investigarea solurilor prin metode geofizice si petrofizice(rezumat)
TRANSCRIPT
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
1/25
1
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
2/25
2
Cercetrile au fost desfurate in cadrul proiectului: Suport financiar pentru studii doctorale
privind complexitatea din natur, mediu i societatea uman - Contract nr.:
POSDRU/6/1.5/S/24
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
3/25
3
Cuprins
Introducere................5
CAPITOLUL I
FORMAREA SOLURILOR...........9
1.1 Evoluia cercetrilor asupra solurilor .....9
1.1.1 Evoluia domeniului peplan internaional......9
1.1.2 Istoricul cercetrii solului in Romnia......10
1.2 Factori de solificare.........11
1.3 Formarea si alctuirea parii minerale prin procese fizico-chimice..................................................................................................................20
1.4 Principalele componente minerale ale solului care influeneaz parametriigeofizici.....21
1.5 Clasificarea solurilor.......29
1.5.1 Clasificarea solurilor prin metode clasice.....29
1.5.2 Posibilitatea clasificrii solurilor prin metode geofizice...32
CAPITOLUL II
PROPRIETI FIZICO-CHIMICE ALE SOLULUI.................34
2.1 Proprietile fizice ale solului.........34
2.1.1 Textura solului...34
2.1.2 Structura solului.....37
2.1.3 Porozitatea solului.....38
2.1.4 Densitatea solului..39
2.1.5 Aria specific a solului..41
2.1.6 Variaia parametrilor geofizici si petrofizici in funcie de proprietile fizice
ale solului......41
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
4/25
4
2.2 Proprietile hidrofizice, termice si de aeraie ale solului........52
2.2.1 Coninutul de ap din sol.......52
2.2.2 Proprietile termice si de aeraie ale solului.........55
2.2.3 Soluia solului.......59
2.2.4 Coloizii solului...67
2.2.5 Capacitatea de absorbie cationic.....68
2.2.6 Reacia solului (pH).......69
2.2.7 Coninutul de materie organic din sol (humus)........71
2.2.8 Coninutul de azot n sol....76
CAPITOLUL III
PARAMETRII GEOFIZICI SI PETROFIZICI UTILIZAI IN GEOFIZICASOLURILOR.....79
3.1 Conductivitatea electric a solului....79
3.2 Rezistivitatea electric a solurilor.84
3.3 Permeabilitatea dielectric.....90
3.4 Susceptibilitatea magnetic....91
3.5 Coninutul de radionuclizi din soluri....97
CAPITOLUL IV
UTILIZAREA METODELOR GEOFIZICE LA INVESTIGAREA SIMONITORIZAREA SOLURILOR..........99
4.1 Istoricul cercetrii solului prin metode geofizice..99
4.2 Metode electrometrice folosite la investigarea si monitorizarea proprietilorsolului..100
4.2.1 Tehnici de achiziie a datelor 1D, 2D si 3D.........103
4.2.2 Aplicarea metodelor de rezistivitate la cercetarea solului...107
4.3 Metode electromagnetice utilizate la investigarea si monitorizarea solurilor.111
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
5/25
5
4.3.1 Tehnici de achiziie a datelor electromagnetice.......112
4.3.2 Caracterizarea variabilitii spaiale a solului prin intermediul conductivitii
aparente a solului .........116
4.4 Aplicabilitatea metodei Georadar la cercetarea solurilor.....128
4.4.1 Metoda Georadar.129
4.4.2 Prelucrarea si interpretarea msurtorilorGPR efectuate pentru soluri..133
4.5 Utilizarea metodei magnetometrice la investigarea solurilor....134
4.6 Utilizarea metodei radiometrice in cercetarea solurilor....137
CAPITOLUL V
INVESTIGAREA SOLURILOR UTILIZND SUSCEPTIBILITATEAMAGNETIC..150
5.1 Variabilitatea spaial a proprietilor magnetice ale solurilor...150
5.2 Susceptibilitatea magnetic si proprietile fizico-chimice ale solului.....170
5.2.1 Susceptibilitatea magnetic pe principalele orizonturi de diagnostic ale
solului......................................................................................................................................171
5.2.2 Corelri intre susceptibilitatea magnetic si proprietile chimice ale
solului......................................................................................................................................175
5.3 Investigarea solurilor cu un coninut ridicat de metale grele.......180
CAPITOLUL VI
CONCLUZII..................186
BIBLIOGRAFIE.......190
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
6/25
6
INTRODUCERE
Scopul i obiectivele cercetrii
Proprietile solului au mare important in multe activiti ale omului cum ar fi
agricultura, silvicultura, geotehnica,protecia mediului, arheologia. Este esenialcunoaterea
proprietilor fizico-chimice ale solului deoarece acestea ofer informaii asupra calitii
solului si se pot stabilii strategii pentru utilizarea sau exploatarea cat mai eficienta a acestuia.
Cercetarea solului pentru aplicaii practice ofer informaii rapide despre proprieti
importante ale solului: textura, scheletul, volumul edafic, coninutul de humus, salinitatea sau
secvena de orizonturi. Metodele tradiionale de cercetare a solului sunt costisitoare si
consumatoare de timp deoarece necesit prelevare de probe prin deranjarea solului, transport,
depozitare si analize chimice in laborator.
Scopul acestei lucrri const in determinarea gradului de aplicabilitate al metodelor
geofizice si petrofizice asupra solurilor, cu stabilirea gradului de relaionare dintre parametrii
geofizici si petrofizici msurai cu principalele proprieti fizico chimice ale unor tipuri de
sol din Romania, proprieti determinate prin analize chimice in laborator.
