To
charakterystyczne zachowanie jest czsto bardziej przydatne w trakcie ustalania skadu
mineralnego badanego orodka ni temperatura Curie sama w sobie. Interpretacj naley
przeprowadza bardzo uwanie poniewa temperatura, w ktrej nastpuje przemiana jest bardzo
zmienna zanotowano temperatury od 250 do 900C i wydaje si by zalena od rozmiarw
ziarna i obecnoci innych elementw (Evans, Heller, 2003).
Wodorotlenki elaza
Wodorotlenki elaza powstaj w wyniku wietrzenia ska podoa. Spord nich
magnetycznie istotny jest jedynie getyt (-FeOOH). Ma on heksagonaln struktur i jest
antyferromagnetykiem, chocia wykazuje rwnie saby ferromagnetyzm. Temperatura Curie to
120C, namagnesowanie jest troch sabsze ni hematytu. Innymi wartymi zapamitania
wodorotlenkami s lepidokrokit i limonit, gdy w wyniku przemian chemicznych powstaje z
nich magnetyt i hematyt.
Siarczki elaza
Fe czy si z siark w rnych proporcjach tworzc szereg odrbnych mineraw.
Jednym z powszechniejszych jest piryt (FeS2), ktry jest paramagnetykiem. Dla zagadnie
magnetyzmu rodowiskowego najwaniejszymi s pirotyn i greigit. Pirotyn jest zwykle
drugorzdnym skadnikiem ska magmowych, metamorficznych i osadowych jak rwnie rud
siarki, np. grniczy okrg Sudbury (Kanada).
Pirotyn krystalizuje w siedmiu formach. Najpowszechniejszymi s Fe7S8, ktry jest
jednoskonym ferrimagnetykiem oraz Fe9S10 ktry jest heksagonalnym antyferromagnetykiem.
Temperatura Curie pirotynu to 320C. W praktyce obie wymienione odmiany s odnajdywane
czsto w bliskim ssiedztwie, w skutek czego wasnoci magnetyczne naturalnych prbek mog
by bardzo zmienne. Chocia Fe9S10 jest antyferromagnetykiem w pokojowych warunkach, to w
temperaturze powyej 200C przechodzi przemian krystalograficzn stajc si
ferrimagnetykiem z temperatur Curie 265C. Wynika z tego, e podczas ogrzewania prbki
zawierajce Fe9S10 wykazuj gwatowny wzrost namagnesowania powyej 200C.
Greigit (Fe3S4) jest czsto obecny w rodowiskach sedymentacyjnych. Jest on silnie
zwizany z redukcj siarczanow, warunkami beztlenowymi w ktrych powstaje wiele
jeziornych i morskich osadw, gdzie reprezentuje poredni etap chemicznego procesu
prowadzcego do pirytu. Greigit czsto pojawia si jako pochodna bakterii magnetotaktycznych
yjcych w rodowiskach bogatych w siark. Ma on regularn struktur krystalograficzn.
Temperatura Curie wynosi 330C, a wic podobnie jak w przypadku pirotynu (Roberts, 1995).
-
20
Obecnoci autogenicznych, magnetycznych siarczkw elaza zanotowano zwaszcza w
osadach jeziornych i wodach brakicznych. W osadach pozbawionych detrytycznych mineraw
magnetycznych, syn-depozycyjne powstawanie autogenicznego greigitu lub pirotynu moe
zapisa wiarygodn pozostao magnetyczn. Natomiast przeciwna sytuacja ma miejsce w
przypadku ich powstawania w wyniku procesw post-depozycyjnych, kiedy to mineray te mog
dawa wtrne kierunki paleomagnetyczne. Formowanie si siarczkw elaza w rodowisku
sedymentacyjnym wymaga procesw geochemicznych, w ktrych porednicz mikroorganizmy,
w szczeglnoci bakterie odpowiedzialne za dekompozycj materii organicznej.
Wglany elaza
Syderyt (FeCO3) jest paramagnetykiem powszechnym w osadach wglanowych. Czsto
powstaje w wyniku bezporedniego wytrcania si z wody morskiej czy jeziornej. Jest on
odnajdywany w yach hydrotermalnych i w buach konkrecyjnych. Z punktu widzenia
magnetyzmu syderyt staje si wany ze wzgldu na produkty jego utleniania magnetyt,
maghemit i hematyt (Evans, Heller, 2003).
Oprcz powyszych naturalnych czstek mineraw czynnych magnetycznie, w
badaniach rodowiskowych wane s take te pochodzenia antropogenicznego, wytworzone w
wyniku np. spalania w hutach, cementowniach, elektrowniach wglowych.
Przed spaleniem wgiel kamienny jest zasadniczo niemagnetyczny. Podczas spalania
obecny w nim piryt (FeS2) dysocjuje tworzc pitoryn (Fe7S8). Powyej temperatury 1076C
pirotyn ulega rozkadowi na siark i elazo, ktre tworzy sferoidalne czstki (sferule) o rednicy
rzdu 20 m, czciowo utleniajc si do magnetytu (Fe3O4). W dolnych warstwach atmosfery
czstki te mog osiada na budynkach i rolinnoci, lub opada bezporednio na gleb (Flanders,
1994). W zalenoci od rda emisji sferule charakteryzowa si mog rn struktur,
wielkoci oraz skadem chemicznym. Najczciej s to tlenki elaza, rzadziej z domieszkami
tytanu, manganu. Sferule byy czsto opisywane w literaturze (m.in. Fialova i in., 2006; Matsek
i in., 2003; Heller, Evans, 2003), jak rwnie duo miejsca zostanie im powicone w obecnym
opracowaniu.
-
21
4. Metodyka bada, ich cele i zakres
4.1 Pomiary podatnoci magnetycznej
rys.4 MS2 - mostek firmy Bartington
Pomiary, suce opracowaniu mapy podatnoci
magnetycznej poziomu dolnego - P2, wykonano przy uyciu
mostka brytyjskiej firmy Bartington MS2 (rys.4) z czujnikiem
MS2W. Czujnik ten suy gwnie do wykonywania analiz
termomagnetycznych, ale moliwe jest take jego wykorzystanie w
warunkach laboratoryjnych dla podstawowych pomiarw
podatnoci. Analizy profili glebowych uzupeniono pomiarami
podatnoci czujnikiem MS2B (rys.5). Umoliwia on pomiar w
dwch czstotliwociach pola elektromagnetycznego: 0.47 kHz (lf)
i 4,7 kHz (hf). Na podstawie tych pomiarw obliczany jest
wspczynnik Fd (rozdz. 3.2), bdcy wskanikiem wielkoci ziaren magnetycznych, co jest
istotne dla stwierdzenia czy s one pochodzenia pedogenicznego czy antropogenicznego
(Fialova i in., 2005).
rys.6 Kalibracja czujnikw MS2W i MS2B - pomiar wykonany na 10 prbach gleby o penym zakresie podatnoci magnetycznej.
Aby wyniki pomiarw
za pomoc obu czujnikw byy
porwnywalne konieczne byo
przeprowadzenie ich kalibracji.
