ZAWARTOŚĆ METALI CIĘŻKICH W GLEBACH I ZWIETRZELINACH RELIKTOWYCH WYTWORZONYCH ZE SKAŁ WĘGLANOWYCH

ROCZNIKI GLEBOZNAWCZE T. XXVII, Nr 2, WARSZAWA 1976 KRYSTYNA CZARNOW SKA, K RYSTYNA KONECKA-BETLEY ZAWARTOŚĆ METALI CIĘŻKICH W GLEBACH I ZWIETRZELINACH RELIKTOWYCH WYTWORZONYCH ZE SKAŁ WĘGLANOWYCH Instytut G leboznawstw a i Chem ii Rolnej A kadem ii Rolniczej, w W arszawie WSTĘP Warunki powstawania, właściwości fizykochemiczne i mikromorfologiczne zwietrzelin typu terra rossa i terra fusca są obecnie w świecie szeroko dyskutowane [1, 2, 8 1 2, 14, 17]. Jak dotąd jednak brak jest szerszych badań nad zawartością metali ciężkich w zwietrzelinach reliktowych, co skłoniło autorki do podjęcia tego tematu. Badań dotyczących metali ciężkich w rędzinach ściśle związanych genetycznie ze zwietrzelinami nie jest również zbyt wiele [3, 5 7, 15]. Wydaje się jednak, że ostatnie prace powinny być pracami wyjściow ym i dla interpretacji w y ników oznaczeń metali ciężkich w zwietrzelinach typu terra rossa i terra fusca. ZAKRES I METODY BADAŃ Badaniami objęto zwietrzeliny występujące na powierzchni i pod pokrywą materiału allochto-nicznego, jak również gleby wytworzone z materiału przeważnie czwartorzędowego, łącznie ze zwietrzeliną z obszaru Gór Świętokrzyskich 1 ich obrzeżenia. Dla porównania włączono do badań wyniki oznaczeń Mn, Zn i Cu w trzech profilach gleb czerwonych z Jugosławii. Są to gleby współczesne, w ytw orzyły się jednak ze zwietrzeliny terra rossa powstałej w śródziemnomorskich warunkach klimatycznych. Ogólną zawartość metali ciężkich oznaczono w wyciągach stężonych kwasów (H N 03, H 2SO4, HC1) po uprzednim spaleniu substancji organicznej według metody Pejwe i Rinkisa. W roztworze tym oznaczono Zn, Cu, Pb i Cr metodą atomowej spektrofotometrii absorpcyjnej, zaś Fe i Mn kolorymetrycznie. OMÓWIENIE WYNIKÓW Gleby zalegające nad zwietrzelinami ze względu na domieszkę materiału obcego różnią się właściwościami fizyczno-chem icznym i od zwie-

m ie jsc e i nr p r o f ilu L o c a lity apd p r^ T ile :i O. J a b ło n ic a 4 Torr*, fu sc a I łż a 19 Terra fu sca le ś n a Góra Terra fu oca G łębokość Depth cm i^ iek cóie w ła s n o ś c i fiz y c z n e i chem iczne ^ leb i z w ie lr z e lin Some p h y s ic a l and ch em ica l p r o p e r tie s o f s o i l s and w eath ered m a te r ia ls Procen t c z ą s te k o ś r e d n ic y - mm Procen t o f f r a c t i o n in d ia 1-0, 'J 0,1-0,0 2 < 0,0 2 < 0,0 0 2 112 ph CaCO-j KCl * P róch n ica ri um us Tabela 1 A n a liza r e n tg e n o g r a fic z n a К e n t g з no g г о '/л i с a na 1 y s i s T 2 3 4 5 6 7 8 9 10 j.l Gleba i zwie trze lin a w apieni trzeciorzęd ow ych - S o il and weathered m a teria ls o f T ertiary li-neslicnes 5-15 30-40 50-60 3 9,2 3 6 