Доктор геолого-минералогических наук, профессор, кафедра Географии



Скачать 172,76 Kb.
Дата19.10.2016
Размер172,76 Kb.
УДК 550.47:631.416
А.И. ГУСЕВ, доктор геолого-минералогических наук, профессор, кафедра Географии, anzerg@mail.ru

Алтайская государственная академия образования им. В.М. Шукшина
A.I. GUSEV, D-r in g.-m. Sci., professor, Department of Geography, anzerg@mail.ru

The Shukshin Altai State Academy of Education
БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ЭКОСИСТЕМ ГОРНО-РУДНЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ РУДНОГО И ГОРНОГО АЛТАЯ
Техногенное загрязнение экосистем, вызванное деятельностью горно-рудных предприятий Рудного и Горного Алтая, оценено на основе биогеохимических индикаторов загрязнения. Содержания тяжёлых металлов проанализировано в различных растениях вблизи горных предприятий, которые поглощаются селективно из почв и воздушной среды. Состав тяжёлых металлов в растениях определяется составом руд на месторождениях. Аномальные содержания ртути в растениях Синюхинского рудного поля связаны с процессами цианирования золота на золото-извлекающей фабрике.

Ключевые слова: Тяжёлые металлы, биогеохимические индикаторы, экосистемы, загрязнение.
BIOGEOCHEMICAL INDICATORS OF THE TECHNOGENIC POLLUTION ECOSYSTEMS BY MINING ENTERPRISES OF RUDNY AND MOUNTAIN ALTAI
Technogenic pollution of ecosystems causing by activity mining enterprises of Rudny and Mountain Altay revealed on basis biogeochemical indicators. Content of hard metals analyzed in different plants in mining enterprises that it absorb selectively from soil and air environment. Composition of hard metals in plants determine by composition of ores on the deposits. Anomalous content of Hg in the plant of Sinukhinskoe ore district link with process of cyanidation for selection of gold on the gold-extraction factory.

Keywords: Hard metals, biogeochemical indicators, ecosystems, pollution.
На Алтае известны различные горно-рудные предприятия, оказывающие значительное техногенное влияние на природные экосистемы: Золотушинское, Змеингорское и другие золото-колчеданные барит-полиметаллические, Синюхинское золото-медно-скарновое, Калгутинское молибден-вольфрамовое кварцево-грейзеновое, Акташское, Чаган-Узунское ртутнорудные и другие. Некоторые из них существуют и действуют ещё с 18 века (Золотушинское, Змеиногорское), вокруг них были созданы посёлки и техногенное воздействие на экосистемы в процессе отработки и обогащения руд создали весьма напряжённую обстановку со значительным загрязнением почв, донных отложений малых рек. Загрязнение тяжёлыми металлами природных систем привело к тому, что опасные концентрации металлов вошли в цепь питания: растения – животные - человек [3].

На Синюхинском золото-медно-скарновом месторождении в процессе проведения биогеохимических поисков рудных тел с участием автора (1992-1993 годы) проведены исследования и по выявлению масштабов захвата и биологического накопления тяжёлых металлов различными видами растений над участками рудных тел. Поиски рудных тел проводились по диффузионным геохимическим ореолам восходящей миграции. Известно, что в потоке диффундирующего вещества присутствуют все те элементы первичного ионного геохимического поля, для которых отмечается разность концентраций в рудных телах и перекрывающих их породах. Движение ионов в пристеночном слое жидких плёнок способствует сохранению элементарных парагенезисов, которые существуют в материнских первичных рудах. Ранее биогеохимические поиски осуществлялись на основе анализа золы растений после их сжигания. Такая методика определения концентраций элементов в растениях приводила к искажению истинных содержаний элементов в растениях, так как при озолении проб происходит потеря некоторой части летучих элементов (Mo, V, U, Zn, B, Au, As, Sb, Bi, Se, Te, Pb, Cd, Tl, Hg), которая имеет наибольшую величину (от 50 до 90%) в не измельчённых пробах ветвей, корней, коры и древесины для Cd, Pb, Tl, Zn, B, As, Bi, а для ртути она составляет даже 90-97% [4].

На Синюхинском месторождении апробирована методика определения химических элементов в растениях без озоления материала, а выявление и интерпретация ореолов диффузионной природы, пригодных для биогеохимических целей, выполнена с использованием высокочувствительной съёмки с рентген-радиометрическим анализом (РРА) на аппаратуре типа NOKKIA. Вторичные ореолы диффузионной природы представляют собой вертикальную проекцию погребённых рудных тел и фиксируются при мощности перекрывающих отложений до 600 м. При РРА анализируемый слой в листьях, ветвях, коре растений составляет первые микроны поверхности, где концентрируется большая часть тяжёлых металлов, накопленных растениями за их жизнь.

