Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

On the influence of the nugget effect on the efficiency of magnetometric soil surface screening

Zawadzki Jarosław, Fabijańczyk Piotr

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2022

|

Vol. 29, nr 4

525--535

EN

The paper presents selected aspects of calculations and modelling of variograms from measurements of soil surface magnetic susceptibility for rapid screening of surface soil contamination with Technogenic Magnetic Particles (TMP). In particular, the methodology of variogram analysis in the case of multiple magnetometric measurements in one measurement location with the use of the MS2D Bartington sensor was discussed. A new approach to analysing such measurements was proposed that allows determining and using the nugget effect from standard, already existing measurements. This is of key importance for the quality of spatial analyses, and thus the screening results obtained by means of field magnetometry. In the paper, it was shown, step by step, that averaging the measurements performed at one measurement point during the calculation of the empirical variograms does not result in the loss of information on spatial variability in the microscale. As it was calculated non-averaged measurements were characterised by the nugget-to-sill ratio of about 96 % which was much higher than in the case of averaged measurements (close to 0 %). A range of correlation was similar in both cases and was equal to about 300 m - 400 m. The local variogram revealed a range of correlation of about 80 cm. As a result, the screening results are more reliable than is the case with the traditional procedure. An additional advantage of the work was the performance of all calculations in free R software.

2

Reduction of soil contamination uncertainty assessment using magnetic susceptibility measurements and Co_Est method

Zawadzki J., Fabijańczyk P.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2009

|

Vol. 16, nr 1-2

99-104

EN

The deposition of anthropogenic dusts originating mostly from industrial processes and solid fuel combustion causes the substantial changes in magnetic susceptibility of topsoil layers. Consequently, the magnetic susceptibil-ity is one of the soil properties, which makes it possible to assess the soil contamination with heavy metals. Moreover, in situ field measurements of magnetic susceptibility are significantly less expensive and time-consuming than laboratory chemical analyses. However, the geochemical measurements are usually sparse and precise, whereas the magnetometric ones are numerous or even excessive, but not very exact. For these reasons, in order to assess the extent of soil contamination it should be performed both geochemical and magnetometric measure-ments at the same time, and then integrate them using some geostatistical methods such as cokriging. Because of usually too small set of geochemical measurements, this integration may be highly difficult task. In most eases, the modeling of auto-semivariance of primary variable and especially cross-semivariance in ordinary cokriging procedure become almost impossible. This study presents the Co_Est procedure potential to reduce soil contamination uncertainty when geochemical measurements are too sparse, and magnetic susceptibility measurements serve as secondary data. For this purpose, topsoil pollution at few different size areas placed in forests or parks, located within the Upper Silesian Industrial Area was measured and analyzed. Then the maps of contaminations obtained using cokriging and Co_Est methods were compared. In particular, reduction of uncertainty in soil contamination was quantified and discussed.

PL

Depozycja pyłów pochodzenia antropogenicznego, pochodzących głównie ze źródeł przemysłowych i spalania paliw stałych, powoduje znaczne zmiany podatności magnetycznej górnych warstw gleby. Z tego względu podatność magnetyczna jest jedną z właściwości gleby, które mogą być wykorzystane w celu określenia stopnia zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi. Terenowe pomiary podatności magnetycznej są znacznie tańsze i mniej skomplikowane w porównaniu do analiz chemicznych. Ponadto pomiary chemiczne są zazwyczaj dokładniejsze i wykonywane z mniejszą gęstością powierzchniową niż pomiary magnetometryczne. Z powyższych powodów, celowe jest wykonywanie pomiarów obu rodzajów, a następnie zintegrowanie ich za pomocą metod geostaty-stycznych, takich jak np. cokriging. Jednak zazwyczaj ze względu na małą ilość danych chemicznych tego typu integracja jest bardzo trudna. Dokładne wymodelowanie wariogramów i wariogramów krzyżowych dla metody cokrigingu może być niemożliwe. Niniejsza praca prezentuje możliwości zastosowania metody Co_Est w celu redukcji niepewności oceny zanieczyszczenia gleb, w przypadku gdy dostępna jest mała ilość pomiarów geochemicznych, a pomiary magnetometryczne służą jako dane uzupełniające. W tym celu wykonane zostały pomiary zanieczyszczenia gleb oraz pomiary magnetometryczne na kilku obszarach leśnych zlokalizowanych na terenie Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego. Następnie wykonane i przeanalizowane zostały mapy rozkładów przestrzennych metodami krigingu i Co_Est.

