Изменение эколого-геохимического состояния донных отложений в районе медно-колчеданных месторождений (на примере Карабашских месторождений меди)

Развитие горного дела на территории Соймоновской долины берет свое начало в первой половине XIX в. С развитием технологий и потребностей промышленности на территории долины велись горные работы по добыче медно-колчеданных руд. В дальнейшем в начале XX в. был возведен медеплавильный завод. В результате до настоящего времени на данной территории складировалось огромное количество отходов добычи и переработки медной руды. За счет обильных техногенных потоков с отвальных масс и газопылевых выбросов горнопромышленного комплекса образовались аномальные зоны с высоким содержанием тяжелых металлов в депонирующих средах. Одни из основных депонирующих сред – донные отложения, которые являются как аккумулирующим агентом, так и источником поллютантов. В связи с высокими рисками ухудшения здоровья населения за счет прямого или косвенного взаимодействия со средами, аккумулирующими в себе поллютанты, необходим постоянный контроль за изменением их эколого-геохимического состояния. В ходе работ было исследовано 12 участков, расположенных на различных направлениях и расстояниях от источников загрязнения, отобраны пробы донных отложений. В отобранных образцах методом рентгеновской дифракции определен минералогический состав. Количественное содержание металлов определялось рентгеноспектральным методом. По результатам полученных данных проведены расчеты геохимических коэффициентов, дающих оценку степени загрязненности и накопления поллютантов. Построена корреляционная зависимость между металлами в донных отложениях. Согласно расчетам суммарного коэффициента загрязнения (Zc) выявлены локальные зоны с высоким и очень высоким уровнем загрязнения. По значениям коэффициента обогащения (EF) установлено две группы минералов: устойчивые к выветриванию и техногенного происхождения. Выявлено, что донные отложения состоят преимущественно из псаммитовой фракции. В них преобладают первичные минералы, кварц, альбит. Присутствует аутигенный минерал пирит, в донных осадках преобладают халькофильные и литофильные элементы, которые и являются основными загрязнителями. Результаты данной работы могут способствовать решению проблем экологической безопасности региона, пересмотру технологий хранения и переработки медно-колчеданных руд с целью улучшения экологической обстановки и улучшения здоровья населения.

Шабанов М. В., Маричев М. С., Минкина Т. М., Раджпут В. Д., Бауэр Т. В. Изменение эколого-геохимического состояния донных отложений в районе медно-колчеданных месторождений (на примере Карабашских месторождений меди) // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 5-1. – С. 117–134. DOI: 10. 25018/0236_1493_2023_51_0_117.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 21-77-20089) в Южном федеральном университете.

Шабанов Михаил Викторович¹ — канд. с.-х. наук, доцент, e-mail: geohim.spb@gmail.com, Scopus Author ID: 35171489500, ORCID ID: 0000-0003-4725-3673,
Маричев Максим Сергеевич¹ — канд. биол. наук, зав. лабораторией, e-mail: m.s.marichev@yandex.ru, Scopus Author ID: 57216298057, ORCID ID: 0000-0003-0429-2234,
Минкина Татьяна Михайловна² — д-р биол. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: minkina@sfedu.ru, Scopus Author ID: 15063165400, ORCID ID: 0000-0003-3022-0883,
Раджпут Вишну Даял² — PhD, канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: rajput.vishnu@gmail.com, Scopus Author ID: 56516545100, ORCID ID: 0000-0002-6802-4805,
Бауэр Татьяна Владимировна² — PhD, канд. биол. наук, старший научный сотрудник, e-mail: bauertatyana@mail.ru, Scopus Author ID: 55928833000, ORCID ID: 0000-0002-6751-8686,
¹ Санкт-Петербургский государственный аграрный университет,
² Южный федеральный университет.

Маричев М.С., e-mail: m.s.marichev@yandex.ru.

1. Болтыров В. Б., Стороженко Л. А., Сапсай М. А. Накопленный экологический вред территорий размещения горнопромышленных отходов прошлых лет // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5-2. — С. 202—217. DOI: 10.25018/023 6_1493_2021_52_0_202.

2. Sokolov A. A., Samonova K. V., Umarkhadzhiev M.-K. R. Methodological support for increasing the technological potential in industry according to technological potential level and cyclical development // Journal of Physics: Conference Series. 2022, vol. 2176, no. 1, article 012095. DOI: 10.1088/1742-6596/2176/1/012095.

3. Усманов А. И., Горбунов А. В. Изменение свойств техногенных грунтов в процессе рекультивации с использованием торфо-диатомитового мелиоранта // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5-2. — С. 283—294. DOI: 10.25018/023 6_1493_2021_52_0_283.

