CC BY
23
УДК 550.4
йО! 10.46698/б5387-0147-5683-х
ОЦЕНКА МАСШТАБОВ И СТЕПЕНИ НЕГАТИВНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ФИАГДОНСКОГО ХВОСТОХРАНИЛИЩА НА ЭКОСИСТЕМУ
А.Г. Гурбанов1, А.Б. Лексин2, В.М. Газеев3, О.А. Гурбанова4, А.Б. Лолаев5, А.Х. Оганесян6, С.О. Дзебоев7
Аннотация. Актуальность исследований: выявлены дополнительные доказательства необходимости комплексной утилизации захороненных промышленных отходов с предварительным извлечением из них экономически ценных, включая благородные и экологически опасные металлы; выявлена высокая степень загрязнения почв в долине р. Хаником-дон.
Цель исследований: на основании геохимических данных определить масштабы и степень загрязнения почв на территории, прилегающей к Фиагдонскому хвостохранилищу. В статье, на основании результатов геохимических исследований почв сельхозугодий (огородов) в поселениях Куыртат и Горный Дзуарикау и природных пастбищ (ПП), проведенных количественными методами (РФА и !СР Мв), оценены степень и масштабы их загрязнения промышленными отходами, хранящимися в Фиагдонском хвостохранилище. Впервые приведены данные о содержании экономически ценных и экологически опасных элементов в почвах огородов и природных пастбищ и рассмотрена геохимическая роль почвообразующих аргиллитов нижнеюрского возраста в формировании почв. Показано, что механизм загрязнения почв обусловлен ветровой эрозией поверхностного слоя хвостохранилища, а затем и из катастрофических воронок на его поверхности. Кроме того, на основании результатов анализов, показавших резко повышенные содержания в аргиллитах базовых металлов (Рв, Си, 7п, Ва, РЬ, Лб), высказано предположение о наличии еще одного природного источника загрязнения почв ПП - почвообразующих аргиллитов, так как в процессе длительного формирования в горных условиях почв ПП они вполне могли обогатиться указанными выше базовыми металлами. Подчеркнуто, что наличие высоких концентраций базовых металлов в нижнеюрской аргиллитовой толще дало возможность предполагать, что эти металлы могли быть мобилизованы с помощью механизма «конвективной ячейки», согласно латераль-секреционной гипотезе, из черносланцевой толщи аргиллитов с формированием промышленно значимых рудных жильных тел полиметаллических месторождений Кадат и Какадур.
Ключевые слова: Фиагдонское хвостохранилище, содержания макро- и микроэлементов, загрязнение почв природных пастбищ и сельхозугодий (огородов), тяжелые металлы.
ВВЕДЕНИЕ
Большая масса промышленных отходов, накопленная в Фиагдонском хвостохранилище, является крупномасштабным источником постоянного загрязнения окружающей среды (гидросферы, литосферы и биосферы), осуществляющимся путем водного и воздушного разноса различных микрокомпонентов на значительные расстояния [1]. Целью запланированных исследований являлось установление масштабов и степени загрязнения почв огородов и природных пастбищ, что негативно сказывается на живых организмах, в том числе и
на человеке [9]. Известно, что загрязненная среда обитания оказывает как токсическое (легко опреде-лямое), так и генетическое влияние на живые организмы, которое выявить весьма сложно, а его последствия обычно проявляются через длительный промежуток времени. Среди поллютантов важная роль принадлежит тяжелым металлам (ТМ), что объясняется их широким применением в промышленности и наличием многочисленных путей поступления в окружающую среду и в организм человека. Особую проблему создает малая подвижность ТМ в биогеоценозах, обусловленная их плохой растворимостью. ТМ, попавшие в окружающую среду,
1 Гурбанов Анатолий Георгиевич - к. г.-м. н., в. н. с. ИГЕМ РАН, г. Москва, в. н. с.. КНИО ВНЦ РАН, г. Владикавказ.
2 Газеев Виктор Магалимович - к. г.-м. н., с. н. с. КНИО ВНЦ РАН г. Владикавказ, н. с. ИГЕМ РАН, г. Москва.
3 Лексин Алексей Борисович - сотрудник лаборатории «Геоинформатики», ИГЕМ РАН, г. Москва (lexin@igem.ru).
4 Гурбанова Ольга Александровна - к. х. н., ассистент, геологический факультет МГУ им. М.В. Ломоносова (gur_o@mail.ru).
5 Лолаев Алан Батразович - д. т. н., профессор, зав. каф. СОГУ им. К.Л. Хетагурова, г. н. с. КНИО ВНЦ РАН, г. Владикавказ (abl-2010@mail.ru).
6 Оганесян Александр Хачатурович - к. т. н., доцент ФГБОУ СКГМИ (ГТУ), с. н. с. КНИО ВНЦ РАН, г. Владикавказ (alexoganesyan1984@mail.ru).
7 Дзебоев Станислав Олегович - инженер ООО «НПО Геоинжиниринг», г. Владикавказ (stanislav.dzaboev@mail.ru).
формируют стойкие соединения, которые практически не выводятся из биогеоценозов и постепенно накапливаются в природных объектах, и со временем могут достигать опасных концентраций даже при незначительных уровнях их поступления.
По информации от местных жителей и нашим визуальным наблюдениям было установлено, что тонкодисперсный материал с поверхности хвостох-ранилища, в виде пылевых облаков, переносится постоянно дующими вдоль долины р. Хаником-дон ветрами на сельхозугодья двух поселений и природные пастбища прилегающих территорий. На основании полученных данных [7] в поверхностном (~ 0.3 м) слое захороненных в хвостохранилище промышленных отходов рассчитаны следующие средние содержания (оксиды и сера в масс. %, а элементы в г/т) ряда металлов: СаО = 2.34; ТЮ2 = 0.66; МпО = 0.066; Рв2О3 = 5.18; Р2О5 = 0.125; Б = 4.42; Сг = 94.4; V = 88.9; Со = 7.9; N = 26.6; Си = 237.8; Ъп = 851.4; Из = 144.7; Бг = 53.1; 2г = 155.8; Ва = 323.5; ТИ = 10.8; У = 11.7; ЫЬ = 10.1; РЬ = 2 493.9; Дэ = 1 308.2. Важно подчеркнуть. что максимальные концентрации экологически опасных и экономически ценных элементов установлены в тонкодисперсной (глинистой) фракции.
