CC BY
58
УДК 502. 335+504.3.054
ОТРАЖЕНИЕ ИСТОРИИ ГОРНОЙ И МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ АЛТАЯ XVIII-XIX ВЕКОВ В ЛЕДОВОМ
КЕРНЕ ВЫСОКОГОРНОГО ЛЕДНИКА ГОРЫ БЕЛУХА
12 2 2 С.С. Эйрих , А. Эйхлер , Л. Тоблер , М. Швиковски-Гигар
1 Институт водных и экологических проблем СО РАН, г. Барнаул, E-mail: [email protected] 2Институт Поля Шеррера, Филлиген, Швейцария
На основе данных о концентрациях металлов в керне льда высокогорного ледника г. Белуха, отражающих их атмосферное содержание в период 1700-1900 гг., было показано, что концентрации свинца, меди, цинка, сурьмы и серебра отражают, главным образом, историю региональной горнодобывающей и металлургической промышленности Рудного Алтая. Ртуть, являясь глобальным загрязнителем, отражает как региональные, так и глобальные изменения атмосферных концентраций. Ее концентрации с 1740 г. по 1850 г. в керне увеличиваются за счет вклада региональной составляющей, с 1850 г. региональный вклад уменьшается, а глобальный растет, после же 1880 г. концентрации ртути в большей степени отражают изменение глобального атмосферного фона. При этом наряду с пролонгированной эмиссией кратковременные события (вулканическая эмиссия, пылевой перенос и т.д.) также находят отражение в концентрационных профилях металлов, документированных в ледовом керне.
Ключевые слова: ледовый керн, металлы, ртуть, региональная и глобальная эмиссия, горная и металлургическая промышленность, гора Белуха, Рудный Алтай.
Дата поступления 1.12.2016
Высокогорные внутриконтинен-тальные ледники являются наилучшими природными архивами для изучения региональных особенностей атмосферной эмиссии загрязняющих веществ, так как они обладают наилучшим временным разрешением по сравнению с другими палеоархивами и позволяют рассматривать не только долговременный тренд (на основе усредненных данных по 5-10 летним периодам), но и динамику текущих изменений (в масштабах 1 -2 лет), а также фиксировать кратковременные события (как природные, так и антропогенные). В данной работе подробно рассматривается период 1700-1900 гг., отражающий историю горно-металлургической промышленности Рудного Алтая.
Памяти Филиппа Филипповича Риддера, горного инженера, первооткрывателя, жизнь посвятившего горному делу.
Из истории становления и развития горной и металлургической промышленности в границах Алтайского горного округа
Исторически Рудный Алтай являлся крупным горно-металлургическим центром, функционирующим в рамках обширной Саяно-Алтайской горно-металлургической области, формирование которого обусловлено наличием богатых полиметаллических руд [1]. Металлургия на Алтае возникла благодаря наличию самородной меди, которая, находясь под коркой поверхностных окислов, поддавалась ковке даже в холодном виде. В Афанасьевскую эпоху (конец III - начало II тыс. до н.э.) началась добыча и обработка руды с изготовлением медных орудий, которые в
последующую Андроновскую эпоху (около 1500-1200 гг. до н.э.) были вытеснены более твердыми и прочными орудиями из бронзы, что получило еще большее развитие в Карасукское время (около 1300-800 гг. до н.э.). Для получения бронзы было необходимо олово, источники которого (месторождения кассетерита) были также обнаружены на Алтае. Эпоха поздней бронзы - период расцвета бронзолитейного металлургического производства Алтая, представляющего полный цикл производства, начиная с этапа горной добычи и заканчивая изготовлением готовых изделий. В предгорной зоне Рудного Алтая документированы поселения металлургов, специализирующихся на плавке руды и металлообработке. В эпоху бронзы Руд-но-Алтайский горно-металлургический центр являлся одним из ведущих горнометаллургических центров Евразии.
Сырьевая база Алтая имела большое значение для всей прилегающей территории. Степное и лесостепное Обь-Иртышье в бронзовом веке являлось контактной зоной между Евразийской и Центрально-азиатской металлургическими провинциями [2]. В то же время развивалась добыча золота и серебра. Свидетельство древних разработок месторождений - это так называемые «чудские копи» (многочисленные объекты горнорудного дела), обнаруженные на Алтае. В приложении к докладу «К истории древних горных работ на Алтае» геолога М.Ф. Розена приведен список 91 древней разработки меди, золота и олова. Чудские рудокопы добывали только богатые легкоплавкие руды в верхних зонах месторождений, многие из которых в дальнейшем многократно переоткрывались и использовались в различные исторические периоды.