Pentru atingerea scopului acestei lucrri, au fost urmrite urmtoarele obiective:
- Efectuarea de msurtori geofizice si petrofizice pe soluri care se dezvolt incondiii pedo-climatice diferite si prezint o varietate spaial in proprieti fizico-
chimice;
- Prelevarea probelor de sol din profilele pedologice efectuate in zonele de studiu sianalizarea proprietilor fizico-chimice si mineralogice ale acestora in laboratoare
specializate;
- Determinarea factorilor care influeneaz msurtorile de tip geofizic si petrofizicefectuate pe soluri;
- Stabilirea unor relaii intre parametrii geofizici si petrofizici si proprietile fizico-chimice ale solului;
- Variaii spaiale a radioclizilor din soluri.
-
Posibiliti de investigare a solurilor folosind susceptibilitatea magnetic sideterminarea factorilor care modific proprietile magnetice ale unor soluri.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
7/25
7
Metodele si instrumentele utilizate
Datele geofizice prezentate in aceasta lucrare au fost obinute prin msurtori geoelectrice
de rezistivitate, msurtori electromagnetice de conductivitate, msurtori Georadar,
msurtori magnetometrice de gradient vertical si msurtori spectrometrice gama pe soluridin Romania.
Investigaiile petrofizice au constat in msurarea susceptibilitii magnetice pe soluri
situate in Romania si Grecia cu ajutorul unui susceptibilimetru magnetic portabil.
Determinarea tipurilor de sol a fost realizat prin executarea de ctre autor a unor profile
pedologice, iar ncadrarea in sistemul naional de clasificare a fost realizat prin analizarea
pedologic a profilelor verticale in teren si verificarea probelor prelevate in laboratorul de
soluri din cadrul Institutului de Cercetri si Amenajri Silvice Bucureti.
Pentru a evidenia legturi intre proprietile solului si parametrii geofizici si
petrofizici msurai au fost selectate 62 de zone de studiu de peteritoriul Romniei si o zon
amplasat in N-E Greciei. In majoritatea zonelor au fost efectuate profile de sol pedologice,
de unde au fost prelevate 174 probe de sol corespunztore orizonturilor de diagnostic, pentru a
determina variaia spaial a parametrilor geofizici si petrofizici msurai.
Structura lucrrii
Lucrarea este structurat in cinci capitole, primul capitol trateaz formarea solurilor si
factorii care influeneaz formarea acestora, care au o influent si asupra parametrilor
geofizici si petrofizici.
Capitolul II descrie principalele proprieti fizico-chimice ale solului, fiind prezentate
relaii intre aceste proprieti si parametrii geofizici si petrofizici msurai pe probe de sol de
pe teritoriul Romniei.
In capitolul trei sunt descrii parametrii geofizici si petrofizici utilizai in geofizica
pentru soluri, cat si factorii care modifica distribuia spaial a acestor parametri.
In capitolul patru sunt descrise metodele geofizice aplicate pe soluri din Romania,
gradul de aplicabilitate al acestor metode geofizice la studiul solurilor, factorii care
influeneaz aceste msurtori si relaiile intre parametrii geofizici msurai si proprieti
fizico-chimice ale solului.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
8/25
8
Capitolul cinci este dedicat investigrii solurilor utiliznd susceptibilitatea magnetic,
metod recent folosit in astfel de studii asupra solurilor. Sunt prezentate relaii intre acest
parametru petrofizic si proprieti ale solului rezultate din msurtorile desfurate pentru
aceasta lucrare.
Finalul tezei include concluziile referitoare la rezultatele tiinifice obinute precum si
bibliografia utilizat in aceast lucrare.
1 FORMAREA SOLURILOREvoluia cercetrilor asupra solurilor
Cercetarea proprietilor solurilor a nceput din antichitate (2300 I.C) si a cunoscut o
evoluie important odat cu imboldul economic din Imperiul Rus, care cu ajutorul lui
Dokuchaev, cercetarea solului a devenit tiinific. In secolele XX si XXI cercetarea solului a
cunoscut evoluii importante, care s-a concretizat prin hri pedologice de mare detaliu. In
ultimul deceniu metodele clasice de cercetare a solului, prin probare, au fost nsoite si de
msurtori de tip geofizic care ajut la evaluarea unor proprieti ale solului, cat si la
distribuia spaial a acestora. Relaiile intre parametrii geofizici si petrofizici nu sunt foarte
bine nelei datorit factoriilor multiplii care influeneaz msurtorile, cat si naturapolidispers a solului.
Factori de solificare
Formarea solurilor este un element important in investigarea geofizic si petrofizic a
solurilor datorit factorilor de solificare care condiioneaz proprietile fizico-chimice ale
solului. Msurtorilor geofizice si petrofizice efectuate pe soluri, factori de solificare alturi
de procesele pedogenetice au o mare importanta in interpretarea msurtorilor de acest tip.
Principalii factori de solificare sunt:
Roca - Rocile influeneaz formarea solului att prin compoziia lor chimica ct si
prin genez si proprietile lor: duritate, porozitate, solubilitate, stratificaie, istuozitate,
vrsta, densitate, etc.
Sub aciunea factorilor climatici, rocile sufer transformride natur fizic si chimic
care condiioneaz formarea unor soluri cu o anumit compoziie mineralogic, la care se
adaug compui organici. Solul rezultat are o evoluie dinamic si foarte complex, deoarece
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
9/25
9
factorii de formare a solului au o influen nentrerupt asupra acestuia, cu diferite intensiti
in decursul timpului.