Интерпретация выделенных при таких съёмках аномалий проводится с позиций парагенетического анализа. Сонахождение элементов в объекте исследований не является критерием их парагенетичности. Для выделения природных парагенетических ассоциаций элементов, обусловленных тем или иным компонентом ландшафта, применяют методы многомерной статистики. Наиболее эффективен для этих целей метод главных компонентов (МГК) факторного анализа, позволяющий выявлять взаимосвязи элементов в отдельных процессах [1].

Перед проведением биогеохимической съёмки были выполнены опытно-методические работы по выявлению элементов-индикаторов руд Синюхинского месторождения на той же самой аппаратуре РРА. Изучены рентгеновские спектры руд месторождения с анализом проб (более 120) на широкий круг элементов: Fe, Cu, Zn, Pb, As, Zr, Nb, Y, Sr, Rb, Ba, Se, Tl, Ag, Bi, Sb, Co. К числу элементов-индикаторов отнесены: Fe, Cu, Zn, Pb, As, Zr, Sr, Ag, Bi, Sb, Co.

При биогеохимической съёмке было отобрано 4000 биогеохимических проб по профилям (расстояние между профилями – 200 м., шаг опробования по профилю – 10 м.) из наиболее распространённых растений в рудном поле (мхов, папоротников, осоки, мать - и - мачехи). В дальнейшем анализ проводился по всем предварительно высушенным растениям только на элементы-индикаторы. Следует отметить, что концентрации таких элементов как медь, серебро, висмут, сурьма в некоторых растениях в районе рудных тел на порядок и более превышали таковые на участках безрудного пространства. Другим важным свидетельством аномально высоких концентраций тяжёлых металлов в надрудном пространстве является отсутствие лишайников в этих местах, которые чутко реагируют на повышенные концентрации металлов и в почве, и в диффузионных геохимических ореолах.

Результаты анализа проб, отобранных в районе медно-золоторудных тел сведены в табл.1.

Таблица 1

Содержания элементов-индикаторов (%) и значения коэффициентов концентрации в растениях Синюхинского рудного поля в районе рудных тел

Элементы

Мох, n=155

Папоротник, n= 163

Осока, n = 95

Мать-и-мачеха, n=44

Средний состав

золы


наземных

растений


С

Кк

С

Кк

С

Кк

С

Кк

Fe

3,3

4,1

2,1

2,6

2,0

2,5

2,2

2,75

0,8

Cu

0,015

7,5

0,013

6,5

0,013

6,5

0,014

7,0

0,002

Zn

0,009

3,0

0,0005

1,67

0,004

1,33

0,006

2,0

0,003

Pb

0,0011

2,75

0,009

2,2

0,008

2,0

0,001

2,5

0,0004

As

0,0007

2,33

0,0005

1,67

0,0005

1,67

0,0006

2,0

0,0003

Zr

0,0006

1,5

0,0005

1,25

0,0005

1,25

0,0004

1,0

0,0004

Sr

0,05

1,67

0,04

1,33

0,03

1,0

0,03

1,0

0,03

Ag

0,0002

10,0

0,00007

3,5

0,00007

3,5

0,00008

4,0

0,00002

Bi

0,0007

17,5

0,0005

12,5

0,0004

10,0

0,00032

8,0

0,00004

Sb

0,0012

3,0

0,001

2,5

0,0011

2,75

0,0011

2,75

0,0004

Сd

0,00014

2,8

0,0001

2,0

0,00011

2,2

0,0001

2,0

0,00005

Co

0,0019

4,75

0,0014

3,5

0,0012

3,0

0,0013

3,25

0,0004

Примечание. Коэффициент концентрации Кк – отношение содержаний элемента в пробах растений Синюхинского рудного поля к среднему содержанию в золе наземных растений по А.И. Перельман [5]; n – количество проанализированных проб по каждому виду растений.

Анализ закономерностей концентраций элементов в растениях показывает, что наибольшие концентрации тяжёлых металлов обнаруживаются во мхах, а наименьшие – в мать-и-мачехе. Обращает на себя внимание очень высокий коэффициент концентрации висмута почти во всех растениях Синюхинского рудного поля, что намного превышает приводимые оценки по литературным данным [5]. Вероятно, это объясняется тем, что в анализируемом районе наряду с высокими концентрациями висмута в рудах имеют место и благоприятные факторы гипергенного перевода этого металла в легкорастворимые формы, что способствует его повышенной миграционной способности в диффузионных ореолах с последующей фиксацией в растениях в аномально высоких концентрациях.

Преимущество использования МГК при выявлении парагенетических ассоциаций элементов в природных объектах заключается в том, что выявляется структурное единство модели, описывающей поведение химических элементов системы при изменении внешних условий, и модели метода главных компонент [1].

