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

Глава 4. ТЕХНОГЕННЫЕ АНОМАЛИИ В ПОЧВАХ РАЙОНА.

По данным литохимических съемок 1989-1993 г.г. и мониторинговых исследований 1997 - 1999 г.г. в районе Унальского хвостохранилища в почвах выявлена комплексная аномалия техногенного происхождения. Пространственная структура аномалии определяется морфологией долин р.р. Ардон и Уналдон и имеет протяженность до 1,5 км при ширине 0,2-0,8 км. Для выявленныхореолов характерна комплексность состава, отсутствие продольно-поперечной зональности, совпадение центров с максимальными содержаниями рудных элементов и пространственная близость к источникам загрязнения, что, в целом, свидетельствует об их техногенном происхождении. Фоновые и минимально аномальные значения содержаний химических элементов при исследовании техногенного загрязнения почв были приняты на основе работ на геохимически чистых территориях в сходных ландшафтах Северо-Осетинского заказника в верховьях р. Майрамдон.

По результатам спектрального анализа почв района Унальского хвостохранилища выявлено наличие высоких концентраций свинца, цинка, меди и серебра, обнаружены единичные пробы с аномальными содержаниями кадмия, олова, висмута, ртути и мышьяка, превышающими минимально аномальные концентрации для почв. Наиболее высокие содержания, как в среднем по ореолам (С_ср.), так и максимальные (С_мах), характерны для свинца, цинка и серебра. В результате анализа моноэлементных карт масштаба 1:20000 выделены два основных участка загрязнения почв, объединенных в плане по долине р. Уналдон - на террасах р. Ардон (нижняя) и на правобережье р. Уналдон (верхняя). Верхняя аномалия приурочена к сочленению верхних террас р. Ардон и долины р. Уналдон. Нижняя аномалия вытянута на 1 и 2-ой надпойменных террасах р. Ардон. С южного и западного ее краев по селу проходят дороги: к базе МГУ вдоль р. Ардон и вверх по долине р. Уналдон к месторождениям Джими, Холст и др., по которой перевозят руду. Основные характеристики геохимических аномалий приведены в табл. 5.

За период с 1989 по 1999 г.г. средние содержания в контурах обеих аномалий снизились по свинцу, что обусловлено начавшимся в 1989 году принудительным поливом хвостохранилища; выросли по цинку (поскольку помимо хвостохранилища существенным источником поступления Zn являются арыки); и практически не изменились по меди и серебру. Удельная продуктивность (количество металла), рассчитанная через площадную продуктивность (P, м2%) с учетом изменения содержаний на глубину 0.2 м по данным 1993 г. составила 150 т Zn, 32 т Pb, 16 т Cu и 0,07 т Ag. Необходимо учесть, что поскольку в 1989 г. часть участка верхней аномалии не была покрыта съемкой, в 1993 году площадь съемки на этом участке была наращена, что нашло отражение в существенном увеличении удельных продуктивностей на верхнем участке. В этой связи изменения площади загрязнения за период 1989 - 93 г.г. оценивались по нижней аномалии. Они выразились в увеличении площади техногенных аномалий меди с содержаниями, превышающими Смин.ан. (в тыс. м2, с 513 до 750), сохранении площади аномального поля свинца (470) и уменьшении цинка (583 - 428) и серебра (434 - 327).

В целом, с 1989 по 1993 г.г. аномалии цинка на обоих участках стали более контрастными: при общем уменьшении площади нижней аномалии площадь с превышением над фоном в 2,5 раза осталась прежней, а площадь аномалии с С>5·C_мин.ан. увеличилась в 2 раза. На верхнем участке при увеличении общей площади почти в 3 раза, площади с 2,5 и 5-тикратным превышением над фоном увеличились почти в 4 раза (3,7 и 3,8 раз соответственно). На обоих участках появились площади с 10-тикратным превышением над минимально аномальным значением: 15 и 13 тыс. м2 на верхней и нижней соответственно. По меди, при почти двукратном увеличении площади и общем снижении среднеаномальных значений, контрастность также возросла: появились участки с превышением над минимально аномальным в 2,5 раза. Для свинца, при общем увеличении площади, контрастность аномалий существенно снизилась: площадь нижней аномалии с С>2,5·C_мин.ан. снизилась почти в 3 раза, а общая площадь с мин.ан. уменьшилась на порядок. Аналогично снизилась и контрастность аномалий серебра. На нижнем участке площадь по уровням снижается в: 1,3 - 2,8 - 7 раз.

Концентрации цинка в нижней аномалии всегда в 1,2-1,5 раза ниже, чем в верхней. По меди существенных отличий между аномалиями нет. Концентрации свинца в 1989 г. были выше на верхней аномалии, но за 10-тилетний период обстановка поменялась на противоположную: к 1997-99 году уже нижний участок характеризуется более высокими концентрациями. Концентрации серебра за этот период также выросли на нижней аномалии, но не превысили концентрации на верхней.

Аномалии в почвах характеризуются комплексностью состава: основной вклад в загрязнение помимо Zn и Pb вносят: Ag>Cu>Cd>Bi>As. Общая площадь аномалий с Z_c больше допустимого (>16) с 1989 по 1993 г.г. практически не изменилась, площадь с опасным уровнем загрязнения уменьшилась в 1,5 раза, а с высоко опасным - в 2,6 раза. Тем не менее площадь в 17 тыс. м2 должна быть охарактеризована, как территория с чрезвычайной экологической обстановкой (рис. 4, табл. 6). Максимальные значения Zсв 1989 году достигали 149. К 1993 году это значение снизилось до 139, и по данным 1997-99 г.г. этот уровень загрязнения сохраняется.