Reliefulca factor pedogenetic este in mare msur dependent de proprietile fizico
chimice ale rocilor, datorit rezistentei difereniate laaciunea factorilor modelatori externi. Pe
formaiunile geologice foarte dure si compacte iau natere forme de relief bine dezvoltate cu
pant mare, iar pe formaiuni moi care au o rezistent redus la aciunea factorilor externi,
cum sunt cele sedimentare (loessuri, argile marne, gresii slab consolidate), iau natere forme
joase de relief, cu o pant mai mic.
Relieful reprezint spaiul in care are loc procesul de pedogenez si influeneaz
formarea solului att direct, prin natura depozitului de suprafacare rezult prin procesele de
dezagregare-alterare si eroziune, ct si indirect, prin efectul pe care l are asupra factoruluiclimatic (regimului termic si cantitile de precipitaii) si asupra dezvoltriivegetaiei
Climatuleste un factor primar in evoluia proceselor pedogenetice bioacumulare si
humificare, eluviere - iluviere, podzolire humico feruvial, gleizare, salinizare, turbificare.
In raport cu parametrii geofizici si petrofizici clima influeneaz prin componentele
sale cantitatea de precipitaii, temperatura, evapotranspiraia etc. Aceasta condiioneaz
proprietile solului prin determinarea intensitii si tipul proceselor de pedogenez care
acioneaz asupraprofilului de sol.
Vegetaia si fauna constituie factori de solificare prin aportul lor de materie
organic care se nglobeaz anual sau periodic in structura solului, precum si prin
transformarea acestuia prin diferite procese de mineralizare sau sintez/resintez de noi
substane in procesul de humificare.
Solul reprezint deci rezultatul aciunii conjugate a tuturor factorilor de solificare
care se gsesc intr-o strnsa interdependent si influenare reciproc.
Ilustrez legturastrns dintre parametrii petrofizici si factorii de solificare prin studiul
distribuiei spaiale a susceptibilitii magnetice aparente realizat n zona Moeciu, jud. Braov.
Reprezentarea grafic a acestei distribuii este prezentat n (Fig. 1).
In studiul efectuat in zona Moeciu susceptibilitatea magnetic variaz in principal in
funcie de elementele geomorfologice care alctuiesc zona, o influenta asupra proprietilor
magnetice avnd si tipul de vegetaie. In ecosistemul forestier, care este alctuit din pdure de
molid (Picea abies), au fost nregistrate cele mai mici valori de susceptibilitate magnetic, in
timp ce in zona pajitilor cu vegetaie erbacee se nregistreaz valori de susceptibilitate mai
mari cu 0,1 x 10-3 SI.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
10/25
10
Figura 1 -Relaii intre distribuia susceptibilitii magnetice aparentemsurat la
suprafaa solului si factorii de solificare n zona Moeciu, jud. Braov.
Cele mai mari valori de susceptibilitate magnetic se nregistreaz in zona rului, acest
fapt datorndu-se compoziiei mineralogice a materialului parental care este de tip aluvial si
care are proprieti magnetice mai nsemnate (1.6 x 10-3 SI). Astfel se pot evidenia prin
msurtori petrofizice de tipul susceptibilitii magnetice paleocursurile rurilor, dac exist
un contrast de susceptibilitate magnetic intre aluviunile rului si solurile limitrofe.
Principalii constitueni minerali si organici ai solului care au fost descrii detaliat in
lucrare si care influeneaz parametrii geofizici si petrofizici sunt: srurile, oxizi si hidroxizi,
mineralele argiloase, humusul cat si complexe organo-minerale.
Clasificarea solurilor
Clasificarea solurilor urmrete sa grupeze aceste corpuri naturale in funcie de
proprietile acestora. Spre deosebire de minerale sau roci, solurile fiind sisteme naturale
dinamice se delimiteaz mai greu unele fat de altele. Solurile formeaz un nveli
cvasicontinuu cu trecere treptat intre ele, alctuind astfel pedosfera.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
11/25
11
In prezent se ncearc o clasificare unitara a solului, Asociaia Internaionala de tiina
Solului propunnd prin Baza International de Referina (B.I.R.) pentru clasificarea solurilor
urmtoarea terminologie pentru clasificarea solurilor:
a) caracteristic o trstura observabila si msurabil a solului, culoare, pH,textur etc.;
b) ansamblul o combinaie de caracteristici cunoscute ce apar in natur sieste indicator pentru procesul de formare a solului;
c) orizontul un strat caracterizat prin unul sau doua ansambluri;d) solul o combinaie specific de orizonturi ce apare pe o adncime definit
ca rezultat al unor procese pedogenetice prezente sau trecute;
e) secven o varietate lateral a tipurilor de orizonturi si a combinrii lorverticale determinat si corelat de caracteristicile teritoriului.
In determinarea tipului de sol in general pe teren specialitii pedologi clasific solurile
dup culoare, textura si structura.
Clasificarea si determinarea solurilor folosind metodele geofizice si petrofizice este
dificil de realizat din acelai motiv ca si clasificarea din punct de vedere pedologic, deoarece
solul este un sistem mult mai dinamic si activ fata de roci, iar in plus, parametrii geofizici
msurai pot varia intr-un timp foarte scurt de ordinul orelor sau zilelor, in funcie de diferii
factori externi (precipitaii, temperatur, etc.).