Wykonano j na zbiorze 10
prb o podatnociach z zakresu
0 1000*10-5 j. SI. Wyniki
kalibracji przedstawiono na
rys.6. Jak wida pomiary wykonane czujnikiem MS2W s zgodne z pomiarami czujnika MS2B w
dolnym zakresie czstotliwoci. Pojawiajce si rozbienoci s zaniedbywalne, dlatego
zdecydowano, e wyniki uzyskiwane za pomoc MS2W nie wymagaj korekcji.
Oprogramowanie udostpnione przez producenta pozwala na bezporedni zapis przez
komputer wynikw pomiarw lub redniej obliczonej z kilku kolejnych pomiarw dla
poszczeglnej prby. Moliwy jest take wybr pomidzy pomiarem podatnoci masowej i
2 3 4 5 6 7 8 9 10
0
100
200
300
400
500
600
(*1
0-8 m
3 /kg
)
MS2WMS2B - MS2B -
po
da
tno m
agn
ety
czn
a
Kalibracja MS2W z MS2B
niska czstotliwowysoka czstotliwo
numer prbki
rys.5 Czujnik MS2B
-
22
objtociowej, wybr ukadu jednostek (SI lub cgm) oraz dokadnoci pomiaru w przypadku
najsabszych prb mona wykona pomiar z podwyszon czuoci. W przypadku wyboru
podatnoci objtociowej przed pomiarem naley wprowadzi objto prby, natomiast w
przypadku podatnoci masowej mas prby.
W opracowaniu stosowany jest ukad jednostek SI. Objtociowa podatno magnetyczna
jest bezwymiarowa wyraana w j. SI. W celu przeliczenia na podatno masow , naley
podzieli przez gsto prby. Std jednostk jest m3/kg. Naley jednak pamita, e gsto
musi by wyraona w g/cm3, co tumaczy rnic o trzy rzdy wielkoci pomidzy obiema
podatnociami dla tej samej prby (np. = 1*10-5 j.SI przy gstoci 1kg/m3, czyli 1000g/cm3
daje = 1*10-8 m3/kg). W dalszej czci opracowania wyniki pomiarw laboratoryjnych oraz
mapy wyraone s w m3/kg stosowanie podatnoci masowej wyklucza wpyw zrnicowania
gstoci mierzonego orodka. Pomiary terenowe s natomiast zapisane w j. SI przyczyn jest
metoda pomiaru. Stosowany czujnik MS2D indukuje pole i odbiera sygna z warstwy gleby o
rys. 7 Lokalizacja punktw oprbowania wykorzystanych do konstrukcji poszczeglnych map podatnoci magnetycznej: P1, P2 oraz rnicowej P1-P2.
-
23
gruboci okoo 10 cm. W warunkach polowych nie jest okrelana gstoci mierzonego orodka, a
co za tym idzie nie moliwe jest przeliczenie wyniku pomiaru na podatno masow .
W celu opracowania mapy podatnoci magnetycznej podglebia obszaru Polski
wykorzystano zbir ok. 14.5 tys. prb pobranych w regularnej siatce 5 x 5 km, z gbokoci 0.4
0.6 m, zgromadzonych w ramach realizacji Atlasu geochemicznego Polski (Lis, Pasieczna,
1995). Rozkad punktw oprbowania przedstawiony zosta na rys.7. Analogiczny zbir z
grnego poziomu glebowego zosta przebadany przez zesp Instytutu Podstaw Inynierii
rodowiska PAN. Na podstawie wynikw opracowany zosta atlas: Podatno magnetyczna
gleb Polski (Magiera i in., 2002). W skali caego kraju dolny poziom nie by badany jak do tej
pory zarwno pod wzgldem magnetycznym jak i geochemicznym.
Z kadej z oryginalnych prb (o objtoci 100 ml) odsypano 10 cm3 taka jest bowiem
objto pojemnikw wykorzystywanych do pomiarw za pomoc MS2W. Poniewa wszystkie
prby miay jednakow, cile okrelon objto, dlatego zdecydowano si na pomiary
podatnoci objtociowej jednokrotne okrelenie objtoci dla caego zbioru prb
przyspiesza w znacznym stopniu rejestracj pomiarw. W nastpnej kolejnoci zwaono kad
prb. Oba pomiary zostay zapisane w bazie danych, a nastpnie obliczono z nich wartoci
podatnoci masowej .
Na podstawie zbiorw pomiarw grnego i dolnego poziomu oprbowania opracowano
trzy mapy podatnoci magnetycznej: P1 poziom grny, P2 poziom dolny oraz P1 - P2
rnica pomidzy oboma poziomami.
4.2 Konstrukcja map podatnoci magnetycznej
Mapy stanowice punkt wyjciowy dalszych rozwaa zostay skonstruowane przy
wykorzystaniu oprogramowania Surfer8 firmy Golden Software. Pierwsza wersja mapy
podatnoci magnetycznej gleb grnego poziomu P1 zostaa zawarta w atlasie Magiery i in.
(2002). Regularne i stosunkowo gste oprbowanie umoliwio przyjcie siatki interpolacyjnej o
boku 5 km. Podobny rozmiar zastosowano w biecym opracowaniu. Jako metod interpolacji
przyjto kriging. Metoda ta naley do rodziny estymacji liniowych metod najmniejszych
kwadratw (Journel, 1989).
Mapy obu poziomw gbokociowych zostay przedstawione w postaci izoliniowej, przy
zastosowaniu tej samej skali barw dla takiego samego zakresu wartoci (-20 do 1000*10-8
m3/kg). Inna skala barw zostaa zastosowana jedynie w przypadku mapy rnicowej P1-P2.
Zmiana ta miaa na celu przede wszystkim ostre rozgraniczenie na obszary gdzie rnica
podatnoci pomidzy grnym a dolnym poziomem jest dodatnia lub ujemna. I tak kolory
-
24
niebieskie wskazuj na wartoci ujemne, a barwy te, przez czerwie do fioletu i ru na
wartoci dodatnie.
Przedstawione w tej pracy mapy zostay opracowane gwnie na bazie oprbowania gleb
wykonanego dla potrzeb Atlasu geochemicznego Polski (Lis, Pasieczna, 1995). Naley
zaznaczy, e na obszarach duych aglomeracji miejskich z wysokim stopniem
uprzemysowienia zagszczenie oprbowania jest wysze, dziki czemu na lokalnych mapach
moliwe jest dokadniejsze okonturowanie zasigu wystpujcych tam zanieczyszcze.
Po skonstruowaniu pierwszej wersji map, zdecydowano o wykonaniu dla wybranych
lokalizacji dodatkowych pomiarw polowych w celu weryfikacji uzyskanych wczeniej
wynikw, a take dodatkowego oprbowania w celu wykonania analiz petromagnetycznych oraz
geochemicznych. Analizy te miay by pomocne w okreleniu rde anomalii. Wykonanie
dodatkowych pomiarw polowych pozwolio na skorygowanie siatki interpolacyjnej mapy
zarwno grnego i dolnego poziomu. Za. 1 przedstawia pierwotn wersj mapy poziomu P1
izoliniow wersj mapy zamieszczonej w atlasie Magiery i in. (2002). Za.2, 3 i 4 przedstawiaj
kolejno skorygowane o wyniki dodatkowych pomiarw mapy poziomw P1 i P2 oraz map
rnicow P1-P2.
