Глава 2. ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ МИГРАЦИИ ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ В ЛАНДШАФТАХ

геохимия

Смотрите также:

История атомов и география - Перельман

Геохимия - химия земли

Геология

геология

Основы геологии

Геолог Ферсман

Гидрогеохимия. Химия воды

Минералогия

минералы

Почва и почвообразование

Почвоведение. Типы почв

почвы

Химия почвы

Круговорот атомов в природе

докучаев

биосфера

растения

Биографии геологов, почвоведов

Биографии почвоведов

Эволюция

Законы распределения химических элементов в подсистемах ландшафта

Если на содержание химического элемента в почве, коре выветривания, водах, организмах и других подсистемах ландшафта влияет большое число равновероятных случайных независимых друг от 2.8. Кривая нормального (гауссовского) распределен иявъпражеиием которого служит кривая Гаусса. При нормальном распределении наиболее вероятным значением служит среднее арифметическое л, которое совпадает с модой (наиболее распространенным значением) и медианой (среднее значение в ранжированном ряде величин). Правда, построение кривых на основе опытных данных, как правило, позволяет говорить лишь о приближении к нормальному закону, т.е. об аппроксимации (2.8).

К параметрам нормального распределения, кроме среднего арифметического л, относится также величина S или среднее квадратичное отклонение, которое характеризует разброс изучаемой величины. Важным показателем является и коэффициент вариации:

Расчет по формуле Гаусса показывает, что при нормальном распределении в пределах x±S находится 68,3% значений. Если же пользоваться величиной x±3S, то в ее пределах будет уже 99,7% значений, т.е. можно быть уверенным, что из 1000 значений за этим пределом будет не более трех. Следовательно, если распределение элементов в системе подчиняется нормальному закону, то с вероятностью 99,7 можно считать, что все значения в пределах x±3S будут относиться к данной совокупности, данной системе и различия между ними определяются случайными причинами. Значения, отличные от x±3S будут относиться к геохимическим аномалиям (Са), т.е. принадлежать уже к другой совокупности, другой системе. Поэтому за нижний предел аномальности Са нередко принимают величину Сф + 3S ("правило трех сигм"): Са I Сф + 3S, где Сф — фоновая концентрация (среднее арифметическое).

При Са I л + 3S аномалия положительна, а при Ca < х — 3S отрицательна. Опытным путем установлено, что существуют геохимические аномалии, соответствующие и менее "жестким критериям": Са I Сф + 2S или даже Са I Сф + S.

Распределение химических элементов, аппроксимирующееся нормальным законом, наблюдается в некоторых минералах, породах, почвах, водах. Однако чаще распределение подчиняется логарифмически нормальному (логнормальному) закону — нормальное распределение характерно не для самой величины, а для ее логарифма. Параметрами в этом случае будет уже не среднее арифметическое, а среднее геометрическое (л) и сигма логарифмированных значений признака (е). Соответственно "жесткий" критерий аномальности будет Са I Сф.е^, а более мягкие: Са I Сф.е^ и Са I Сф.е. Распределение разных элементов в одних и тех же объектах нередко подчиняется разным законам.Так, если распределение К в некоторых микроклинах и мускрвитах аппроксимируется нормальным законом, то распределение Li, R и Cs — логнормальным. Это объясняют разной ролью элементов в решетке — К элемент "хозяин", a Li, R и Cs — изоморфные примеси. Особенно убедительно это показано для лантаноидов, среди которых наиболее распространенные в цериевых минералах (La, Се, Pz, Nd) распределены нормально, второстепенные (Sm, Gd) — логнормально, а остальные, рассеянные (Eu, ТЬ — Lu) — еще более ассиметрично (Д.А. Минеев).

По Д.А. Радионову, распределение элементов в минералах чаще всего подчиняется логнормальному закону. Этот же закон характерен и для распределения в изверженных породах тех элементов, которые концентрируются в одном минерале. Распределение элементов, рассеянных во многих минералах в приблизительно равных количествах, подчиняется нормальному закону.

Н.К. Разумовский в 1940 г. доказал, что статистическое распределение РЬ и Zn, Ni и Au в коренных месторождениях подчиняется логнормальному закону, который имеет важное значение для геологии. Позднее J1. Арене (1954, 1957), очевидно, не зная о работах Разумовского, установил, что распределение многих редких и рассеянных элементов в изверженных породах подчиняется логнормальному закону, — по его мнению, "основному закону геохимии". Обсуждение этого вопроса многими учеными показало, что логнормальный закон по своей значимости не может претендовать на роль основного закона геохимии.

Из сказанного следует, что данные о содержании химических элементов в ландшафте необходимо распределить на однородные совокупности. Так, в одном из районов Южных Мугоджар было выделено около 20 таких совокупностей в почвах, корах выветривания и континентальных отложениях: кислая выщелоченная древняя каолиновая кора выветривания основных эффузивов, эта же кора выветривания, подвергшаяся процессам огипсования, глеевые бескарбонатные горизонты луговых почв и т.д. На рис.2.9 показано распределение Мо в ландшафтах Южных Мугоджар. При таком способе систематизации наглядно выявляются особенности миграции элемента, например, пониженное содержание Мо в кислой выщелоченной коре выветривания и его накопление при ее засолении (огипсовании). Данные о наиболее распространенном (модальном) содержании элемента можно использовать для вычисления КК — кларка концентрации элемента в данной системе относительно литосферы. КК следует наносить на "схему идеального ландшафта", на которой показаны все элементарные ландшафты и подсистемы изученного района. Рассеяние (КК < 1) и концентрацию элемента (КК > 1) следует изображать различными значками. На этой же схеме необходимо показывать геохимические барьеры и зоны выщелачивания. В результате получается наглядная картина распределения и миграции элемента. Подобные приемы систематизации материала можно использовать и для характеристики распределения элементов в биосфере в целом.

Контрольные вопросы