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

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.

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.