4.3 Pomiary IRM i ARM
Pomiary namagnesowania prby wykonywane s przy uyciu magnetometru rotacyjnego
JR-6, firmy AGICO, Czechy. Pomiar strumienia magnetycznego dokonywany jest podczas
szybkiego obrotu prbki zamocowanej wewntrz cewek umieszczonych w ekranach z mumetalu
(Ni - 77%, Fe 14%, Cu 5%, Mo 4%). JR-6 umoliwia automatyczny pomiar
namagnesowania prbki w trzech pozycjach. Moliwa jest take regulacja prdkoci obrotu
prbki, co umoliwia pomiar na prbach kruchych czy sabozwizych. Pomiary materiaw
sypkich wykonywane s przy uyciu
szeciennych pojemniczkw z tworzywa
sztucznego, o pojemnoci 7 cm3.
ARM naoono przy uyciu
demagnetyzera brytyjskiej firmy Molspin Ltd
AF Shielded Demagnetizer (rys.8). Jest to
przyrzd do rozmagnesowania prbek
skalnych polem zmiennym. Elektronicznie
kontrolowane pole osiga szczytow warto
0.1 T przy 180 Hz.
rys. 8 AF Shielded Demagnetizer firmy Molspin Ltd.
-
25
Cewka rozmagnesowujca, wytwarzajca
pole o wartoci do 1 Oe/m, odizolowana jest
trjwarstwowym ekranem z mumetalu.
Przystawka PARM/ARM, ktra suy do
nakadania bezhisterezowej pozostaoci
magnetycznej, zawiera dwa potencjometry
obrotowe definiujce pola, w jakich pole
PARM bdzie wczone lub wyczone.
IRM naoono nasycajc prby w
umownym kierunku Z, w dwch polach: 0.3 T
oraz 1.5 T. Nasycanie zostao wykonane za pomoc magnetyzera pulsacyjnego MMPM9 (rys.
9). Pomierzone IRM0.3 oraz IRM1.5 posuyy wyliczeniu wspczynnika S (rozdz.3.2), sucego
okreleniu skadu mineralnego (mineraw magnetycznych).
4.4 Testy Lowriego
Identyfikacji nonikw magnetycznych w przypadku litych prb skalnych (rozdz. 5.7.1)
dokonano poprzez przeprowadzenie tzw. testu Lowriego (Lowrie, 1990). Metoda ta polega na
poddaniu prbki skalnej oddziaywaniu pola magnetycznego o trzech nateniach (tu: 0.1, 0.4 i
1.3 T) wzdu trzech osi prbki. W ten sposb nakadana jest izotermiczna pozostao
magnetyczna IRM. Nastpnym krokiem jest poddawanie prbki stopniowemu
rozmagnesowywaniu termicznemu i towarzyszce mu pomiary pozostaoci magnetycznej (RM).
Wyniki s przedstawiane w postaci wykresw zmiany RM w funkcji temperatury, dla
poszczeglnych osi prbki. Umoliwiaj one analiz temperatur blokujcych dla grup ziaren
ferromagnetycznych o rnych przedziaach koercji. W przypadku prezentowanych analiz
przedziay te to odpowiednio: 0 0,1 T; 0,1 0.4 T i 0.4 1.3T.
4.5 Analizy termomagnetyczne zwyke
rys.10 Schemat urzdzenia do pomiarw krzywych termo-magnetycznych VFTB.
Pomiary termomagnetyczne,
jak rwnie analizy ptli histerezy,
wybranych separatw magnety-
cznych zostay wykonane dziki
uprzejmoci dr Norberta Nowaczyka, w laboratorium paleomagnetycznym
GeoForschungZentrum (GFZ) w Poczdamie.
rys. 9 Magnetyzer pulsacyjny MMPM9
-
26
rys. 11 VFTB w laboratorium paleomagnetycznym GFZ
Pomiary krzywych termomagnetycznych wykonano urzdzeniem VFTB (Variable Field
Translation Balance). Oglny schemat VFTB zosta przedstawiony na rys. 10, a zdjcie
aparatury w poczdamskim laboratorium na rys.11. Wynikowe krzywe pomiarowe przedstawiaj
zapis zmian namagnesowania nasycenia (Js, czasem Ms) w funkcji temperatury w stopniach
Celsjusza. Pomiary wykonywane s na prbkach wielkoci okoo 0.2 cm3. W uchwycie
umieszczane s lune sedymenty lub mocno rozkruszony orodek skalny.
Podstaw konstrukcji VFTB jest standardowa waga
Curie, wyposaona w elektromagnes, piec
cylindryczny chodzony wod, cznik termiczny i
prosty uchwyt wielkoci okoo 0.2 cm3. Uchwyt z
prbk jest umocowany do przechwytujcej cewki i
zawieszony na cienkich ykach umoliwiajcy
poziomy ruch uchwytu. W przeciwiestwie do
klasycznej wagi Curie, elektromagnes ma paskie
bieguny, a prbka jest umieszczona w przestrzeni
jednorodnego pola magnetycznego pomidzy biegunami. Wok przestrzeni pomiarowej
umieszczony jest cylindryczny kwadrupol wytwarzajcy niewielkie, zmienne, gradientowe pole
magnetyczne, ktre wymusza na prbce poziome oscylacje w jednolitym, staym polu
elektromagnesu. Natenie staego pola, ktre indukuje moment magnetyczny w prbce jest
mierzone przez czujnik Halla. Czstotliwo cewek gradientowych, ktra jest rwna
czstotliwoci rezonansu umocowania uchwytu prbki, wynosi 2.4 Hz.
4.5 Ptle histerezy
Krzywe histerezy zostay pomierzone urzdzeniem MicroMag
(rys.12), dla piciu prb o odbiegajcym od innych prb ksztacie krzywych
termomagnetycznych. MicroMag umoliwia rwnie w peni automatyczn
rejestracj izotermalnej pozostaoci magnetycznej (IRM). Urzdzenie
dziaa w zakresie pola 2.2 Tesli. Elektromagnes wprowadza moment
magnetyczny do prbki, ktra jest
wprowadzana w oscylacj przez par
cewek wytwarzajcych zmienne,
gradientowe pole magnetyczne.
Oscylacja prbki, proporcjonalna do jej momentu
magnetycznego jest przechwytywana przez piezo-
kryszta, ktry przetwarza mechaniczny ruch w napicie.
rys.12 MicroMag
rys.13 Prbka dostosowana do pomiarw urzdzeniem MicroMag
-
27
W zalenoci od stosowanego uchwytu, mierzone mog by prby o maksymalnych masach 50,
100 lub 200 mg. Typowy przykad prby o rednicy okoo 3mm widoczny jest na zdjciu
powyej (rys.13). Prba sedymentw (50 mg) przytwierdzona zostaa do kwarcowej podstawki.