Так в 1719 г. русские рудознатцы обнаружили в предгорьях Алтая богатые медно-рудные месторождения, об открытии которых стало известно уральскому горнозаводчику Акинфию Демидову. Его заявка на их разработку
и плавку была удовлетворена, и в 1727 г. на Алтае был построен первый медеплавильный завод - Колывано-Воскресенский, который был запущен в 1729 г., он был крупнейшим среди предприятий Демидова на Алтае [3]. Змеиногорская руда оказалась богатой серебром, для извлечения которого требовались специальные печи и особые методы плавки. Промышленная плавка серебра была начата в 1743 г., несколькими годами позже выяснилось, что район Алтая богат как серебряной, так и золотой рудой. После смерти Акинфия Демидова алтайские предприятия по указу Елизаветы I от 1 мая 1747 г. были взяты в ведение императорского Кабинета. По генеральной описи 17451747 гг. при Алтайских заводах числился 1 серебряный рудник, 69 медных, 6 свинцовых, 1 медно-свинцовый и 16 рудников «признаков медных», из которых разрабатывались Змеевский и еще несколько рудников, остальные представляли собой заявки на рудные месторождения. С 1760-х гг. кабинет финансировал строительство новых сереброплавильных заводов и медеплавильного Сузунского [4]. Основные рудники и металлургические заводы Колывано-Воскресенского горного ведомства второй половины XVIII в. представлены на рисунке 1.
Один из самых больших и богатых рудников - Змеиногорский, верхние охристые руды которого содержали большое количество серебра, он давал в XVIII в. основную часть серебра и золота, поступавшего из Сибири. Барнаульский завод после перехода в распоряжение Кабинета был переоборудован для выплавки серебра и стал крупнейшим сереброплавильным предприятием в Сибири. Сереброплавильные и медеплавильные заводы Западной Сибири по масштабам и объемам производства и количеству занятых рабочих принадлежали к крупнейшим предприятиям цветной металлургии XVIII в., 90 % российского серебра производилось на
Алтае. И хотя горнозаводская промышленность в нашей стране по сравнению с Западной Европой появилась сравнительно поздно - лишь во второй половине XVII в., но уже к концу XVIII столетия Россия заняла одно из лидирующих мест в европейском производстве серебра. Максимальный уровень производства серебра достигнут в 1772 г., а затем стал медленно снижаться из-за падения содержания серебра в рудах, хотя добыча и объем переработанных руд продолжали расти (с 1747 по 1793 гг. добыча руд выросла в 30 раз), что наглядно представлено на рисунке 2.
В первой половине XIX в. в связи с истощением наиболее богатого серебряными рудами Змеиногорского место-
рождения рудная база алтайских заводов сместилась на юг, где в 1786 г. Филиппом Филипповичем Риддером было открыто уникальное месторождение полиметаллических руд, богатое Pb, Zn, Ag, Au, ^ и Cd, которое впоследствие стало именоваться в честь его первооткрывателя - Риддерским. В 1791 г. Герасимом Григорьевичем Зыряновым было обнаружено богатейшее Зырянов-ское месторождение, работы на котором велись в течение долгих лет (в настоящее время Зыряновская обогатительная фабрика, Риддерский горно-обогатительный и Риддерский металлургический комплексы действуют в составе АО «Казцинк»).
Рис. 1. Место отбора ледового керна, рудники и металлургические заводы Колывано-Воскресенского горного ведомства второй половины XVIII в. (по [4])
2000000 т
1500000 --
1000000 -
500000 -
т 1500
-- 1000 о
ч а
а о
я ч
з е?
-- 500 £
1747 1750 1755 1760
1765 1770 1775 годы
1780 1785 1790 1793
0
0
Рис. 2. Количество выплавленного серебра и проплавленной руды в XVIII в. в Колывано-Воскресенском горном ведомстве (по данным [5])
На северо-востоке в Салаире ссыльным рудоискателем Дмитрием Поповым в 1781 г. были открыты крупнейшие месторождения серебряных руд, для плавки которых в 1795 г. был построен Гав-риловский серебряный завод, названный по велению Екатерины II в честь горного начальника Алтайского округа Гавриила Качка, при котором много было сделано для горного дела в крае; позже - в 1816 г. рядом был пущен Гу-рьевский сереброплавильный завод.
Со второй четверти XVIII в. до третьей четверти XIX в. включительно основу экономики Алтая составляла горно-металлургическая промышленность. К 1860 г. алтайский горнометаллургический комплекс занимал в России первое место по выплавке серебра и свинца, второе - по производству меди и четвертое - по добыче золота. Ведущий вид продукции Алтайских заводов - серебро - в течение первой половины XIX в. выпускался не ниже официально установленной Кабинетом нормы в 1000 пудов. Это серебро содержало в себе от 2,5 до 4 % золота, что давало 200 % чистой прибыли [6]. Металлургическое производство того времени требовало
большого количества древесины, шедшей на производство древесного уголя, поэтому запасы лесов в окрестностях заводов истощались, и в XIX в. плавка становится все более ресурсозатратной.
Реформа 1861 г., отменившая крепостное право в России, резко изменила социально-экономическую ситуацию в Алтайском горном округе. Ее прямым результатом стало освобождение мастеровых и приписных крестьян от обязательных заводских отработок. Кабинетская горно-металлургическая промышленность вступила в полосу кризиса. С начала 1870-х гг. сереброплавильное производство стало приносить убытки. Отсталая техника, высокие затраты и низкая производительность труда приводили к сокращению выплавки драгоценных металлов [7]. Кроме того, начало 1880-х гг. ознаменовалось мировым падением цен на серебро. Попытки модернизации предприятий не смогли изменить общей тенденции, в 1893 г. ведущие сереброплавильные заводы были закрыты, кабинетская горно-металлургическая промышленность была ликвидирована, и с 1896 г. Алтайский округ перестал именоваться горным [5].