8,4 9 5 8,7 8 33,7 0 9,0 4 9,8 2 2 7,0 7 2 2,4 7 3 1,4 0 5,1 7 9,3 7 1 4,3 5 G leba i zw ie trr.c Im a w apien i ju r a js k ic h - S o il and w eath ered m a te r ia ls o f J u r a s s ic lim e s to n e s 7,5 7.4 7.5 6,9 6,8 6,6 5,6 9 0,0 0 0,0 8 2,0 3 0,2 8 0,3 6 u in e r a ły i l a s t e n ie w ystęp u ją no c la y e y m in er a ls m in erały i l a s t e n ie w y stęp u ją no c la y e y m in erals s tr u k tu r y m ieszane / i l l i t, k a o lin i t, m on tm o ry lo n it/ m ixed s tr u c tu r e s / i l l i t e, k a o lin i t e, m o n tm o r illo n ite / 100-110.33,04 1 3,7 5 4 8,2 1 2 4,3 8 7 Д 6,1 0,0 0 0,1 7 I l l i t, k a o l i n l t, c h lo r y t, montmor y lo n it i l l i t e, k a o l i n i t s, c h l o r i t e, m o n tm o r illo n ite 3-10 10-30 25-50 60-85 125-140 150-165 6 7,7 7 6 :, 42 8 1,4 2 7 2.7 6 6 3,0 5 36.76 8, 3 1 3,3 5 3,6 0 2 2,0 3 1 7,9 0 1 8,4 1 2 3,9 5?г:,?3 9,9 3 4,2 1 1 9,0 5 4 4,8 3 1 2,7 0 9,1 3 3,3 0 2,6 5 1 1,8 7 2 5,2 9 7.3 7.4 7,6 7.5 7.5 7.6 6.9 6,8 6.7 6.9 6.8 6,7 0,6 1 0,1 4 0,0 0 0,0 0 0,1 3 4,6 4 7,9 3 3,4 7 0,5 7 0,2 2 0,4 8 0,7 4 min lm a ln e i l o ś c i i l l i t u m inim al amounts o f i l l i t e m inim alne i l o ś c i i l l i t u m inim al amounts o f i l l i t e drobne i l o ś c i m on tm orylon itu l i t t l e amounts o f m o n tm o r illo n ite s^ k i^ ilety miogzane: i l l :, t, r.ontmor y lo n it mixed r^ celetons: i l l i t e, raontmor i llo n it '3 152 K- Czarnowska, К. K onecka-b etley.'ckorni*: 7 45-55 41,85 21,92 36,20 15,55 7,5 6,9 0,17 0,2 9

Cd. tabeli 1 K adzieln ia 21 Terra r o ssa Górno 9 T erra говза Górno 9a Terra гоээа Górno 9Ъ Terra r o ssa B olech o w ice 10 Terra ro ssa 1 2 3 4 с 6 7 8 9 10 11 Z w ietrzelin y w apieni dewońskich - Weathered m a teria ls o f Devonian lim esto n es l e j krasowy k a r st fu n n e l 20,35 24,35 54,80 32,95 7,4 6,7 0,55 0,28 k a o lin it, g e ty t, nodrzçdni-1 i l l i t k a o l i n i t e, g o e t h it e, l e s s i l l i t e 60-75 9,10 14,10 76,8 0 30,25 n.o n.o n.o n.o wypeł n i e - n ie krasowe k a r s t f i l l l e j krasowy k a r s t fu n n e l 16,28 20,85 68,85 33,95 7,5 6,7 0,00 0,0 7 31,48 10,20 57,72 27,45 7,5 6,4 0,00 0,16 100-110 2 2,4 8 1 1,5 3 6 5,5 4 3 0,5 0 - - - - iç a o lin it, i l l i t, zn aczne i l o ś c i g e ty t u k a o l i n i t e, i l l i t s, c o n s id e r a b le am ounts o f g o e th ite i l l i t, k a o lin it i l l i t e, k a o lin it e k a o l i n i t, g e t y t, n iontm orylon it k a o l i n i t e, g o e t'iiits, m ontm orillo n it e Metale ciężkie w glebach reliktowych ] 5 3