3

Reduction of soil contamination uncertainty assessment using magnetic susceptibility measurements and Co_Est method

Zawadzki J., Fabijańczyk P.

Proceedings of ECOpole

|

2008

|

Vol. 2, No. 1

169--174

EN

The deposition of anthropogenic dusts originating mainly from industrial processes and solid fuel combustion causes the substantial changes in magnetic susceptibility of top soil layers. Thus the magnetic susceptibility is one of the soil properties which make it possible to assess the soil contamination with heavy metals. Moreover, in situ field magnetic susceptibility measurements are significantly less expensive and time-consuming than laboratory chemical analyses. However, the geochemical measurements are usually sparse and precise, whereas the magnetometrie ones are numerous or even excessive, but not very exact. For these reasons, to assess the extent of soil contamination it is recommended to perform at the same time both geochemical and magnetometrie measurements, and then integrate them using some geostatistical methods such as cokriging. Because of usually a too small set of geochemical measurements this integration may be highly difficult task. (n most cases the modeling auto-semivariance of primary variable and especially cross-semivariance in ordinary cokriging procedure become impossible. This study presents the possibility of Co_Est procedure to reduce soil contamination uncertainty when geochemical measurements are too sparse, and magnetic susceptibility measurements serve as secondary data. For this purpose, topsoil pollution at few different size areas placed in forests or parks, located within the Upper Silesian Industrial Area was measured and analyzed. Then the maps of contaminations obtained using kriging and Co_Est methods were compared. In particular, reduction of uncertainty in soil contamination was quantified and discussed.

PL

Depozycja pyłów antropogennych, pochodzących głównie ze źródeł przemysłowych i spalania paliw stałych, powoduje znaczne zmiany podatności magnetycznej górnych warstw gleby. Z tego względu podatność magnetyczna jest jedną z właściwości gleby, które mogą być wykorzystane w celu określenia stopnia zanieczyszczenia gleby metalami ciężkimi. Dodatkowo, terenowe pomiary podatności magnetycznej są wyraźnie tańsze i mniej skomplikowane w porównaniu do analiz chemicznych. Jakkolwiek, pomiary chemiczne są zwykle pomiarami dokładniejszymi i rzadko próbkowanymi, natomiast mniej dokładne pomiary magnetometryczne wykonywane są z większą gęstością. Z powyższych powodów celowe jest wykonywanie pomiarów obu rodzajów i następnie zintegrowanie ich za pomocą metod geostatystycznych, takich jak cokriging. Zwykle jednak ze względu na małą ilość danych chemicznych tego typu integracja może być bardzo trudna. Dokładne wymodelowanie wariogramów i cross-wariogramów dla metody cokrigingu może być niemożliwe. Niniejsza praca prezentuje możliwości zastosowania metody Co_Est w celu redukcji niepewności szacowania zanieczyszczenia gleb w przypadku, gdy dostępna jest mała ilość pomiarów geochemicznych, a pomiary magnetometryczne służą jako dane uzupełniające. W tym celu wykonane zostały pomiary zanieczyszczenia gleb oraz pomiary magnetometryczne na kilku obszarach leśnych zlokalizowanych na terenie Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego. Następnie wykonane i przeanalizowane zostały mapy rozkładów przestrzennych metodami krigingu i Co_Est.

4

Geostatistical assessment of anthropogenic soil contamination using magnetometric measurements

Zawadzki J., Fabijańczyk P.