Объект, материалы и методы исследования
Для изучения региональных особенностей атмосферной эмиссии загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу Алтая вследствие антропогенной деятельности горно-металлургической промышленности Рудного Алтая в период 1700-1900 гг., был выполнен детальный послойный химический анализ соответствующей части ледового керна седловины г. Белуха. В июле 2001 г. в седловине г. Белуха (Алтайский горный массив, 49°48' с.ш., 86°34' в.д., высота 4062 м) был отобран 140-метровый керн льда (рис. 1). Все полевые и аналитические работы при отборе и анализе керна были проведены с соблюдением техники «ультрачистого протокола». Гляциохимический анализ был выполнен в Институте им. Поля Шеррера (Швейцария) и подтвердил пригодность этого ледника для палео-архивных исследований [8]. Датирование выполнялось комбинацией несколь-210
ких методов ( РЬ, реперные даты 1963 и 1945 гг. для пиков трития и плутония, трех-параметровый подсчет годовых слоев с использованием 5180 и концентраций ионов аммония), неопределенность датирования составляет ±1-3 года. Рассматриваемая в данной работе часть керна соответствует временному периоду 1700-1900 гг. Ледовый керн для послойного анализа был разрезан в «холодной чистой комнате» при -20°С на фрагменты, затем, после соответствующей процедуры очистки (для проб фирна - удаление наружного слоя ~0,3 см керамическим ножом, для проб льда -удаление верхнего «загрязненного» слоя обмывкой ультрачистой водой), эффективность которой подтверждена радиальным анализом слоев, пробы были подкислены соляной кислотой (до концентрации 0,4 %) для последующего определения металлов и ВгС1 (0,5 %) -для ртути. Далее пробы были оставлены на 12-24 ч. в чистой комнате (класс 100) до дальнейшего анализа. Контроль чи-
стоты процедуры пробоподготовки осуществлялся с использованием «холостой» пробы, приготовленной из замороженной ультрачистой воды (MQ Water). Анализ ртути был выполнен атомно-флуоресцентным методом на ртутном анализаторе «Mercur» (Analytik Jena, Германия) в соответствии с методом US EPA 1631E [9], позволяющем проводить определение Hg на субнано-граммовом уровне (предел обнаружения 0,025 нг/л [10]. Анализ проб на содержание остальных металлов (Pb, Zn, Cu, Sb, Cd, Bi, Ag) был выполнен на масс-спектрометре с индуктивно-связанной плазмой (ICP-SF-MS) Finnigan MAT Element 1 [11-13]. Правильность результатов подтверждена анализом стандартных образцов.
Результаты и обсуждение
В целом, концентрации металлов в части керна льда, соответствующей периоду 1700-1900 гг., варьируют значительно и репрезентативно представляют изменения содержания металлов в атмосфере Алтая за указанный период, которые зависят как от природных, так и от антропогенных факторов. Основными природными источниками поступления металлов являются пыль (dust), почвенная эрозия, извержения вулканов, а антропогенными - разработка месторождений, добыча и плавка руд, сжигание угля. Сезонные различия концентраций металлов в керне могут достигать одного порядка и связаны с изменением метеоусловий в летние и зимние месяцы. Поступление загрязняющих веществ к высокогорным ледникам вследствие конвективного транспорта преобладает в летние месяцы и затруднено в зимние из-за высокой стабильности атмосферы.
Было показано, что при преимущественном движении воздушных масс с запада, юго-запада и северо-запада из-за особенностей метеорологических и орографических условий максимальное влияние на ледник оказывают источни-
ки, находящиеся западнее, северо-западнее и юго-западнее Белухи [14]. Отдельные пиковые концентрации характеризуют кратковременные события: так наиболее высокие пики концентраций ртути и кадмия в керне относятся к 1884 г. и являются сигналами от извержения вулкана Кракатау 1883 г. [12, 15]. Хотя эксплозивная вулканическая деятельность не является основным источником металлов в керне и не все пики концентраций, идентифицированные с помощью exSO42- как сигналы вулканов, сопровождаются также повышением концентраций металлов [11-12]. Наиболее значимый концентрационный максимум для большинства металлов (Zn, Cu, Pb, Cd) обнаружен в 1774 г., что связано с пылевым переносом и подтверждается расчетом факторов обогащения EF (enrichment factors) c использованием Ca в качестве трассера пыли EF(X)=[X/Ca]sample/[X/Ca]reference [12].
Для оценки долговременного тренда и удаления кратковременных флуктуа-ций и спорадических максимумов индивидуальные точечные данные были усреднены по 20-летним периодам. Динамика изменений усредненных 25-летних концентраций свинца, цинка, меди и сурьмы представлена на рисунке 3.
5
О -т-т-т-U |
1650 1700 1750 1800 1850 1900 1950
_ГОДЫ
РЬ --Си «*«*«« Zn .......Sb
Рис. 3. Усредненные по 25-летним периодам (медианы) концентрации металлов (свинец, цинк, медь, сурьма) в ледовом керне г. Белуха
Для всех металлов характерно повышение концентраций, что связано с появлением и деятельностью первого медеплавильного предприятия на Алтае - Колывано-Воскресенского медеплавильного завода. Для свинца было показано, что возрастание концентраций после 1720 г. не может быть объяснено переносом минеральной пыли, т.к. такие элементы, как Са2+, не показывали возрастания в этот период. Однако содержание РЬ в керне хорошо коррелирует с ростом количества выплавленных руд, а также увеличением количества плавильных и металлургических заводов в тот же период, отражая историю локальной эмиссии от горнодобывающей и металлургической промышленности Рудного Алтая [11, 13].