154 К. Czarnowska, K. Konecka-Betley trzelin. Glebę profilu 4 Jabłonica zaliczono do rędziny inicjalnej, zalegającej na starej glebie brunatnej z domieszką terra fusca. Skład mechaniczny wierzchnich warstw wykazuje glinę lekką z domieszką szkieletu wapiennego. Rędzinę inicjalną wtórną na piasku, podścieloną zwietrzeliną terra fusca, reprezentuje profil 14 Leśna Góra. Rędziny w y tworzone z wapieni triasowych reprezentuje profil 16 Wierzbie [18]. Analiza składu mechanicznego zwietrzelin dewońskich wskazuje na materiał ciężki o składzie iłów z dużą ilością iłu koloidalnego (18,12 33,95 /o). Zwietrzelina wapieni trzeciorzędowych i jurajskich wykazuje skład mechaniczny glin lekkich i średnich (frakcji koloidalnej od 14,35 do 25,23%). W glebach i zwietrzelinach obszaru Gór Świętokrzyskich ph H,0 wynosi 7,0 7,6 i odpowiednio w ln KC1 6,1 6,9. Ilość CaC0 3 waha się od 0,0 do 5,69% (tab. 1). Zawartość metali ciężkich w badanych rędzinach zalegających nad zwietrzelinami różni się ilościowo od zwietrzelin (tab. 2). Gleby są na ogół uboższe w żelazo, miedź i cynk. Wyraźną akumulacją manganu obserwuje się w poziomach próchnicznych badanych rędzin. Podobne zależności w rozmieszczeniu tego pierwiastka w rędzinach uzyskali inni autorzy [3, 4, 6, 7, 13]. Zawartość miedzi w rędzinach inicjalnych waha się od 2,8 do 21,0 ppm. Szczególnie ubogie w miedź są warstwy podścielające o składzie mechanicznym piasków (profil 14). Ołów w poziomach wierzchnich w y stępuje w większych ilościach niż w poziomach podścielających. Chrom jest na ogół równomiernie rozmieszczony w całym profilu rędzin i jego zawartość jest zbliżona do ilości tego pierwiastka w rędzinach trzeciorzędowych badanych przez Glińskiego [5]. Zawartość metali ciężkich w badanych zwietrzelinach jest zróżnicowana. Terra fusca wytworzona z wapieni trzeciorzędowych, jurajskich i dewońskich jest na ogół uboższa w żelazo, mangan i cynk w porównaniu ze zwietrzeliną terra rossa, co prawdopodobnie wiąże się ze składem mechanicznym, składem mineralnym oraz wiekiem zwietrzeliny. Należy również podkreślić, że niektóre wapienie obszaru Gór Św iętokrzyskich mogą być kruszconośne. Spośród zwietrzelin dewońskich szczególne wzbogacenie w metale ciężkie stwierdzono w materiale z leja krasowego (Górno 9a) i szczelinie krasowej (Kadzielnia 2 1 ). W zwietrzelinie z Górna występuje ponad 10- -krotne nagromadzenie manganu i kilkakrotne wzbogacenie w cynk, ołów, miedź i żelazo. Duże nagromadzenie manganu powstało prawdopodobnie w7 wyniku procesu utleniania tego pierwiastka i osadzania się w postaci konkrecji piroluzytu, spotykanych w lejach krasowych. Pewne nagromadzenie cynku i ołowiu w zwietrzelinach głównie typu terra rossa należy wiązać z występowaniem wodorotlenków żelaza i manganu oraz minerałów ilastych. Pozostałe badane zwietrzeliny terra rossa zawierają również więcej żelaza, manganu, cynku i ołowiu w porównaniu ze zwietrzeliną terra fusca.

