CC BY
21
УДК 556.166:553.7 ББК Д460
А НУЖЕН ЛИ ЧЕРНОЗЕМУ НИКЕЛЬ?! ПОВЕРХНОСТНЫЕ И ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ И ИХ БУДУЩЕЕ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ НИКЕЛЯ НА ЧЕРНОЗЕМЬЕ
Медовар Юрий Анатольевич,
кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник лаборатории геологических проблем рхраны окружающей среды Институт водных проблем РАН (г. Москва)
Аннотация. В статье рассматриваются некоторые аспекты взаимодействия поверхностных и подземных вод в бассейне р. Дон и его притоков. Приведены негативные аспекты разработки месторождения никеля в Новохоперском районе, связанные с подземными водами. В результате дренирования вод происходит увеличение мощности зоны аэрации, и, как следствие этого, уменьшается плодородие почв. Создание хвостохранилищ на поверхности черноземов приведет к полной деградации последних.
Вместе с тем, на участке месторождения встречены минеральные воды, которые можно использовать для лечебных целей! Переориентация добычи никеля на создание санаторно-курортной зоны есть благо для населения Воронежской и сопредельных областей!
Ключевые слова: чернозем, поверхностные и подземные воды, загрязнение.
DOES CHERNOZEM NEED NICKEL?! SURFACE AND SUBSURFACE WATERS AND THEIR FATE, IF NICKEL DEPOSITS ARE DEVELOPED IN CHERNOZEM
AREA
Medovar Yu.A., Dr. Sci., Senior researcher
Abstract. The article discusses some aspects of the interaction between surface and subsurface waters in the basins of the Don and its tributaries. Nickel deposit development in Novokhoperskii district is discussed in the context of its adverse effect on groundwater. Water drainage will cause an increase in aeration zone thickness, resulting in a decrease in soil fertility. The construction of tailing ponds on chernozem soil surface will lead to complete degradation of the soil.
At the same time, mineral waters, which have been found to occur in the deposit area, can be usedfor medicinal purposes. The creation of a sanatorium-and-spa zone as an alternative to nickel mining would be a contribution to the public weal in the Voronezh and nearby provinces.
Key words: chernozem, surface and subsurface waters, pollution
По данным ВОЗ (Всемирной организации здравоохранения), питьевая вода является вторым после бедности фактором риска нарушения состояния здоровья человека. По данным ООН, более половины людей на планете употребляют воду, непригодную для пития. В результате в мире от этого уми-
рает около 25 миллионов человек. Наивысшее качество воды в Финляндии, Канаде и в Новой Зеландии. Мы находимся на седьмом почетном месте, но тут следует отметить, что в настоящее время у нас промышленность не работает на полную катушку. В России сложилась парадоксальная ситуация. Мы
занимаем второе место, вслед за Бразилией, по запасам пресной воды в мире, но вода на нашей территории распределена неравномерно. На 80% населения европейской части приходится лишь 8% запасов. А вот в Сибири воды действительно много, правда, это не означит, что всю ее можно использовать для целей водоснабжения (пить). Около 600 тысяч человек может использовать в качестве водоснабжения водные объекты первого класса, не требующие очистки. Остальные водоемы, используемые для водоснабжения, относятся к третьему классу опасности и требуют строительства дорогостоящих очистных сооружений.
По уровню потребления воды мы обошли Западную Европу. В России в среднем на человека в сутки тратится 300 литров (в Москве значительно более). При таких расходах к середине нынешнего века мы можем столкнуться с серьезным дефицитом каче-
Таким образом, мы пришли к выводу, что вода является одним из основных компонентов геологической среды, необходимой для нормального существования человека. Ниже рассмотрим, а что же происходит с водными ресурсами в Воронежской области, и что может с ними произойти после того, как на территории будет разрабатываться месторождение никеля.