Proceedings of ECOpole

|

2008

|

Vol. 2, No. 1

161--168

EN

The potential soil contamination with heavy metals can be assessed using geochemical analysis. Apart from these expensive and time consuming-methods some rapid, simple and cheap geophysical methods can be used. One of these methods is field magnetometry. Magnetic susceptibility is a convenient measure of determining the concentration of ferrimagnetic particles that serve as carriers of various pollutants such as heavy metals by rapid and non-destructive means. However, because of complex correlations between magnetic susceptibility and soil pollution the field magnetometry can not be considered as the universal method of soil pollution investigation. For each new area of inwestigation, the results should be reinterpreted taking into account not only the type of pollution but also many pedogenic, biogenic and environmental factors. In practice, it is very difficult to measure and consider all these factors. This is why further improvement of the magnetometrie method is necessary to allow the technique to be used as quantitative tool for soil pollution investigations. In particular, the mterpretation of results should be improved. Geostatistical methods, which are focused on the spatial variability of a studied phenomenon, are an effective tool for field magnetometry applications and interpretation of its results. This paper describes the role of the geostatistical methods in the standardization of field magnetometry. Different measurement and geostatistical modeling strategies are presented, compared and discussed. The paper includes also a case study in which the geostatistical contribution to standardization of the magnetometrie method is thoroughly demonstrated. Moreover, the paper discusses practical aspects of geostatistical standardization of magnetometrie methods to allow for easy use them during surveys.

PL

Potencjalne zanieczyszczenie gleb metalami ciężkimi może być analizowane z wykorzystaniem analiz geochemicznych. Jednak, oprócz tych drogich i skomplikowanych metod, możliwe jest zastosowanie prostych i tanich metod geofizycznych. Jedną z takich metod jest magnetometria terenowa. Podatność magnetyczna jest wielkością pozwalającą na określanie zawartości cząstek ferrimagnetycznych, których występowaniu towarzyszy często występowanie m.in. metali ciężkich. Ze względu na skomplikowany charakter zależności pomiędzy podatnością magnetyczną a zanieczyszczeniem gleby magnetometria terenowa nie zawsze jest metodą uniwersalną. Dla każdego badanego obszaru, rezultaty pomiarów powinny być interpretowane indywidualnie w zależności od wielu czynników glebowych, biologicznych i środowiskowych. W praktyce często bardzo trudne jest zmierzenie tych czynników, z tego względu konieczny jest dalszy rozwój metody magnetometrycznej, tak aby mogła być metodą ilościową. Dotyczy to zwłaszcza interpretacji wyników pomiarów. Metody geostatystyczne, które skupiają się na przestrzennym charakterze badanego zjawiska, pozwalają na efektywne wykorzystanie metody magnetometrycznej i interpretację rezultatów. Niniejsza publikacja prezentuje rolę metod geostatystycznych w standaryzacji magnetometrii terenowej. Zaprezentowane i przedyskutowane zostały różne schematy pomiarowe oraz geostatystyczne metody ich interpretacji. Artykuł prezentuje także zastosowanie metod geostatystycznych na wybranym przykładzie.

5

Field magnetometry from geostatistical perspective

Zawadzki J., Fabijańczyk P.

Proceedings of ECOpole

|

2008

|

Vol. 2, No. 2

403--407

EN

Field magnetometry is a method used for investigations of soil pollution, especially for screening and determination of locations with the highest concentration of pollutants („hot spots”). The advantages and limitations of this method are intensively discussed in the literature. Field magnetometry is still developed and improved, among others in the frame of the still cooperating researchers of the finished project called MAGPROX. Field magnetometry is an example of measuring method that can be effectively supported by geostatistical methods. Often, during field measurements, even several types of magnetometric measurements are carried out, frequently combined with chemical ones. In a result, obtained data sets differ in a precision and give different information about potential soil contamination with heavy metals. Similarly to other methods, also in field magnetometry the most convenient, rapid and cost-effective measurements performed on soil surface are simultaneously less precise and often perturbed by many environmental and anthropogenic factors. Such data are often characterized by complex spatial distributions and neighboring measurements are not spatially independent. Consequently, classical statistical methods have limited applications. In the studies of soil quality, it is crucial to investigate spatial correlations of studied phenomena. Accordingly, improper location of the measurement points at the study area maybe a source of uncertainty and errors that will be much higher than errors connected with measurement devices. Also, the cost of the field surveys can be increased. Geostatistics can be very effective tool that made it possible to plan optimal measuring nets, integrate different types of measurements, minimize the cost of field surveys, and perform complex analyses with the assumed precision. Additionally, applications of geostatistics in field magnetometry may enable to eliminate errors connected with often controversial expert evaluations. This work presents the most important possible applications of geostatistical methods in filed magnetometry, and practical recommendations in this area.