Рис. 4. Литохимические аномалии по суммарному показателю загрязнения Zс 1989, 1993.

Изучение распределения валовых содержаний основных рудных элементов района по вертикальному разрезу почвенных профилей показало стабильное, иногда достаточно резкое, падение абсолютных содержаний Pb и Zn с глубиной, что подтверждает техногенную природу выявленных аномалий. Максимальные концентрации тяжелых металлов приурочены к верхним горизонтам почвенного разреза. Отсутствие корреляции между содержаниями ТМ и органического углерода так же позволяет говорить, что высокие содержания ТМ в верхнем горизонте почв связаны не с аккумуляцией гумуса, а с техногенным воздействием. Этот факт распространяется не только на валовые концентрации, но и на подвижные формы. Наибольшее проникновение загрязнения на глубину отмечено для шурфов в районе моста через р. Ардон: 150 мг/кг по свинцу и 575 мг/кг по цинку на глубине 0,75 м. А также в районе моста через р. Уналдон (дорога к базе МГУ) и на участке верхней аномалии. При этом, если в 1990 году, на всей площади аномалии в долине р. Уналдон (при общем падении валовых содержаний Pb и Zn с глубиной) содержания Pb падали до значений ПДК, в 1993 году на всю глубину опробования содержания Pb > ПДК. Содержания Zn в 1990 г. только в двух шурфах, пройденных в максимумах нижней аномалии, не опускались ниже ОДК на всю глубину опробования, а в 1993 г. - в половине всех пройденных шурфов [Нормативные , 1994]. Таким образом, данные по распределению Pb и Zn по почвенным горизонтам в 1993 г. и 1994 г. свидетельствуют об общем росте мощности загрязненного слоя по сравнению с 1989 г., что видно по увеличению аномальных площадей на глубинах >0.25 м.

Изучение содержаний ПФ в вертикальном разрезе почвенного профиля показало не только тенденцию падения абсолютных содержаний с глубиной, но и в целом уменьшение доли ПФ в нижней части профиля.

Полученные данные по формам нахождения металлов отражают отличия в поведении металлов, обусловленные в том числе различными источниками поступления, что выражается большей степенью извлечения цинка: с нерастворимыми силикатами или труднорастворимыми первичными минералами связано 3,9 % цинка и 13,2 % свинца (рис. 5). В основном цинк и свинец связаны с окисленными формами: окиси, гидроокиси, сульфаты, карбонаты (условно объединенными на диаграмме, как карбонаты) - 37,5% и 44,2%. Существенная доля цинка (7,5%, для свинца - 0,6%), находится в сорбированной форме, что вероятно связано с одним из основных источников его поступления: с водой в виде растворенных форм.

Рис. 5. Распределение ТМ по формам нахождения в почвах, 1999

Значительно большая доля цинка (в формам нахождения в почвах, 1999 отличие от свинца - 3,4) - 32,7% - связана с органическим веществом, оставшиеся 18,5% связаны с оксидами и гидроксидами железа и марганца и сульфидами. Доля свинца связанного с оксидами и гидроксидами железа и марганца и сульфидами составляет 39 %. Данные рентгенофазового анализа подтвердили наличие в почвах собственной минералогической фазы свинца - гидроцеруссита.

Почвенные аномалии ПФ ТМ существенно более контрастны. Кроме того, в отличие от валовых содержаний, с 1989 по 1997 г.г. они значительно увеличились и качественно, и количественно: по данным 1993 года были выделены аномальные участки с 20-тикратным превышением ПДКп.ф, как для цинка так и для свинца. Сравнение этих данных с данными предыдущих лет позволяет говорить о тенденции увеличения доли ПФ Zn и Pb в обеих аномалиях (табл. 7).

Как видно из таблицы в 1989, 1994 годах подвижные формы составляли: 6 -20 % для свинца, 10-34 % для цинка. В 1997, 1999 г.г. процент извлечения подвижных форм увеличился и составил для свинца 24 - 51 %, для цинка 25 - 67 %. Рассчитанные коэффициенты концентрации по ПФ металлов увеличиваются за исследуемый период: 5,8 - 8,3 - 10 - 14,3 для свинца, 8,3 - 21 - 41 - 51 для цинка.

Наибольшая концентрация подвижных форм ТМ выявлена в зоне загрязненияна нижних террасах р. Ардон (фруктовые сады). За период 1989 - 1999 г.г. в почвах нижних террас установлено увеличение подвижных форм Pb в 2,5 раза. В твердой фазе пыли на этом участке (1999 г.) подвижные формы свинца составляют 60%, и общее аэротехногенное поступление свинца за 10-тилетний период сопоставимо с приростом ПФ этого металла в почвах. Доля ПФ Zn в почвах за этот период увеличилась в 3,6 раза, при этом общее поступление цинка аэротехногенным путем на порядок ниже - вероятно более существенную роль в загрязнении подвижным цинком нижних террас р. Ардон играют поверхностные воды и арыки.