--PAGE_BREAK--Глава 3. Источники загрязнения и механизмы поступления тяжелых металлов на территорию района.
На территорию района поступление ТМ происходит в составе двух антропогенных потоков: водного (с водами р. Уналдон по системе арыков), наиболее значимого для цинка, и аэрального (за счет дефляции сухой части хвостохранилища), более значимого для свинца.
Река Уналдон, в верховьях которой находится рудник Холст и поисково-разведочные штольни полиметаллических месторождений — Джими, Уарахком, Хороновское, а также поля рассеяния сульфидов рудопроявлений Сухой Лог, Ахшартырахское, Верхнеунальское и Крутое, собирающая стоки с отвалов Холстинского и Джимидонского ущельев, содержитв аллювии и взвеси высокие концентрации ТМ.
Наиболее загрязненные участки р. Уналдон (табл. 1) относятся к зонам непосредственного влияния отвалов и штолен (р. Джимидон — отвалы штолен N 3, 45, руч. Верхнеунальский — штольни N, 8, 47-месторождение Джими-Бозанг; руч. Холстдон — отвалы штольни Нижняя, р. Уналдон после впадения всех притоков — отвалы штольни N 43, штольня N44 -месторождение Холст), а также к участку после впадения всех притоков до устья. Средние значения Ксв районе отвалов составили: для цинка — 44, для кадмия — 95, для свинца — 7. В нижнем течении отмечается падение концентраций Zn и Cd (Кс для Zn — 20, Cd — 52) и увеличение Pb (Кс — 17). Превышение предельно допустимых концентраций для водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования отмечается только для кадмия. Он тесно связан с цинком (этот факт подтверждается их тесной корреляционной связью (0,989, r1% = 0,708, n = 12)) что, несомненно, является следствием его изоморфизма цинку.
В пробах, отобранных в районах влияния отвалов, и в штольневых водах характер вод с гидрокарбонатного меняется на сульфатный. Несмотря на большое количество сульфатов и повышенную минерализацию относительно природных уровней, воды остаются нейтральными. В устье р. Уналдон, также увеличивается количество сульфат иона. По даннымпоследних двух лет (2003 — 2004 г.г.) характер вод в устье сменился на сульфатный, что может быть связано с катастрофическим сходом селевого потока в 2001 г. по ущельям р.р. Майрамдон и Уналдон, в результате которого некоторые отвалы, расположенные на склонах речных долин, были смыты в реку.
Река Уналдон, содержит высокие концентрации ТМ (в основном Pb и Zn, в меньшей степени Cu, Ag и Cd) во взвеси. Концентрации ТМ во взвесях достигают 4100 мг/кг цинка, 400 мг/кг свинца и 300 мг/кг меди. В среднем по р. Уналдон свинец больше переносится во взвешенной форме (>50% после впадения основных притоков), чем цинк (25%).
В результате литохимического опробования р. Уналдон и ее притоков практически на всем ее протяжении выявлены повышенные содержания Zn, Pb, Ag, Cu, Cd, As, Co, Bi, и Li, значительно превышающие фоновые концентрации для данного района (табл. 2). В качестве фоновых были взяты пробы из Среднего ручья, в бассейне которого отсутствуют рудопроявления, штольни и отвалы, являющиеся основными загрязняющими факторами.
Концентрации цинка в донных отложениях р. Уналдон только в единичных пробах не превышают минимально аномального значения. Это же, в несколько меньшей степени, относится к концентрациям свинца и серебра. Для остальных элементов, помимо участков отвалов, аномальные содержания в донных отложениях отмечаются в нижнем течении р. Уналдон.
Загрязнение донных отложений носит комплексный характер. Основные загрязнители: Zn, Pb, Ag, As, Cu, Sn, Bi. Суммарный показатель загрязнения в районе отвалов (руч. Джимидон, Верхнеунальский) по данным 1997 — 1998 годов достигает 128, что является высоко опасным уровнем и характеризует экологическую обстановку, как чрезвычайную. Для участка нижнего течения р. Уналдон после впадения основных притоков значения Zc несколько ниже: среднее — 27, что соответствует умеренно опасному уровню загрязнения (рис. 2).
В 2001 году после катастрофического схода селевого потока, экологическое состояние донных отложений значительно ухудшилось. В 2003 году было опробовано русло р. Уналдон ниже впадения основных притоков. Сравнение концентраций основных загрязняющих веществ по этому участку в 1998 и 2003 г.г. приводится в табл. 3.
Среднее значение суммарного показателя загрязнения на этом интервале русла в 2003 г. составило 70, максимальное — 123 (в 1998 г. — максимальное 64) (рис. 2). Основной вклад в загрязнение вносят: Zn>Pb>Ag>Sn>As>Mo>Cu. Таким образом, уровень загрязнения данной территории после 2001 года стал высоко опасным, что еще раз подтверждает тезис о том, что горные районы являются территориями с высоким риском экологических катастроф.