Studiile geofizice pot fi folosite in clasificarea solurilor dar mai ales in stabilirea
limitelor intre tipuri de soluri distincte. Avantajul msurtorilor geofizice si petrofizice este
acela ca pot acoperi o suprafa mare de investigare, nu necesit deranjarea solului, si se pot
observa modificri in proprietile solurilor att pe orizontal cat si pe vertical, spre
deosebire de metodele clasice cu prelevare de probe care aduc informaii punctuale asupra
acestor proprieti.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
12/25
12
2 PROPRIETATILEFIZICO-CHIMICEALESOLULUIVariaia parametrilor geofizici si petrofizici este condiionat in principal de
proprietile fizico-chimice ale solului, si astfel se pot evalua aceste proprieti prin msurtori
de acest tip.
Parametrii geofizici si petrofizici nu sunt influenaide o singur proprietate a solului,
ci de un ansamblu de proprieti ale solului care au grade diferite de influent, i care
acioneaz simultan asupra acestor parametri. Din acest motiv este recomandat si prelevarea
de probe din zona studiat, pentru stabilirea relaiilor dintre parametrii geofizici msurai si
proprietile solului.
In acest capitol am descris principalele proprieti fizico-chimice ale solului: textura,
structura, porozitatea, densitatea solului si aria specifica cat si relaii intre aceste proprieti si
parametrii geofizici si petrofizici.
Din msurtorile geofizice si petrofizice pe tipuri de sol din Romania a rezultat o
relaionare intre textura solului si susceptibilitatea magnetic a acestora, un exemplu fiind
ilustrat in figura 2.
Figura 2 - Variaia susceptibilitii magnetice in relaie cu textura
pe un profil de Luvosol gleicdin zona Pietroani, jud. Prahova
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
13/25
13
Din analiza a 55 de probe de sol care au fost prelevate din 21 de profile pedologice de
pe teritoriul Romniei, unde susceptibilitatea magnetic a probelora fost corelat cu textura
acestora. Din corelarea acestor parametrii s-a obinut o corelare slab (r = 0.10043, r2 =
0.010087 la un n = 55). Acest aspect se datoreaz factorilor care condiioneaz
susceptibilitatea magnetic, in principal compoziia mineralogica a materialului parental, dar
si intensitatea si tipul proceselor de pedogenez. Dac la unele profile exist o corelare intre
susceptibilitatea magnetic si textura solului, la majoritatea aceti parametri nu se coreleaz
deoarece asupra profilelor de sol acioneaz procese pedogenetice cu intensiti diferite, care
modific tipul si distribuia pe profil a oxizilor de fier din sol.
Din relaionarea conductivitii electrice msurat in laborator pe probe de sol cu
principalele proprieti fizico-chimice a rezultat ca acest parametru este influenat de gradul
de umiditate al solului, coninutul de sruri din soluia solului si coninutul de materie
organic.
Din relaionarea coninutului de radionuclizi din sol cu textura solului, rezultat din
analiza fcut pe 48 de probe prelevate de pe teritoriul Romniei a rezultat o corelare a 40K cu
textura solului (r = 0.85179, r2 = 0.72554 cu n = 48). Din studiul efectuat rezult ca
investigarea solurilor prin metode radiometrice poate fi utilizat pentru localizarea
schimbrilor texturale ale solurilor, textura fiind una din cele mai importante proprieti fizice
ale solului. Aceasta condiioneaz majoritatea proprietilor fizico-chimice ale solului, in
special capacitatea solului de a retine apa, care este un factor determinant pentru gradul de
fertilitate al acestora. Din corelarea texturii solului cu ali radionuclizi pe probele analizate a
rezultat o corelare a 232Th (r = 0.3656, r2 = 0.13367), 238+234U (r = 0.16861, r2 = 0.02843 cu n =
48 ) si (r = 0.62575, r2= 0.39156 cu n = 48) pentru activitatea total.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
14/25
14
3 PARAMETRI GEOFIZICI SI PETROFIZICI UTILIZAI IN GEOFIZICASOLURILOR
In acest capitol au fost descrii parametrii geofizici si petrofizici utilizai in aceast
lucrare, cat si factorii care influeneaz aceti parametrii.
Prin msurtori de conductivitate electrica se poate caracteriza distribuia spaial a
diferitelor proprieti ale solului, cu aplicaii asupra traseului apei in sol, localizarea zonelor
cu un coninut ridicat de sruri, determinarea texturii solurilor, identificarea tipurilor de sol ,
dar si a calitii acestora deoarece msurtorile de teren ale ECacumuleaz produsul factorilor
dinamici si statici: salinitatea solului, coninutul de argila si compoziia mineralogica a
solului, coninutul de apa si temperatura.
Rezistivitatea electrica a solurilor este determinata de capacitatea solului de a conduce
curentul electric, fiind influenatde componentele care l alctuiesc. Datorit dimensiunilor
micronice a particulelor constituente n solurile argiloase, acestea au capacitatea de a reine
apa n spaiile interstiiale care se formeaz, precum i pe suprafaa acestora, contribuind
substanial la trecerea curentului electric prin sol. Starea gazoas din sol este alctuit n mareparte din aer, cu proprieti izolatoare si care nu permite trecerea curentului electric. Ca
urmare, un sol bine aerat cu o densitate sczut va avea o rezistivitate mai mare. Faza lichid
component a solului este un electrolit format prin dizolvarea diferitelor gaze din atmosfera in
apa care intra in componena solului, formndsoluia solului.
Curentul electric este condus in cea mai mare parte electrolitic, trecerea curentului
electric prin sol fiindguvernata substanial de micarea ionilor dizolvai in soluia solului.
Constanta dielectric este un parametru care descrie comportamentul electric al unui
material si poate fi folosita ca parametru in determinarea proprietilor electrice ale solurilor.