После перехода Змеиногорского рудника в ведение Кабинета добыча руд, а соответственно, и количество проплавленных руд возросли. Добыча серебра достигла максимума в 17701780 гг., что отразилось в росте концентраций свинца, меди и сурьмы в керне. Технология плавки серебряных руд на Колывано-Воскресенских заводах состояла из трех операций. Сырая плавка являлась первой операцией, которая заключалась в первоначальной расплавке руд и удалении верхнего слоя, состоявшего из расплавленных минералов, входивших в состав руды, чтобы сконцентрировать серебро в полуфабрикате (роштейн). Вторая операция - извлечение серебра из роштейна и получение «делового свинца» (веркблей), для этого в расплавленный роштейн добавляли свинец, присоединяющий к себе металлическое серебро (физический сплав свинца с серебром). Третий этап - разделение серебра и свинца, для чего расплав веркблея разогревался до такой температуры, что серебро как более тяжелый по удельному весу элемент оседало на дно печи, а свинец образовывал верхний слой, который сливали [6].
Особенность месторождений Рудного Алтая в том, что они представлены
медно-свинцово-цинковыми рудами, тогда как такие элементы, как сурьма и мышьяк, для этих руд не характерны. Но, как видно из рисунка 3, на протяжении всего изученного периода содержание свинца, меди и сурьмы в керне характеризуется сходной вариабельностью. Это объясняется тем, что в Алтайских серебряных рудах свинца было меньше, чем требовалось для извлечения (1:70 вместо 1:300), поэтому для плавления богатых серебром Змеино-горских руд использовали свинец, доставляемый с Нерчинского завода.
Поставки «нерчинского свинца» в Барнаул были начаты в 1746 г. Но неочищенный свинец с примесью чугуна, серы и «ядовитых шпейзовых материй» был тугоплавким и слишком густым, что затягивало разделительную операцию. Его необходимо было вдвое больше. Нерчинские руды - типично полиметаллические с пониженным содержанием меди, в качестве примесей они содержали мышьяк, сурьму, олово и висмут. Нерчинский глет (суррогат свинцовой плавки) на 30 % состоял из ядовитых химически активных примесей, таких как мышьяк и висмут («арсениче-ских и висмутовых ядовитых материй» [16]). Это наглядно демонстрирует соотношение между среднегодовыми концентрациями свинца и висмута в керне: наиболее высокая его доля, изменяющаяся пропорционально концентрациям свинца в керне, относится к периоду 1740-1790 гг., позже его доля и концентрации снижаются и остаются на этом уровне до конца XIX в. (пиковые кон-
центрации относятся к кратковременным событиям, таким как извержения вулканов и пылевой перенос).
Хотя поставки нерчинского свинца продолжались до 1850 г., но после 1800 г. вдобавок к нерчинскому стал использоваться риддерский свинец: в 18091816 гг. было расплавлено 525 тыс. пудов риддерских руд, получено по 9 тыс. пудов Pb в год. Эта масса свинца использовалась не взамен привозного нерчин-ского, а вдобавок к этому количеству (расход нерчинского свинца составил 36 тыс. пудов в 1810 г.) [16]. Дополнительно использовался свинец, произведенный из свинцовых руд на Алтае, максимальное производство которого приходилось на 1817-1822 гг. и составляло от 17 до 35 тыс.пудов/год.
Изменение доли нерчинского свинца, а соответственно, и атмосферной эмиссии примесей при плавке серебра подтверждается рассчитанными коэффициентами корреляции между содержанием Pb и Sb, а также между содержанием Pb и Bi в керне (табл. 1). Коэффициенты корреляции между содержанием Pb и Zn, а также Pb и ^ не различаются существенно, что объясняется тем, что руды Рудного Алтая являются медно-свинцово-цинковыми, и производство как серебра, так и меди продолжалось в течение всего изученного периода, хотя несколько меньшая доля меди в 1746-1800 гг. может свидетельствовать о меньшей ее эмиссии вследствие выплавки, т.к. нерчинские руды были обеднены медью.
Таблица 1
Коэффициенты корреляции между содержанием свинца и других металлов в ледовом керне г. Белуха, 1746-1900 гг.
Годы Коэффициент корреляции*, г
свинец/сурьма свинец/висмут свинец/медь свинец/цинк
1746-1800 0,73 0,39 0,28 0,23
1800-1900 0,42 0,05 0,35 0,27
Примечание: * - спорадические максимумы концентраций исключены при расчетах.