Загрязнение донных отложений реки Уналдон, сохраняющееся в течение длительного времени, представляет несомненную опасность, поскольку способно стать источником вторичного загрязнения поверхностных вод.
Влияние вод р. Уналдон на загрязнение р. Ардон вследствие большой разницы расходов и высокой степени загрязненности самой р. Ардон незначительно. Более существенную роль играет хвостохранилище, слив которого непосредственно попадает в р. Ардон. Концентрации Pb в р. Ардон ниже хвостохранилища в среднем в 2 раза выше, чем до хвостохранилища и впадения р. Уналдон, а содержания в сливе хвостохранилища, в свою очередь, в 2 раз выше, чем в устье р. Уналдон. Для Zn и Cd в последнем случае наблюдается обратная картина.
Абсолютные цифры выноса тяжелых металлов с водами р. Уналдон при расходе воды 0,95 м3/сек. (сентябрь 2004) составили: свинец — 0,37 кг/сут., цинк — 32 кг/сут., кадмий — 0,136 кг/сут. Вынос ТМ со сливом хвостохранилища в осенний период (2004 г.) составил: Pb — 0,187 кг/сут., Cd — 0,008 кг/сут., Zn — 0,27 кг/сут. Таким образом, со сливом хвостохранилища в р. Ардон поступают сопоставимые с выносом р. Уналдон количества свинца. Только вынос цинка и кадмия р. Уналдон, водосборная площадь которой включает в себя многочисленные рудопроявления, отвалы и штольни, существенно преобладает над поступлением со сливом хвостохранилища.
Воды р. Уналдон интенсивно используются для полива садов и огородов. Коэффициенты концентрации в воде арыков достигают по Zn — 22, по Pb — 30. Содержания ТМ в донных отложениях арыков аналогичны содержаниям в донных отложениях устья р. Уналдон. Поступление металлов только с водой одного арыка при расходе 0,02 м3/сек. составляет n г/сут. Pb, nћ100 г/сут. Zn. Поступление вод р. Уналдон с высокими содержаниями ТМ в аллювии и взвеси в арычную сеть способствует формированию контрастных ореолов рассеяния токсичных микроэлементов в почвах сел. Унал. Это определяет высокие содержания токсичных элементов в растительной массе, а именно в овощах и фруктах, что неизбежно наноситвред здоровью человека.
Существенным фактором, определяющим загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами (Pb, Zn, Cu, Cd), является дефляция поверхности хвостохранилища. Оно расположено в пойме реки Ардон (на левом берегу) в 500 м севернее сел. Н. Унал (рис. 1). Ложем хвостохранилища являются галечники р. Ардон. Правый борт отделен от русла реки бетонной дамбой, укрепленной с низовой стороны железобетонной подпорной стеной. Левый — достаточно близко подходит к . По гребню дамбы проложен пульпопровод с ответвлением трубопроводов для слива пульпы в хвостохранилище. В чаше хвостохранилища устроено водосборное сооружение шахтного типа с отводящим трубопроводом, по которомуосуществляется сброс в р. Ардон осветленной части, поступившей в хвостохранилище пульпы. В целях предотвращения дефляции используется принудительное орошение. С низового бьефа дамбы у водосборного колодца установлены насосы, подающие осветленную в хвостохранилище воду на пылеподавление намывного пляжа в верхнем бьефе. При интенсивном орошении значительная часть хвостов находится под зеркалом воды, что затрудняет доступ кислорода в глубокие слои и замедляет процессы окисления сульфидов. Однако, как правило, только около 50% поверхности хвостохранилища покрыто водой. В зимний период полив не производится, и в малоснежные годы ветровая эрозия с поверхности хвостохранилища достаточно интенсивна (район характеризуется сильными долинными ветрами вдоль ущелья, что не было учтено при строительстве хвостохранилища).
По данным комбината на 1.01.1998 года объем хвостов составил 3766 тысяч тонн, в том числе 6448 тонн свинца, 5955 тонн цинка, 19 кг золота, 13551 кг серебра, 18 тонн висмута, 14 тонн кадмия.
Опробование поверхности сухой части хвостохранилища выявило следующие средние концентрации металлов (в %*10-3): 40 — Cu, 235 — Zn, 193 -Pb, 2,1 — Ni, 2,8 — Co, 16 — Cr, 4 — V, 0.5 — Mo, 0.4 — Ag, 190 — Mn, 28 — As, 1,3 — Sn, 2,3 — Bi, 168 — Ti, 14 — Zr, 46 — P, 1,2 — B, 0,6 — Cd. По результатам дисперсионного анализа хвостов МОФ (1988 г.) большая часть свинца приурочена к самой мелкой фракции (
Средние количества пыли и содержания в ней основных рудных элементов приведены в табл. 4. На нижних террасах р. Ардон среднее количество пыли в 2 раза выше, чем на верхних и в районе Луарского оползня. При этом в пылевых выпадениях на всей территории превалирует Zn: отношение Pb/Zn на верхних террасах — 0,37, в районе Луарского оползня — 0,46 и только на нижних террасах в соотношении основных рудных элементов увеличивается доля Pb (Pb/Zn — 0,80).