Техногенная пыль, образовавшаяся при ветровой эрозии тонкодисперсной фракции с пляжной части до его рекультивации, а после рекультивации выносимая из поверхностного слоя и провалов площадью до 300 м2, образовавшихся в результате катастрофических ливней 2009 и 2012 гг. на поверхности хвостохранилища, может быть не только пассивной, но и активной, образующей в почвах подвижные минеральные формы. Подавляющее большинство горных предприятий является источниками пассивной пыли, распространение которой происходит за счет переноса воздушными массами. Но при попадании такой пыли на почву, имеющую слабо- и среднекислотную реакцию, может происходить выщелачивание из нее металлов с последующей их миграцией. В связи с этим ниже приведена краткая характеристика почв в изучаемом районе.
Типизация почв в рассматриваемом районе обусловлена, с одной стороны, вертикальной климатической зональностью, а с другой - составом почвообразующих горных пород. Для межгорной депрессии, в которой расположено хвостохранили-ще, наиболее характерны горные лугово-степные почвы. Климат, в условиях которого они формируются, отличается сухостью; растительность изре-женная ксерофитная. Почвы отличаются пониженным содержанием гумуса и высокой основностью, что связано с преобладанием делювия известняков в подстилающих почвообразующих породах. На этих почвах издавна выращиваются картофель, овощи и садовые культуры. Интенсивно проявляется эрозия, обусловленная низкой плотностью дернины и нерегулируемым выпасом скота. На южных склонах Скалистого хребта, то есть непо-
средственно по северной границе хвостохранилища, спорадически распространены горно-луговые черноземновидные почвы, характеризующиеся слабокислой реакцией, сравнительно высоким содержанием гумуса и прочной зернистой структурой. Эти почвы используются в основном под сенокосы и пастбища. На высотах 1 800-2 000 м, то есть по периферии зон влияния хвостохранилища, преобладают горно-луговые почвы, формирующиеся под луговой растительностью и отличающиеся кислой реакцией, высоким содержанием гумуса в самом верхнем слое. Таким образом, в зонах влияния хвостохранилища находятся достаточно ценные в масштабах республики ресурсы - почвы, благоприятные для развития скотоводства, огородничества, садоводства, пчеловодства.
Необходимо отметить наличие следующих физико-географических особенностей долины р. Хаником-дон: а) узкая каньонообразная форма, с крутым (45-50о) левым и относительно пологим правым бортом; б) постоянно дующие вверх и вниз вдоль долины сильные (скорость от 2 до 6-7 м/сек) ветрами; в) большая площадь водосбора; г) расположение Фиагдонского хвостохранилища, с повышенным содержанием тяжелых металлов, в пойме реки (течет под хвостохранилищем по тоннелю в скалах и искусственной галерее); д) расположение поселений Куыртат и Горный Дзуарикау с большими (по занимаемым площадям) огородами, фруктовыми садами и природными пастбищами. Полученная продукция (овощи, фрукты, молоко, масло, сыр, мясо) постоянно используется в пищу местным населением и сезонно продается на рынке в пос. Верхний Фиагдон многочисленным отдыхающим. Приведенные выше особенности долины р. Хаником-дон должны были способствовать загрязнению экологически опасными элементами из хвостохранилища почв прилегающих территорий, чем и была обусловлена необходимость представления подробной информации о Фиагдонском хвостохранилище по [5, 6, 7]. При этом следует учитывать, что промышленные отходы, содержащие тяжелые металлы (ТМ), являются опасными и постоянными загрязнителями окружающей среды и что многие из ТМ могут передвигаться по пищевым цепям и таким путем оказываться и накапливаться в организме человека. Этот процесс опасен тем, что ТМ вызывают целый ряд заболеваний, в том числе и онкологические, а в связи с тем, что ТМ практически не выводятся из биогеоценозов, возникает необходимость искать методы их извлечения и полной утилизации, что благотворно отразится на здоровье населения на прилегающей территории [5].
Хвостохранилище Фиагдонской обогатительной фабрики (ФОФ) расположено в пойме р. Хаником-дон (правый приток р. Фиагдон, в 2,5 км к северу от пос. Верхний Фиагдон). В северо-восточной части хвостохранилища ФОФ р. Хаником-дон стекает в тоннель сечением около 9 м2, длиной 787 м, из которых 684 м пройдены в скальных породах, а 103
2010 г.
Рис. 1. Летом 2010 года, после паводка, вызванного сильными
ливнями 12-13 августа, началось разрушение тоннеля, по которому р. Хаником-дон отводится от хвостохранилища (фото геологической партии ЭГП ГУП «Севосетингеоэкомониторинг»)
м со стороны выходного портала выполнено в форме галереи по дну хвостохранилища. Сечение водоотводного тоннеля принято из расчета пропуска максимального расхода р. Хаником-дон. Однако в 2010 г., после паводка, вызванного сильными ливнями 12-13 августа, началось разрушение тоннеля, по которому р. Хаником-дон отводится от хвостохранилища (рис. 1). В 2012 г. в течение пяти дней (15-19 июня) выпало более двух месячных норм осадков, что вызвало формирование крупного паводка по реке Хаником-дон и резко увеличило поверхностный сток по нижнему уступу плотины. Это привело к обрушению перемычки между верхним и нижним порталами. Общая протяженность провала достигла 75 м (рис. 2). В итоге было вынесено в р. Фиагдон и далее в р. Терек 60-70 тыс. м3 насыпных грунтов и хвостов, что привело к загрязнению вод и донных осадков экологически опасными элементами не только р. Фиагдон, но и р. Терек на территориях РСО-А, Чеченской и Дагестанской республик, включая и дельту р. Терека в Каспийском море.