К середине 1780-х гг. легкодоступные части месторождений были выработаны, так закончился «наивный период» (1747-1784 гг.) в истории горнодобывающей промышленности Колывано-Воскресенских заводов, т.е. эксплуатация залежей руд в приповерхностном залегании, в так называемых зонах выветривания, где были сформированы рудные залежи с самородным металлом [16]. В это время Змеиногорский рудник давал от 75 до 100 % всей руды. Постепенно рудная база алтайских заводов сместилась на юг (полиметаллические Риддерское и Зыряновское месторождения) и на северо-восток (Салаирские месторождения серебряных руд). Недостаток змеиногорских руд компенсировался салаирскими и зыряновскими рудами, доля последних возросла с 1818 по 1825 гг. в 8,7 раз. Зыряновские кварцевые руды были очень богатыми серебром, но в то же время тугоплавкими. Так в 1795-1803 гг. издержки металлургических операций составляли 180 пудов рудного серебра (15 %), в 18091815 гг. - 250 пудов (20 %), в 18251830 гг. - 580 пудов (36,7 %). Рост угаров (разница между количеством рудного и выплавленного серебра) объяснялся снижением использования змеиногор-ских руд в общем количестве проплавляемой руды и достигал на Алтае 44 %, т.к. три четверти руд были тугоплавкими [6]. Соответственно, увеличивалась и эмиссия металлов в атмосферу при их плавке.
Содержание цинка оставалось относительно постоянным до 1800 г., затем постепенно повышалось, что, прежде всего, связано с заменой выработанной рудной базы Змеиногорского месторождения на Риддерскую и Зыряновскую. Руда полиметаллического Риддерского месторождения содержит пять основных металлов: медь, свинец, цинк, золото и серебро. При высоком содержании цинка в рудах ^п -33 %, РЬ - 19 %) он отдельно не извлекался и при плавке поступал в атмосферу в значительных
количествах. «Цинк обычно при нагревании такой руды улетал в воздух, и над медными заводами стояли тучи белого дыма» [17].
Так как с 1789 по 1861 гг. на Алтае была установлена норма выплавки не менее 1000 пудов серебра в год, то использовались большие объемы руды, для расплавки которой требовалось большое количество древесного и каменного угля. К концу первой трети XIX в. для выполнения ежегодного наряда серебра употреблялось более 4 млн пудов (65523 т) древесного угля. Его сжигание сопровождалось значительной эмиссией металлов в атмосферу. Максимальные содержания металлов в керне (особенно цинка и свинца) наблюдались в середине XIX столетия. Резкое снижение концентраций всех металлов произошло во второй половине XIX в., когда кабинетская горнометаллургическая промышленность вступила в полосу кризиса. Падение выплавки серебра произошло быстро: с 1081,5 пуда в 1863 г. до 717,3 пудов в 1869 г. (т.е. на 33,7 %). В 1883 г. выплавлено 334 пудов серебра [7]. Вследствие кризиса, усугубившегося мировым падением цен на серебро, в начале 1880-х гг. ведущие сереброплавильные заводы были закрыты. Ликвидация горно-металлургической промышленности привела к снижению атмосферной эмиссии загрязнителей, что отразилось в ледниковом керне: концентрации большинства металлов (Си, Zn, БЬ, РЬ, Ы) существенно снизились, почти до доиндустриального уровня (рис. 3).
Отличается от вышеперечисленных металлов концентрационный профиль если во второй половине XVIII -первой половине XIX вв. концентрации ртути в керне и объемы выплавки серебра характеризуются сходной динамикой, то к концу XIX в. содержание ртути не только не уменьшается, а напротив, возрастает (рис. 4). Кадмий и ртуть являются попутными компонентами в месторождениях полиметаллических и
свинцово-цинковых руд. При добыче и высокотемпературной плавке металлов, ртуть как легколетучий компонент в первую очередь поступает в окружающую среду. Корреляция концентраций ртути и объемов выплавки серебра в 1747-1890 гг. составила г=0,40, причем до 1850 г. г=0,64, а после 1850 г. - значимой корреляции не выявлено. Таким образом, содержание ртути в керне отражает ее антропогенную эмиссию в атмосферу вследствие высокой летучести при металлургических операциях плавления руды.
В 1830-1840 гг. на Урале и в Сибири бурно развивается золотопромышленность, и Россия по добыче золота выходит на первое место в мире: в 1830-е гг. она производила треть мирового золота, в 1840-е гг. - 47 %, уступив первенство США в 1848 г. после начала там «золотой лихорадки». В Алтайском округе вплоть до 1830 г. добывалось исключительно рудное золото, извлекавшееся из алтайского золотистого серебра. В 17911831 гг. выплавка золота составляла 2025 пудов в год. В 1831-1860 гг. извлечение золота из руд выросло до 30-35 пудов в год, поскольку крупнейший Зыря-новский рудник давал серебро с высокой примесью золота. Кроме серебра на Барнаульском заводе производилась выплавка золота, добываемого по всей Сибири (с казенных и частных промыслов), что также вносило свой вклад в атмосферную эмиссию ртути.
Рис. 4. Среднепятилетние объемы выплавки серебра и концентрации ртути
в ледовом керне г. Белуха, 1747-1890 гг.