4.6 Badania geochemiczne
Analizy geochemiczne zostay wykonane w Centralnym Laboratorium Chemicznym PIG.
Na bazie dowiadcze zebranych w trakcie opracowywania m.in. Atlasu geochemicznego
Polski (Lis, Pasieczna, 1995) wybrano kwasowy sposb ugowania prbek. Taki sposb
ugowania jest bowiem najbardziej przydatny dla bada w dziedzinie ochrony rodowiska,
poniewa uwalniana i oznaczana jest ta cz pierwiastka, ktra jest sabo zwizana z nonikiem,
a wic atwo migrujca, stanowica najwiksze zagroenie dla organizmw ywych jest ona
najatwiej przyswajalna przez roliny.
Zawarto Hg okrelono metod absorpcyjnej spektrometrii atomowej w poczeniu z
generacj zimnych par (CV-AAS Cold Vapour Atomic Absorption Spectrometry), natomiast
pozostaych pierwiastkw metod atomowej spektrometrii emisyjnej ze wzbudzeniem
plazmowym (ICP-AES Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry).
Dodatkowo wykonano pomiary pH.
4.7 Analizy SEM
Na podstawie przeprowadzonych wczeniej analiz magnetycznych wybrano zestaw prb,
ktre poddano analizie pod skaningowym mikroskopem elektronowym (SEM). Separaty
wykonano rcznie przy uyciu magnesu. Ze wzgldu na zrnicowan wielko ziaren
magnetycznych, niektre prby zostay wstpnie przesiane, a separaty wykonano dla dwch (a
czasem trzech) frakcji.
-
28
5. Wyniki
5.1 Mapy podatnoci magnetycznej wybrane anomalie i ich polowa
weryfikacja.
Za.1 przedstawia map poziomu P1 w wersji pierwotnej, tzn. wykrelonej na podstawie
zbioru pomiarw wykonanych przez Magier i in. (2002). Wraz z map poziomu P2, w wyniku
dodatkowych pomiarw polowych, zostay one poddane korekcie. Za. 2, 3 i 4 przedstawiaj
obie mapy, a take map rnicow z uwzgldnieniem opisanych poniej zmian.
We wprowadzeniu (rozdz. 1) zdefiniowane zostao pojcie anomalii podatnoci
magnetycznej. Zielone obszary widoczne na mapach P1 i P2 to rejony o podatnociach bliskich
redniej wartoci 1810-8 m3/kg. Na poziomie P1 obejmuj one znacznie wikszy procent
obszaru Polski. Jest to prawdopodobnie wywoane tym, e czsto na poziomie P2 prby pobrane
zostay ju z poziomu podoa, charakteryzujcego si zazwyczaj niszymi podatnociami.
Drug przyczyn tego zjawiska s pyy opadowe rnego pochodzenia, z ktrych najdrobniejsze
czstki s przenoszone na bardzo due odlegoci, przez co s obecne nawet w parkach
narodowych (Kapika i in., 2003), a wic miejscach uwaanych za ostoje naturalnego
rodowiska. W przypadku obszarw rolniczych dodatkowym rdem niewielkiego wzrostu
podatnoci tylko w grnym poziomie gleby moe by nawoenie pl uprawnych pestycydami
(Shi R., 2006).
Negatywne anomalie (barwy ciemnozielone i granatowe), czyli obszary charakteryzujce
si < 1810-8 m3/kg, s obecne na poziomie P1 gwnie we wschodniej czci kraju, a znacznie
szerzej rozprzestrzenione na poziomie P2. wiadcz one o obecnoci gwnie mineraw
diamagnetycznych i waciwie braku ferromagnetykw, co jest charakterystyczne dla gleb
bielicowych i powych (rozdz. 5.2). Anomalie pozytywne (barwy te, poprzez pomaracz do
brzw) obecne na pozostaych obszarach wiadcz o obecnoci w glebach mineraw
ferromagnetycznych pochodzenia zarwno naturalnego jak i antropogenicznego. Okrelenie
rde jest moliwe dziki badaniom, ktre zostan opisane w kolejnych rozdziaach. Wstpny
podzia moe by natomiast wykonany analizujc trzeci z przedstawionych map map
rnicow (za.4). Dodatnia anomalia na tej mapie oznacza, e podatno na poziomie P1 jest
wysza ni na poziomie P2, a wic naley si spodziewa wpywu czynnikw
antropogenicznych. Klasycznym przykadem takiej anomalii jest obszar Grnolskiego
Zagbia Wglowego. Anomalia ujemna oznacza natomiast, e wysza podatno zostaa
zaobserwowana na poziomie dolnym, co niemal jednoznacznie wskazuje na jej naturalne rdo.
Przykady takich anomalii s widoczne w pnocnej i pnocno-zachodniej czci kraju.
-
29
Do weryfikacji wybrano nastpujce anomalie:
Stporkw bardzo silna, lokalna anomalia, o promieniu ok. 10
km, ale zbudowana waciwie na jednym punkcie oprbowania, w
ktrym to dla grnego poziomu uzyskano podatno: 1660.410-8
m3/kg, a dla dolnego poziomu 1155.710-8 m3/kg. Dodatkowe prace
terenowe nie potwierdziy istnienia tak znacznie podwyszonych
wartoci w badanym rejonie, dlatego te punkt zosta usunity z bazy
danych. Odrzucenie punktu likwiduje cakowicie zarwno opisywan anomali jak rwnie
towarzyszc jej (otaczajc od zachodniej strony) ujemn anomali bdc efektem przyjtej
metody interpolacyjnej. Naley doda, e opisywany, anomalny punkt oprbowania jest
zlokalizowany (wg Mapy Polski systemu GPS) na obszarze zabudowanym (miejscowo
Sorbin).
Wzdw (na linii Krosno Sanok) anomalia obecna jedynie na
poziomie P1, sugerujca antropogeniczny charakter rda, oparta na
punkcie o wartociach: grny poziom 118.510-8 m3/kg, dolny
poziom 3210-8 m3/kg. Jako dodatkowe wykonano pomiary polowe
na poudniowym kracu Wzdowa, w starym parku oraz na kach. W
obu przypadkach podatno magnetyczna wahaa si w zakresie 4
1010-5 j. SI. Podwyszone wartoci (380 i 8410-5 j. SI) pomierzono jedynie w bezporednim
ssiedztwie starej, w znacznym stopniu zaronitej, drogi parkowej. Powysze wyniki skoniy
do wprowadzenia korekty wartoci podatnoci magnetycznej w anomalnym punkcie poziom
P1: 1010-8 m3/kg, poziom P2: 1510-8 m3/kg.
Przecz upkowska anomalia wielkoci obejmujca sze
punktw badawczych, faktycznie zbudowana na dwch o
wartociach: na poziomie P1: 69710-8 m3/kg i 27510-8 m3/kg, na P2:
56110-8 m3/kg i 55310-8 m3/kg. W bezporednim ssiedztwie
pomierzono wartoci rzdu 2010-8 m3/kg. Terenowe pomiary nie
potwierdziy istnienia anomalii. Anomali t zweryfikowano ze
wzgldu na brak przesanek wskazujcych na moliwo istnienia w tym rejonie rde zarwno
naturalnych jak i pochodzenia antropogenicznego obszar niezabudowany,
nieuprzemysowiony, w duym stopniu zalesiony. Pomierzone podatnoci nie przekraczay
wartoci 1510-5 j. SI. Wprowadzono korekt, dla obu punktw odpowiednie: P1: 23 i 2510-8
m3/kg, P2: 24 i 2610-8 m3/kg, usuwajc w peni anomali.