Из анализа фотоматериалов, полученных при съемке 20.08.2012 г. партией ЭГП ГУП «Севосетингеоэкомониторинг», сделан вывод о том, что
за 2 месяца произошло значительное вымывание и обрушение тела плотины, в котором грунты имеют высокое содержание экологически опасных элементов. Скорее всего, причиной вымывания является значительный поверхностный сток с поверхности хвостохранилища, созданный интенсивными атмосферными осадками.
Фиагдонское хвостох-ранилище (рис. 3) введено в эксплуатацию в 1970 г. Расположено оно в пойме р. Хаником-дон на высоте 1 250 м над уровнем моря в узкой, каньоноо-бразной долине. Оно имеет вытянутую в широтном направлении ^образную форму и ограничено с северного и южного бортов скальными выходами песчано-сланцевых и известняковых толщ ранне-позднеюрского возрастов. От долины р. Фиагдон хвостохранилище отделено высокой насыпной дамбой. Площадь хвостохранилища около 56 000 м2. Его длина вдоль долины -до 800 м при ширине от 50 и до 200 м. По данным ФОФ, в хвостохранилище захоронено 2,4 млн тонн промышленных отходов с содержаниями (в масс. %) базовых металлов: РЬ - 0,19, запасы - 4 560 т;
- 0,36, запасы - 8 400 т; Си - 0,12, запасы - 2
Рис. 2. В 2012 году, в течение пяти дней (с 15 по 19 июня) выпало более двух месячных норм осадков, что вызвало формирование крупного паводка по р. Хаником-дон и резко увеличило поверхностный сток по нижнему уступу плотины (фото геологической партии ЭГП ГУП «Севосетингеоэкомониторинг»)
т: Ч
*
Рис. 3. Схема расположения Фиагдонского хвостохранилища и устьев скважин и мест отбора проб почв [5]
880 т; Fe - 6,8, запасы - 163 200 т; Ti - 0,16, запасы - 3 840 т; Mn - 0,14, запасы - 3 360 т; Ag - 4,0 г/т, запасы - 9,6 т [3]. Из рудных минералов в промышленных отходах выявлены: сфалерит, галенит, халькопирит, пирит, арсенопирит, титаномагнетит и реже барит. Мероприятия по рекультивации и контролю над сохранностью защитного почвенно-рас-тительного слоя рекультивации хвостохранилища не проводятся с момента его закрытия в 2003 г. [2].
МЕТОДИКИ ОТБОРА ПРОБ И МЕТОДЫ ИХ АНАЛИТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
При выборе методики опробования почв учитывалось, что степень загрязнения пастбищ и сельхозугодий может зависеть от следующих факторов: 1 - от силы и скорости ветров, дующих утром и днем - вверх по долине, а вечером и ночью - вниз по долине; 2 - от размерности нерекультивиро-ванных промышленных отходов, залегающих непосредственно на поверхности хвостохранилища или обнажившихся в катастрофических провалах и промоинах (рис. 1 и 2). При этом учитывалось, что особую опасность представляет токсичная пыль с пляжной части хвостохранилища и из провалов. Общая площадь поверхности, подвергаемой ветровой эрозии и порождающей возникновение туч токсичной пыли, составляет порядка 56 000 м2.
Пыль оседает на территории поселений, в поймах рр. Хаником-дон и Фиагдон, на огородах и на правом склоне долины р. Хаником-дон, используемом под естественные пастбища. Эмпирически установлено, что при скорости ветра 5 м/сек начинается интенсивный разнос сухой пыли с поверхности, а при 8 м/с этот процесс резко усиливается [10, 11]. Интенсивность выдувания и разноса пыли зависит от формы долины реки, от конструкции бортов хвостохранилища и наличия на его поверхности нарушений слоя рекультивации и степени их защищенности рельефом местности и растительностью (в верховьях долины р. Хаником-дон на ее склонах растут ольха и орешник).
Для оценки степени и масштабов загрязнения почв ПП и огородов, примыкающих к хвостохранилищу, были отобраны четыре фоновые пробы «ФП», расположенные на значительном удалении от хвостохранилища: ФП-1 -истоки р. Хаником-дон ниже перевала по дороге в сторону пос. Фазикау в долине р. Мидаграбин-дон; ФП-2 - в 4 км ниже по дороге от пробы ФП-1; ФП-3 - проба почв на склоне в 1 км не доезжая до пос. Кармадон; ФП-4 - проба почв в 500 м восточнее пос. Кармадон.
В ходе исследований были проанализированы особенности рельефа в районах хвостохранилища и прилегающих к нему ПП и огородов пос. Куыр-тат и Горный Дзуарикау и геологическое строение района. С учетом полученной информации были намечены места отбора проб почв на природных пастбищах (ПП), огородах двух поселений и слоя рекультивации на хвостохранилище. Все пробы отбирались на глубине 0.2 м. В итоге были взяты представительные пробы из почвенно-растительного слоя (огороды, природные пастбища).
Подготовка проб для анализов. Каждая проба и дубликат к ней весом не менее 100 г упаковывались в двойной полиэтиленовый пакет для длительного хранения, чтобы избежать разложения возможных вторичных (гипергенных) водосодержа-щих минералов.
Пробы высушивались в муфельных печах при температуре 50о С. Затем делалась отквартовка весом по 20 грамм из каждой пробы, достаточная для всех видов аналитических исследований. После
ТОМ 20 № 2
58
устойчивое развитие
этого все отквартованные части проб дробились и истирались до размера 100 меш.
Остатки всех проб, после отквартовки из них необходимой для производства анализов части, сохранялись в герметичных полиэтиленовых пакетиках (дубликаты) для возможных повторных или последующих аналитических исследований.
