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

Пряничникова Елена Владимировна

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Введение

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 в 1999 г., на эколого-геологической межвузовской студенческой школе в 2000 г. (г. Санкт-Петербург); на III Международном совещании в 2001 г. (г. Новороссийск); на V и VII Международных конференциях в 2001 и 2005 г.г. (г. Москва) и на II Всероссийской научно-практической конференции 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.

Глава 1. Общая характеристика района.

Район исследований находится в горной части Северной Осетии, характеризующейся широким спектром ландшафтных условий и природных ресурсов, сложным, сильно расчлененным рельефом с большими амплитудами относительных и абсолютных высот. В Горной Осетии расположены пять параллельных хребтов, вытянутых с севера-запада на юго-восток. Наиболее южное положение занимает водораздельный Главный Кавказский хребет, севернее расположен Боковой, затем - Скалистый и Пастбищный, а еще далее на севере, перед равниной, лежит Лесной хребет (). Горы резко расчленены многочисленными реками и их притоками на ряд узких и длинных ущелий различных направлений. Наиболее протяженные ущелья имеют субмеридиональное направление и сформированы такими реками, как Ардон, Урух, Фиагдон, Гизельдон - наиболее крупными притоками основной водной артерии республики - р. Терек.

Изучаемый район (рис. 1) находится в долине между Боковым и Скалистым хребтами (Садоно-Унальская котловина), в бассейне р. Ардон и ее притоков (р.р. Уналдон, Майрамдон). Садоно-Унальская котловина выработана регрессивной эрозией рек в области распространения легко поддающихся денудации песчано-сланцевых толщ средней юры. Здесь преобладает эрозионно-аккумулятивный рельеф. Территория характеризуется средне-высокогорным рельефом: перепады высот - от 900 до 3000 м над уровнем моря. Скалистый хребет сложен, в основном, верхнеюрскими и нижнемеловыми известняками и доломитами, Боковой - нижнеюрскими сланцами и докембрийскими гранитами.

Водные системы района - типичные горные реки с ярко выраженным ледниковым режимом, маломинерализованные (