-
30
Morasko (na poudnie od Jarosawia) anomalia zbudowana na
punkcie o wartociach: grny poziom P1 126.410-8 m3/kg, dolny
poziom P2 284.310-8 m3/kg. Dodatkowe prace pomiarowe w terenie
nie potwierdziy istnienia anomalii dla P1 uzyskano wartoci 15
2010-5 j. SI, (pomimo, e pomiary byy wykonywane w pobliu huty
szka Jarosaw). Do bazy punktw pomiarowych wprowadzono
wic korekt: poziom P1: 2010-8 m3/kg, poziom P2: 1510-8 m3/kg.
dolina Wisy punkt 164 weryfikuje ujemn anomali rnicow,
opart na jednym punkcie badawczym (poziom P1: 1310-8 m3/kg,
P2: 5510-8 m3/kg). Pomiary terenowe wykonano take na dwch
poziomach w obu przypadkach uzyskano warto 3510-5 j. SI,
podczas gdy w bezporednio ssiadujcym punkcie 163 wyniosy
one odpowiednio jedynie 14 i 910-5 j. SI. Zgodno wynikw
terenowych z laboratoryjnymi potwierdza istnienie anomalii, nie wskazujc jednoznacznie jej
rda. Zrnicowanie wynikw na niewielkim obszarze wskazuje na to, e s to zmiany bardzo
lokalne, niejednorodne. rdo anomalii moe by dwojakiego rodzaju: naturalne osady
tarasw zalewowych Wisy, lub antropogeniczne zwizane z pozostaociami dawnego
osadnictwa. Potwierdzeniem naturalnego rda anomalii zdaje si by punkt 165, czyli
okresowy, wyschnity potok. W wyniku pomiarw w zboczu doliny potoku uzyskano
podwyszone wartoci podatnoci magnetycznej, a rdzawy kolor charakteryzuje zwietrzeliny
glin morenowych, bogatych w elazo (7410-5 j. SI). W dnie potoku znajduj si czarne wiry i
piasek ok. 6010-5 j. SI, ale s to utwory naniesione.
plaa pod Tolkmickiem punkt weryfikujcy zosta pomierzony
cile w centrum dodatniej anomalii wyznaczonej na dolnym
poziomie (maksymalna podatno w P2 wynosi 31910-8 m3/kg)
pomiarami laboratoryjnymi (na poziomie P1, punkt nie by badany).
Na play uzyskano : 6 3010-5 j. SI. Na gbokoci 10 15 cm
znajduje si cienka warstwa szarych iw o podatnoci 6 810-5 j. SI.
W pewnym oddaleniu od play, w zboczu przy drodze zanotowano wartoci 27, 70, 9010-5 j. SI,
ktrych rdem mog by piaski z mineraami cikimi. Nad i pod nimi znajduj si natomiast
utwory piaszczyste o niskich podatnociach. Obserwacje te potwierdzaj anomali okrelon
pomiarami laboratoryjnymi. Co prawda warto 31910-8 m3/kg przekracza znacznie wszystkie
polowe obserwacje, ale biorc pod uwag ich znaczne zrnicowanie na niewielkim odcinku,
mona przyj, e tak silna anomalia faktycznie istnieje i dlatego nie wprowadzono adnej
korekty.
-
31
Zalew Wilany - punkty 168, 169 zostay pomierzone w rejonie
silnej anomalii zarejestrowanej badaniami laboratoryjnymi zarwno
na poziomie P1 (50 12010-8 m3/kg) jak i na poziomie P2 (6510-8
m3/kg). Pomiary polowe wykonane na punkcie 169 wskazuj na
wartoci dla grnego poziomu rzdu 30 13010-5 j. SI, na dole za
jedynie 1010-5 j. SI, potwierdzajc w ten sposb istnienie anomalii na
grnym poziomie. W punkcie tym pobrano dla dalszych analiz trzy prby iu ciemnoszarego,
przechodzcego w ciemnobrzowy. Wyniki analizy zostan opisane w dalszych rozdziaach. O
antropogenicznym charakterze anomalii (by moe o mniejszym zasigu ni to jest widoczne na
mapie) mog wiadczy wyniki pomiarw polowych w punkcie 168. Wartoci potwierdzajce
istnienie tak silnej anomalii zarejestrowano jedynie w bezporednim ssiedztwie utwardzonej
drogi (w promieniu do 5 m od niej).
Darowo pomiary polowe nie potwierdziy istnienia anomalii.
Jedynie w pobliu drogi ulowej zarejestrowane zostay wartoci
rzdu 50010-5 j. SI. Wprowadzono korekt wartoci w banku danych,
zamieniajc warto pomiaru laboratoryjnego na poziomie P1 z
15110-8 m3/kg na 1510-8 m3/kg, na P2 z 4410-8 m3/kg na 410-8
m3/kg. Warto 1510-8 m3/kg przyjto jako poredni pomidzy
pomiarami w punktach 172 i 173, gdzie na zaoranym gruncie, kilka metrw od drogi,
pomierzono wartoci 10 2710-5 j. SI. Dalsze pomiary w bliskim ssiedztwie wykazay, e
mog zdarzy si w tym rejonie bardzo lokalne odstpstwa od ta, w zakresie 40 13010-5 j. SI,
ktre tak jak w rejonie delty Wisy mog by zwizane z okruchami, fragmentami cegie czy
ceramiki.
Godowo punkty 180, 181 punkt 180 pomierzony zosta
dokadnie w miejscu poprzedniego oprbowania. W warunkach
laboratoryjnych uzyskano na powierzchni 11210-8 m3/kg, natomiast
na poziomie P2 30510-8 m3/kg. W warunkach polowych jedynie
3010-5 j. SI. Punkt 181 zosta usytuowany w centrum ujemnej
anomalii rnicowej. W punkcie tym (podobnie jak w poprzednio
opisywanym) pobrano prbki gleby i podglebia, ktre poddano analizom opisywanym w
dalszych rozdziaach. Dodatkowe pomiary terenowe potwierdziy brak anomalii na powierzchni
(2510-5 j. SI) wyjtkiem jest bezporednie ssiedztwo drogi, gdzie podatno osiga poziom 42
19010-5 j. SI.
-
32
5.2. Oglna charakterystyka podatnoci magnetycznej prbek
glebowych.
Charakterystyka magnetyzmu gleby jest uwarunkowana zarwno skadem mineralnym
podoa, jak i procesami pedogenezy. Zazwyczaj jest ona take zakcona wpywem
zanieczyszcze pochodzenia przemysowego. Dalsz analiz przeprowadzono przy
wykorzystaniu dwch map: mapy glebowej (za.5, Biaousz 1997) oraz mapy utworw
czwartorzdowych (za.6 na podst. Znosko, 1968).
