Эколого-геохимическая оценка горнорудного района (на примере Садоно-Унальской котловины, республика Северная Осетия-Алания)

Актуальность темы. Горные районы являются территориями с особой уязвимостью к антропогенному воздействию и с высоким риском экологических и техногенных катастроф. Учитывая, что Северный Кавказ обладает репрезентативными для молодых горных сооружений природными характеристиками и особой значимостью экологических проблем, участники I Международной конференции "Экологические проблемы горных территорий" (г. Владикавказ, октябрь 1992 г.) рекомендовали рассматривать Северную Осетию как оптимальный полигон для отработки новых технологий и апробации научных разработок в экологии горнорудных районов. Важность и актуальность эколого-геохимических исследований в районах Горной Осетии определяется целым рядом причин. Исследования проведены на территории Садонского рудного района, где поиски, разведка, добыча и переработка полиметаллических руд ведутся с середины XIX века. В районе известно около 300 жильных свинцово-цинковых месторождений и рудопроявлений, большинство из которых выходит на уровень современного эрозионного среза промышленными интервалами оруденения, что в условиях активно денудируемых районов определяет образование высококонтрастных вторичных ореолов рассеяния в современных элювио-делювиальных образованиях и лито-и гидрохимических потоков рассеяния в современных аллювиальных отложениях и речных водах. Главные компоненты руд свинец и цинк занимают ведущие места в ряду токсичных химических элементов, угрожающих здоровью человека. Вся инфраструктура горнодобывающих предприятий (рудники, обогатительные фабрики, хвостохранилища, дороги) приурочена к густо населенным долинам основных водных систем республики. В связи с этим выявление техногенных аномалий в компонентах природной геологической среды (ПГС) горнорудных районов, установление их элементного состава и форм нахождения токсичных элементов и количественная оценка степени техногенного загрязнения для конкретизации природоохранных мероприятий представляется своевременной и актуальной.

Целью работы являлось определение состава, форм нахождения, механизмов поступления загрязняющих веществ и оценка уровня и масштабов загрязнения компонентов окружающей среды в районе Унальского хвостохранилища, а также изучение динамики этого загрязнения за десятилетний период.

Основные задачи исследований:

 изучение распределения химических элементов в пылевых выпадениях, донных отложениях, поверхностных водах, почвах и растительности, определение параметров и характеристик природных и техногенных аномалий;

 определение форм нахождения ведущих элементов-загрязнителей в почвах и пылевых выпадениях

 определение уровня загрязнения компонентов окружающей среды, выявление территорий с наиболее напряженной экологической ситуацией;

 изучение динамики загрязнения почв, донных отложений, поверхностных вод и растительности за период с 1989 по 2003 год.

Научная новизна работы. Диссертационная работа является одним из первых комплексных исследований, отражающих изменение состояния окружающей среды в Садонском горнорудном районе после введения в эксплуатацию Унальского хвостохранилища (1984 г.).

Установлены основные источники и механизмы техногенного загрязнения ПГС района и выявлена решающая роль хвостохранилища в формировании техногенных аномалий свинца на нижних террасах р. Ардон. Методами прогнозно-поисковой геохимии проведена количественная оценка техногенного загрязнения почв свинцом и цинком.

Установлено преобладание растворимых форм нахождения основных рудных элементов в почвах и пыли, являющееся наиболее опасным для компонентов окружающей среды.

Показано, что соотношение основных рудных элементов (Pb/Zn) может служить критерием для выделения аэротехногенной составляющей воздействия хвостохранилища при разделении источников загрязнения.

Практическая значимость работы заключается в том, что ее результаты, наряду с другими исследованиями и публикациями в этой области, привлекли внимание общественности и руководства Садонского свинцово-цинкового комбината (СЦК) к ухудшению экологического состояния природных сред в районе Унальского хвостохранилища, отчетливо проявившемуся на рубеже 90-х годов.

Результаты работы партии кафедры геохимии, переданные руководству Садонского СЦК, послужили в 1989 г. причиной начала водного орошения сухой части хвостохранилища, организованного технологической службой комбината, что существенно уменьшило ветровую эрозию.

В результате литохимического опробования почв и донных отложений района по суммарному геохимическому показателю выявлены территории опасного и высоко опасного уровня загрязнения.

По данным гидрохимического опробования р. Уналдон выявлены высокие концентрации Zn и Cd навсем течении реки, по кадмию превышающие ПДК для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.

Проведенные геохимические исследования позволяют рассматривать это хвостохранилище как эталонный объект при эколого-геохимических исследованиях в районах действующих и проектируемых горнорудных предприятий, расположенных в горных местностях.

Фактический материал. При выполнении работы автор использовал данные, полученные в результате полевых исследований, проведенных в 19892003 г.г. сотрудниками кафедры геохимии МГУ. В 1998 и 2003 г.г. автор принимал участие в полевых работах. Основным видом полевых работ являлось эколого-геохимическое картирование района Унальского хвостохранилища с опробованием почв, растительности, вод и донных отложений водотоков.

В основу диссертационной работы положены результаты анализов 528 почвенных проб, 126 почвенных вытяжек (на Pb и Zn), 17 проб с сухой части хвостохранилища и 10 вытяжек, 319 проб растительности, 39 проб пыли и 30 вытяжек, 126 проб донных отложений, 113 проб поверхностных вод (в 100 из них определялись концентрации растворенных и взвешенных форм химических элементов).

