Город Карабаш располагается в Челябинской области, в 50 км к северу от города Миасс, на Южном Урале. Экологическая обстановка в районе города Карабаш наиболее плачевная из всех горнорудных территорий Южного Урала. В городе постоянно чувствуется запах серной кислоты, а на поверхности земли в сухую погоду появляются сульфатные «цветы» и «медная зелень». Источниками техногенного загрязнения территории являются: перерабатывающий комплекс, созданный в начале прошлого века для переработки медных руд, а, позднее – медных концентратов; флотационная фабрика (поставщик «хвостов»); отвал гранулированных металлургических шлаков (объем 19 млн. т.); отвалы вскрышных пород. [1, с. 23]. Техногенное воздействие Карабашского медеплавильного завода на экосистему продолжается с перерывами (завод не работал с 1989 по 1998 гг.) уже более ста лет.
В минералогическом составе выбросов можно выделить «первичные» минералы перерабатываемых медных концентратов (пирит, халькопирит, сфалерит, галенит, кварц, слюда, хлорит и др.), а также минералы, образование которых связано с металлургическим процессом. К последним относятся металлургические шлаки, состоящие из железо-силикатного стекла и шпинелеподобных фаз медно-цинкового состава, глет, цинкит, гипс, англезит, ангидрит, ганнингит [5, 6].
Рис.1.Схема отбора проб почв в городе Карабаш.
Полевые исследования и отбор проб в природных и природно-техногенных ландшафтах проводили в соответствии с рельефом местности и выделением сопряженных элементарных геохимических ландшафтов, связанных в единую схему пространственной миграции вещества. Т.е. для отбора проб выбирали элемент рельефа с однородными породами, почвами и растительным покровом. В итоге заложены мониторинговые площадки, расположенные как непосредственно под факелом медеплавильного завода, так и в нарастающем удалении от него по розе ветров.
Полевые и лабораторные исследования загрязненных металлами почв и почвенных образцов осуществляли согласно «Методическим рекомендациям по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами». Отбор проб почв осуществляли с интервала 0–5 см, при этом опробовали, как правило, горизонт А [2, стр. 17–25]. Аналитические исследования проведены в Южно-Уральском центре коллективного пользования по исследованию минерального сырья (в ИМин УрО РАН) с использованием атомно-абсорбционных спектрофотометров (Perkin-Elmer 3100 и Aanalyst 300), а также масс-спектрометрометра с индуктивно-связанной плазмой (Agilent 7700x).
Валовый микроэлементный состав почв в точках отбора пронормирован на среднее содержание элементов в земной коре [4], что отражено на графиках распределения элементов (рис. 2).
Рис.2. Значения коэффициентов кларковых концентраций элементов почв в г. Карабаш (c отражением максимальных и минимальных значений).
По сравнению с кларковыми значениями, в почвах г. Карабаш выявлено обогащение As, Cd, Cu, Se, Pb, Sb, Zn, Ti более чем в 100 раз, Sn, Mo, Tl, Ni, Mn превышение от 2 до 20 раз. Co, Ge, Fe, Ba, Cr характеризуются небольшими коэффициентами концентрации (меньше 2), а W, V, U, Li, Y, Sc, Sr, Al, Be, Rb, Th, Nb, Zr, Hf и вовсе находятся в меньших количествах чем в среднем в земной коре. Почвы Карабаша также обеднены элементами группы РЗЭ.
В характеристике почв города Карабаш, в спектре аномальных элементов на первое место выходит As, в целом весь ряд халькофильных элементов имеет весьма большие коэффициенты концентрации относительно кларковых значений. Это явное свидетельство того, что почвы «заражены» продуктами деятельности медеплавильного завода.
Суммарный показатель химического загрязнения почв на всей территории г. Карабаш свидетельствует об уровне «экологического бедствия». Около 70 % исследованной территории характеризуются суммарным показателем загрязнения, превышающим значение 128. Наиболее значимые химические элементы «городской ассоциации» (As, Cd, Cu, Se, Pb, Sb, Zn,) распределены на поверхности практически одинаково: максимальные концентрации приурочены к площадям, примыкающим к действующим производствам медеплавильного завода, и убывают к их периферии – к окраинам города.
Вычисленные коэффициенты суммарного показателя загрязнения по валовому составу почв в некоторых случаях не отображают реальную картину, поскольку не учитывается форма нахождения металлов в почвенном слое. Для определения доступных форм металлов в почве используют вытяжки с применением ацетатно-аммонийного буфера. Для установления количества подвижных форм металлов проведен эксперимент по получению ацетатно-аммонийных вытяжек из почв на мониторинговых площадках, с последующим измерением в них спектра металлов, аналогичного валовому составу почв с этих площадок. Полученные результаты отражены на гистограммах (рис. 3).