На нижних террасах р. Ардон и макросостав пыли ближе к составу хвостохранилища (более 90% кварца, полевые шпаты > хлорит > слюды). Пыль на верхнем участке отличается меньшим количеством кварца (70%) и хлоритов и большим количеством глинистых минералов. По микросоставу пыль на нижних террасах также близка к составу шлама хвостохранилища, соотношение основных рудных элементов в котором (Pb/Zn) = 0,95.
В среднем, концентрации свинца в пыли на нижних террасах р. Ардон в 2 раза выше, чем на верхних и в 3 раза выше, чем в районе Луарского оползня; концентрации цинкаотличаются меньшей вариацией: на нижних террасах в 1,3 раза выше чем на верхних и в 2,4 — выше, чем на Луарском оползне; концентрации серебра и меди на нижних террасах в 1,5 раза выше, чем на остальных участках.
Рис. 3. Формы нахождения Pb и Zn в пыли в районе Унальского хвостохранилища, мг/кг (1 — верхние террасы р. Ардон, 2 — нижние, 3 — район Луарского )
При исследовании форм нахождения Pb и Zn в твердой фазе пыли, смытой с листьев, было выявлено, что на нижних террасах р. Ардон 60% Pb находится в форме, извлекаемой ацетатно-аммонийным буфером, в то время как на верхних и в районе Луарского оползня доля этих форм свинца составляет 40% (рис. 3). На нижних террасах доля извлекаемых ААБ форм свинца варьирует от 45 до 70% с максимумом в южной части, совпадающим с максимумом валового содержания (в почвах на этом участке ПФ свинца также увеличиваются от устья р. Майрамдон к устью р. Уналдон от 30 до 46%). Существенную долю составляют сульфиды и формы, связанные с окислами и гидроокислами железа и марганца (кислотная вытяжка). На двух остальных участках увеличивается доля свинца, связанного с органическим веществом. В шламе хвостохранилища также велика доля сульфидов (35%) и карбонатов (извлекаемых ААБ — 29%). Значительное участие сульфидов в балансе металлов (достаточно аномальное для зоны гипергенеза, поскольку сульфидные минералы неустойчивы в условиях окислительной ландшафтно-геохимической обстановки) связано с их постоянным поступлением в составе пульпы с пустой породой, попадающей в хвостохранилище с обогатительной фабрики. В свою очередь аэротехногенное воздействие хвостохранилища обусловливает значительное участие сульфидов в балансе металлов верхней части почвенного профиля за счет их постоянного поступления в составе аэрального потока вещества.
Цинк, в отличие от свинца, на нижних террасах извлекается меньше (рис. 3). Здесь доля форм, извлекаемых ААБ, составляет 40%, в то время как на двух остальных — 64 и 67% (в почвах в среднем извлекается 50% ПФ цинка). Существенную долю составляет цинк, прочно связанный в нерастворимых силикатах (остаток), вероятно за счет образования цинковых глинок [Яхонтова Л. К и др., 1978]. На двух остальных участках аналогично свинцу увеличивается доля металла связанного с органическим веществом.
Расчеты интенсивности пылевых выпадений (по данным 2003 г.) показывают, что величина этого показателя в различных участках нижних террас р. Ардон меняется от 74 кг/км2/сутки до 304 кг/км2/сутки (табл. 4). Таким образом в среднем, учитывая средние концентрации ТМ в пыли, поступление свинца на нижних террасах в твердой фазе составляет 50 г/км2/сут., цинка — 61 г/км2/сут. Эти данные не учитывают поступление ТМ с жидкой фазой, которая по нашим данным может составлять до 90% общего аэрального поступления. Общее поступление свинца на территории сада в жидкой и твердой фазе составило 460 г/км2/сут., поступления цинка — 550 г/км2/сут.
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 (Сср.), так и максимальные (Смах), 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>5ћCмин.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>2,5ћCмин.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 Zc 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.
Таблица 6. Площади загрязнения территории района Унальского хвостохранилища по суммарному показателю загрязнения, тыс. м2.
Год
S с Zс>8
S с Zс>16
S с Zс>32
S с Zс>64
допустимый
умеренно опасный
опасный
высоко опасный
1989
621
373
210
44
1993
665
363
143
17
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.
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.
Глава 5. продолжение
--PAGE_BREAK--