Poszczeglnym punktom oprbowania, ktre posuyo opracowaniu map podatnoci
magnetycznej, przypisano jeden z wydzielonych na mapie (za.5) 17 typw gleb oraz typ
podoa, na ktrym gleba zostaa wyksztacona (za.6). Jednym z wydziele na mapie glebowej
s gleby antropogeniczne. Wydzielenie to obejmuje wikszo obszaru Grnolskiego Zagbia
Wglowego. Za.7 zawiera tabelaryczne zestawienia podstawowych statystyk (rednia, mediana,
odchylenie standardowe) dla poszczeglnych wydziele oraz zestawienie dla rnego rodzaju
podoa przy tym samym typie wyksztaconej gleby.
Zazwyczaj rednia jest znacznie wysza od mediany. Rnica wskazuje na pojawianie si
w populacji pojedynczych bardzo wysokich podatnoci, ktre jako skrajne wartoci s odrzucane
przy obliczaniu mediany, a ktre naley czy z wpywem czynnikw antropogenicznych.
Analizy statystyk w kierunku okrelenia zakresw podatnoci specyficznych dla czystych gleb
poszczeglnych wydziele najlepiej przeprowadza z powyszego powodu na medianach
dolnego poziomu oprbowania jest on bowiem ze swej natury mniej naraony na ewentualne
zanieczyszczenia (nisze wartoci podatnoci magnetycznej). Rys. 14 przedstawia wybrane
histogramy rozkadu podatnoci w poszczeglnych przypadkach. Histogramy podkrelaj, jakie
zmiany zachodz przy przejciu na dolny poziom oraz pomagaj w oszacowaniu granicznej
wartoci dla czystych gleby. Spord przedstawionych przykadw bardzo wyranie wyrnia
si rozkad podatnoci gleb antropogenicznych. W przeciwiestwie do pozostaych grup wartoci
s tu rozoone rwnomiernie w bardzo rozlegym przedziale (zarwno w P1 jak i P2). Zupenie
odmienny charakter maj histogramy czarnoziemu i czarnych ziem. W przypadku czarnoziemu
widoczne jest wyrane maksimum na poziomie okoo 2510-8 m3/kg, zarwno na poziomie P2
jak i P1. Znakomita wikszo prb na poziomie mieci si w przedziale 0 5010-8 m3/kg, ktry
to przedzia naley uzna za wartoci typowe dla naturalnego czarnoziemu. Rozkad prb
czarnych ziem jest zbliony ksztatem do czarnoziemowego, ale maksimum przesunite jest w
stron niszych wartoci okoo 1010-8 m3/kg na P2; 1510-8 m3/kg na P1.
-
33
rys. 14 Histogramy rozkadu podatnoci magnetycznej wybranych typw gleb na poziomach P1 i P2 w odniesieniu do histogramu oglnego, tj. wsplnego dla wszystkich przebadanych prb.
Gleby brunatne prezentuj rozkad podobny do czarnych ziem z maksimum rzdu 1010-8
m3/kg na P2. Wartoci tego rzdu s widoczne na mapie Polski (za. 3) jako rozlega anomalia w
pnocnej i pnocno-zachodniej czci Polski. Obszarowi temu powicony zosta dalszy
rozdzia opracowania (rozdz. 5.6). Pozostae typy gleb przedstawiaj charakterystyki
podatnociowe zblione do rozkadu gleb bielicowych i bielic czy gleb powych. Maksimum
rozkadu przypada na wartoci rzdu kilku jednostek (0 510-8 m3/kg), rozkad jest bardzo
wski, a lokalizacje w ktrych wartoci podatnoci przekraczaj 3010-8 m3/kg naley analizowa
pod ktem zanieczyszczenia gleb czynnikami antropogenicznymi.
Na podstawie za. 7 naley wysnu jeden bardzo istotny wniosek: silniejszy zwizek
pomidzy wysokoci anomalii podatnoci a typem podoa gleby ni sam gleb.
Podwyszone podatnoci s charakterystyczne dla czarnoziemw i gleb brunatnych, ale tych
-
34
wyksztaconych na lessach i glinach zwaowych (moreny). Podwyszone wartoci niezalenie od
rodzaju gleby wystpuj w utworach wyksztaconych na gnejsach czy granitoidach. Skrajnie
wysokie wartoci przekraczajce 10010-8 m3/kg wystpuj niemal we wszystkich podgrupach i
naley je wiza z czynnikami antropogenicznymi. Jest to jednak przewanie czynnik
drugorzdny, co potwierdza dotychczasowe badania (Dearing, 1996) Charakterystyczn cech
wydzielenia gleb antropogenicznych jest take dua rnica mediany pomidzy poziomami P1 i
P2. Takie zjawisko sugeruje w P1 du zawarto silnie magnetycznych czstek pochodzenia
zewntrznego, ktre raczej nie przemieszczaj si w gb gleby (na gb. 0.4 0.6 m podatnoci
magnetyczne s znacznie nisze).
W przypadku czarnoziemw czy gleb brunatnych istnieje moliwo cisego okrelenia
ich naturalnej charakterystyki badajc poziomy kopalnych gleb. Poniej przedstawione zostan
wyniki bada przeprowadzonych na zbiorze profili zawierajcych zarwno poziomy gleb
kopalnych jak i wspczesnych.
5.3 Gleby lessowe
W poniszym rozdziale zostanie opisanych szereg profili glebowo-lessowych, ktrych
lokalizacja zostaa przedstawiona na rys.15. Porwnanie charakterystyk poziomw kopalnych ze
wspczesnymi pozwoli wyodrbni cechy opisujce czyste utwory oraz te bdce pod wpywem
czynnikw antropogenicznych.
Gleby wyksztacone na lessach to gwnie gleby brunatne i czarnoziemy, ktre
charakteryzuj si podwyszon podatnoci magnetyczn. Badania Nawrockiego i in. (1998),
Jeleskiej i in. (2004) wskazuj wyranie, e podwyszone wartoci s pochodzenia
pedogenicznego. Charakteryzuj si nimi gleby kopalne, a wic nie naraone na wpywy
antropogeniczne.
Klasa gleb czarnoziemnych obejmuje gleby tworzce si w klimacie umiarkowanie
kontynentalnym przy udziale rolinnoci kowo- lub leno-stepowej, bd w warunkach klimatu
umiarkowanie wilgotnego przy udziale rolinnoci leno-kowej. Powstaj one z rnych ska
macierzystych (lessy, gliny, iy, rzadziej piaski gliniaste).
Geneza gleb brunatnoziemowych nie zostaa jednoznacznie ustalona. Przyjmuje si, e
mogy one powsta z osadw polodowcowych w okresach klimatycznych ciepych, bd
wilgotnych (atlantycki, subborealny) wraz z masowym pojawieniem si drzew liciastych, a
szczeglnie dbu. W okresie subatlantyckim, wobec ozibienia si klimatu i inwazji drzew
iglastych, wytworzyy si warunki sprzyjajce procesom wymywania i bielicowania. W tym
okresie mogy wytworzy si gleby brunatne wyugowane, pseudoglejowe i bielicowane (Uggla,
1983):
-
35
Gleby brunatne najczciej powstaj pod lasami liciastymi i mieszanymi, ale niekiedy rwnie
pod borami mieszanymi ze ska macierzystych rnego pochodzenia. Najczciej s to skay
osadowe mechaniczne: gliny, lessy, utwory pyowe wodnego pochodzenia, piaski, piaskowce.