Аналитические исследования выполнялись в ЦКП «ИГЕМ-АНАЛИТИКА». Анализ химического состава проб и определения содержаний ряда элементов (включая базовые для ФОФ) выполнен методом рентгено-флюоресцентной спектрометрии (РФА) на спектрометре последовательного действия PW-2400 производства компании Philips Analytical B.V. (Нидерланды, 1997). При калибровке спектрометра использованы отраслевые и государственные стандартные образцы химического состава горных пород и минерального сырья (14 OCO, 56 ГСО).
Качество результатов соответствует требованиям III категории точности количественного анализа по ОСТ РФ 41-08-205-99.
Подготовка препаратов для анализа породообразующих элементов выполнена путем плавления 0.3 г порошка пробы с 3 г тетрабората лития в индукционной печи с последующим отливом гомогенного стеклообразного диска.
Подготовка препаратов для анализа микроэлементов выполнена путем прессования 1 грамма порошка пробы с полистиролом под давлением 5 т/
см2.
Потери при прокаливании (LOI) определялись гравиметрическим способом. Время выдержки при температуре 950° С - 30 мин.
Расширенный элементный анализ проб почвообразующих аргиллитов проводился атомно- (iCAP-6500, Thermo Scientific, США) и масс-спектральным методами с индуктивно связанной плазмой ICP-MS (Х-7, Thermo Elemental, США) в Аналитическом сертификационном испытательном центре Федерального государственного бюджетного учреждения науки Институте проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов РАН (АСИЦ ИПТМ РАН ) с использованием стандартного образца» производства High-Puriy Standards (США). Разложение проб проводилось в открытой системе
РЕЗУЛЬТАТЫ АНАЛИТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В статье рассмотрены впервые полученные количественными методами (РФА и ICP MS) результаты геохимических исследований почв природных пастбищ (ПП), огородов, слоя рекультивации (табл. 1) и почвообразующих нижнеюрских аргиллитов (табл. 2).
Рассмотрим сначала геохимические особенности почв огородов, в зависимости от их удаленности от эскарпа верхнеюрских известняков (оксиды и сера) и от хвостохранилища (микроэлементы). В
двух поселениях максимальные содержания СаО, Р2О5, S установлены только в почвах тех огородов, которые расположены ближе других ( пробы О-1 и О-5) к эскарпу известняков. Установлено, что в почвах огородов, по мере удаления от хвостохранилища, происходит снижение концентраций (в г/т) находящихся в них базовых металлов: Zn - с 451 до 411; Pb - с 632 до 582; As - с 307 до 258. Эта же тенденция слабо выражена для: Cu - с 69 до 61; Ba - с 567 до 521; Zr - с 271 до 254. Для остальных элементов четко выраженной закономерности в снижении их концентраций не наблюдается.
Для оценки степени и масштаба загрязнения почв огородов рядом элементов проведен сравнительный анализ их средних содержаний со средними содержаниями этих же элементов в фоновых пробах почв природных пастбищ. Приводим средние содержания (оксиды и S - в масс. %; элементы в г/т; здесь и далее в следующем порядке: огороды - ФП-1+2 - ФП-3-4): СаО =1.45 - 4.7 - 5.9 (повышенные концентрации СаО в ФП обусловлены тем. что они расположены в 0.5 и 0.3 км от эскарпа известняков), соответственно; Р2О5 = 0.36 - 0.25 -0.24 ( такая картина может быть обусловлена внесением фосфатных удобрений в почву огородов); S = 0.28 - 0.11 - 0.125; Zn = 430 - 150 - 144; Pb = 598 - 59 - 52; Ba = 543 - 398 - 383; Zr = 263 - 246 -234; Rb = 120 - 91 - 90; Cu = 64 - 62 - 60. Следовательно, загрязнение Zn, по сравнению с фоновыми пробами, увеличилось в 2.86 и в 2.98 раза, соответственно ; Pb - в 10.1 и в 11.5 раза; Ba - в 1.36 и в 1.4 раза; Zr - в 1.07 и в 1.12 раза; Rb - в 1.3 и в 1.3 раза; Cu - в 1.03 и в 1.07 раза. Масштаб загрязнения оценивается, исходя из полученных данных (табл. 1) на протяжении 7 км, т. е. вдоль всей долины р. Хаником-дон.