Metale ciężkie w glebach reliktowych 155 Lawr.rtoćć m e t a li c ię ż k ic h - C ontent o f heavy n e t a ls T a b o 1 a 2 M iejsce i nr p r o filu G łębokość Fe Mn Zn Cu Fb Cr L o c a lity and p r o f ile N o. Depth сш % ppm Gleba i z w ie tr z o lin a w a p ien i tr ze cio r zęd o w y ch S o i l and w eathered m a te r ia ł o f T e r tia r y lir.o ito n e a Jab łon ica 4 5-15 1,5 0 230 2 1,0 12,0 22,0 40 Terra fuse:-. 30-40 1,45 140 1 8,0 16,5 10,0 40 50-60 2,53 580 8 8,0 17,8 16,0 58 Gleba i z w ie tr z e lin y w a p ien i ju r a js k ic h S o il and w eaih ered m a te r ia ls o f Jur a s s i c lim e s to n e s Leśna Góra 14 3-10 1,4 3 612 59,0 7,0 52 40 G leba - s o i l 10-3 0 1,4 9 512 0 0,5 4,0 40 50 35-50 1,42 120 2 3,0 2,8 18 42 60-85 0,5 5 88 1 3,2 3,2 17 42 125-140 1,86 324 48,6 7,7 34 ' 70 Terra fu sca 150-165 3,85 668 112,2 21,0 58 116 Leśna Góra 300-320 2,2 2 708 2 3 9,6 1 8,6 45 еб Terra fu sca 340-360 1,46 352 225,3 42,5 43 86 I ł ż a 1 9 - t e r r a fu sc a 1 0 0-110 2,4 2 620 1 2 2,0 2 6,0 18 74 T okarnia 7 Terra fu sca 45-55 2,30 920 150,0 2 1,0 76 65 Gleba i z w ie tr z e lin y w a p ien i tr ia so w y c h S o il and w eath ered m a te r ia ls o f T r i a s s ic lim e s to n e s W ierzbie 16 2-10 2,0 1 800 151,0 15,9 52 50 Gleba - s e i! 1 0-2 0 1,6 5 505 20 1,6 1 1,0 n.o. n.o. 20-30 1,9 3 732 141,0 8,3 n.o. n.o. 40-50 2,7 3 520 100,0 15,7 23 60 Terra fu sca 85-95 2,9 3 1144 240,5 34,4 46 66 Z w ie tr z e lin y w a p ien i dew oriskich Weathered m a teria ls of Devonian lir.s sto n -эя K a d z ie ln ia 21 Terra r o ssa s z c z e lin a krasowa k a r s t crack 7,4 6 1220 1 5 1 4,0 9 3,4 317 96 Górno 9 - -err^ ic s s a 60-75 4,4 3 2680 746,0 57,6 98 150 Górno 9a - t^ rra т о :за 3órno 9b - -j-.rra fue ja w y p e łn ie n ie krasowe k a ro t f i l i l e j krasowy k a r s t fu n n e l 8,06 2 4920 8 4 2,0 169,0 420 56 1,76 300 58,0 1 5,0 38 33 Вolech ow ice 2 0 100-110 4,1 7 1520 175,0 61,2 194 73 Terra r o s s a Terra rossa z Jugosławii zawiera od 1575 do 3750 ppm manganu (tab. 3). Mangan w badanych glebach jest na ogół równomiernie rozmieszczony w całym profilu. Mniej manganu stwierdzono w profilu 101, zaś zbliżone ilości tego pierwiastka zawierają profile 102 i 103. W profilu 102 występują duże konkrecje manganowe.

156 К. Czarnowska, K. Konecka-Betley Г я Ъ e 1 а 3 Zaw artość I.-in, Zn, Cu w g le b a c h - te r r a r o s s a / J u g o sła w ia / Content o f Mn, Zn, Cu in s o ils - terra rossa /Y u g o sla v ia / I.ïieJ'03 i nr profilu L o c a lity i'.nd profile o. G ł-л.bokosć Depth cm КГ:! 1 z» 1 Cu ppm Terra roesa na wapieniu kredowym Terra rossa developed from cretaceous limestone Zatcn r.r ICI nad 10-20 1750 103 4 6,0 Adria tyirien 50-60 1575 103 4 0,0 50-100 1380 39 6 0,0 Гдгга гззза z wapieni triasowych - Terra rossa developed frev Teren Jahoriny 0-1 5 3750 40*0 /1600 m n.p.m./ 30-40 3000 Ю 5 8 3,0 k/sarajewa - nr 102 90-100 3530 1G3 4 0,0 Teren - 24 ka od 5 20 3600 71 5 6,0 Mostaru - nr 103 30-35 3600 85 43,0 60-7 0 3644 ' 85 5 6,0 Większa zawartość manganu w glebach z terenu Jugosławii związana jest prawdopodobnie z zasobnością skał macierzystych w mangan i w a runkami powstawania gleb. Savic badając gleby górskie regionu Treskovice stwierdziła również znaczne ilości manganu (1294 2256 ppm) [16]. Gleby terra rossa są także zasobniejsze w cynk (71 155 ppm) i miedź (40 88 ppm). PODSUMOW ANIE Na podstawie otrzymanych wyników można stwierdzić, że zwietrzeliny terra rossa są bogatsze w metale ciężkie w porównaniu ze zwietrzelinami terra fusca. Nie można jednak na podstawie posiadanych w y ników dać jednoznacznej odpowiedzi, który z metali ciężkich jest pierwiastkiem diagnostycznym dla rozdzielenia badanych dwóch typów zwietrzelin. Wydaje się jednak, że takim metalem może być mangan, dlatego też rozpoczęte badania należy kontynuować. LITERATURA [1] Cirić М.: One type of litegenous soil in east Serbia. The Inst, of Soil Sei., Faculty of A griculture, Zemun, Belgrad 1953. [2] Cirić M., Aleksandrovic D.: An obserw ation on the genesis of terra rossa. Belgrad 1959. [3] Czarnowska K.: Zawartość m ikroelem entów w glebach w ytw orzonych z opoki odwapnionej okolic Józefow a n. W isłą. Rocz. glebozn. w tym zeszycie, str. 149. [4] Dobrzański B., Turski R., Borowiec J., Gliński J., Domżał H.:

Metale ciężkie w glebach reliktowych 157 Zróżnicowanie pokryw y lessow ej Roztocza na przykładzie gleb okolic Parnasów ki. Ann. UMCS Sec. E. 23, 1968, 3, 25 44. [5] Gliński J.: W pływ niektórych czynników glebotwórczych na zaw artość i rozm ieszczenie m ikroskładników w profilach glebow ych. Cz. II. R ozm ieszczenie składników w glebie w zależności od jej użytkow ania. Ann. UMCS Sec. E, 22, 1967, 4, 37 68. [6] К a b a t a-p e n d i a s A.: N iektóre pierw iastki śladow e w rędzinach woj. k ieleckiego. Rocz. glebozn., dod: do t. 15, 1965, 251 260. [7] К a b a t a-p e n d i a s A.: Badania geochem iczno-m ineralogiczne dwóch rędzin woj. kieleckiego. Rocz. Nauk roi. 98-A -3, 1966, 339 347. [8] K o n e с к a-b e 1 1 е у K.: Gleby reliktow e w ytw orzone ze skał w ęglanow ych na obszarze Gór Św iętokrzyskich i ich obrzeżenia. Rocz. glebozn. w tym zeszycie, str. 49. [9] К o n e с к a-b e 1 1 e у K., Mazurek A.: Badania m ikrom orfologiczne zw ietrzelin reliktow ych w ytw orzonych z w apieni obszaru Gór Św iętokrzyskich i ich osłony. Rocz. glebozn., w tym zeszycie, str. 101. [10] Leszczyńska E.: G leby typu czerw onoziem nego i rędziny jurajskie. Rocz. Nauk roi. Ser. D, 120, 