Mog te tworzy si na niektrych magmatytach.
Gleby brunatne waciwe charakteryzuje je profil o budowie A1(B)C. Granice pomidzy
poszczeglnymi poziomami genetycznymi zacieraj si w wyniku dziaalnoci organizmw
glebowych, w wyniku czego powstaj poziomy przejciowe, a profil przybiera posta: A0-A1-
A1(B)-(B)-(B)C-C pod lasem i Ap-A1(B)-(B)-(B)C-C w uprawie rolnej.
rys. 15 Lokalizacja profili lessowych (granatowe kka) analizowanych w kolejnych podrozdziaach na tle zasigu wystpowania utworw lessowych (pomaraczowe obszary. Profile: 1 Baborw; 2 Branice; 3 Racibrz; 4 Zota; 5 Feliks; 6 Nieledew; 7 Jarosaw; 8 Nehrybka; 9 Humniska.
5.3.1 Baborw
Profil w Baborowie (500615.3; 175824.4; 246.5 m n.p.m.)
zosta pobrany z wykopu o gbokoci 1 m wykonanego na pograniczu pola
uprawnego, w bezporednim ssiedztwie ciany nieczynnego obecnie
wyrobiska eksploatacyjnego cegielni. Czarnoziem ma miszo blisko 50 412
materia zwaowy bogaty w czci
krzemianowe
gleby pierwotne o nierozwinitym
profilu
gleby brunatne
gleby brunatne wyugowane
gleby powe
gleby powe bielicowane
gleby bielicowe
-
36
cm, przy czym pierwsze 20 cm to warstwa uprawna. Jest on wyksztacony na utworach
lessowych, opisanych jako less modszy grny, bardzo sabo wysortowany u gry sabiej ni u
dou (Maruszczak, 1991). Prby zostay pobrane w odstpie 10 cm. Schemat profilu
przedstawiono na rys. 16. Poziom gleby uprawnej podkrelony jest podwyszona zawartoci
fosforu oraz obnionym pH.
rys.16 Profil Baborw wraz z wynikami bada, kolejno: podatno , wspczynniki Fd, ARM i ARM/, S oraz wyniki analiz geochemicznych. Czerwonym kolorem oznaczono na profilu prby wymieniane w tekcie.
Czarnoziem charakteryzuje si podwyszonymi wartociami podatnoci magnetycznej, z
wyran rnic pomidzy pomiarami LF i HF. Wynikajca z tego wysoka warto Fd,
wskazuje na wielofazowo czstek czynnych magnetycznie. Dla niemal caego badanego
odcinka Fd przewysza poziom 4%, co moe oznacza naturalne rdo sygnau magnetycznego
(rozdz. 3.2; Fialova, 2006). Przebieg krzywych ARM oraz ARM/ wskazuje na znaczny wzrost
wielkoci ziaren magnetycznych przy jednoczesnym spadku ich koncentracji wraz z przejciem z
poziomu glebowego do lessowego podoa. Zmianie tej towarzyszy wzrost procentowej
zawartoci elaza, przy rwnoczesnym spadku podatnoci magnetycznej i niewielkim obnieniu
wspczynnika S.
rys.17 Krzywe termomagnetyczne prb BB1, BB3, BB9. Ogrzewanie krzywa czerwona, chodzenie krzywa granatowa.
-
37
Oznacza to, e w obrbie strefy przejciowej i podoa wzrasta zawarto mineraw
magnetycznych o podwyszonej koercji, np. hematytu, tworzcego wiksze ziarna i
charakteryzujcego si znacznie nisz podatnoci ni magnetyt. S bliskie 1 w obrbie
czarnoziemu oznacza dominacj wanie magnetytu lub maghemitu (rozdz.3.2, King, Channel,
1991).
Potwierdzeniem obecnoci magnetytu s wyniki termoanaliz wykonanych dla prb BB1 i
BB3 (rys.17). Materia ulega penemu rozmagnesowaniu w temperaturze 580C, bez
dodatkowych ugi na krzywej ogrzewania, co oznacza dominacj wanie magnetytu.
Stosowany typ termoanaliz sabo pokazuje obecno hematytu nie zaznacza si ona na krzywej
termomagnetycznej uzyskanej dla BB9 (strefa przejciowa). Przejawem hematytu moe by
jedynie najsabsze (spord badanych prb) namagnesowanie pocztkowe, tj. w temperaturze
20C.
5.3.2 Branice
Profil zosta pobrany w cegielni Branice (500248.7; 174813.4;
307 m n.p.m.). W eksploatowanych odsoniciach cegielni wystpuj mao
misze lessy modsze i starsze, a poniej glina morenowa ze zlodowacenia
Odry (Maruszczak, 1991). Oprbowano dwa odcinki profilu: grny
obejmujcy wspczesn gleb oraz dolny, lecy okoo 6 m niej, w dolnej czci wyrobiska
obejmujcy bagienn gleb wraz z oglejonym rzecznym podoem (rys. 18). Gleba wspczesna
charakteryzuje si rednio-wysokimi podatnociami magnetycznymi (rzdu 2010-8 m3/kg). Fd
na wysokoci powyej 4% wskazuje na naturalne rdo czstek magnetycznych.
rys.18 Profil Branice wraz z wynikami bada, kolejno: podatno , wspczynniki Fd, ARM i ARM/, S. Czerwonym kolorem oznaczono na profilu prby wymieniane w tekcie.
Warto wspczynnika S maleje wraz z
gbokoci, co w poczeniu ze wzrostem
wielkoci ziaren i spadkiem ich koncentracji
(spadek ARM/) moe oznacza wzrost
zawartoci hematytu w tym kierunku.
Termoanaliza wykonana na prbie BR2
(rys.19) wykazuje obok dominujcego
magnetytu obecno maghemitu wygicie
krzywej ogrzewania w okolicy 350C - 400C,
415
-
38
wiadczce o zachodzcej przemianie fazowej. Ksztat krzywej termomagnetycznej prby BR5
ma przebieg odpowiadajcy czystemu magnetytowi prba ulega penemu rozmagnesowaniu w
temperaturze 580C.
rys. 19 Krzywe termomagnetyczne prb BR2, BR5. Ogrzewanie krzywa czerwona, chodzenie krzywa granatowa.
Dolny poziom glebowy znacznie si
rni od grnego znacznie nisze
podatnoci, nisze wartoci ARM/, znacznie
nisze wartoci wspczynnika S (rzdu 0.8), oznaczajce wiksze rozmiary ziaren i mniejsz ich
koncentracj co jest charakterystyczne dla gleb oglejonych.