В почвах ПП установлены следующие вариации содержаний (в г/т) базовых металлов (табл. 1): Cu - с 47 до 42; Zn - с 228 до 219; Ba - с 472 до 453; Pb - со 156 до 145; As - с 38 до 27. Выявленная закономерность в снижении содержаний базовых металлов, по мере удаления от Фиагдонского хвостохранилища (ФХ), однозначно свидетельствует о негативном воздействии захороненных хвостов на почвы прилегающих ПП. Для оценки степени и масштаба загрязнения почв ПП рядом элементов проведен сравнительный анализ их средних содержаний со средними содержаниями этих же элементов в фоновых пробах почв ПП. Приводим средние содержания (оксиды и S - в масс. %; элементы в г/т; здесь и далее в следующем порядке: ПП - ФП-1+2 - ФП-3-4): СаО = 2.16 - 4.7 - 5.9 (повышенные концентрации СаО в ФП обусловлены тем, что они расположены в 0.5 и 0.3 км от эскарпа известняков, а на склонах долины много обломков известняков и доломитов), соответственно; Р2О5 = 0.52 - 0.25 - 0.24; S = 0.29 - 0.11 - 0.125; TiO2 = 0.91 - 1.06 - 1.03; MnO = 0.096 - 0.13 - 0.128; Fe2O3 = 7.06 - 8.03 - 7.97; Cr = 128 - 137 - 141; V = 118 -136 - 143; Co = 22 - 26 - 25; Ni = 62 - 76 - 72; Cu =
Таблица № 1
Результаты определения содержаний макро- (в масс. %) и микроэлементов (в г/т) методом РФА в почвах огородов, природных пастбищ, слое рекультивации поверхности хвостохранилища и в фоновых пробах
|ГО
И н
ш Zo
к ■о з
Ю го
и о
СаО ТЮ2 МпО Fe203 р2о5 S Сг V Со Ni Си Zn Rb Sr Zr Ва рь As
Со) Со) Со) Со) Со) Со) (ррт) (ррт) (ррт) (ррт) (ррт) (ррт) (ррт) (ррт) (ррт) (ррт) (ррт) (ррт)
0-1 1.65 0.94 0.123 7.93 0.39 0.31 117 111 18 50 69 411 120 91 254 567 585 258
0-2 1.35 0.93 0.119 8.05 0.35 0.26 127 112 19 52 62 421 119 87 262 523 632 307
0-3 1.37 0.98 0.118 8.25 0.35 0.28 118 119 19 50 65 447 123 88 271 548 587 299
0-4 1.42 0.92 0.121 8.09 0.34 0.29 115 110 20 51 64 451 118 90 257 559 615 267
0-5 1.58 0.94 0.119 8.18 0.37 0.30 119 117 17 49 61 417 121 87 270 542 582 294
0-6 1.36 0.97 0.116 7.96 0.36 0.25 125 120 18 50 63 432 119 89 264 521 591 251
Среднее 1.455 0.946 0.119 8.076 0.36 0.28 121 114.8 18.5 50.3 64 429.8 120 88.7 263 543.3 598.6 279.3
ПП-1 2.23 0.92 0.098 7.10 0.53 0.30 130 118 20 60 42 226 107 110 256 469 153 37
ПП-2 2.12 0.93 0.098 7.11 0.49 0.27 125 121 23 63 44 219 109 110 262 472 147 28
ПП-3 2.12 0.91 0.095 6.99 0.53 0.30 135 115 24 61 45 223 106 109 255 456 150 31
ПП-4 2.19 0.89 0.097 7.09 0.54 0.31 130 117 22 64 43 221 105 110 259 470 145 30
ПП-5 2.21 0.92 0.093 7.01 0.51 0.29 127 116 25 61 42 228 108 111 261 453 156 27
ПП-6 2.10 0.91 0.096 7.08 0.50 0.30 123 120 21 62 47 219 110 109 253 465 151 38
Среднее 2.16 0.91 0.096 7.06 0.516 0.295 128.3 117.8 22.5 61.8 43.8 222.6 107.5 109.8 257.6 464.1 150.3 31.8
СР-1 1.97 0.75 0.147 13.22 0.52 2.72 132 81 28 57 198 1425 134 117 185 501 2494 1083
СР-2 1.98 0.81 0.149 15.44 0.45 2.58 209 80 23 81 233 1588 146 140 191 484 2875 1347
СР-3 0.20 0.80 0.045 19.35 0.29 4.65 137 76 4 39 237 435 164 124 183 429 4862 2177
СР-4 2.04 0.82 0.143 14.51 0.48 2.83 141 79 26 62 231 1464 147 135 187 472 2815 1511
Среднее 1.547 0.795 0.122 15.63 0.435 3.195 154.7 79 20.3 59.8 224.8 1228 147.8 129 186.5 471.5 3261.5 1529.5
ФП-1 4.71 1.06 0.134 8.35 0.25 0.11 130 138 27 76 63 153 92 189 248 388 61 80
ФП-2 4.83 1.05 0.129 8.27 0.25 0.11 144 134 25 76 62 148 91 188 245 409 58 84
Среднее 4.77 1.055 0.131 8.31 0.25 0.11 137 136 26 76 62.5 150.5 91.5 188.5 246.5 398.5 59.5 82
ФП-3 6.09 1.03 0.128 7.83 0.25 0.13 137 158 23 70 60 143 89 205 236 390 53 76
ФП-4 5.75 1.04 0.129 8.12 0.24 0.12 144 128 27 75 61 145 91 197 233 376 51 76
Среднее 5.92 1.035 0.128 7.97 0.245 0.125 140.5 143 25 72.5 60.5 144 90 201 234.5 383 52 76
Примечание: пос. Куыртат (0-1, 2, 3) и Горный Дзуарикау (0-4, 5, 6) - огороды у домов; ПП - природные пастбища в правом борту долины р. Хаником-дон - ПП-1, 2, 3 отобраны через каждые 300 м вверх по долине от пос. Куыртат и пробы ПП-4, 5, 6 отобраны через каждые 300 м вверх по долине от пос. Горный Дзуарикау; CP - слой рекультивации хвостохранилища - пробы СР-1, 2, 3, 4 отобраны через каждые 200 м от западного края хвостохранилища до его восточного края соответственно; ФП-фоновые пробы: ФП-1 - истоки р. Хаником-дон ниже перевала по дороге в сторону долины р. Мидаграбин-дон; ФП-2 в 4 км ниже по дороге от пробы ФП-1 к пос. Фазикау; ФП-3 - проба почв на склоне в 1 км не доезжая до пос. Кармадон; ФП-4 - проба почв в 500 м восточнее пос. Кармадон.
60
РЧ (В
з-
з £
й
ш о
<и 5 <и
Б
0 а
1 и
I 2
а
та
3
о.
5 о
£ з
ф 2
2 ^
_м
^ Я
о^ О.
■ ю
0 О
ТО ш
г т ££
1 $3
| сс
I сл га ^
&0-
Ф О
91
О о
15 £1
<и
Ч-Ъ <и 1£ ш
1л
£ со <и о.
Л« ? & 3 т <ч 3 3 ОО <ч
РЬ ? & 3 59.8 44.6 52.2
Ва ? & <ч т 5 4 4 403.5
гг ? & 9 5 00
? & 3 9 76.7 97.85
КЬ ? & 3 2 3 126.5
гп ? & 3 8 о 2 3 0 <ч
Си ? & 3 34.1 37.6 35.85
г ? & 3 40.3 48.2 44.25
Со ? & 3 13.5 16.7 15.1
> ? & 3 3 4 0 5 146.5
Сг ? & 3 83.9 89.1 86.5
(Л 0.032 0.046 0.039
1л О Рч 0.22 0.22 0.22
сО £ № .9 5. .3 7.