На территории Воронежской области пресные подземные воды приурочены к четырем основным водоносным комплексам, широко используемым для водоснабжения: неоген-четвертичному, меловому (турон и сеноманскому) и девонскому.
Водоносный комплекс неоген-четвертичных отложений распространен практически повсеместно и включает несколько водоносных горизонтов. В верхней части разреза (от 1 до 30 м) содержатся преимущественно грунтовые воды. Воды гидрокар-
ственной питьевой воды. Поэтому будущее России должно быть связано не с экспортом нефти и газа, а с развитием ресурсосберегающих отраслей промышленности и сельского хозяйства. Однако вернемся к качеству воды. Самая страшная проблема для России сегодня - не количество воды, а ее качество. Установлено, что на нашей территории, ежегодно более 10 млн человек употребляют воду центральных систем водоснабжения, не отвечающим гигиеническим требованиям. В нашей стране не проводились исследования в области зависимости качества жизни населения от качества потребляемой питьевой воды. Но используя опыт других стран, можно с уверенностью сказать, что такая связь существует. В таблице приведены некоторые примеры такой связи между конкретными химическими элементами, концентрация которых превышает ПДК (предельно допустимую концентрацию) и видом заболевания:
бонатные и сульфатно-гидрокарбонатные кальцие-во-натриевые с минерализацией до 0,4 г/л, реже 1 г/л [2].
Водоносный комплекс меловых образований включает водоносные горизонты песчаных отложений альба и сеномана и мергельно-меловых - туро-на и сантона, общей мощностью от 145 до 290 м. Имеет прерывистое распространение, отсутствует в долинах крупных рек. Водообильность с Воды гид-рокарбонатно-кальциевые с минерализацией от 0,2 до 0,4 г/л.
Водоносный комплекс карбонатных отложений верхнего девона включает десять водоносных горизонтов, представленных известняками и доломитами. Мощность комплекса изменяется от 70 до 300 м. Воды эксплуатируемых горизонтов -гидрокарбонатные магниево-кальциевые с минерализацией 0,20,4 г/л. Однако при залегании водоносных пород на
Превышение ПДК По компонентам Вид заболевания
Минерализация воды Заболевание сердечно - сосудистой системы
Натрий, бор, рубидий Нарушение детородных функций женщин, болезни органов кровообращения и пищеварения
Марганец Болезни костно-мышечной и мочеполовой систем, осложнение беременности и родов
Железо общее Аллергические реакции, болезни крови
Алюминий Анемия, циститы и дерматиты
Свинец Задержка психического развития у детей, повышение риска преждевременной смерти, связанное с высоким артериальным давлением
Кадмий Токсическая нефропатия
Кальций, жесткость Увеличение риска развития мочекаменной болезни, нарушение состояния водно-солевого обмена
Фториды Флюороз костной и зубной эмали
246 -I
глубинах 300 м минерализация возрастает до 3 г/л, а состав вод становится сульфатно-кальциевым, практически непригодным к использованию их для водоснабжения.
Водоносный комплекс терригенно-карбонат-ных отложений среднего девона представлен песками и песчаниками, реже известняками и доломитами с прослоями глин и мергелей. Мощность отложений от 40 до 330 м. В северо-восточной части воронежской антеклизы, в интервале 565-608 м в песчаниках вскрыты рассолы хлоридного кальциево-на-триевого состава с минерализацией до 80 г/л и концентрацией брома 277 мг/л.
Непосредственно в районе месторождений залегают 6 водоносных горизонтов, включая эксплуатируемый для водоснабжения населения горизонт в неогеновых отложениях. Непосредственно над рудным телом залегают рассолы, с высоким содержанием различных элементов, прежде всего, брома и йода (до 70 г/л) [2].
В результате эксплуатации рассмотренных водоносных комплексов происходит сработка уровней подземных вод в зоне влияния существующих водозаборов. По состоянию на 2010 г. она достигла 90% от допустимого понижения, что привело к формированию локальных депрессионных воронок.