Viteza de propagare a undelor electromagnetice este relaionat cu constanta
dielectrica a mediului prin care acestea se propag. Prin investigaiile care au fost fcute pe
soluri a artat ca radiaia electromagnetic a fost atenuata in funcie de frecventa utilizata si de
gradul de umiditate al solului, dar si de alte proprieti fizico-chimice ale solului.
Am descris detaliat si susceptibilitatea magnetica a solurilor cat si factorii care
influeneaz variaia acestui parametru in soluri, astfel studiile de susceptibilitate magnetic
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
15/25
15
realizate pe formaiuni neconsolidate de mica adncime, nsoite de analiza proprietilor
chimice si magnetice, pot fi folosite la caracterizarea solurilor si a originii acestora.
Proprietile magnetice ale solurilor sunt date in principal de coninutul si tipul
oxizilor si hidroxizilor de fier din soluri. Proprietile magnetice ale solurilor sunt rezultate
dintr-o interaciune complexa a mai muli factori care modifica forma mineralogica a oxizilor
de fier care se gsesc in soluri.Concentraia oxizilor si hidroxizilor de Fe (magnetic) este
determinata att de materialul parental, vrsta solului, procesele de formare a solului,
activitatea biologica si temperatura solului, cat si de poluarea cu diferii compui din surse
antropogenice.
Prin analizarea distribuiei spaiale a concentrailor de radionuclizi din soluri in
principal 40K, 232Th si U, se pot evalua unele proprieti fizico-chimice ale solului. In ultimii
ani spectrometria gama, mai ales in varianta aeropurtata, a devenit o metoda recunoscut
pentru cartarea solurilor si a formaiunilor geologice de mica adncime. Coninutul de
elemente radioactive din soluri depinde de natura materialului parental din care solul se
formeaz (compoziie mineralogic i caracteristici geochimice), acestea fiind ulterior
distribuite spaial att pe vertical cat si pe orizontal de intensitatea si tipul proceselor de
pedogeneza care acioneaz asupra solurilor respective. Caracteristicile spectrometrice gama
ale solurilor variaz cu compoziia mineralogica a materialului parental si cu climatul zonei
supuse investigaiei. Variaia concentraiei in radioelemente naturale se datoreaz si
proceselor de levigare care au loc in timp, in funcie de tipul de clima si de relief, procesele de
pedogeneza si de eluviere avnd importanta deosebita.
4 UTILIZAREA METODELOR GEOFIZICE LA INVESTIGAREA SIMONITORIZAREA
SOLURILOR
In acest capitol a fost descrise metodele geofizice si petrofizice utilizate in aceasta
lucrare in investigarea solurilor.
Cercetrile geofizice actuale pentru investigarea solurilor au ca adncime de
investigare primii 2 m de la suprafaa, undese dezvolt in majoritatea cazurilor orizonturile
principale ale profilului de sol. Aceasta adncime de investigare, extrem de mic in
comparaie cu adncimea necesitata pentru alte aplicaii ale metodelor geofizice, constituie un
avantaj pentru ca poi avea contact cu substratul in mod direct, prin sparea unor profile de
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
16/25
16
sol. Aceasta situaie determina si dezavantaje, nentlnite in msurtorile geofizice de mare
adncime: variaii in timp real de temperatura si de umiditate, cu influente semnificative
asupra parametrilor fizici msurai. In plus, parametrii fizici msurai in sol prin metode
geofizice prezint o variabilitate mare pe distante mici, att pe orizontal cat si pe vertical.
In aceasta lucrarea au fost folosite metode electrometrice folosite la investigarea si
monitorizarea proprietilor solului. Scopul investigailor electrometrice in tiina solului este
acela in a determina distribuia rezistivitii solului supus cercetrii. Curenii artificiali sunt
aplicai asupra solului, fiind msurat diferena de potenial. Diferenele de potenial
nregistrate aduc informaii asupra heterogenitaii solului, prin intermediul distribuiei
proprietilor electrice (rezistivitate electrica) ale acestuia.
Au fost efectuate msurtori de rezistivitate electric in mai multe zone din tara care
prezint o varietate a proprietilor fizico chimice si a coninutului de ap din sol. Un
exemplu este prezentat in Figura.3 unde este investigat un sol prin metode de rezistivitate si
conductivitate electric care are un coninut diferit de apa.
Figura 3 - Model de rezistivitate 3D corelat cu un profil de conductivitate aparenta
(Zona Buzu, jud. Buzu)
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
17/25
17
Sectorul studiat este situat intr-o ser irigat, anomaliile de minim de rezistivitate si
maxim de conductivitate fiind asociate in principal cu coninuturi mari de apa provenite din
irigaii. In zona sa centrala, unde se observ o descretere semnificativ a conductivitii si o
cretere de rezistivitate electrica, este localizata calea de acces in sera, neirigat.
Prin msurtorile de rezistivitate si conductivitate se poate evidenia influenta
coninutului de apa din sol si traseul acesteia prin sol, traseu condiionat in mare msur de
textura solului. Solurile mai argiloase au capacitatea de a stoca apa si nregistreaz valori mai
ridicate de conductivitate electrica, in schimb solurile sau orizonturile mai nisipoase nu au
aceasta capacitate si nregistreaz valori de conductivitate electric mai sczut.
Au mai fost efectuate si msurtori de conductivitate electric cu prin metoda induciei
electromagnetice unde s-au evaluat variaii ale coninutului de apa in sol cat si a unor
proprieti fizico-chimice cum ar fi: coninutul de sruri, textura solului si coninutul de
materie organic, spre exemplu prin efectuarea a doua profile de conductivitate in doua zone
cu coninuturi diferite de apa s-a putut evidenia influenta acestui parametru asupra acestor
tipuri de msurtori (Fig 5).