МпО 0.058 0.071 0.065
б1 н 0.89 0.90 0.895
СаО 0.54 0.45 0.495
1/19 10/19 Среднее
устойчивое развитие
в
0) &
а
X
&
44 - 63 - 61; гп = 223 - 150 - 144; РЬ = 107 - 92 - 90; Бг = 110 - 189
- 201; гг = 258 - 247 - 234; РЬ = 150 - 59 - 52; Ва = 464 - 398 - 383;
Лэ = 32 - 82 - 76. Следовательно, загрязнение Р2О5, по сравнению с фоновыми пробами, в 2.08 и в 2.17 раза выше, соответственно ; Б - в 2.64 и в 2.32 раза выше; гп - в 1.49 и в 1.55 раза выше; РЬ - в 1.16 и в 1.19 раза выше; гг - в 1.04 и в 1.1 раза выше; РЬ - в 2.5 и в 2.9 раза выше; Ва - в 1.17 и в 1.2 раза выше средних значений фоновых проб, соответственно. Масштаб загрязнения оценивается, исходя из полученных данных (табл. 1) на протяжении 7 км, т. е. вдоль всей долины р. Хаником-дон. Средние содержания остальных оксидов и микроэлементов этих же элементов в фоновых пробах оказались выше средних содержаний в почвах ПП.
Теперь рассмотрим геохимические особенности слоя рекультивации ФХ. В нем содержания (оксиды и сера в масс. %, а элементы - в г/т) варьируют в следующих пределах: СаО - с 1.97 до 2.04; ТЮ2 - с 0.75 до 0.82; МпО - с 0.045 до 0.149; Рв2О3 - с 13.22 до 19.35; Р2О5 - с 0.29 д о 0.52; Б - с 2.58 до 4.65; Сг -со 132 до 209; V - с 76 до 81; Со - с 23 до 28; № - с 39 до 81; Си - со 198 до 237; гп - с 435 до 1588; Из - со 134 до 164; Бг - со 134 до 164; гг -со 117 до 140; Ва - с 429 до 501; РЬ
- с 2 494 до 4 862; Лэ - с 1 083 до 2 177. Анализ полученных данных показал, что: а) характер распределения величин содержаний микроэлементов в СР неравномерный; б) величины средних содержаний микроэлементов в СР значительно превышают таковые в почвах огородов и ПП. Кроме того, выявлены необычные данные, заключающиеся в том, что в СР величины средних содержаний (оксид и Б в масс. %, элементы - в г/т) Рв2О3, Б, РЬ, Лэ значительно выше таковых, чем в захороненных хвостах ФОФ (15.6 -8.6; 3.19 - 2.6; 3 261 - 27 094; 1 529
- 1 114, соответственно), что требует дополнительных исследований и объяснения этого феномена.
Важные, на наш взгляд, геохимические данные получены по почвам фоновых проб. Они за-
ключаются в том, что, несмотря на то, что ФП-1 и 2 отбирались на значительном удалении от ФХ (за пределами установленной зоны его воздействия на экосистему прилегающей территории), а ФП-3 и 4 отбирались на 15 км еще восточнее в долине р. Геналдон, в них выявлены высокие содержания базовых металлов: Рв2О3 масс. % = 8.3 (среднее по ФП 1+2) - 7.9 (среднее по ФП 3+4) - здесь и далее; Б = 0.11
- 0.12 масс. %; Си = 62 - 60 г/т; гп = 150 - 144; Ва = 398 - 383; РЬ = 59
- 52; Лэ = 82 - 76, по сравнению с ФП для Унальского хвостохранили-ща [4, 8]. Для объяснения этого феномена целенаправленно отобраны и проанализированы две пробы из почвообразующих нижнеюрских аргиллитов в устьевой части долины р. Хаником-дон и в ее истоках (табл. 2). Результаты анализа показали резко повышенное содержание в аргиллитах базовых металлов (Ре, Си, гп, Ва, РЬ, Лэ) для полиметаллических месторождений, руды которых перерабатывались на ФОФ. Эти данные позволили предполагать, что: а) в процессе длительного формирования в горных условиях почв ПП они вполне могли обогатиться приведенными выше базовыми металлами; б) при наличии высоких концентраций базовых металлов в осадочных породах они могут быть мобилизованы при помощи механизма «конвективной ячейки» при наличии благоприятных условиий, согласно латераль-секреционной гипотезе, из черносланцевой толщи аргиллитов с формированием практически значимых рудных тел жильного типа полиметаллических месторождений Кадат, Какадур.
ВЫВОДЫ
1. На основании анализа количественными методами почв огородов и природных пастбищ (ПП) получены дополнительные доказательства необходимости комплексной утилизации захороненных промышленных отходов ФОФ, с предварительным извлечением из них экономически ценных, включая благородные, и экологически опасных металлов.
2. Выявлена высокая степень загрязнения почв огородов и ПП в долине р. Хаником-дон, а масштаб загрязнения оценен в 7 км вдоль долины.
3. Результаты анализа показали резко повышенное содержание в аргиллитах базовых металлов (Ре, Си, 2п, Ва, РЬ, Лэ), позволившие предполагать, что в процессе длительного формирования в горных условиях почв ПП они вполне могли обогатиться приведенными выше базовыми металлами.
4. Наличие высоких концентраций базовых металлов в нижнеюрской аргиллитовой толще дало возмоможность предполагать, что эти металлы могли быть мобилизованы с помощью механизма «конвективной ячейки» согласно латераль-секре-ционной гипотезе, из черносланцевой толщи аргиллитов с формированием промышленно значимых рудных жильных тел на полиметаллических месторождениях Кадат и Какадур.
