Magnetyzm środowiskowy : rodzaje wzbogacenia magnetycznego na przykładzie gleby inicjalnej skalistej i rankera

• Autorzy: Szuszkiewicz Marcin , Łukasik Adam , Szuszkiewicz Maria Magdalena

Identyfikatory

DOI

10.32045/PG-2020-013

Warianty tytułu

EN

Environmental Magnetism : Type of Magnetic Enhancement on the Example of Lithosol and Ranker

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Celem niniejszej pracy było scharakteryzowanie źródeł pochodzenia cząstek magnetycznych na przykładzie gleby inicjalnej skalistej i rankera. Analiza rozkładów pionowych wybranych parametrów magnetycznych i geochemicznych prowadzona była w trzech profilach glebowych wytworzonych z/na różnym podłożu skalnym (serpentynicie, amfibolicie i granitoidzie). Prezentowane badania oparte zostały o wykorzystanie wybranych parametrów magnetycznych: podatność magnetyczna (χ) i jej zależność częstotliwościowa (χ_fd), wspartych przez analizy geochemiczne (określenie zawartości wybranych potencjalnie toksycznych pierwiastków (PTEs: Pb i Zn) oraz Fe, a także zastosowanie wskaźnika geoakumulacji (Igeo). Wyniki wskazują na wertykalną zmienność wartości χ w profilach glebowych, która także odzwierciedla stopień zmienności pozostałych parametrów. W przypadku geogenicznego wzbogacenia magnetycznego wysoka wartość podatności magnetycznej w poziomie mineralnym (przejściowym) AC wskazuje na dominującą rolę procesów wietrzenia i redystrybucji ferrimagnetycznych minerałów z podłoża skalnego (poziomu R) do wierzchnich poziomów gleby. Natomiast, pedogeniczne wzbogacenie magnetyczne związane było z podpoziomem organicznym Ofh, gdzie stwierdzona została obecność superparamagnetycznych cząstek. W odniesieniu do profilu wytworzonego z granitu, magnetyczny i geochemiczny sygnał w wierzchnim poziomie mineralnym (Ah) jest efektem wzbogacenia w technogeniczne cząstki magnetyczne (TMPs).

EN

The primary aim of this study was to characterize the origin and nature of magnetic particles on the example of Lithosol and Ranker. Analyses of the vertical distribution of selected magnetic and geochemical parameters were conducted in three different soil profiles developed on various bedrock to describe the local conditions and factors affecting magnetic enhancement. Examined soil profiles represent two type of soils (one Brown Ranker and two Lithosol) developed from igneous – plutonic (granitoid) and metamorphic (amphibolite and serpentinite) rocks, respectively. The measured magnetic parameters include: volume (κ) and mass magnetic susceptibility (χ) as well as frequencydependent of magnetic susceptibility (χ_fd). Moreover, magnetic data were supported by geochemical measurement of the selected Potentially Toxic Elements (PTEs: Pb and Zn) and Fe content, and quantification of soil pollution parameter (i.e. Geoaccumulation Index – Igeo). The results show that the vertical variability of χ values in soil profiles results also in a high variability of other presented ‘parameters’. In the case of geogenic magnetic enhancement, the high magnetic susceptibility values measured in mineral (transitional) horizon AC indicated the predominant role of weathering processes together with the redistribution of ferrimagnetic minerals from bedrock (i.e. R horizon) to the topsoil. Whereas, the pedogenic magnetic enhancement was related to organic subhorizon Oea (in soil profile developed on amphibolite) and reflects the occurrence of ultra-fine superparamagnetic particles. Magnetic and geochemical signal in the topsoil horizon (i.e. Ah) of profile developed from granite cause the enhancement of Technogenic Magnetic Particles (TMPs), i.e. the increment of χ is accompanied with the high concentration of iron, lead and zinc.

