Поступление тяжелых металлов в депонирующие среды Карабашской геотехногенной системы

На территории Карабашской геотехногенной системы в результате многолетней добычи и переработки медно-колчеданных руд сформировались обильные потоки рассеивания тяжелых металлов в депонирующие среды. Одним из основных является аэрогенный массоперенос газопылевых частиц и мелкодисперсных фракций. Цель данной работы – выяснить основные пути поступления тяжелых металлов в депонирующие среды в районе деятельности комбината «Карабашмедь». Отбирались пробы: атмосферных осадков, почвы, шлакоотвала, воды и донных отложений. В ходе работ использовались методы атомно-адсорбционной и рентгенофлуоресцентной дисперсионной спектроскопии, рентгеновской дифракции с Cu-K-излучения и кристаллического монохроматора. Для определения степени загрязнения в почвах произведены расчеты следующих индексов: PI – единый индекс загрязнения, NPI – индекс загрязнения по Немерову, Zc – суммарный показатель загрязнения. Выявлены основные пути поступления тяжелых металлов в депонирующие среды. Анализ воды дождевых атмосферных осадков и талого снега зафиксировал высокие концентрации тяжелых металлов, в сажистых частицах, хвостах обогащения и донных отложениях зафиксированы высокие концентрации загрязнителей полиэлементного состава. В почвах концентрации тяжелых металлов превышают фоновые значения в сотни раз. Расчеты индексов загрязнения свидетельствуют о высоком и чрезвычайно высоком уровне полиэлементного загрязнения. Минералогический анализ хвостов обогащения и донных отложений ручья свидетельствует о присутствии аутигенных минералов в виде оксидов и гидроксидов железа. Результаты могут быть использованы в разработке мероприятий по устранению степени загрязнения объектов окружающей среды на исследуемой территории и других аналогичных предприятиях.

Шабанов М. В., Маричев М. С., Минкина Т. М., Манджиева С. С., Невидомская Д. Г. Поступление тяжелых металлов в депонирующие среды Карабашской геотехногенной системы // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 5. – С. 117–132. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_5_0_117.

Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (проект № 21-77-20089) в Южном федеральном университете.

Шабанов Михаил Викторович¹ — канд. с.-х. наук, доцент, доцент, e-mail: geohim.spb@gmail.com, Scopus 35171489500, ORCID ID: 0000-0003-4725-3673,
Маричев Максим Сергеевич¹ — канд. биол. наук, зав. лабораторией, e-mail: m.s.marichev@yandex.ru, Scopus 57216298057, ORCID ID: 0000-0003-0429-2234,
Минкина Татьяна Михайловна² — д-р биол. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: minkina@sfedu.ru, Scopus 15063165400, ORCID ID: 0000-0003-3022-0883,
Манджиева Саглара Сергеевна² — канд. биол. наук, главный научный сотрудник, e-mail: msaglara@sfedu.ru, Scopus 24481495200, ORCID ID: 0000-0001-6000-2209,
Невидомская Дина Георгиевна² — канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: dnevidomskaya@mail.ru, Scopus ID 6505510923, ORCID ID: 0000-0002-0138-4443,
¹ Санкт-Петербургский государственный аграрный университет,
² Южный федеральный университет.

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

1. Ульрих Д. В. Экологическая нагрузка на окружающую среду предприятиями по добыче и переработке меди в Южно-Уральском регионе // ХХI век. Техносферная безопасность. — 2016. — Т. 1. — № 1(1). — С. 49—59.

2. Крупская Л., Куликова Е., Филатова М., Леоненко А. Оценка воздействия техногенной системы на воздушный бассейн с применением методов математической статистики // Экология и промышленность России. — 2023. — № 27(8). — С. 50—57. DOI: 10.18412/1816-0395-2023-8-50-57.

3. Шабанов М. В., Маричев М. С., Манджиева С. С., Соколов А. А. Формирование хемоземов в условиях длительного воздействия аэропромышленных выбросов горно-металлургического комбината // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 3. — С. 727—740. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-3-727-740.

4. Jarošíková A., Ettler V., Mihaljevič M., Penížek V., Matoušek T., Culka A., Drahota P. Transformation of arsenic-rich copper smelter flue dust in contrasting soils: A 2-year field experiment // Environmental Pollution. 2018, vol. 237, pp. 83—92. DOI: 10.1016/j.envpol.2018.02.028.

5. Nikolić I. P., Milošević I. M., Milijić N. N., Mihajlović I. N. Cleaner production and technical effectiveness: Multi-criteria analysis of copper smelting facilities // Journal of Cleaner Production. 2019, vol. 215, pp. 423—432. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.01.109.

6. Фоменко В. А., Соколов A. A., Лолаев A. Б., Аймбетова И. О. Некоторые результаты работ по оценке эманаций радона Унальского хвостохранилища // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 576—585. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-4-576-585.

7. Шабанов М. В., Маричев М. С. Геохимические аномалии тяжелых металлов в почвах природных и антропогенных ландшафтов (на примере Красноуральского промузла) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2022. — Т. 333. — № 6. — С. 230—239. DOI: 10.18799/24131830/2022/6/3545.

8. Шабанов М. В., Маричев М. С., Минкина Т. М., Абдимуталип Н. А. Роль горнообогатительного комбината в образовании техногеохимических аномалий мышьяка в почвах Соймоновской долины (Южный Урал) // Устойчивое развитие горных территорий. — 2022. — Т. 14. — № 4. — С. 632—643. DOI: 10.21177/1998-4502-2022-14-4-632-643.