PL

Magnetometria terenowa jest metodą stosowaną do badań zanieczyszczenia gleby, w szczególności wykorzystywaną do wstępnego monitoringu jakości gleby na danym obszarze, wyznaczenia miejsc w których występują największe stężenia zanieczyszczeń (hot spots). Zalety tej metody i jej ograniczenia są intensywnie dyskutowane w literaturze. Metoda ta jest rozwijana od wielu lat, np. w ramach już zakończonego międzynarodowego programu MAGPROX. Magnetometria terenowa jest wręcz klasycznym przykładem metody pomiarowej, w której można efektywnie wykorzystać metody geostatystyczne. W ramach badań magnetometrycznych zanieczyszczenia gleb wykonywanych jest często jednocześnie nawet kilka różnych typów pomiarów, którym towarzyszą nierzadko pomiary chemiczne. W rezultacie otrzymywane są zbiory danych charakteryzujące się różną precyzją oraz różnym rodzajem informacji na temat potencjalnego zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi. Podobnie jak w innych dziedzinach, również w magnetometrii terenowej najbardziej wygodne, szybkie i tanie pomiary powierzchniowe gleby są jednocześnie najmniej dokładne oraz zaburzone poprzez różnorodne czynniki środowiskowe lub antropogenne. Dane te najczęściej mają skomplikowane rozkłady, a sąsiednie pomiary nie są niezależne pomiędzy sobą. Tradycyjne obliczenia statystyczne mają więc bardzo ograniczoną przydatność. Niezwykle ważną rolę w badaniach zanieczyszczenia gleb odgrywa znajomość korelacji przestrzennych badanych zjawisk. W związku z tym niewłaściwe rozplanowanie sieci pomiarowej na badanym obszarze może być przyczyną błędów oceny ilości i rozkładu zanieczyszczenia gleby znacznie większych niż błędy pomiarowe związane z dokładnością aparatury pomiarowej. Może też radykalnie zwiększać koszty pomiarowe. Geostatystyka może być również bardzo efektywnym narzędziem pozwalającym na właściwe rozplanowanie sieci pomiarowej, integrację różnorodnych pomiarów, minimalizację kosztów kampanii pomiarowych, wykonanie złożonych analiz i osiągnięcie założonej dokładności badań. Wykorzystanie geostatystyki w badaniach magnetometrycznych gleby może pozwolić w znacznym stopniu na eliminację dyskusyjnych ocen eksperckich. Jednym słowem, stosowanie geostatystyki może znacznie zwiększyć skuteczność stosowania metody magnetometrycznej. Niniejsza praca prezentuje najważniejsze możliwości wykorzystania metod geostatystycznych w badaniach magnetometrycznych gleb, a także prezentuje praktyczne zalecenia w tym zakresie.

6

Wpływ występowania dolomitów na zależność pomiędzy podatnością magnetyczną gleb a zawartością metali ciężkich na obszarze górnośląskiego okręgu przemysłowego

Zawadzki J., Fabijańczyk P., Magiera T.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2008