Амальгамация (метод избирательного извлечения из руд благородных металлов путем их растворения в ртути, «сортучка») была широко распространена при извлечении серебра и золота из руд в Европе и в Латинской Америке. Это был выгоднейший с экономической точки зрения способ, который сокращал расходы на 60 %, хотя представлял опасность как для работников, так и для окружающей среды. В конце ХУШ столетия австрийский инженер фон Борн разработал технологию хлорирования серебра в добытых рудах путем смешения с поваренной солью, чем устранил препятствия к амальгамированию серебряных руд. Треть саксонских руд, причем наиболее богатых, подвергались амальгамации. В Алтайском горном округе опыты по использованию ртути для извлечения серебра проводились с 1812 по 1824 гг., но проект не нашел поддержки и был свернут. Это объяснялось, во-первых, отсутствием технологии одновременного извлечения из руд серебра и золота, т.к. серебряные руды были «золотистыми»; во-вторых, невозможностью постройки на Колывано-Воскресенских Заводах амальгамной фабрики с производством 1000 пудов серебра в год [18]. Поэтому прямой эмиссии ртути вследствие ее использования в производстве на Алтае не происходило.
Дальнейший рост концентраций ртути в керне после падения производства серебра в конце XIX в. связан с повышением вклада глобальной составляющей в атмосферную концентрацию ртути изучаемого региона. Ртуть является глобальным загрязнителем, распространение на дальние расстояния обусловлено тем, что преобладающее количество ее в атмосфере находится в виде элементарной газообразной время жизни которой составляет ~1-2 года [19-20]. При этом в тропосфере происходит перемешивание воздушных масс с разной концентрацией ртути, и формируется так называемый глобальный фон. Поэтому
наряду с локальными и региональными источниками вклад в загрязнение окружающей среды ртутью вносит и глобальная составляющая. Мировое производство ртути (следовательно, и ее потребление) резко возросло после 1850 г. Общие объемы ее производства в мире, объемы выплавки руды в Алтайском горном округе и средние 25-летние концентрации в ледовом керне г. Белуха представлены на рисунке 5.
В целом можно сделать вывод, что с 1740 по 1850 гг. концентрации ртути в керне увеличиваются преимущественно за счет региональной составляющей. С 1850 г. региональный вклад уменьшается, а глобальный растет. После 1880 г. концентрации ртути в большей степени отражают изменение ее глобального атмосферного фона.
Заключение
Концентрации в керне ледника Белуха таких металлов, как свинец, медь, цинк, сурьма и висмут, отражают, главным образом, историю региональной горнодобывающей и металлургической промышленности Рудного Алтая.
^ 5000 п т 1,4
га
о I--1,2
S 4000 --' i : Г1 V"
" I : J 1
4 ' ........L 1
5 зооо 1 .......i L.J;, „.
I 2000 ji
I 1700 1750 1800 1850 1900 1950 35 ^—мировое производство Hg годь| — -выплавка руды'Ю .......Hg средние 25-летние
Рис. 5. Объемы мирового производства ртути [21], объемы выплавленной руды на Алтае [5] и средние 25-летние концентрации ртути в ледовом керне г. Белуха
Ртуть отражает как региональные, так и глобальные изменения атмосферных концентраций. При этом наряду с пролонгированной эмиссией металлов кратковременные события также находят отражение в концентрационном профиле, документированном в ледовом керне.
Список литературы
1. Грушин С.П., Папин Д.В., Позднякова О.А., Тюрина Е.А., Федорук А.С., Хаврин С.В. Алтай в системе металлургических провинций энеолита и бронзового века: монография. - Барнаул, Изд-во Алтайского университета, 2009. - С. 122-133.
2. Бобров В.В., Кузьминых С.В., Тенейшвили Т.О. Древняя металлургия Среднего Енисея (лугавская культура). - Кемерово: Кузбассвузиздат, 1997. - С. 31.
3. Бородаев В.Б., Контев А.В. Возникновение российского сереброплавильного производства на Алтае и основание города Змеиногорска // Серебряный венец России. -Барнаул, 2003. - С. 75-13G.
4. Бородаев В.Б., Контев А.В. Исторический атлас Алтайского края: картографические материалы по истории Верхнего Приобья и Прииртышья (от античности до начала XXI в.). - Барнаул: Азбука, 2007. - С. 69-126.
5. Карпенко З.Г. Горная и металлургическая промышленность Западной Сибири в 17GG-1860 гг. - Новосибирск, Изд-во СО РАН СССР, 1963. - 216 с.
6. Ведерников В.В. Кабинетская цветная металлургия Сибири в XVIII - начале XX в.: дисс...докт. истор.наук. - Барнаул, 2013. - 520 с.
7. История Алтая в документах и материалах. Конец XVII - начало XX века. Барнаул: Алт. кн. изд-во, 1991. - 190 с.
В. Olivier S., Schwikowski M., Brütsch S., Eyrikh S., Gäggeler H. W., Luthi M., Papina T., Saurer M., Schotterer U., Tobler L., Vogel E. Glaciochemical investigation of an ice core from Belukha glacier, Siberian Altai // Geophys. Res. Lett. - 2GG3. - 3G (19). - 2G19.
9. US EPA Method 1631, Revision E, August 2002 Mercury in water by oxidation, purge and trap, and cold vapor atomic fluorescence spectrometry. U.S. Environmental Protection Agency, Office of Water, Office of Science and Technology, Engineering and Analysis Division (4303). - Washington, DC.