Основными природными загрязнителями питьевых вод служат железо и общая жесткость, реже марганец. На отдельных участках наблюдается также превышение ПДК по брому (до 5 ПДК), барию (до 2 ПДК) и бору (до 5,6 ПДК).
На современное состояние ресурсов поверхностных вод бесспорно влияют климатические изменения, произошедшие за последние десятилетия в бассейне Дона.
Водные ресурсы бассейна Дона за период 19302005 гг. составляют 26,8 км3/год. Объем годового стока р. Дона у станицы Раздорская за период наблюдений (1881-2005 гг.) составляет 25,11 км3, при максимальном значении - 49,9 км3 в 1942 г. и минимальном - 9 км3 в 1972 г. В естественных условиях за период 1881-1951 гг. объем стока составил - 27,50 км3 (средний расход - 873 м3/с); при регулировании и изъятии стока (1952-2000 гг.) - 21,58 км3 (расход -685 м3/с) [3].
На сегодняшний день естественный режим речного стока ряда рек бассейна нарушен хозяйственной деятельностью человека, основные изменения стока за счет антропогенной нагрузки проявляются ниже Цимлянского водохранилища. Выше Цимлянского водохранилища потери стока за счет агролесомелиоративных мероприятий, промышленного и
сельскохозяйственного водопотребления незначительны как для Верхнего Дона (до г. Задонска), так и для Среднего Дона (до г. Калач) [1, 3].
Основной особенностью современного изменения стока Дона является увеличение в последние десятилетия меженного стока. Для всех створов выявлены статистически значимые возрастающие тренды. Водность реки в период межени в 19702005 гг. была на 30% выше, чем за предшествующий период наблюдений.
К одной из причин, повлиявшей на изменения меженного стока р. Дон, можно отнести метеорологический фактор. Для оценки их роли были рассчитаны парные и множественные коэффициенты корреляции меженного стока с осадками за холодный и теплый периоды года. Множественный коэффициент корреляции меженного стока с вышеперечисленными переменными равен около 0,7-0,75. Связь меженного стока со значениями температуры воздуха как за холодный, так и за теплый периоды отсутствует.
Для детального анализа изменений меженного стока в бассейне Дона рассмотрены его изменения практически по всем створам самой реки и ее притоков. Показано, что интересно то, что за последние 35 лет меженный сток постоянно увеличивается (рис. 1). Более того, аналогичным ростом характеризуется также минимальный месячный сток за год и в низовьях Дона [3].
Наблюденный месячный сток как летней, так и зимней межени существенно превысил соответствующие величины за предшествующий многолетний период времени, который нередко принимался за норму. Анализ динамики меженного стока показал, что подобный рост стока происходит за счет увеличения частоты и продолжительности оттепелей, и уменьшения глубины и продолжительности промерзания почв и пород зоны аэрации; а также увеличения питания и повышения уровней грунтовых вод, дающих базовое меженное питание рек. По данным воднобалансовых станций (ВБС), расположенных в бассейне Дона (Нижнедевицкая ВБС, обсерватория «Каменная степь»), увеличение меженного стока достигает 60% (рис.1).
Из-за увеличения числа оттепелей и суммы осадков за холодный период на большинстве пересыхающих рек наблюдается увеличение объема половодья и сокращение продолжительности бессточных периодов . При этом процент пересохших в конце XX в. рек в общем числе потенциально пересыхающих рек уменьшился с 60 (1960-е гг.) до 20% (1990-е гг.) [1,3].
Рисунок 1. Изменение доли меженного (в общем объеме годового) стока за 1880-2005 гг.
Таким образом, в последние десятилетия произошло увеличение меженного и минимального стока р. Дон. Для всех наблюдаемых створов выявлены статистически значимые возрастающие тренды за период 1970-2005 гг.