Работа подготовлена при поддержке гос. темы регистрационный номер АААА-А19-119040190054-8 в КНИО ВНЦ РАН.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бортников Н.С., Богатиков О.А., Карамурзов Б.С., Гурбанов А.Г., Докучаев А.Я., Газеев В.М., Лексин А.Б., Шевченко А.В. Оценка воздействия захороненных промышленных отходов Тырныаузского вольфрамово-молиб-денеового комбината на экологическую обстановку (по-чвенно-растительный слой) прилегающих территорий Приэльбрусья (Кабардино-Балкарская республика, Россия) // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2013. № 5, С. 405-416.
2. Вагин В.С., Голик В.И. Проблемы использования природных ресурсов Южного федерального округа // Учебник для вузов. - Владикавказ: Проект-Пресс, 2005. 192 с.
3. Газданов А. Ц. и др. Отчет о научно-исследовательской работе «Подготовка экологически напряженных локальных объектов к мониторингу (Оценка техногенного воздействия хвостохранилищ Мизурской и Фиагдонской обогатительных фабрик на окружающую среду). Госкомнедра РСО-А, геологическое научно-производственное предприятие «Севосгеона-ука». Фонд ФГГРУП «Севосцветметразведка», 1996. 103 с.
4. Гурбанов А.Г., Шаззо Ю.К., Лексин А.Б., Газеев В.М., Докучаев А.Я., Цуканова Л.Е., Якушев Я.И., Семенова И.В. Промышленные отходы Мизурской горно-обогатительной фабрики Садонского свинцово-цинкового комбината: геохимические особенности, оценка их воздействия на экологическую обстановку прилегающих территорий (почвы и воду р. Ардон). Республика Северная Осетия-Алания // Вестник ВНЦ РАН, 2012. Т.12. № 4. С. 29-40.
5. Гурбанов А.Г., Лексин А.Б., Газеев В.М., Гурбанова О.А., Лолаев А.Б., Илаев В.Э.. Закономерности в характере распределения в вертикальных разрезах содержаний макро- и микроэлементов и в распределении по латерали величин средних содержаний ряда элементов по данным изучения керна скважин пробуренных на всю мощность Унальского хвостохранилища (республика Северная Осетия-Алания) //Вестник ВНЦ РАН. 2019. Т. 19. № 2. С.78-88.
6. Гурбанов А.Г., Лексин А.Б., Газеев В.М., Гурбанова О.А., Лолаев А.Б., Оганесян А.Х. , Дзебоев С.О. Закономерности в характере распределения содержаний макро- и микроэлементов в поверхностном слое (0.6 м) Фиагдонско-го хвостохранилища (республика Северная Осетия-Алания) // Вестник ВНЦ РАН, 2019. Т. 19. № 4. С. 51-59 .
7. Гурбанов А.Г., академик Богатиков О.А., Лексин А.Б.,. Газеев В.М., Гурбанова О.А., Лолаев А.Б., Илаев В.Э. Первые данные о вариациях содержаний макро-, микроэлементов и благородных металлов в вертикальных разрезах в промышленных отходах Фиаг донского хвостохранилища (республика Северная Осетия-Алания). ДАН, 2019. Т. 487. № 1. С. 67-70.
8. Лолаев А.Б., Гурбанов А.Г., Дзебоев С.О., Илаев В.Э.
Динамика загрязнения водного бассейна р.Ардон (Республика Северная Осетия-Алания, РФ) захороненными промышленными отходами Садонского свинцово-цинкового комбината и шахтными водами // Горный информационно- аналитический бюллетень -ГИАБ (научно-технический журнал), 2018. № 6. Спец.вып. 25. С.117-126.
9. Реутова Н.В., Дреева Ф.Р., Реутова Т.В., Шевченко А.А. Исследование генотоксического влияния хвостох-ранилищ горно-обогатительного комбината. Известия Кабардино-Балкарского научного центра РАН, г. Нальчик, № 1 (63), 2015.
10. Смирнова О.К., Сарапулова А.Е., Цыренова А.А. Особенности нахождения тяжелых металлов в геотехногенных ландшафтах Джидинского вольфрамо-молибденового комбината // Геоэкология. Инженерная геология. Гидрогеология. Геокриология, 2010. № 4. С. 319-327.
11. Чантурия В.А. Прогрессивные технологии обогащения руд комплексных месторождений благородных металлов // Геология рудных месторождений, 2003. Т. 45. № 4. С. 321-328.
THE ASSESSMENT OF THE SCALE AND EXTENT OF THE NEGATIVE IMPACT OF THE FIAGDON TAILINGS DAM ON THE ECOSYSTEM
A.G. Gurbanov1,2, A.B. Leksin1, V.M. Gazeev1,2, O.A. Gurbanova3, A.B. Lolaev25, A.Kh. Oganesyan24, S.O. Dzeboev4
1 - Federal State Budgetary Institution of Science Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of the Russian Academy of Sciences (IGEM RAS)
2 - Federal State Budgetary Institution of Science "Vladikavkaz Scientific Center of the Russian Academy of Sciences" (VSC RAS)
3 - Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Moscow State University named after MV Lomonosov" (MSU)
4 - Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "The North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University) (NCIMM (STU)
5 - Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "North Ossetian State University named after KL Khetagurov" (NOSU)
ТОМ 20 № 2
Abstract. The research relevance: revealed additional evidence of the need for complex disposal of buried industrial waste with preliminary extraction of economically valuable, including noble and environmentally dangerous metals; revealed a high degree of soil contamination in the valley of the Khanikom-don river. The research objective based on geochemical data is to determine the extent and degree of soil contamination in the territory adjacent to the Fiagdon tailing dump. In the article, based on the results of geochemical studies with quantitative methods (XRF and ICP MS) of soils of agricultural lands (orchards) in the Kurtat and Mountain Dzuarikau settlements and from natural pastures, estimated the extent and magnitude of contamination by industrial wastes stored in the Fiagdon tailing dump. Data on the content of economically valuable and environmentally dangerous elements in the soils of vegetable gardens and natural pastures are presented for the first time, and the geochemical role of soil-forming mudstones of the lower Jurassic age in the formation of soils is considered. It is shown that the mechanism of soil contamination is caused by wind erosion of the surface layer of the tailing dump, and then from catastrophic craters on its surface. In addition, based on the results of analyses showing sharply increased content of base metals in mudstones (Fe, Cu, Zn, Ba, Pb, As), it is suggested that there is another natural source of soil contamination of NP - soil-forming mudstones. Because during the long-term formation of NP soils in mountain conditions, they may well have been enriched with the above-mentioned base metals. It is emphasized that the presence of high concentrations of base metals in the lower Jurassic mudstone column made it possible to assume that these metals could be mobilized using the «convective cell» mechanism according to the lateral-secretion hypothesis, from the black-shale mudstone column with the formation of industrially significant ore vein bodies of the Kadat and Kakadur polymetallic deposits.