10.Эйрих С.С., Швиковски М. Опыт использования атомно-флуоресцентного анализатора «Mercur» для определения низких концентраций ртути в пробах льда и снега // Ртуть. Проблемы геохимии, экологии, аналитики. - М: ИМГРЭ, 2005. - С. 111-114.
11. Eichler A., Tobler L., Eyrikh S., Gramlich G., Malygina N., Papina T., Schwikow-ski M. Three centuries of Eastern European and Altai lead emissions recorded in a Belukha ice core // Environ. Sci. Technol. - 2012. - 46. - P. 4323-4330.
12. Eichler A., Tobler L., Eyrikh S., Malygina N., Papina T. and Schwikowski M. Ice-Core Based Assessment of Historical Anthropogenic Heavy Metal (Cd, Cu, Sb, Zn) Emissions in the Soviet Union // Environ. Sci. Technol. - 2014. - 48 (5). - P. 2635-2642.
13. Эйрих С.С., Малыгина Н.С., Папина Т.С., Эйхлер А., Тоблер Л., Швиковски М. Оценка современного и ретроспективного уровня содержания свинца в атмосфере Алтая по данным ледникового керна // Водные и экологические проблемы Сибири и Центральной Азии: тр. Всероссийской науч. конф. с междунар. участием, посвященной 25-летнему юбилею Института водных и экологических проблем СО РАН: Т. 2. - Барнаул, 2012. - С. 240-246.
14. Фролова Н.С., Эйрих С.С., Папина Т.С., Швиковски М. Пространственно-временная оценка изменения уровня загрязнения атмосферы Алтая ртутью по данным послойного анализа высокогорного ледникового керна горы Белухи // Химия в интересах устойчивого развития. - 2008. - № 2. - C. 229-236.
15. Эйрих С.С., Эйхлер А., Тоблер Л., Малыгина Н.С., Папина Т.С., Швиковски М. Оценка современного и ретроспективного уровня содержания ртути в атмосфере Алтая по данным ледникового керна // Ртуть в биосфере: эколого-геохимические аспекты. Сб. тр. Второго междунар. симп. - Новосибирск: ИНХ СО РАН. - 2015. - С. 391-395.
16. Ведерников В.В. Кабинетская цветная металлургия Сибири: монография. - Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2012. - 186 с.
17. Федоровский Н.М. По горам и пустыням Средней Азии/ М.-Л., 1937. - 184 с.
18. Ведерников В.В. Амальгамация: почему на Алтае в первой трети XIX в. не состоялась альтернатива обычной серебряной плавке? // Современное историческое си-биреведение XVII - начала XX вв. Вып. 2: сб. науч. тр. - Барнаул: Азбука, 2008. -C. 68-77.
19. Mercury fate and transport in the global atmosphere: emissions, measurements and models. - New York: Springer. - 637 p.
20. Schroeder W.H. and Munthe J. Atmospheric mercury - An overview // Atmos. Environ. - 1998. - 32. - P. 809-822.
21. Hylander L.D., Meili M. 500 years of mercury production: global annual inventory by region until 2000 and associated emission // The Science of the Total Environment. - 2003. -304. - P. 13-27.
References
1. Grushin S.P., Papin D.V., Pozdnyakova O.A., Tyurina Ye.A., Fedoruk A.S., Khav-rin S.V. Altay v sisteme metallurgicheskikh provintsy eneolita i bronzovogo veka: mono-grafiya. - Barnaul, Izd-vo Altayskogo universiteta, 2009. - S. 122-133.
2. Bobrov V.V., Kuzminykh S.V., Teneyshvili T.O. Drevnyaya metallurgiya Srednego Yeniseya (lugavskaya kultura). - Kemerovo: Kuzbassvuzizdat, 1997. - S. 31.
H3eecmuH AO PW. 2016. № 4 (43)
3. Borodayev V.B., Kontev A.V. Vozniknoveniye rossyskogo serebroplavilnogo pro-izvodstva na Altaye i osnovaniye goroda Zmeinogorska // Serebryany venets Rossii. - Barnaul, 2003. - S. 75-130.
4. Borodayev V.B., Kontev A.V. Istorichesky atlas Altayskogo kraya: kartograficheskiye materialy po istorii Verkhnego Priobya i Priirtyshya (ot antichnosti do nachala XXI v.). -Barnaul: Azbuka, 2007. - S. 69-126.
5. Karpenko Z.G. Gornaya i metallurgicheskaya promyshlennost Zapadnoy Sibiri v 1700-1860 gg. - Novosibirsk, Izd-vo SO RAN SSSR, 1963. - 216 s.
6. Vedernikov V.V. Kabinetskaya tsvetnaya metallurgiya Sibiri v XVIII - nachale XX v.: diss...dokt. istor.nauk. - Barnaul, 2013. - 520 s.
7. Istoriya Altaya v dokumentakh i materialakh. Konets XVII - nachalo XX veka. Barnaul: Alt. kn. izd-vo, 1991. - 190 s.
8. Olivier S., Schwikowski M., Brütsch S., Eyrikh S., Gäggeler H. W., Luthi M., Papina T., Saurer M., Schotterer U., Tobler L., Vogel E. Glaciochemical investigation of an ice core from Belukha glacier, Siberian Altai // Geophys. Res. Lett. - 2003. - 30 (19). - 2019.