Расчёт факторных нагрузок для наших данных по выборкам анализов для наиболее представительных по объёму выборок мха (n=155) и папоротника (n=163) выглядит следующим образом:

Ф I мха, D=61%, Bi 0,96 Ag 0,88 Cu 0,61 Co0,53 Fe 0,42

Ф I папоротника, D=49,8, Bi0,78 Cu 0,63 Ag 0,51 Co0,51 Fe 0,34

Где Ф I – факторные нагрузки первого порядка, D – вклад факторных нагрузок в процентах; значения факторных нагрузок конкретных элементов даны рядом с элементом при значениях вероятности 0,95%.

Полученные результаты в сопоставлении с данными табл.1 показывают, что выявленные парагенетические ассоциации отражают комплексы химических элементов, имеющих природную дисперсию содержаний тяжёлых металлов в диффузионных геохимических ореолах, а конкретные значения факторов ранжированы по степени увеличения коэффициентов концентрации или биологического накопления (или аномальности в опробованных растениях). Парагенные ассоциации химических элементов во мхе и папоротнике имеют черты сходства и различий. У них имеются общие ассоциации элементов (висмут, серебро, медь, кобальт, железо), однако вклад факторных нагрузок и величины их в анализируемых растениях различны. Особенно контрастное различие в фиксации тяжёлых металлов намечается для мха и папоротника по таким элементам как медь и серебро. Если в папоротнике больше концентрируется меди, то во мхе – серебра, что подтверждается их различным положением в иерархическом ряду факторных нагрузок.

Вблизи карьеров участков Рудная Сопка, Западный, Файфановский Синюхинского рудного поля у хвои сосны часто наблюдается заболевание – ауксобилия, проявляющаяся в резко укороченной длине хвоинок и укороченных веточках. Проведено сравнение состава тяжёлых металлов в поражённой болезнью хвое и хвое сосны за пределами Синюхинского рудного поля (район селения Чои) (табл. 2).

Таблица 2

Содержания элементов-индикаторов (%) и значения коэффициентов концентрации в хвое фонового участка и хвое поражённой ауксобилией


Элементы

Хвоя, поражённая ауксобилией, n=15

Хвоя фонового участка (район селения Чоя), n= 11

Средний состав

золы


наземных

растений


С

Кк

С

Кк

Fe

3,8

4,75

1,3

1,6

0,8

Cu

0,03

15,0

0,001

0,5

0,002

Zn

0,011

3,7

0,004

1,3

0,003

Pb

0,0018

4,5

0,0003

0,75

0,0004

As

0,0011

3,7

0,0002

0,67

0,0003

Zr

0,0009

2,2

0,0003

0,75

0,0004

Sr

0,08

2,7

0,01

0,33

0,03

Ag

0,0009

50,0

0,00002

1,0

0,00002

Bi

0,0010

25,0

0,00002

0,5

0,00004

Sb

0,0019

4,75

0,00003

0,075

0,0004

Сd

0,00017

3,4

0,00003

0,6

0,00005

Co

0,0020

5,0

0,0003

0,75

0,0004

Hg

0,00003

15,0

0,00002

1,0

0,000002

Полученные данные указывают на то, что в сравнении с концентрациями тяжёлых металлов с фонового участка в хвое, поражённой ауксобилией наблюдается значительное накопление таких элементов, как Fe, Cu, Zn, Pb, As, Zr, Sr, Ag, Bi, Sb, Cd, Co, Hg. При этом, повышенные концентрации элементов в хвое, поражённой ауксобилией, в основном, отражают повышенные концентрации их в рудах. Аномально высокое накопление ртути в поражённой хвое, вероятно, связано с рассеянием ртути в результате процессов цианирования при извлечении золота.

Аналогичные исследования проведены нами и в районе месторождений золото-колчеданной барит-полиметаллической формации в 2005-2009 годах [2]. Для этого типа экосистем (Змеиногорск) парагенные ассоциации выявлены для листьев тополя и полыни (наиболее распространённых растений в городе) целиком определяются составом добываемых полиметаллических руд из золото-колчеданных барит-полиметаллических месторождений, расположенных вблизи города (Змеиногорское, Корбалихинское, Среднее, Зареченское, Петровское и другие).

Ф I тополя, D=52,4%, Ba 0,97 Cu 0,93 Zn 0,91 Pb 0,89 Sr 0,88 Ag 0,81 Cd 0,60 Mo 0,46 Tl 0,39

Ф I полыни, D=44,5, Ba 0,92 Ag 0,91 Cd 0,85 Zn 0,81 Pb 0,69 Cu 0,53 Sr 0,48 Mo 0,42 Tl 0,29

Значительную роль в парагенетических ассоциациях тяжёлых металлов в обоих растениях получили барий, медь, серебро, кадмий, таллий. Последние два элемента являются примесями в рудах, тем не менее, они оказались важными полютантами, поглощаемыми растениями.