После проведенного краткого анализа современного состояния водных ресурсов можно заметить, что не все так плохо с поверхностными и подземными водами на территории Воронежской области, как и впрочем, в бассейне р. Дон.
Проект разработки месторождений выполнен Уральским горно-металлургическим комбинатом (УГМК), но в доступных материалах он отсутствует. По мнению чл.-корр. РАН, проф. Воронежского университета Н.Г. Чернышова [4] добычу руды необходимо проводить шахтным способом с глубиной основных стволов шахт до 2000 м. Шахты будут обводняться при пересечении нескольких водоносных горизонтов с пресной и минерализованной водой. По его оценкам, в шахту будет поступать 3 тыс. м3/сут подземных вод различного состава. В том числе, воды не только питьевого качества из эксплуатируемых горизонтов, но и рассолы с высоким содержанием брома и йода, дренирование и накопление которых на поверхности земли представляет особую опасность для черноземов. Для того чтобы избежать обводнения шахт, Н.Г. Чернышов предлагает не только цементировать их стволы, но и замораживать весь ствол, что требует, конечно, дополнительного экономико-технологического обоснования [4]. Правда, в одной из телепередач по НТВ г-н Чернышов заявил, что замораживать надо не весь ствол шахты, а только его верхнюю часть. А именно зону активного водообмена на глубину до 100 метров. Хотя реальную угрозу черноземам как раз представляют рассолы. А если не замораживать шахтный ствол на всю его глубину заложения, что практически нереально, тогда необходимо откачивать воду, чтобы она не достигала рудного тела. При откачке
воды формируется депрессионная воронка с центром на забое ствола шахты. На кафедре гидрогеологии МГУ провели расчеты радиуса воронки депрессии на два периода. Первый - при вскрытии месторождения, которое принималось за два года, и второе - при разработке собственно месторождения, условно принимаемого за 10 лет. Расчет выполнен для всех водоносных горизонтов разреза по формуле [5]:
г = 3(а1)1/2, где
а - коэффициент пьезопроводности, м2/сут, 1 - время вскрытия месторождения (730 суток) и время разработки рудного тела (3650 суток).
Оценочные расчеты радиуса воронки составили для периода вскрытия - 11 км, а для периода разработки - 26 км. Следует отметить, что при расчетах условно не учитывался: напорный характер подземных вод отложений девона и протерозойско-ар-хейских (см. рисунок 2).
Рисунок 2. Развитие депрессионной воронки
248 -!
В пределах площади распространения депрес-сионной воронки, а эта площадь составит приблизительно 3 тысячи квадратных километров, следует ожидать возникновения негативных явлений, которые пагубным образом могут повлиять на жизнедеятельность человека, да и на всю экосистему в пределах этой площади. Снижение уровня подземных вод приведет к увеличению мощности зоны аэрации, что вызовет интенсивное окисление органических веществ почв и тем самым снизит их плодородность. Как следствие, понижение уровня подземных вод приведет к нарушению связи между поверхностными и подземными водами, а существенные затраты природных вод для разработки месторождений могут привести к полному уничтожению водоемов, снижению водности рек, их обмелению, а это приведет в дальнейшем к гибели в них фауны и флоры.
По технологическому циклу работы горно-обогатительного комбината (ГОК) для извлечения полиметаллов требуются большие объемы воды, которые обычно берутся и сбрасываются в окрестные реки. В районе указанных месторождений это река Сава-ла - правый приток р. Хопер с площадью водосбора 7720 км2 и средним расходом 20 м3/с. Без должной очистки сточных вод бассейны рек Хопер и Дон будут загрязнены.