Figura 5 - Variaii deECa pe doua profile paralele cu grade diferite de umiditate
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
18/25
18
O alta metoda utilizata in studiul solurilor a fost metoda Georadar (GPR). Aceasta
metoda s-a dovedit utila sa studiul solurilor deoarece a putut sa evalueze limita pana la
orizontul C si sa diferenieze zone cu un coninut diferit de apa din sol.
Metoda magnetometrica de gradient vertical s-a dovedit in a fi utilizabila in a evaluavariaia coninutului de humus din sol, zonele bogate in materie organica nregistrnd valori
mai mari de susceptibilitate magnetic.
Prin analiza distribuiei concentrailor de radionuclizi pe 50 de probe de pe teritoriul
Romniei, a rezultat ca metoda spectrometria gama poate fi aplicata cu succes in evaluarea
unor proprieti ale solului cum ar fi de exemplu textura acestuia. Variaia pe vertical a
concentraiei de thoriu din probelor analizate prezint o tendin general a acestui radionuclid
sa fie prezent in concentraii mai mari in orizonturile argiloase ale profilelor de sol studiate.
Corelarea este mai puin evident dect la potasiu, datorita mobilitii mai reduse a thoriului,
concentraiile acestui element depinznd in principal de compoziia mineralogica a
substratului geologic. Influenta proceselor pedogenetice este mai redusa dect in cazul
potasiului datorita solubilitii reduse a compuilor anorganici ce includ Th.
Distribuia concentraiilor de uraniu (238+234U) nu respect o anumit tendin,
concentraii mai ridicate a acestui radionuclid nregistrndu-se in orizonturileA de tip molic.
In variaia concentraiei radionuclidului 235U pe profilele studiate se observ o scdere a
concentraiilor cu adncimea la orizonturile nisipoase (Bv), acest fapt datorindu-se mobiliti
ridicate a U din sol, care este eluviat din aceste tipuri sol de apa de percolaie. Din analiza
variaiei activitii totale gama pe probele de sol studiate, rezult o variabilitate diferit la
fiecare tip de sol in parte. Variaia diferit constatata la aceleai tipuri de sol se datoreaz
compoziiei mineralogice diferite a materialului parental, procesele pedogenetice avnd o
influent mai redus in distribuia spaial a concentraiilor de radionuclizi din sol.
5 INVESTIGAREA SOLURILOR UTILIZND SUSCEPTIBILITATEAMAGNETIC
Distribuia spaiala a susceptibilitii magnetice poate sa aduc informaii asupra
variabilitii proprietilor fizico-chimice ale solurilor, cu aplicaii interesante in pedologie si
agricultura.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
19/25
19
Posibilitatea de investigare petrofizic a solurilor este o metoda noua care este aplicata
mai recent asupra cercetrilor solurilor. Acesta metoda consta in msurarea susceptibilitii
magnetice volumetrice a solului cu ajutorul unui susceptibilimetru portabil.
Un factor semnificativ n cercetarea solurilor l repezit variabilitatea proprietilorfizico-chimice ale solului pe o zon studiat. Msurtori rapide de susceptibilitate magnetic
pe soluri pot sa aib loc prin aplicarea unui cmp magnetic extern (H), msurnd rspunsul
magnetic (M), si calculnd raportul dintre M/H. Variaia susceptibilitii magnetice este
condiionat de prezenta oxizilor de fier constitueni in sol si de tipul acestora
Pentru a observa distribuia spaial a susceptibilitii magnetice au fost analizate
soluri din Romania si din Grecia. A fost msurata variaia susceptibilitii magnetice
volumetrice (aparent - Ka) in raport cu adncimea, iar pentru distribuia pe orizontala au fost
efectuate msurtori la suprafaa solului sau la un anumit nivel in adncime, sub form de grid
pe zona studiat (Fig. 4).
Figura 4 - Variaia susceptibilitimagnetice msuratla suprafaa solului intr-o
zon cu influente antropice (tumul antic in zona Trigono - Tracia, Grecia)
Variaia susceptibilitii magnetice pe orizontal in exemplul de mai sus se datoreaz
in mare parte influentei antropice asupra solului respectiv la momentul construirii tumulului.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
20/25
20
In zona cu susceptibilitate mai ridicata caracteristica orizontului A (0.3-0.4 x10-3 SI) este
amplasat un tumul acoperit cu sol de tipul orizontuluiB, cu susceptibilitate magnetica sczut
(0.1-0.2 x 10-3 SI). Distribuia spaial a susceptibilitii magnetice depinde si de elementele
de topografie, oxizii de fier fiind eluviai in timp de precipitaii si translocai in zone cu panta
mai mic
In urma msurtorilor de susceptibilitate magnetica efectuate s-a constatat ca
proprietile magnetice ale solului difer in funcie de natura materialului parental, tipul de
vegetaie, de climat si de morfologia terenului cat si a influentei antropice.
Pentru a evidenia legtura intre clim si proprietile magnetice ale solului intr-o
regiune din Romania a fost aleasa o zon uniform din punct de vedere al tipului de sol
(Moeciu de Sus, jud. Braov), materialul parental avnd proprieti magnetice constante. A
fost efectuat un profil petrofizic pe o distant de 3.5 km si o diferen de nivel de 520 m.