5.3.3 Racibrz
Prbki pobrano z wykopu o gbokoci 0.5 m wykonanego na skraju
pola uprawnego w pobliu Raciborza (500805.4, 181205.5; 210 m
n.p.m.). Schemat litologiczny wraz z wykonanymi badaniami
petromagnetycznymi przedstawiony zosta na rys. 20. W rozdziale 5.5.1
przedstawiony zosta przykad anomalii podatnoci magnetycznej w otoczeniu drogi znajdujcej
si w bliskim ssiedztwie opisywanego tu profilu. Wyniki poniszych analiz mog suy jako
parametry naturalnego ta dla drogowej anomalii.
rys.20 Profil Racibrz wraz z wynikami bada, kolejno: podatno , wspczynniki Fd, ARM i ARM/, S. Czerwonym kolorem oznaczono na profilu prby wymieniane w tekcie.
Krzywa podatnoci magnetycznej
potwierdza wnioski wstpnej analizy
mapy obszaru Polski (rozdz. 5.2).
Wartoci mieszcz si ona w przedziale
20 3510-8 m3/kg charakterystycznym
dla gleby brunatnej. Fd przekracza 4% co
wiadczy o wielofazowoci czstek
magnetycznych, a wic o ich
prawdopodobnie naturalnym charakterze.
Na poziomie podoa (less oglejony) Fd
osiga niemal 8% czemu towarzyszy spadek ARM oraz wspczynnika ARM/, wiadczcy o
skokowym wzrocie rozmiarw ziaren i spadku ich koncentracji. Jest to wic taki sam schemat
413
-
39
jak w opisanych wczeniej dwch profilach zwaszcza w przypadku oglejonego poziomu gleby
kopalnej w Branicach.
Termoanalizy wykonane na prbach RAC2 (na gbokoci 10 cm) oraz RAC7 (podoe
lessowe) rys.21 wskazuj na magnetyt jako dominujcy minera czynny magnetycznie. Obie
prby ulegaj rozmagnesowaniu w temperaturze 580C.
rys. 21 Krzywe termomagnetyczne prb RAC2, RAC7. Ogrzewanie krzywa czerwona, chodzenie krzywa granatowa Niewielkich domieszek innych mineraw
(siarczkw, maghemitu) mona dopatrywa si
w ksztacie krzywej RAC2, gdzie sabo
zarysowuj si dodatkowe punkty przemian
fazowych na poziomach temperatur 250C i 400C. Powstae w wyniku ogrzewania czstki
magnetytu czy (w drugim przypadku) hematytu spowodoway podniesienie namagnesowania
krzywej chodzenia.
Oprcz opisanego powyej profilu pobrano cztery prby brunatnej gleby lenej (poziom
akumulacyjny): Rac1L, Rac2L, Rac3L, Rac4L. Wyniki analiz petromagnetycznych
przeprowadzonych na tych prbach przedstawione zostay w tab. 3. Parametry s zblione do
tych uzyskanych dla profilu, tzn. S > 0.9 wskazuje na przewag magnetytu, a wysokie wartoci
Fd oznaczaj ziarna wielofazowe. jest charakterystyczne dla gleb brunatnych, wyksztaconych
na podou lessowym.
lF
[10-8 m3/kg]
hF
[10-8 m3/kg]
Fd
[%] ARM IRM0.3 IRM1.5 ARM/ S
RAC1L 36.12 34.77 3.7 0.113 5.83 6.28 3.12E-03 0.93
RAC2L 24.36 23.40 3.9 0.098 3.68 3.94 4.04E-03 0.93
RAC3L 23.77 22.76 4.3 0.093 3.57 3.72 3.89E-03 0.96
RAC4L 19.89 18.89 5.0 0.074 2.59 2.76 3.74E-03 0.94
tab.3 Parametry petromagnetyczne prb Rac1L, Rac2L, Rac3L, Rac4L.
5.3.4 Zota (koo Sandomierza)
Odsonicie Zota znajduje si 5 km na poudnie od Sandomierza, w
grnej czci lewego zbocza doliny Wisy, na wysokoci 178 m n.p.m. Gwne
zbocze w Zotej jest przecite niewielk dolin, czciowo wypenion
lessami. Profil o dugoci 16 m zosta opisany przez Prszysk-Bordas i in.
(Maruszczak, 1985, tab.4).
-
40
tab.4 Opis profilu na podstawie Prszyskiej-Bordas i in. (Maruszczak, 1985) 0.00 0.30 obecny poziom humusowy 0.30 2.45 jasno oliwkowo-brzowy less 2.45 2.90 horyzont akumulacji ciemno brzowego humusu, wytworzony na lessie gleba
czarnoziemopodobna 2.90 3.00 szarobrzowy, oglejony horyzont eluwialny, wytworzony na lessie, z du
zawartoci wgla drzewnego 3.00 3.90 brzowy horyzont iluwialny rozwinity na lessie, z czstkami ilastymi.
Horyzonty d i e przecite pseudomorfozami lodowych klinw, wypenionych materiaem humusowym
3.90 4.50 jasno oliwkowo-brzowe osady piaszczysto-mulaste 4.50 5.00 oliwkowo-ty laminowany less, deponowany w wodzie 5.00 5.20 oliwkowo-te iy aluwialne z licznymi konkrecjami CaCO3 5.20 5.30 piaski gruboziarniste 5.30 7.65 oliwkowo-te, pseudooglejone (brzowo-te plamy) aluwialne muy z
ziarnami piaskw, wirw, ukonie warstwowane, z pojedynczymi limakami 7.65 7.80 jasno oliwkowo-brzowe wiry z grudkami podcielajcego materiau 7.80 12.90 iy warwowe i muowce ilaste osadzane w niemal stojcej wodzie, zbudowane z
serii o miszoci 1.5 cm warstw brzowych iw i grubszych serii oliwkowo-tych iw lub iowo-muowych warstw (miszoci 2-3 cm na dole, wyej do 10 cm, nawet do 25 - 30 cm). Na gbokoci 9.40 10.30 m warstwy silnie pofadowane wynikajce z przemraania.
12.90 14.30 jasno-te aluwialne piaski rnoziarniste, ukonie warstwowane, zawierajce wiry skandynawskie
14.30 16.00 muy oliwkowo-ty 16 - iy, prawdopodobnie trzeciorzdowe.
rys. 22 Zdjcie wykopu, z ktrego pobrano prby profili glebowych a) Z i b) ZW
W ramach opracowania
oprbowano dwie czci odsonicia
(rys.22). Profil Zota wierzchowina
(ZW) obejmuje 1.50 m grnej
czci profilu (rozpoczynajc od
poziomu darniny). Profil Zota d
(Z) obejmuje odcinek 2.50 m w
dolnej czci profilu, zawierajcej poziom kopalnego czarnoziemu. Szkic obu odcinkw zosta
przedstawiony odpowiednio na rys. 23 i 26.
Poziom czarnoziemu kopalnego o miszoci ponad 0.5 m wyranie zaznacza si na
krzywych , ARM i ARM/. Podobnie jak w przypadku opisanego poniej profilu w cegielni
Feliks, zawarto procentowa Fe nie wykazu