9. US EPA Method 1631, Revision E, August 2002 Mercury in water by oxidation, purge and trap, and cold vapor atomic fluorescence spectrometry. U.S. Environmental Protection Agency, Office of Water, Office of Science and Technology, Engineering and Analysis Division (4303). - Washington, D.C.
10.Eyrikh S.S., Shvikovski M. Opyt ispolzovaniya atomno-fluorestsentnogo analizatora «Mercur» dlya opredeleniya nizkikh kontsentratsy rtuti v probakh lda i snega // Rtut. Prob-lemy geokhimii, ekologii, analitiki. - M: IMGRE, 2005. - S. 111-114.
11. Eichler A., Tobler L., Eyrikh S., Gramlich G., Malygina N., Papina T., Schwikow-ski M. Three centuries of Eastern European and Altai lead emissions recorded in a Belukha ice core // Environ. Sci. Technol. - 2012. - 46. - P. 4323-4330.
12. Eichler A., Tobler L., Eyrikh S., Malygina N., Papina T. and Schwikowski M. Ice-Core Based Assessment of Historical Anthropogenic Heavy Metal (Cd, Cu, Sb, Zn) Emissions in the Soviet Union // Environ. Sci. Technol. - 2014. - 48 (5). - P. 2635-2642.
13. Eyrikh S.S., Malygina N.S., Papina T.S., Eykhler A., Tobler L., Shvikovski M. Otsenka sovremennogo i retrospektivnogo urovnya soderzhaniya svintsa v atmosfere Altaya po dannym lednikovogo kerna // Vodnye i ekologicheskiye problemy Sibiri i Tsentralnoy Azii: tr. Vserossyskoy nauch. konf. s mezhdunar. uchastiyem, posvyashchennoy 25-letnemu yubileyu Instituta vodnykh i ekologicheskikh problem SO RAN: T. 2. - Barnaul, 2012. -S. 240-246.
14. Frolova N.S., Eyrikh S.S., Papina T.S., Shvikovski M. Prostranstvenno-vremennaya otsenka izmeneniya urovnya zagryazneniya atmosfery Altaya rtutyu po dannym posloynogo analiza vysokogornogo lednikovogo kerna gory Belukhi // Khimiya v interesakh ustoychivogo razvitiya. - 2008. - № 2. - C. 229-236.
15. Eyrikh S.S., Eykhler A., Tobler L., Malygina N.S., Papina T.S., Shvikovski M. Otsenka sovremennogo i retrospektivnogo urovnya soderzhaniya rtuti v atmosfere Altaya po dannym lednikovogo kerna // Rtut v biosfere: ekologo-geokhimicheskiye aspekty. Sb. tr. Vtorogo mezhdunar. simp. - Novosibirsk: INKh SO RAN. - 2015. - S. 391-395.
16. Vedernikov V.V. Kabinetskaya tsvetnaya metallurgiya Sibiri: monografiya. - Barnaul: Izd-vo Alt. un-ta, 2012. - 186 s.
17. Fedorovsky N.M. Po goram i pustynyam Sredney Azii/ M.-L., 1937. - 184 s.
18. Vedernikov V.V. Amalgamatsiya: pochemu na Altaye v pervoy treti XIX v. ne sos-toyalas alternativa obychnoy serebryanoy plavke? // Sovremennoye istoricheskoye sibi-revedeniye XVII - nachala XX vv. Vyp. 2: sb. nauch. tr. - Barnaul: Azbuka, 2008. - C. 68-77.
19. Mercury fate and transport in the global atmosphere: emissions, measurements and models. - New York: Springer. - 637 p.
20. Schroeder W.H. and Munthe J. Atmospheric mercury - An overview // Atmos. Environ. - 1998. - 32. - P. 809-822.
21. Hylander L.D., Meili M. 500 years of mercury production: global annual inventory by region until 2000 and associated emission // The Science of the Total Environment. - 2003. -304. - P. 13-27.
REFLECTION OF MINING AMD METALLURGICAL INDUSTRY
HISTORY OF ALTAI IN XVIII-XIX CENTURES
IN THE BELUKHA GLACIER ICE CORE
S.S. Eyrikh1, A. Eichler2, L. Tobler2, M. Schwikovsky-Gigar2
'Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, E-mail: [email protected] 2Paul Scherrer Institute, Villigen, Switzerland
Atmospheric contents of metals in the period from 1700 to 1900 are representing on the basis of their concentration data of the Belukha ice core. The documented concentration profiles of metals in the ice core show both short-term events (volcanic emission, dust input, etc.) and prolonged atmospheric emissions. It has shown that the concentrations of most of studied metals (for example, lead, copper, zinc, antimony, and silver) related to the history of emission from regional mining and metallurgical industry, but mercury concentrations associated with both regional and global emissions. In the case of mercury concentrations in the ice core increased from 1740 to 1850 due to the contribution of the regional component, since 1850 regional contribution decreased and the global one increased, and after 1880 mercury concentrations reflected in a greater extent changes in the global atmospheric background.
Keywords: ice core, glacier, metals, mercury, regional and global emissions, mining and metallurgical industry, Belukha Mountain, Rudny Altai.
Received December 1, 2016