Słowa kluczowe

PL

magnetyzm środowiskowy; wzbogacenia magnetyczne; potencjalnie toksyczne pierwiastki

EN

environmental magnetism; magnetic enhancement; potentially toxic elements

• Wydawca: Polskie Towarzystwa Geofizyczne ; Komitet Geofizyki PAN
• Czasopismo: Przegląd Geofizyczny
• Rocznik: 2020
• Tom: Z. 3-4
• Strony: 139--153
• Opis fizyczny: Bibliogr. 44 poz., fot., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Szuszkiewicz Marcin

• Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska, Polska Akademia Nauk, Polska

autor

Łukasik Adam

• Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska, Polska Akademia Nauk, Polska

autor

Szuszkiewicz Maria Magdalena

• Instytut Podstaw Inżynierii Środowiska, Polska Akademia Nauk, Polska

Bibliografia

• [1] Attoucheik L., Jordanova N., Bayou B., Lagroix F., Jordanova D., Maouche S., Henry B., Boutaleb A., 2017, Soil metal pollution from former Zn-Pb mining assessed by geochemical and magnetic investigations: case study of the Bou Caid area (Tissemsilt, Algeria), Environmental Earth Sciences, 76, 298, DOI: 10.1007/s12665-017-6622-9.
• [2] Cao L., Appel E., Hu S., Yin G., Lin H., Rösler W., 2015, Magnetic response to air pollution recorded by soil and dust-loaded leaves in a changing industrial environment, Atmospheric Environment, 119, 304-313, DOI: 10.1016/j.atmosenv.2015.06.017.
• [3] Chaparro M. A. E., Gogorza C. S. G., Chaparro M. A. E., Irurzun M. A., Sinito A. M., 2006, Review of magnetism and pollution studies of various environments in Argentina, Earth, Planets and Space, 58 (10), 1411-1422, DI: 10.1186/BF03352637.
• [4] Dearing J. A., Dann R. J. L., Hay K., Lees J. A., Loveland P. J., Maher B. A., O’Grady K., 1996, Frequency-dependent susceptibility measurements of environmental materials, Geophysical Journal International, 124, 228-240, DOI: 10.1111/j.1365-246X.1996.tb06366.x.
• [5] Depciuch T., Lis J., 1972, Wiek bezwzględny (K-Ar) granitoidów strzelińskich, Kwartalnik Geologiczny, 16 (1), 95-102.
• [6] Dubińska E., Bylina P., Kozłowski A., Dörr W., Nejbert K., Schastok J., Kulicki C., 2004, U-Pb dating of serpentinization: hydrothermal zircon from a metasomatic rodingite shell (Sudetic ophiolite, SW Poland), Chemical Geology, 203 (3-4), 183-203, DOI: 0.1016/j.chemgeo.2003.10.005.
• [7] Dubińska E., Gunia P., 1997, The Sudetic ophiolite: current view on its geodynamic model, Geological Quarterly, 41 (1), 1-20.
• [8] Geiss C., Zanner W., 2006, How abundant is pedogenic magnetite? Abundance and grain size estimates for loessic soils based on rock magnetic analyses, Journal of Geophysical Research, 111 (B12), DOI: 10.1029/2006JB004564.
• [9] Górka-Kostrubiec B., Król E., Teisseyre-Jeleńska M., 2013, Magnetometria jako narzędzie do oceny zanieczyszczeń środowiska, Prace i Studia Geograficzne, 51, 17-28.
• [10] Grabowska T., 2013, Magnetometria stosowana w badaniach środowiska. Tom II, Wydawnictwo AGH, Kraków, 172 s.
• [11] Grison H., Petrovský E., Kapička A., Hanzlikova H., 2017, Detection of the pedogenic magnetic fraction in volcanic soils developed on basalts using frequency-dependent magnetic susceptibility: comparison of two instruments, Geophysical Journal International, 209 (2), 654-660, DOI: 10.1093/gji/ggx037.