4. Шабанов М. В., Маричев М. С. Оценка трансформации природно-территориальных комплексов при горнопромышленном техногенезе // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2020. — Т. 331. — № 3. — С. 90—99. DOI: 10.18799/24131830/2020/3/2535.

5. Sokolov A. A., Fomenko O. A., Ignatev I. V. Development of algorithms for control and control of electric power parameters based on information-measuring system data // Journal of Physics: Conference Series. 2022, vol. 2176, no. 1, article 012076. DOI: 10.1088/17426596/2176/1/012076.

6. Почечун В. А., Макаров Я. А. Натурное обследование хвостохранилища Качканарского промузла Среднего Урала и оценка его воздействия на почву // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11-1. — С. 68—79. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2022_111_0_68.

7. Елохин В. А. Геохимическая трансформация почв в зоне влияния шлакового отвала за период 2006—2020 гг. // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 11-1. — С. 98—110. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_98.

8. Шестопалов В. Л., Фоменко В. А., Соколов А. А., Мирошников А. С. Сравнительный анализ деформационных методов мониторинга сейсмической активности горных районов Черноморского побережья и Камчатки // Устойчивое развитие горных территорий. — 2021. — Т. 13. — № 4. — 535—543. DOI: 10.21177/1998-4502-202113-4-535-543.

9. Gashkina N. A., Tatsii Y. G., Udachin V. N., Aminov P. G. Biogeochemical indication of environmental contamination: a case study of a large copper smelter // Geochemistry International. 2015, vol. 53, no. 3, pp. 253—264. DOI: 10.1134/S0016702915030076.

10. Hechler J., Udachin V., Aminov P., Beckett P. J., Spiers G. A. Efflorescent sulfate minerals of the Karabash mining/smelting area, Ural mountains, Russia // Mineralogy. 2018, vol. 4, no. 4, pp. 96—101.

11. Майорова Л. П., Черенцова А. А., Крупская Л. Т., Голубев Д. А., Колобанов К. А. Оценка техногенного загрязнения воздушного бассейна при пылении хвостохранилищ // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 1. — С. 5—20. DOI: 10.25018/0236-1493-2021-1-0-5-20.

12. Скопинцева О. В., Ганова С. Д., Бузин А. А., Федотова В. П. Мероприятия по борьбе с пылью при погрузке и транспортировании твердых полезных ископаемых // Горный журнал. — 2019. — № 12. — С. 76—79. DOI: 10.17580/gzh.2019.12.16.

13. Williamson B. J., Purvis O. W., Mikhailova I., Udachin V. SEM-EDX analysis in the source apportionment of particulate matter on Hypogymnia physodes lichen transplants around the Cu smelter and former mining town of Karabash, South Urals, Russia // Science of the Total Environment. 2004, vol. 322, no. 1-3, pp. 139—154. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2003.09.021.

14. Narayan A., Mora A., Sánchez L., Rosales J. Temporal and spatial variability of heavy metals in bottom sediments and the aquatic macrophyte Paspalum repens of the Orinoco River floodplain lagoons impacted by industrial activities // Environmental Science and Pollution Research. 2020, vol. 27, pp. 37074—37086. DOI: 10.1007/s11356-020-09623-1.

15. Ren R. H., Tao L., Ren J. Spatial distribution and ecotoxicological assessment of heavy metals in bottom sediments of Yellow River from Inner Mongolia, China // Geochemistry International. 2021, vol. 59, no. 13, pp. 1354—1362. DOI: 10.1134/S0016702921100074.

16. Sojka M., Kaluza T., Siepak M., Strzelinski P. Heavy metals concentration in the bottom sediments of the mid-forest reservoirs // Sylwan. 2019, vol. 163, pp. 694—704. DOI: 10.26202/ sylwan.2019038.

17. Kalekar P., Kamble P., Chakraborti S. Heavy metal contamination in surface sediments of the Upper Bhima Basin, Maharashtra, India // Environmental Sustainability. 2022, vol. 5, pp. 507—531. DOI: 10.1007/s42398-022-00252-7.

18. Шабанов М. В. Геохимия донных отложений рек Красноуральского промузла // Известия Уральского государственного горного университета. — 2019. — № 3(55). — С. 72—78. DOI: 10.21440/2307-2091-2019-3-72-78.

19. Плохов А. С., Харько П. А., Пашкевич М. А. Исследование влияния хвостового хозяйства медно-колчеданного месторождения на поверхностные воды // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 4. — С. 57—68. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2021_4_0_57.