Materialul parental este alctuit din isturi sericito-cloritoase care fac parte din seria de Leaota
Figura 5 - Variaia susceptibilitii magnetice in condiii diferite de pedo-climat si de
vegetaie in zona Moeciu de Sus (jud. Braov)
Au fost efectuate msurtori de susceptibilitate magnetic pe mai multe profile
pedologice de sol si s-a observat ca susceptibilitatea magnetic se modifica cu adncimea si
corespunde cu orizonturile de diagnostic constituente ale solului. Astfel modificarea
susceptibilitii magnetice pe vertical este atribuita proceselor de pedogeneza care acioneaz
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
21/25
21
asupra profilelor de sol. A rezultat ca in general solurile bogate in materie organica, in special
de tip mull, nregistreaz cele mai mari valori de susceptibilitate magnetica in orizonturi le
humifere. Procesul pedogenetic de oxido-reducere sporete susceptibilitatea magnetica in
orizontul oxidat iar in orizontul redus se nregistreaz o scdere in proprieti magnetice,
datorita transformrilor oxizilor de fier din soluri. Pe profilele unde acioneaz profilul
pedogenetic de eluviere si iluviere s-a observat o scdere a susceptibilitii magnetice in acest
orizont datorita splaii oxizilor de fier din orizontul E odat cu restul coloizi lor, cum ar fi
argila si humusul.
Din corelarea susceptibilitii magnetice cu o anumita proprietate fizico-chimica pe
probele analizate de pe teritoriul Romniei, nu s-a obinut o relaie lineara intre acest
parametru si o anumita proprietate a solului.
Din analizarea proprietilor magnetice si a coninutului de metale grele pe 55 de
probe de sol de pe teritoriul Romniei s-a evideniat o legtur intre coninutul de metale grele
din sol si susceptibilitatea magnetica a acestora.
Tabelul 1- Gradul de corelare intre susceptibilitatea magnetica si coninutul de metale
grele
n = 55 Ca Cd Cu Fe K Mg Mn Ni P Pb Zn
r 0.16798 0.1949 0.21633 -0.03981 0.010783 -0.15479 0.27873 -0.05067 0.1483 0.51129 0.4539
r2 0.028219 0.037985 0.0468 0.001585 0.000116 0.023959 0.077693 0.002568 0.021992 0.26142 0.20603
Din analiza statistic realizata rezult ca susceptibilitatea magnetic se coreleaz cel
mai bine cu coninutul de Pb si Zn in solurile analizate (Tab 1), la restul metalelor grele
neexistnd o corelare vizibil. Corelarea bun intre susceptibilitatea magnetic msurat pe
teren si coninutul de Pb din soluri se datoreaz faptului c in soluri Pb este antrenat adsorbtiv,
prin coprecipitare, n oxizii hidratai de Fe i Mn.
6 CONCLUZII:Investigarea solurilor prin metode geofizice si petrofizice poate sa fie o alternativ
viabil la analizele clasice, fr se le nlocuiasc pe acestea in totalitate. Se pot obine
informaii suplimentare referitoare la variabilitatea proprietilor solului pe suprafee extinse,
se reduce numrul de probe necesare metodelor clasice de cercetare a solului si foarte
important, costurile.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
22/25
22
Relaiile dintre proprietile fizico-chimice ale solului si parametrii geofizici si
petrofizici sunt extrem de complexe, fiind in general specifice unei anumite zone. Nu au fost
constatate in cazul solurilor analizate din Romania relaii lineare intre o anumit proprietate asolului si un parametru geofizic sau petrofizic.
Variaia parametrilor geofizici si petrofizici este determinat de schimbrile
proprietilor fizico-chimice ale solului, ceea ce face posibil estimarea acestor proprieti,
dac se identifica o corelare direct intre un anumit parametru geofizic sau petrofizic si
caracteristici ale solului. De exemplu, factorii care influeneaz valorile de conductivitate sau
rezistivitate din soluri sunt: coninutul de ap in sol, textura solului, coninutul de sruri din
soluia solului, coninutul de materie organic, densitatea solului.
Fiecare metod geofizica sau petrofizica are contribuii la evaluarea unor proprieti
ale solului, dar cea mai utilizata metod pe plan mondial, care poate estima proprieti ale
solului intr-un timp scurt si fr afectarea mediului, este metoda electromagnetica (EMI).
Principalele proprieti ale solului care pot fi estimate prin msurtori de conductivitate
electrica aparent (ECa) sunt: gradul de umiditate, textura, coninutul in sruri si coninutul de
materie organic, atunci cnd solul nu are o cantitate mare de sruri dizolvate in componenta
sa.
Prin msurtori de conductivitate electric aparent (ECa) realizate in Romania s-au
putut estima variaii ale coninutului de ap in sol precum si distribuia spaial a acesteia
(distribuie influenat de gradul de granulometrie al solului), coninutul de sruri din sol si
coninutul de materie organic, la o salinitate sczut a solului.
Msurtorile de rezistivitate electric, in principal cele de tomografie de rezistivitate
de mica adncime si mare rezoluie, pot aduce informaii asupra variaiei orizonturilor de sol,
a coninutului de ap, textura solului, oferind o imagine spaiala 2D sau 3D a distribuiei
proprietilor solului.
Prin interpretarea profilelor de tomografie de rezistivitate pe tipuri de sol din Romania
s-au putut evidenia variaii de grosime ale orizonturilor constituente si textura solurilor
investigate.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
23/25
23
Factori care influeneaz distribuia spaiala a radioelementelor din sol sunt date de
mineralogia materialului parental, tipul si intensitatea proceselor de pedogenez, in special
eluvierea si iluvierea, cat si de elemente geomorfologice.