Определения химического состава природных вод и содержаний в них микроэлементов в растворенной и взвешенной формах (с 1997 по 2003 г.г.), химических свойств почв и содержаний в них подвижных и других форм металлов (1997 - 1999 г.г.), определение валовых содержаний и подвижных форм металлов в смывах с листьев (1998 - 2000 г.г.), гранулометрический анализ донных отложений (2003 г.) и проб с сухой части хвостохранилища (2001 г.) и определение в последних форм нахождения металлов проводились автором в лаборатории кафедры геохимии. Автором проведены компьютерная обработка данных и построение карт техногенных геохимическиханомалий.

Защищаемые положения:

 В результате комплексного изучения компонентов окружающей среды в районе деятельности Садонского СЦК выявлены природные и техногенные аномалии в почвах, донных отложениях, водных системах и основных видах сельскохозяйственных культур района, связанные с вторичными ореолами и потоками рассеяния Pb-Zn месторождений и рудопроявлений, отвалами и рудничными водами месторождений Джими, Бозанг, Холст, системой арыков, ветровой эрозией Унальского хвостохранилища.

 Установлено, что основными источниками загрязнения водных систем района являются отвалы и рудничные воды разведочных штолен месторождений Джими, Бозанг и Холст. Основными загрязнителями донных отложений являются Zn>Pb>Ag>As>Cu>Sn>Bi. До 2001 г. высоко опасный уровень загрязнения (Zc>64) отмечался только в районе отвалов, после схода селевого потока в 2001 г. -на участке реки после впадения притоков до устья. Поверхностные воды в основном загрязнены Zn, Cd и Pb (Ксдостигают 44, 95 и 17 соответственно).

 Основными загрязнителями почв являются Zn>Pb>Ag>Cu>Cd>Bi>As. Количественная оценка техногенного загрязнения почв на глубину 0,2 м показала, что на террасах р. Ардон накоплено 150 т Zn, 32 т Pb, 16 т Cu и 0,07 т Ag. Аэротехногенное воздействие хвостохранилища - один из основных источников поступления металлов на нижние террасы р. Ардон. Для свинца оно играет решающую роль, составляя в среднем 460 г металла в сутки на км2. Доля подвижных форм Pb за период 1989 - 1999 г.г. увеличилась с 13% до 41%, что в абсолютных цифрах сопоставимо с количеством металла, поступившего за этот период аэротехногенным путем.

 Соотношение основных рудных элементов (Pb/Zn) может служить критерием для выделения аэротехногенного воздействия хвостохранилища при разделении источников загрязнения. В компонентах ПГС, непосредственно подвергающихся пылевому воздействию (листья, кожура яблок), оно приближается к 1, что соответствует их соотношению в хвостохранилище.

 Природный почвенный фон района обусловливает повышенные (относительно ПДК) содержания ТМ в растениях, при этом аномальные концентрации металлов в сельскохозяйственных культурах обнаружены только в зернах кукурузы (Zn) и картофеле (Ag и Pb на верхней аномалии). Из всех употребляемых в пищу сельскохозяйственных культур района только в картофеле с участка верхней почвенной аномалии за период с 1990 по 1997 г.г. отмечено увеличение концентраций Pb и Zn.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 132 страницах машинописного текста, содержит 40 таблиц, 39 рисунков и список литературы из 69 наименований.

Публикации и апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на III экологической конференции студентов и молодых ученых вузов г. Москвы <Охрана окружающей среды на пороге третьего тысячелетия в интересах устойчивого развития> в 1999 г., на эколого-геологической межвузовской студенческой школе в 2000 г. (г. Санкт-Петербург); на III Международном совещании <Геохимия биосферы> в 2001 г. (г. Новороссийск); на V и VII Международных конференциях <Новые идеи в науках о Земле> в 2001 и 2005 г.г. (г. Москва) и на II Всероссийской научно-практической конференции <Горно-металлургический комплекс России: состояние, перспективы развития> в 2003 г. (г. Владикавказ). По теме диссертации опубликовано 11 научных работ.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю А.А. Матвееву и научному консультанту Т.В.Шестаковой за внимание, ценные советы и помощь при выполнении работы; М.В. Борисову, Д.В. Гричуку, Ю.Н. Семенову, Ю.Н.Николаеву за помощь в проведении полевых работ и полезные консультации; Родионовой И.П., Пчелинцевой Н.Ф., Сафроновой Н.С., Герасимовской Л.А. и Пушко С. за помощь при выполнении анализов; Аплеталину А.В. и Охапкиной Е.Ю. за содействие при написании и оформлении работы.

    Другие материалы

    Сравнительная характеристика различных видов транспорта
    Прогресс человеческого общества неотделим от истории развития транспорта. Если под словом "транспорт" понимать прежде всего процесс перемещения, то можно утверждать, что без перемещения орудий и предметов труда и самого человека ...

    Рекреационный комплекс Украины
    Опыт промышленно-развитых стран показывает, что международный туризм является наиболее известным средством, позволяющим в короткие сроки осуществить поступление в страну денег в национальной валюте. На протяжении короткого времени туризм ...