20. Slukovskii Z. I. Geoecological assessment of small rivers in the big industrial city based on the data on heavy metal content in bottom sediments // Meteorology and Hydrology. 2015, vol. 40, no. 6, pp. 420—426. DOI: 10.3103/S1068373915060084.

21. Muravyeva E. V., Maslennikova N. N., Gibadulina I. I. Features accumulation of heavy metals in the bottom sediments of small rivers // IOP Conference Series Earth and Environmental Science. 2022, vol. 988, no. 3, article 032073. DOI: 10.1088/1755-1315/988/3/032073.

22. Passos E. A., Alves J. C., Santos I. S., Alves J. P. H., Garcia C. A., Costa A. C. Assessment of trace metals contamination in estuarine sediments using a sequential extraction technique and principal component analysis // Microchemical Journal. 2010, vol. 96, no. 1, pp. 50—57. DOI: 10.1016/j.microc.2010.01.018.

23. Linnik V. G., Bauer T. V., Minkina T. M., Mandzhieva S. S., Mazarji M. Spatial distribution of heavy metals in soils of the flood plain of the Seversky Donets River (Russia) based on geostatistical methods // Environmental Geochemistry and Health. 2022, vol. 44, no. 2, pp. 319—333. DOI: 10.1007/s10653-020-00688-y.

24. Слуковский З. И., Гузева А. В., Даувальтер В. А., Удачин В. Н., Денисов Д. Б. Урановые аномалии в современных донных отложениях озер северной части Мурманской области, Арктика // Геохимия. — 2020. — Т. 65. — № 12. — С. 1231—1236. DOI: 10.31857/ S0016752520100131.

25. Савельев Д. Е., Сначев В. И., Савельева Е. Н., Бажин Е. А. Геология, петрогеохимия и хромитоносность габбро-гипербазитовых массивов Южного Урала. — Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2008. — 320 с.

26. Rudnic R. L., Gao S. Composition of the continental crust / Treatise on Geochemistry. Elsevier, Amsterdam, 2003, 64 p. DOI: 10.1016/B0-08-043751-6/03016-4.

27. Виноградов А. П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах. — М.: Издво АН СССР, 1957. — 237 с.

28. Янин Е. П. Техногенные геохимические ассоциации в донных отложениях малых рек (состав, особенности, методы оценки). — М.: ИМГРЭ, 2002. — 52 с.

29. Buat-Menard P., Chesselet R. Variable influence of the atmospheric flux on the trace metal chemistry of oceanic suspended matter Earth Planet // Earth and Planetary Science Letters. 1979, vol. 42, no. 3, pp. 398—411.

30. Liu W. H., Zhao J. Z., Ouyang Z. Y., Söderlund L., Liu G. H. Impacts of sewage irrigation on heavy metal distribution and contamination in Beijing, China // Environment International. 2005, vol. 31, no. 6, pp. 805—812. DOI: 10.1016/j.envint.2005.05.042.

31. Chatterjee M., Silva F. E. V., Sarkar S. K. Distribution andpossible source of trace elements in the sediment cores of a tropical macrotidal estuary and their ecotoxicological significance // Environment International. 2007, vol. 33, no. 3, pp. 346—356. DOI: 10.1016/j. envint.2006.11.013.

32. Zhang L., Ye X., Feng H. Jing Y., Ouyang T., Yu X., Liang R., Gao C., Chen W. Heavy metal contamination in Western Xiamen Bay sediments and its vicinity // Marine Pollution Bulletin. 2007, vol. 54, no. 7, pp. 974—982. DOI: 10.1016/j.marpolbul.2007.02.010.

33. Sutherland R. Bed sediment associated trace metals in an urban stream, Oahu, Hawaii // Environmental Earth Sciences. 2000, vol. 39, no. 6, pp. 611—627. DOI: 10.1007/s002540050473.

34. Белогуб Е. В., Удачин В. Н., Кораблев В. В. Карабашский рудный район (Южный Урал). — Миасс: ИМин УрО РАН, 2003. — 40 с.

35. Chen J., An Z. S., Head J. Variation of Rb/Sr ratios in the loess-paleosol sequences of Central China during the last 130,000 years and their implications for monsoon paleoclimatology // Quaternary Research. 1999, vol. 51, no. 3, pp. 215—219. DOI: 10.1006/qres.1999.2038.

36. Zhang J., Liu C. L. Riverine composition and estuarine geochemistry of particulate metals in China — weathering features, anthropogenic impact and chemical fluxes // Estuarine Coastal and Shelf Science. 2002, vol. 54, no. 6, pp. 1051—1070. DOI: 10.1006/ecss.2001.0879.