Din interpretarea msurtorilor radiometrice fcute pe tipuri de sol din Romania, careau un coninut mineralogic si proprieti fizico-chimice distincte, s-a obinut o bun corelare a
radionuclidului 40K cu textura solurilor respective. Au fost remarcate coninuturi anomale de
Cs137 in interiorul orizontuluiAin majoritatea probelor de sol analizate, urmare a contaminrii
radioactive determinata de accidentul de la centrala atomo-electrica Cernobal.
Din analiza variaiei activitii totale gama pe probele de sol studiate (50 de probe,
prelevate de pe teritoriul Romniei) rezult o variabilitate diferit pe adncime la fiecare tip
de sol in parte. Variaia diferit constatata la aceleai tipuri de sol se datoreaz compoziiei
mineralogice diferite a materialului parental, procesele pedogenetice avnd o influent mai
redus in distribuia spaial a concentraiilor de radionuclizi din sol.
Din analiza distribuiei spaiale a principalilor radionuclizi in soluri a rezultat c
acetia au tendina sa se acumuleze in cantiti mai nsemnate in orizonturile argiloase,
rezultnd o mobilitate mai mare a potasiului si uraniului fat de thoriu.
Din studiile efectuate pe diferite tipuri de sol cu proprieti fizico-chimice distincte
rezult ca susceptibilitatea magnetic este influeneaz de un cumul de factori care acioneaz
simultan, dintre care cei mai importani ar fi:
- compoziia mineralogic a materialului parental si proprietile magneticeale acestora;
- procesele de pedogenez care acioneaz asupra profilelor de sol si
intensitatea acestora, care au rolul de a modifica tipul oxizilor de fier din sol, astfel
modificnd si susceptibilitatea magnetic a solurilor;
- factorii de solificare dintre care cei mai importani ar fi: a) tipul de roca pe
care solul se dezvolt; b) clima, mai ales prin regimul de precipitaii; c) relieful; d)vrsta
solurilor. Aceti factori de solificare modific proprietile magnetice ale solurilor prin
evoluia proceselor de pedogenez in timp.
Prin msurtorile de susceptibilitate magnetic efectuat pe teren, pe tipuri de soluri
din Romania, s-a artat ca prin acest tip de msurtori se poate evidenia influenta si
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
24/25
24
intensitatea proceselor de pedogenez asupra solurilor, care formeaz orizonturi de sol cu
proprieti magnetice distincte. Este de ateptat ca fiecare proces de formare a solului sa
influeneze proprietile magnetice ale solului in mod diferit.
Msurtorile efectuate pe soluri din Romania au aratat o sporire a susceptibilitiimagnetice in orizonturile bogate in materie organic, in special cele cu humus de tip mull.
Acest fapt se datoreaz in principal proprietii materiei organice de a forma complexe cu
oxizii si hidroxizii de fier din sol, si a transformrii acestora in forme mineralogice cu
proprieti magnetice diferite, ce se datoreaz alternantei si intensitii ciclurilor de oxido-
reducere a fierului din sol. Un alt factor care contribuie la sporirea susceptibilitii magnetice
in solurile bogate in humus, de tip mull in special, sunt si magnetotactobacterile, care se
gsesc de preferin in orizonturile humifere, si care sporesc proprietile magnetice ale
solului prin transformri mineralogice ale oxizilor de fier.
Din msurtorile de susceptibilitate magnetic efectuate pe soluri in sisteme de
vegetaie diferit, rezult c si tipul de vegetaie si ecosistem influeneaz susceptibilitatea
magnetic a solurilor in special in orizontul A,prin tipul si aportul de materie organic pe care
l cedeaz solului. Formele de vegetaie pot influenta susceptibilitatea magnetica a solurilor si
indirect, prin modificarea ciclurilor de oxido-reducere (in ecosistemele forestiere alternanta
ciclurilor de oxido-reducere este mai lenta fata de puni, datorit capacitaii acestui ecosistemsa tino umiditate mai ridicata o perioada mai ndelungat de timp).
Legtura intre susceptibilitatea magnetic si proprietile fizico-chimice ale solului
este complex, pentru ca depinde de o multitudine de factori (material parental, procese
pedogenetice, factori de solificare s.a.) care acioneaz simultan asupra solului. In aceasta
lucrare nu s-a identificat o corelare evident intre susceptibilitatea magnetica si principalele
proprieti fizico-chimice (textura, coninut in humus) ale solului pe cele 55 de probe analizate
de pe teritoriul Romniei, datorit varietii mediului din care probele au fost prelevate
(material parental, procese pedogenetice, relief si clima diferit).
Un studiu efectuat intr-o zon avnd aceleai condiii pedo-climatice (Voluntari, jud.
Ilfov) pe un numr de 7 probe de sol s-a identificat o corelare intre susceptibilitatea magnetic
msurat pe teren si coninutul de sruri din sol, rezultnd un traseu spaial asemntor al
oxizilor si hidroxizilor de fier cu srurile constituente din sol.
-
7/30/2019 Investigarea Solurilor Prin Metode Geofizice Si Petrofizice(Rezumat)
25/25
Prin efectuarea de msurtori de tipul susceptibilitii magnetice se pot evidenia zone
poluate cu metale grele provenite din activiti industriale, din studiul efectuat pe 55 de probe
prelevate pe teritoriul Romniei gsindu-se o corelare mai buna cu Zn si Pb. In general
susceptibilitatea magnetica este direct proporional cu coninutul de metale grele din sol,
modificri ale distribuiei spaiale in masa solului fiind influenate de procesele de
pedogenez.