• [12] Heller F., Strzyszcz Z., Magiera T., 1998, Magnetic record of industrial pollution in forest soils of Upper Silesia, Poland, Journal of Geophysical Research. Solid Earth, 103 (B8), 17767-17774, DOI: 10.1029/98JB01667.
• [13] Howard J. L., Orlicki K. M., 2016, Composition, micromorphology and distribution of microartifacts in anthropogenic soils, Detroit, Michigan, USA, Catena, 138, 103-116, DOI: 10.1016/j.catena.2015.11.016.
• [14] Hulett L. D., Weinberger A. J., Northcutt K. J., Ferguson M., 1980, Chemical species in fly ash from coal-burning power plant, Science, 210 (4476), 1356-1358, DOI: 10.1126/science.210.4476.1356.
• [15] Hunt A., Jones J., Oldfield F., 1984, Magnetic measurements and heavy metals in atmospheric particulates of anthropogenic origin, Science of the Total Environment, 33 (1-4), 129-139, DOI: 10.1016/0048-9697(84)90387-5.
• [16] Hunt C. P., Moskowitz B. M., Banerjee S. K., 1995, Magnetic properties of rocks and minerals, Rock Physics and Phase Relations: A Handbook of Physical Constants, 3, 189-204, DOI: 10.1029/RF003p0189.
• [17] Jabłońska M., Janeczek J., Magiera T., 2010, Mineral composition and morphology of magnetic particles in industrial dust, Geochimica et Cosmochimica Acta, 74, (12), A441-A450.
• [18] Jordanova N., Jordanova D., Petrov P., 2016, Soil magnetic properties in Bulgaria at a national scale – challenges and benefits, Global and Planetary Change, 137, 107-122, DOI: 10.1016/j.gloplacha.2015.12.015.
• [19] Karimi A., Haghnia G. H., Ayoubi S., Safari T., 2017, Impacts of geology and land use on magnetic susceptibility and selected heavy metals in surface soils of Mashhad plain, northeastern Iran, Journal of Applied Geophysics, 138, 127-134, DOI: 10.1016/j.jappgeo.2017.01.022.
• [20] Kryza R., Pin C., 2010, The Central-Sudetic ophiolites (SW Poland): Petrogenetic issues, geochronology and palaeotectonic implications, Gondwana Research, 17 (2-3), 292-305, DOI: 10.1016/j.gr.2009.11.001.
• [21] Le Borgne E., 1955, Susceptibilite magnetique anormale du sol superficial, Annales de Géophysique, 11, 399-419.
• [22] Lu S. G., 2000, Lithological factors affecting magnetic susceptibility of subtropical soils, Zhejiang Province, China, Catena, 40 (4), 359-373, DOI: 10.1016/S0341-8162(00)00092-8.
• [23] Lu S.-G., Xue Q.-F., Zhu L., Yu J.-Y., 2008, Mineral magnetic properties of a weathering sequence of soils derived from basalt in Eastern China, Catena, 73 (1), 23-33, DOI: 10.1016/j.catena.2007.08.004.
• [24] Łukasik A., Magiera T., Lasota J., Błońska E., 2016, Background value of magnetic susceptibility in forest topsoil: Assessment on the basis of studies conducted in forest preserve of Poland, Geoderma, 264, 140-149, DOI : 10.1016/j.geoderma.2015.10.009.
• [25] Łukasik A., Szuszkiewicz M., Magiera T., 2015, Impact of artifacts on topsoil magnetic susceptibility enhancement in urban parks of the Upper Silesian conurbation datasets, Journal of Soils and Sediments, 15, 1836-1846, DOI : 10.1007/s11368-014-0966-5.
• [26] Magiera T., Jabłońska M., Strzyszcz Z., Rachwał M., 2011, Morphological and mineralogical forms of technogenic magnetic particles in industrial dusts, Atmospheric Environment, 45 (24), 4281-4290, DOI: 10.1016/j.atmosenv.2011.04.076.
• [27] Magiera T., Strzyszcz Z., Kapička A., Petrovský E., 2006, Discrimination of lithogenic and anthropogenic influences on topsoil magnetic susceptibility in Central Europe, Geoderma, 130 (3-4), 299-311, DOI: 10.1016/j.geoderma.2005.02.002.