9. Shabanov M. V., Marichev M. S., Minkina T. M., Mandzhieva S. S., Nevidomskaya D. G. Assessment of the impact of industry-related air emission of arsenic in the soils of forest ecosystems // Forests. 2023, vol. 14, article 632. DOI: 10.3390/f14030632.

10. Серавкин И. Б., Знаменский С. Е., Косарев А. М. Главный уральский разлом на Южном Урале: структура и основные этапы формирования // Геотектоника. — 2003. — № 3. — С. 42—64.

11. Знаменский С. Е. Структурные условия формирования коллизионных месторождений золота восточного склона Южного Урала. — Уфа: Гилем, 2009. — 345 с.

12. Макунина Г. С. Деградация и химические свойства почв Карабашской техногенной аномалии // Почвоведение. — 2002. — № 3. — С. 368—376.

13. Таций Ю. Г., Удачин В. Н., Аминов П. Г. Экогеохимия ртути в зоне действия выбросов медеплавильного комбината «Карабашмедь» // Геохимия. — 2017. — № 10. — С. 942—953. DOI: 10.7868/S0016752517100090.

14. Макунина Г. С. Геоэкологические особенности Карабашской техногенной аномалии // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. — 2001. — № 3. — С. 221—226.

15. Шергина О. В., Михайлова Т. А. Фитоэкстракция тяжелых металлов травянистыми растениями на техногенных почвах // Химия растительного сырья. — 2022. — № 4. — С. 311—320. DOI: 10.14258/jcprm.20220411012.

16. Kowalska J. B., Mazurek R., Gąsiorek M. Pollution indices as useful tools for the comprehensive evaluation of the degree of soil contamination. —A review // Environmental Geochemistry and Health. 2018, vol. 40, pp. 2395—2420. DOI: 10.1007/s10653-018-0106-z.

17. Авдощенко В. Г., Климова А. В. Оценка загрязнения тяжелыми металлами почв города Петропавловска-Камчатского, Камчатский край // Вестник Камчатского государственного технического университета. — 2022. — № 61. — С. 65—81. DOI: 10.17217/2079-0333-2022-61-65-81.

18. Gong Q., Deng J., Xiang Y, Wang Q., Yang L. Calculating pollution indices by heavy metals in ecological geochemistry assessment and a case study in parks of Beijing // Journal of China University of Geosciences. 2008, vol. 19, pp. 230—241. DOI: 10.1016/S1002-0705(08)60042-4.

19. Жарикова Е. А. Тяжелые металлы в городских почвах: оценка содержания и экологического риска // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2021. — Т. 332. — № 1. — С. 164—173. DOI: 10.18799/24131830/2021/1/3009.

20. Сает Ю. Е., Ревич Б. А., Янин Е. П. Смирнова Р. С., Башаркевич И. Л., Онищенко Т. Л., Павлова Л. Н., Трефилова Н. Я., Ачкасов А. И., Саркисян С. Ш. Геохимия окружающей среды. —М.: Недра, 1990. — 335 с.

21. Rudnic R. L., Gao S. Composition of the continentalcrust // Treatise on Geo-chemistry. 2003, vol. 3, pp. 1—64. DOI: 10.1016/B978-0-08-095975-7.00301-6.

22. Hutchinson G. E. The ecological niche // Physiology and Ecology Japan. 1987, vol. 24, pp. 3—7.

23. Minkina T. M., Linnik V. G., Nevidomskaya D. G., Bauer T. V., Mandzhieva S. S., Khoroshavin V. Y. Forms of Cu (II), Zn (II), and Pb (II) compounds in technogenically transformed soils adjacent to the Karabash med copper smelter // Journal of Soils and Sediments. 2018, vol. 18, pp. 2217—2228. DOI: 10.1007/s11368-017-1708-2.

24. Куликова А. А., Овчинникова Т. И. Региональный критерий отнесения горнопромышленных регионов к территориям с наибольшей подверженностью геоэкологическим изменениям // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 27—34. DOI: 10.21177/ 1998-4502-2023-15-1-27-34.

25. Зиновьева О. М., Колесникова Л. А., Меркулова А. М., Смирнова Н. А. К вопросу оценки экологического состояния окружающей среды для достижения устойчивого развития угледобывающих регионов России // Устойчивое развитие горных территорий. — 2023. — Т. 15. — № 1. — С. 35—43. DOI: 10.21177/1998-4502-2023-15-1-35-43.

26. Puchelt H., Berner Z., Castro J., Rüde T. Influence of waters from sulfide mines and their dumps on surficial waters, soils, and plants / Book Water-Rock Interaction, 1st Edition. 1995, Routledge, pp. 899—900. DOI: 10.1201/9780203734049-224.

27. Dold B. Evolution of acid mine drainage formation in sulphidic mine tailings // Minerals. 2014, vol. 4, no. 3, pp. 621—641. DOI: 10.3390/min4030621.

28. Barlokova D, Ilavsky J., Marton M., Kunstek M. Removal of heavy metals in drinking water by iron-based sorption materials // IOP Conference Series: Earth And Environmental Science. 2019, vol. 362, no. 1, article 012109. DOI: 10.1088/1755-1315/362/1/012109.

29. Numpilai T., Seubsai A., Chareonpanich M., Witoon T. Unraveling the roles of microporous and micro-mesoporous structures of carbon supports on iron oxide properties and As (V) removal performance in contaminated water // Environmental Research. 2023, vol. 236, part 1, article 116742. DOI: 10.1016/j.envres.2023.116742.

30. Петров Ю. С., Соколов А. А., Раус Е. В. Математическая модель оценки техногенного ущерба от функционирования горных предприятий // Устойчивое развитие горных территорий. — 2019. — Т. 11. — № 4(42). — С. 554—560. DOI: 10.21177/1998-4502-2019-11-4-554-559.