|

Vol. 15, nr 1

111-122

PL

Pomiary podatności magnetycznej gleb wykorzystywane są do szybkiej oceny zanieczyszczenia gleb metalami ciężkimi, wywołanego depozycjami pyłów przemysłowych. Zazwyczaj obserwuje się wyraźną, dodatnią korelację pomiędzy zawartością metali ciężkich w glebie a zmierzoną podatnością magnetyczną gleby. Podczas pomiarów przeprowadzonych na terenie Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego zaobserwowane zostały zaburzenia tej zależności korelacyjnej na terenach, na których występują dolomity, a w szczególności dolomity kruszconośne. Celem pracy było dokładniejsze zbadanie hipotezy o zaburzeniu korelacji pomiędzy wartością zmierzonej podatności magnetycznej a zawartością metali ciężkich w glebie, spowodowane występowaniem utworów dolomitowych. W rym celu zostały zbadane i porównane rozkłady oraz różnorodne parametry statystyczne podatności magnetycznej zmierzonej na terenach, na których występowały oraz na których nie występowały dolomity. Ponadto zbadano dokładnie stopień korelacji pomiędzy wartością podatności magnetycznej a zawartością metali ciężkich zmierzoną na poszczególnych terenach. Rezultaty badań potwierdzają fakt, że pomiary wykonane na obszarach, gdzie występują dolomity (a w szczególności dolomity kruszconośne) charakteryzują się mniejszą korelacją pomiędzy wartością podatności magnetycznej gleby a zawartością metali ciężkich w glebie. Wyniki analizy wskazują, że na zależność pomiędzy podatnością magnetyczną a zawartością metali ciężkich wpływ mogą mieć inne czynniki, których dokładne zbadanie jest bardzo ważne w celu standaryzacji metody magnetometrii terenowej.

EN

Measurements of soil magnetic susceptibility are used for the quick assessment of potential soil contamination with heavy metals. The distinct, positive correlation between magnetic susceptibility and heavy metals content of anthropogenic origin is usually observed. However, during measurement campaigns in the Upper Silesia Industrial Area some disturbances of this correlation were observed, especially if sample points were located in the areas rich in ore-bearing dolomites. The goal of this study was to investigate in detail the hypothesis that the correlation between the magnetic susceptibility and the heavy metals concentration in soil can be influenced by the dolomites, and especially by the ore-bearing dolomites. With this aim in view, the distributions of magnetic susceptibility measured at sampling sites with dolomites were compared with distributions obtained for sampling sites where the dolomites do not appear. In addition, the degree of correlation between magnetic susceptibility and heavy metals concentration in soil at those sites was carefully analyzed. The obtained results confirm that correlation between magnetic susceptibility and the heavy metals concentration in soil was substantially weakened if sampling sites were located in the areas rich in ore-bearing dolomites. This correlation can also be influenced by other environmental factors whose examination is crucial to the standardisation of the magnetometric method.

7

Geostatistical assessment of anthropogenic soil contamination using magnetometric measurements

Zawadzki J., Fabijańczyk P.

Ecological Chemistry and Engineering. A

|

2008

|

Vol. 15, nr 12

1387-1395

EN

The soil contamination with heavy metals can be assessed using geochemical analysis. Apart from these expensive and time consuming-methods same rapid, simple and cheap geophysical methods can be used. One of these methods is field magne-tometry. Magnetics susceptibility is a convenient measure of determining the concentration of ferrimagnetic particles that serve as carriers of various pollutants such as heavy metals by rapid and non-destructive means. However, because of complex correlations between magnetic susceptibility and soil pollution the field magnetometry can not be considered as the universal method of soil pollution investigation. For each new area of investigation, the results should be reinterpreted taking into account not only the type of pollution but also many pedogenic, biogenic and environmental factors. In practice, it is very difficult to measure, and consider all these factors. This is why further improvement of the magnetometric method is necessary to allow the technique to be used as quantitative tool for soil pollution investigations. In particular, the interpretation of results should be improved. Geostatistical methods, which are focused on the spatial variability of a studied phenomenon, are an effective tool for field magnetometry applications and interpretation of its results. The role of the geostatistical methods in the standardization of magnetometric method was summarized. Different measurements and geostatistical modeling strategies are presented, compared and discussed. The paper includes also a case study in which the geostatistical contribution to standardization of the magnetometric method is thoroughly demonstrated. Moreover, the paper discusses practical aspects of geostatistical standardization of magnetometric methods to allow for easy use them during surveys.