На гистограммах (рис. 3) отчетливо наблюдается резкое снижение концентраций с удалением от источника эмиссии. Для Сu четко виден переход от буферной зоны к условно-фоновой. Для Zn область буферной зоны, исходя из полученных значений (если принять ОДК по этому элементу 150–300 мг/кг), несколько расширяется, что может быть связано с химическим и гранулометрическим составом технологических пылей. Концентрации Cu и Zn значительно повышаются в 4 км от труб медеплавильного завода в южном направлении, что объясняется особенностью геоморфологии в данной точке наблюдения. Мониторинговая площадка заложена на склоне
достаточно высокой сопки, обращенном в сторону завода и принимает на себя пылевой поток при ветрах южного направления. Повышенные концентрации этих элементов в 6.5 км от труб завода в южном направлении объясняются ветровым разносом вещества хвостохранилища, расположенного в этом районе. Аналогичные закономерности наблюдаются в распределении Pb и Cd.
Скачок концентраций Ni и Сo (4 км южное направление), может объясняться наличием здесь природной минерализации Ni и Co, чему способствует тип пород этой территории (аподунит-гарцбургитовые серпентиниты). Похожая картина наблюдается в 13 км (район дер. Сактаево), где залегают аналогичные породы Таловского массива.
Проблема заложения фоновых площадок в условиях широкого развития горнопромышленного производства на Урале не раз отмечалась исследователями, поскольку в настоящее время, при имеющемся распределении производств, найти площади нетронутые техногенезом практически невозможно.
Необходимо отметить, что, несмотря на аномально высокие концентрации, полученные для гумусово-аккумулятивного горизонта, основная часть металлов в них находится в прочносвязанной форме.
Присутствие большого количества Fe в составе выбросов не приводит к повышению его содержания в почвах импактной зоны на фоне высоких природных концентраций (первые проценты). Как показал эксперимент, Fe находится в прочносвязанной форме, доля его подвижных форм не превышает 2 %, а на фоновых территориях сотые доли процента.
На фоновых и условно-фоновых территориях количество подвижных форм Cu в горизонте А, не превышает 8 %, независимо от различий в валовых концентрациях. В направлении перехода буферной зоны в импактную наблюдается повышение доли подвижной Cu до 26 % в горизонте А.
В горизонте А на фоновых территориях доля подвижного Pb находится в пределах первых процентов, а зоне техногенеза абсолютные значения концентрации подвижных форм Pb отличаются как минимум на два порядка.
Значения долей подвижного Cd в горизонте А, в среднем, составляют 44 % независимо от зоны воздействия. Тип таких соединений Cd и их происхождение, особенно на фоновой территории, неясен. Абсолютные концентрации Cd в горизонте А не превышают 4.5 мг/кг (за исключением ближайшей к заводу площадки – 9.2 мг/кг), что не намного превышает ОДК для почв (3–3.5 мг/кг) [3, с. 61–73, 2, с. 65–69].
Таким образом, установлено накопление ТМ почвенным слоем, которое выражается в увеличении концентрации их в верхних слоях почвы – 5–12 см (независимо от типа почвенного горизонта). На формирование почвенных растворов горизонта А существенное влияние оказывает тип атмосферных осадков и техногенных выпадений, трансформируемых наземной растительностью. Рассматривая состав почв и экспериментальных вытяжек границу импактной зоны можно провести на расстоянии до 5 км, а буферной – до 15–18 км от Медеплавильного завода.
Список литературы:
- Аминов П.Г, диссертация «Биогеохимия тяжёлых металлов при горнопромышленном техногенезе (на примере Карабашской геотехнической системы, Южный Урал», Учреждение Российской Академии Наук. Институт минералогии Уральского отделения РАН. – Миасс, – С. 17-25, 65-69.
- Белогуб, Е.В., Удачин, В.Н., Кораблев, Г.Г. Карабашский рудный район. Материалы к путеводителю геолого-экологической экскурсии. Научное издание. – Миасс: Имин УрО РАН, 2003. – С. 23.
- Копцик, Г.Н. Устойчивость лесных почв к атмосферному загрязнению Лесоведение. – 2004. – С. 61-73.
- Taylor and McLennan (1985). Taylor S. R., and McLennan S. M. (1995) The geochemical evolution of the continental crust. Rev. Geophys. – V 33. – P. 241-265.
- Udachin, V.N., Williamson, B.J., Purvis, O. W., Spiro, B., Dubbin, W., Herrington, R.J., Mikhailova, I. Assessment of environmental impacts of active smelter operations and abandoned mines in Karabash, Ural Mountains of Russia // Sustainable Development. – 2003. – V. 11. – P. 1-10.
- Williamson, B.J., Mikhailova, I., Purvis, O.W., Udachin, V. SEM-EDX analysis in the source apportionment of particulate matter on Hypogimnia physodes lichen transplants around the Cu smelter and former mining town of Karabash, South Urals, Russia // The Science of the Total Environment. – 2004. – V. 322. – P. 139-154.[schema type=»book» name=»ОСОБЕННОСТИ МИКРОЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА ПОЧВ В РАЙОНЕ МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА (Г. КАРАБАШ, ЮЖНЫЙ УРАЛ)» author=»Сибиряков Павел Александрович, Аминов Павел Гаязович,Филиппова Ксения Александровна,» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-06-02″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)» ebook=»yes» ]