Для г. Горняк (известное Золотушинское барит-полиметаллическое месторождениеи и рядом расположенное на территории Казахстана аналогичное по составу месторождение Джискен), где отмечено рождение «жёлтых детей», факторные нагрузки и парагенные ассоциации тяжёлых металлов представлены в следующем виде:

Ф I тополя, D=59,9%, Hg0,98 Pb 0,96 Ba 0,95 Ag 0,92 Cu 0,90 Ti0,87 Zn 0,86 Mo 0,60 Cd 0,41 Tl 0,39

Ф I полыни, D=48,8, Pb 0,99 Ba 0,92 Hg0,90 Ag 0,88 Cu 0,73 Cd 0,71 Zn 0,61 Mo 0,42 Tl 0,29 Ti0,25



Степное барит-полиметаллическое золото-колчеданное месторождение, расположенное в Рубцовском рудном районе, в настоящее время разведывается. Оно расположено в 4 км от посёлка Таловка (в Таловке находится одноименное месторождение, но оно находится на глубине и ранее разведывалось скважинами колонкового бурения). На Степном месторождении пройден карьер с отвалами, занимающими значительную площадь. Месторождение находится в степи и в его районе деревья отсутствуют. Нами опробованы полынь и пырей ползучий (по 15 проб каждая из трав). Для указанных растений факторные нагрузки представлены в следующем виде:

Ф I полыни, D=43,4, Ba 0,90 Ag 0,87 Cd 0,81 Zn 0,81 Pb 0,69 Cu 0,53 Sr 0,41 Tl 0,21

Ф I пырея, D=41,5, Ba 0,92 Ag 0,90 Cd 0,82 Zn 0,80 Pb 0,69 Cu 0,56 Sr 0,48 Tl 0,25

Характерной особенностью факторных нагрузок на Степном месторождении является значительно меньшие их значения, чем на Змеиногорском и Золотушинском месторождениях. Кроме того, в обоих видах растений отсутствует молибден, что также отличает это месторождение от ранее рассмотренных колчеданных объектов Рудного Алтая.

Таким образом, на основе полученных результатов установлены биогеохимические индикаторы биологического накопления тяжёлых металлов во мхе, папоротнике, осоке и мать -и- мачехе при диффузионном процессе восходящей миграции плёночных вод над рудными залежами Синюхинского месторождения. Из большого числа проанализированных элементов к числу индикаторов биологического накопления можно отнести висмут, медь, серебро, кобальт, железо. Обращает на себя внимание резко аномальные концентрации всех элементов в хвое сосен, поражённых ауксобилией.

На колчеданных барит-полиметаллических месторождениях Рудного Алтая полютанты в листьях тополя и полыни также отражают состав основных рудных компонентов и некоторых примесных металлов (таллий, кадмий).


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Бугаец А.Н., Дуденко Л.Н. Математические методы при прогнозировании месторождений полезных ископаемых. - Л. «Недра», 1976. - 270 с.

2. Гусев А.И., Гусева О.И. Биогеохимическая индикация антропогенного загрязнения растительности Алтайских городов // Международный журнал экспериментального образования, 2010. - №7. - С. 17-19.

3. Гусев А.И., Гусева О.И. Биогеохимические индикаторы биологического накопления растениями тяжёлых металлов на некоторых месторождениях Алтая // Природные ресурсы Горного Алтая. - Горно-Алтайск, 2010. - № 1. - С.114-118.

4. Григорян С.В., Соловов А.П., Кузин М.Ф. Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений. - М., Недра, 1983. - 191 с.

5. Перельман А.И. Геохимия ландшафта. - М., Высшая школа, 1975. - 234 с.


REFERENCES

1.Bugaets A.N., Dudenko L.N. Mathematic methods for prognosis deposits ore materials. – L. “Nedra”, 1976. – 270 p.

2.Gusev A.I., Guseva O.I. Biogeochemical indication of antropogenic pollution of pants of Altay cities // International magazine of experimental education, 2010. - № 7. – P. 17-19.

3. Gusev A.I., Guseva O.I. Biogeochemical indicators of biologic pollution of plants hard metals on some deposits of Altay //Nature resources of Mountain Altay. – Gorno-Altaisk, 2010. - № 1. – P. 114-118.



4. Grigorjan S.V., Solovov A.P., Kuzin M.F. Instruction on geochemic methods of searching ore deposits. – M., “Nedra”, 1983. – 191 p.

5. Perelman A.I. Geochemistry of landscape. – M., “High School”, 1975. – 234 p.

Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©grazit.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница