Γένεση συγκριμάτων και θρομβών Fe - Mn σε εδάφη alfisols της Θεσσαλίας

Abstract

Three soil profiles of Alfisols from the regions of Gefiria and Kapadokiko were chosen for detailed study. The pedons were developed on Quaternary alluvial deposits. The soils were characterized by relatively impervious argillic horizon with low hydraulic conductivity leading often to perched water tables (episaturation). Maximum concentrations of Fe-Mn concretions and nodules were observed in surface transitional horizons for soils P1 and P2 and in argillic horizon Bt1 for soil P3. Thedistribution of Fe-Mn concretions shows that are concentrated in the surface horizons and they are decreased regularly with the depth contrary to the Fe-Mn nodules, which present their maximum concentration at argillic horizons. A number of Fe-Mn concretions and nodules were examined with regard to their morphology (stereoscope, optical microscopy, scanning electron microscopy SEM), mineralogy (x-ray diffraction XRD, differential x-ray diffraction DXRD, infrared spectroscopy IR) andgeochemistry (total elemental analysis, sequential selective dissolution, energy dispersive x-ray analysis EDXRA). The results confirmed the expression of different course of formation of the two categories of redoximorphic concentrations as result of changes in the soil hydrology. The studied Fe-Mn concretions from the soil surface horizons exhibited a distinct internal structure with well-expressed concentric rings while Fe-Mn nodules from argillic horizon an undifferentiated fabric with absence of zones. Ferrihydrite was identified in Fe-Mn concretions followed by formation ofgoethite when the activity of the Mn in the solution decreases and Eh - pH conditions are suitable. Furthermore, the results showed the high adsorption capacity of soil Fe-Mn concretions and nodules for many trace elements and heavy metals indicating that the concretions and nodules are considered the primary environmental material that control heavy metal dynamics in the soil system. Mineralogical and chemical criteria were used in order to establish the in situ formation and the pedogenetic origin of Fe-Mn concretions and nodules.

Για την πραγματοποίηση της μελέτης επιλέχθηκαν τρεις εδαφοτομές της τάξης των Alfisols από τις περιοχές Γεφύρια και Καπαδοκικό του Ν. Καρδίτσας. Οι εδαφοτομές αυτές σχηματίσθηκαν σε τεταρτογενείς αλλουβιακές αποθέσεις και παρουσιάζουν φαινόμενα επιφανειακής κατάκλυσης με νερό (episaturation), εξαιτίας της παρουσίας αδιαπέρατου αργιλικού ορίζοντα με χαμηλές τιμές υδραυλικής αγωγιμότητας. Το μέγιστο των συγκριμάτων παρατηρείται στην επιφάνεια των εδαφοτομών και μειώνονται σταθερά με το βάθος, σε αντίθεση με τους θρόμβους οι οποίοι παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη συγκέντρωση τους στο χώρο των αργιλικών οριζόντων. Ένας μεγάλος αριθμός συγκριμάτων και θρόμβων Fe-Mn εξετάσθηκε όσον αφορά τη μορφολογία (στερεοσκόπιο, πολωτικό μικροσκόπιο, ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης), ορυκτολογία (περίθλαση ακτίνων-Χ, διαφορική περίθλαση ακτινών-Χ, υπέρυθρη φασματοσκοπία) και γεωχημεία τους (ολική στοιχειακή ανάλυση, διαδοχική κλασμάτωση, ανάλυση διασποράς ενέργειας). Τα συγκρίματα εμφανίζουν ζωνώδη μορφολογία με την παρουσία πολλαπλών δακτυλίων, των οποίων ο αριθμός και το πάχος ποικίλλει από σύγκριμα σε σύγκριμα. Οι θρόμβοι Fe-Mn εμφανίζουν αδιαφοροποίητη εσωτερική δομή με απουσία οργάνωσης του πλάσματος σε δακτυλίους ή ζώνες. Στα συγκρίματα σχηματίζεται αρχικά ferrihydrite και στη συνέχεια κάτω από συνθήκες χαμηλής συγκέντρωσης Μη και κατάλληλες συνθήκες Eh και pH, οι οποίες επικρατούν στους επιφανειακούς ορίζοντες των εδαφοτομών, σχηματισμός γκαιτίτη. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η παρουσία των συγκριμάτων και των θρόμβων Fe-Mn στο έδαφος μπορεί να καθορίσει τη συμπεριφορά και τη τύχη ιχνοστοιχείων όπως Fe, Mn, Cu, Ζn καθώς και βαρέων μετάλλων όπως Pb, Cr, Ni επηρεάζοντας την κινητικότητα και διαθεσιμότητα των στοιχείων αυτών στο περιβάλλον. Με τη βοήθεια κριτηρίων που στηρίχθηκαν στην ορυκτολογική και χημική σύσταση των συγκριμάτων και των θρόμβων Fe-Mn αποδείχθηκε ο in situ σχηματισμός τους και η πεδογενετική τους προέλευση μέσα στην εδαφική μάζα.