1966. [11] Mückenhausen E.: The fossil soils (paleosoils) of central Europe. Ann. de Edafologia у A grobiologia 32, 1973, 1 2. [12] Musierowicz A.: Gleby i regiony przyrodnicze Serbii, Chorwacji, S łow enii oraz B ośni-h ercegow iny. PWRiL, W arszawa 1962. [13] Musierowicz A., Czarnowska K.: Mangan w w ażniejszych gleban woj. łódzkiego. Rocz. Nauk roi. 84-A-4, 1962, 563 592. [14] Pedro G.: Les sols développés sur roches calcaires. Nature, originalité et cadre général de lem évolution â la surface du globe. Sei. du sol 1, 1972. [15] Sapek A., Skłodowski P.: Zawartość Mn, Zn, Cu, Pb, N i i Co w rędzinach Polski. Kom unikat na Zjazd N aukow y Polskiego Tow arzystw a G leboznawczego, W arszawa K ielce K raków 1974, s. 49. [16] Savic В.: Sadrżaj m ikroelem enta i nekih rijetkih m etala u zem ljiśtu planinskog produkcja T reskavive. Radova poljonrivrednog Faculteta 13, 15, 227 231, Sarajew o 1964. [17] S m o 1 i к о V a H.: Stratygraphical significance of terrae calcis soils. INQUA, Abstract of Paper, Łódź 1961, 34 35. [18] Zjazd N aukow y Polskiego Tow arzystw a Gleboznawczego. Przewodnik, W arszaw a K ielce Kraków 1974, s. 56. К. Ч А Р Н О В С К А, К. К О Н Е Ц К А -Б Е Т Л Е Й СОДЕРЖ АНИЕ ТЯЖ ЕЛЫ Х МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И РЕЛИКТОВЫ Х ВЫВЕТРЕЛОСТЯХ О БРАЗО ВАННЫ Х И З КАРБО Н А ТН Ы Х ПОРОД Институт почвоведения и агрохимии, Сельскохозяйственная академия в Варшаве Резюме Исследовались выветрелости различны х известняков выступающих на "ерритории Свентокшиских Гор, а такж е почвы залегающ ие над выветрелостяыи. В этом материале определяли содерж ание тяж елы х металлов: Fe, Mn, Zn, Cu, Pb, и Cr. Почвы находящ иеся над выветрелостями, вследствие примеси инородного материала различаются от выветрелостей по физическим свойствам. Выветрелости terra rossa сильнее обогащены тяжелыми металлами, чем вывет-

158 К. Czarnowska, K. Konecka-Betley релости terra fusca. Особенно высокую концентрацию ж елеза, марганца, цинка, меди и свинца установлено в карстовых заполнениях воронках с выветрелостями terra rossa из девонского известняка. ч К. C Z A R N O W S K A, К. K O N E C K A -B E T L E Y CONTENT OF HEAVY METALS IN SOILS AND IN RELIC W EATHERING M ATERIALS, DEVELOPED FROM CARBONATE ROCKS D epartm ent of Soil Science and A gricultural C hem istry, A griculture U niversity of W arsaw Summary Investigations com prised w eathering m aterials from various lim estones occurring on the area of the Św iętokrzyskie m ountains as w ell as soils occuring under w eathering m aterials. In this m aterial the total content of heavy m etals: Fe, Mn, Zn, Cu, Pb and Cr, w as determ ined. The soils underlying the w eathering m aterials differ w ith regard to physico-chem ical properties from w eathering m aterials due to an adm ixture of aforeign m aterial. W eathering m aterials of the terra rossa type are richer in heavy m etals than those of the terra fusca type. A particularly high iron, m anganese, zinc, copper and lead concentration w as found in a karst fill in the w eathering m aterials of terra rossa from the D evonian lim estone. Dr K rystyna Czarnowska In stytu t G leboznawstwa i Chemii Rolnej A R W arszaw a, u l. R akow iecka 26