Опасный источник загрязнения природных поверхностных и подземных вод представляют собой сульфиды в рудосодержащей породе, которые совместно с другими твердыми отходами обычно складируются в хвостохранилищах. Участки под такие хво-стохранилища требуют специальной подготовки (изоляция снизу и сверху, дренаж, постоянный экологический контроль и т. д.). Не менее острую проблему представляет также мышьяк и сурьма в мед-но-никелевых рудах. В воронежских месторождениях мышьяка примерно 0,05%, а в концентрате уже 0,1%. При поверхностном накоплении подобных токсичных отходов не исключено образование кислотных дождей с известным влиянием на окружающую гидробиоту. Существенным негативным влиянием на загрязнение атмосферы при разработке никелевого месторождения являются выбросы СО2 и 8О2 с последующим их растворением атмосферными осадками и формированием в них за счет азотной, серной и угольной кислот, кислых рН. При этом величина рН может достигать 2-4, что обуславливает их общекислотную агрессивность, пагубно сказывающейся на окружающей территории. Причем под влиянием ветров эти осадки могут разноситься на большие расстояния.
Следует также отметить, что месторождения расположены на расстоянии примерно 20 км от г.
Новохоперска (около 7 тыс. жителей) и в 40 км от Новохопёрского заповедника с уникальной флорой и фауной, что потребует особых мер охраны не только заповедника, но и здоровья людей, проживающих в этом районе.
Кроме того, данная территория находится в зоне влияния Шумилинско-Новохопёрского разлома и сейсмически нестабильна, что требует дополнительного микросейсмического районирования рассматриваемой территории.
Учитывая все вышеизложенное, можно прийти к заключению, что проект разработки медно-ни-келевых месторождений Воронежской области крайне сложный и затратный. Возникают подозрения, что проекта в нормативном понимании термина на сегодняшний день и не существует, есть только предложение о разработке месторождений. Нет сведений о предполагаемых видах утилизации отходов, данных о составе стоков в районе добычи и на объектах комбината, объемах сточных вод при флотации сырья и многого другого. В статье рассмотрены лишь некоторые условия разработки месторождений, прежде всего - гидрогеологические, гидрологические и геоэкологические. Однако уже анализа таких условий достаточно для вывода о сложности и затратности реализации предложения. Если этому предложению будет «дан ход», то проекту разработки месторождений необходимо пройти независимую экологическую экспертизу как на стадии ТЭО, так и на стадии технического проекта.
И в заключение мне хотелось бы отметить положительный эффект от уже проведенных геологоразведочных работ. А именно от проходки скважин на территории месторождения. Скважинами вскрыты минеральные воды, которые могут быть использованы для питьевого лечения заболеваний органов пищеварения и при нарушении обмена веществ. На более глубоких горизонтах распространены воды с минерализацией до 10 г/л. Их можно использовать при желудочно-кишечных заболеваниях, болезнях печени и желчного пузыря. Еще ниже залегают воды с минерализацией до 50 г/л, эти воды можно использовать для ванн. Поэтому строительство вместо шахты санаторно-бальнеоло-гического центра не принесет окружающей среде негативных последствий, а принесет существенную прибыль в областную казну, а главное, поможет восстановить здоровье населению нашей страны!!!
Литература
1. Водные ресурсы России и их использование / Под ред. И.А. Шикломанова СПб.: ГГИ, 2008. 600 с.;
249
2. Гидрогеология Европы, т. 1, М.: Недра, 1989
3. Джамалое, Р.Г., Фролова, Н.Л., Киреееа, М.Б., Саф-ронова, Т. И. Изменение подземного стока бассейна Дона под влиянием климата // Водные ресурсы. 2010, Т. 37, № 5, с. 733-742.
4. Сообщения Н.Г. Чернышова на конференциях и в СМИ http://kprf.ru/dep/105582.html
5. Питьееа, К.Е. Гидрогеология района: ожидаемые последствия планируемых разработок Еланского и Ел-кинского медно-никелевых месторождений в Воронежской области. В сб. Комплексная экспертная оценка целесообразности и возможных последствий планируемых разработок медно-никелевых месторождений в Воронежской области. М. 2012. - С. 52-71.
250