PL

Potencjalne zanieczyszczenie gleby metalami ciężkimi może być badane za pomocą analiz geochemicznych. Oprócz tych drogich i czasochłonnych metod można używać szybkich, prostych i tanich metod geofizycznych. Jedną z takich metod jest magnetometria polowa. Podatność magnetyczna jest wygodną miarą określania zawartości cząstek ferrimagnetycznych, które służą jako nośniki różnego rodzaju zanieczyszczeń gleby, takich jak metale ciężkie. Pomiary podatności magnetycznej gleby są szybkie i nieniszczące. Jednakże z powodu złożonych korelacji pomiędzy podatnością magnetyczną i zanieczyszczeniem gleby magnetometria terenowa nie może być uważana jako uniwersalna metoda badania zanieczyszczenia gleby. Rezultaty badań przeprowadzonych na nowym terenie powinny być ponownie interpretowane, biorąc pod uwagę nie tylko rodzaj zanieczyszczenia, ale również wiele czynników pedogenicznych, biogennych i środowiskowych. W praktyce jest trudno zmierzyć i rozważać te czynniki. Z tego powodu, aby móc wykorzystywać metodę magnetometryczną jako ilościowe narzędzie do badania zanieczyszczenia gleb, dalsze ulepszenia tej metody są niezbędne. W szczególności powinna być poprawiona interpretacja otrzymanych rezultatów. Praca opisuje rolę metod geostatystycznych w standaryzacji magnetometrii polowej. Prezentowane, porównywane i dyskutowane są w niej strategie pomiarowe oraz geostatystycznego modelowania wyników. Praca zawiera również studium przypadku, w którym zaproponowane metody standaryzacji są szczegółowo sprawdzane. Ponadto rozważane są w niej praktyczne aspekty geostatystycznej standaryzacji pomiarów magnetometrycznych, aby umożliwić ich stosowanie w trakcie pomiarów polowych.

8

Modelowanie zmienności przestrzennej podatności magnetycznej gleb na obszarze Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego

Zawadzki J., Fabijańczyk P.

Chemia i Inżynieria Ekologiczna

|

2007

|

Vol. 14, nr S3

379-391

PL

Pomiary zmiany podatności magnetycznej spowodowane depozycjami pyłowymi pochodzenia antropogennego są wykorzystywane do szybkiej oceny zanieczyszczenia gleb. W celu planowania sposobu wykonania pojedynczego pomiaru oraz całej kampanii pomiarowej, a także podczas opracowywania wyników są wykorzystane metody geostatystyczne. Niniejszy artykuł prezentuje analizę zmienności przestrzennej podatności magnetycznej górnej warstwy gleb Górnośląskiego Okręgu Przemysłowego (GOP). W tym celu wykorzystano wartości podatności magnetycznej objętościowej (K) zmierzonej bezpośrednio w terenie, na kilku obszarach zlokalizowanych na terenie GOP, jak również podatności magnetycznej właściwej (x) zmierzonej w laboratorium, dla próbek zebranych z tych obszarów. Badane obszary zostały opróbkowane z różną gęstością, co pozwoliło na wyznaczenie różnych skal zmienności przestrzennej. Wyniki badań pokazują, że podatność magnetyczną gleb GOP cechuje kilka skal zmienności, poczynając od skali lokalnej aż do skali regionalnej. Na podstawie wyznaczonych miar zmienności przestrzennej określono cztery typowe zakresy zmienności równe: 35, 850 m oraz 5 i 12 km, z błędem średnim około 20%. Zasięg zmienności, wynoszący 12 m, można odnieść do warunków regionalnych (skali regionalnej), natomiast mniejsze zasięgi zmienności do warunków lokalnych (skali lokalnej).

EN

Measurements magnetic susceptibility changes caused by industrial airborne particulate deposition of anthropogenic origin, are used for the quick assessment of potential soil contamination with heavy metals. Geostatistical methods are useful to plan ways of individual measurement and the whole measuring campaign as well as to work out the results. This study presents the analysis of spatial variability of magnetic susceptibility of top soil layers of the Upper Silesia Industrial Area (USIA). For this purpose the values of magnetic susceptibility have been measured both in field, ie on a few sites located within USIA and in laboratories on soil samples taken from this region. The study areas have been sampled out with a varied density, which allowed for the designation of scales of spatial variability. The study shows that magnetic susceptibility of soils of USIA is characterized by a few scales of variability ranging from the local to the regional one. Four ranges of variability have been designated: 35, 850 m. 5 and 12 kin with the standard deviation of about 20%. The range of variability of 12 kilometers refers to the regional conditions (the regional scale), whereas the smaller ranges correspond to the local conditions (the local scale).