• [28] Maher B. A., Taylor R. M., 1988, Formation of ultrafine-grained magnetite in soils, Nature, 336, 368-370, DOI: 10.1038/336368a0.
• [29] Majerowicz A., 1972, Masyw granitowy Strzegom – Sobótka, Geologia Sudetica, 6, 7-96.
• [30] Matysek D., Raclavska H., Raclavsky K., 2008, Correlation between Magnetic Susceptibility and Heavy Metal Concentrations in Forest Soils of the Eastern Czech Republic, Journal of Environmental and Engineering Geophysics, 13 (1), 13-26, DOI: 10.2113/JEEG13.1.13.
• [31] Müller G., 1969, Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River, Geojournal, 2, 108-118.
• [32] Müller G., 1981, Die Schwermetallbelastung der Sedimente des Neckars und seiner Nebenflusse: eine Bestandsaufnahme, Chemical Zeitung, 105, 157-164.
• [33] Mullins C. E., 1977, Magnetic susceptibility of the soil and its significance in soil science – A review, Journal of Soil Science, 28 (2), 223-246, DOI: 10.1111/j.1365-2389.1977.tb02232.x.
• [34] Nriagu J. O., Pacyna J. M., 1988, Quantitative assessment of worldwide contamination of air, water and soils by trace metals, Nature, 333, 134-139, DOI: 10.1038/333134a0.
• [35] Pacyna J. M., Semb A., Hanssen J. E., 1984, Emission and long-range transport of trace elements in Europe, Tellus B: Chemical and Physical Meteorology, 364 (3), 163-178, DOI: 10.3402/tellusb.v36i3.14886.
• [36] Petrovský E., Elwood B., 1999, Magnetic monitoring of air-, land- and water pollution, [w:] Quaternary climates, environments and magnetism, B. Maher, R. Thompson (red.), Cambridge University Press, Cambridge, U.K., 279-322, DOI: 10.1017/CBO9780511535635.009.
• [37] Petrovský E., Kapička A., Jordanova N., Knab M., Hoffmann V., 2000, Low-field magnetic susceptibility: a proxy method of estimating increased pollution of different environmental systems, Environmental Geology, 39, 312-318, DOI: 10.1007/s002540050010.
• [38] Petrovský E., Remeš J., Kapička A., Podrázský V., Grison H., Borůvka L., 2018, Magnetic mapping of distribution of wood ash used for fertilization of forest soil, Science of the Total Environment, 626, 228-234, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2018.01.095.
• [39] Strzyszcz Z., Tölle R., Katzur J., 1988, Zur Anwendung eines Hochfrequenten Messverfahrens für den Nachweis von Ferromagnetischen Eisen in der Umwelt, Archiwum Ochrony Środowiska, 3-4, 137-143.
• [40] Systematyka gleb Polski, 2011, Roczniki Gleboznawcze, 62 (3), 193 s.
• [41] Szuszkiewicz M., Łukasik A., Magiera T., Mendakiewicz M., 2016, Combination of geo- pedo- and technogenic magnetic and geochemical signals in soil profiles – Diversification and its interpretation: A new approach, Environmental Pollution, 214, 464-477, DOI: 10.1016/j.envpol.2016.04.044.
• [42] Szuszkiewicz M., Magiera T., Kapička A., Petrovský E., Grison H., Gołuchowska B., 2015, Magnetic characteristics of industrial dust from different sources of emission: A case study of Poland, Journal of Applied Geophysics, 116, 84-92, DOI: 10.1016/j.jappgeo.2015.02.027.
• [43] Thompson R., Oldfield F., 1986, Environmental magnetism, Allen and Unwin, London.
• [44] Żaba J., 2010, Ilustrowana encyklopedia skał i minerałów, Wydawnictwo Videograf II, Chorzów.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).