Keywords: Fiagdon tailing dump, macro- and microelements content, soil contamination of natural pastures and farmlands( vegetable gardens), heavy metals
1. BortnikovN.S., Bogatikov O.A., KaramurzovB.S., GurbanovA.G., DokuchaevA.YA., Gazeev V.M., Leksin A.B., SHevchenkoA.V. Ocenka vozdejstviyazahoronennyhpromyshlennyh othodovTyrnyauzskogo vol'framovo-molibdeneovogo kombinata na ekologicheskuyu obstanovku (pochvenno-rastitel'nyj sloj) prilegayushchih territorij Priel'brus'ya (Kabardino-Balkar- skaya respublika, Rossiya) // Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya. Gidrogeologiya. Geokriologiya, 2013. .№ 5, S. 405-416.
2. Vagin V.S., Golik V.I. Problemy ispol'zovaniya prirodnyh resursov YUzhnogo federal'nogo okruga // Uchebnik dlya vuzov. - Vladikavkaz: Proekt-Press, 2005. 192 s.
3. Gazdanov A. C. i dr. Otchet o nauchno-issledovatel'skoj rabote «Podgotovka ekologicheski napryazhennyh lokal'nyh ob"ektov k monitoringu (Ocenka tekhnogennogo vozdejstviya hvostohranilishch Mizurskoj i Fiagdonskoj obogatitel'nyh fabrik na okruzhayushchuyu sredu). Goskomnedra RSO-A, geologicheskoe nauchno-proizvodstvennoe predpriyatie «Sevosgeonauka». Fond FGGRUP «Sevoscvetmetrazvedka», 1996. 103 s
4. Gurbanov A.G., SHazzo YU.K., Leksin A.B., Gazeev V.M., Dokuchaev A.YA., Cukanova L.E., YAkushev YA.I., Cemenova I.V. Promyshlennye othody Mizurskoj gorno-obogatitel'noj fabriki Sadonskogo svincovo-cinkovogo kombinata: geohimicheskie osobennosti, ocenka ih vozdejstviya na ekologicheskuyu obstanovku prilegayushchih territorij (pochvy i vodu r. Ardon). Respublika Severnaya Osetiya-Alaniya//Vestnik Vladikavkazskogo nauchnogo centra RAN, 2012. T.12. № 4. S. 29-40.
5. Gurbanov A.G., Leksin A.B., Gazeev V.M., Gurbanova O.A., Lolaev A.B., Ilaev V.E.. Zakonomernosti v haraktere raspredeleniya v vertikal'nyh razrezah soderzhanij makro- i mikroelementov i v raspredelenii po laterali velichin srednih soderzhanij ryada elementov po dannym izucheniya kerna skvazhin proburennyh na vsyu moshchnost' Unal'skogo hvostohranilishcha (respublika Severnaya Osetiya-Alaniya) // Vestnik VNC RAN. 2019. T. 19. № 2. S.78-88.
6. Gurbanov A.G., Leksin A.B., Gazeev V.M., Gurbanova O.A., Lolaev A.B., Oganesyan A.H. , Dzeboev S.O. Zakonomernosti v haraktere raspredeleniya soderzhanij makro- i mikroelementov v poverhnostnom sloe (0.6 m) Fiagdonskogo hvostohranilishcha (respublika Severnaya Osetiya-Alaniya) // Vestnik VNC RAN, 2019. T. 19. №4. S. 51-59 .
7. Gurbanov A.G., akademik Bogatikov O.A., Leksin A.B.,. Gazeev V.M., Gurbanova O.A., Lolaev A.B., Ilaev V.E. Pervye dannye o variaciyah soderzhanij makro-, mikroelementov i blagorodnyh metallov v vertikal'nyh razrezah vpromyshlennyh othodah Fiag donskogo hvostohranilishcha (respublika Severnaya Osetiya-Alaniya). DAN. 2019. T. 487. № 1. S. 67-70.
8. Lolaev A.B., Gurbanov A.G., Dzeboev S.O., Ilaev V.E. Dinamika zagryazneniya vodnogo bassejna r.Ardon (Respublika Severnaya Osetiya-Alaniya, RF) zahoronennymi promyshlennymi othodami Sadonskogo svincovo-cinkovogo kombinata i shahtnymi vodami // Gornyj informacionno- analiticheskij byulleten' -GIAB (nauchno-tekhnicheskij zhurnal), 2018. № 6. Spec.vyp.25. S.117-126.
9. Reutova N.V., Dreeva F.R., Reutova T.V., SHevchenko A.A. Issledovanie genotoksicheskogo vliyaniya hvostohranilishch gorno-obogatitel'nogo kombinata. Izvestiya Kabardino-Balkarskogo nauchnogo centra RAN, g. Nal'chik, № 1 (63), 2015.
10. Smirnova O.K., Sarapulova A.E., Cyrenova A.A. Osobennosti nahozhdeniya tyazhelyh metallov v geotekhnogennyh landshaftah Dzhidinskogo vol'framo-molibdenovogo kombinata // Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya. Gidrogeologiya. Geokriologiya. 2010. № 4. S. 319-327.
11. CHanturiya V.A. Progressivnye tekhnologii obogashcheniya rud kompleksnyh mestorozhdenij blagorodnyh metallov// Geologiya rudnyh mestorozhdenij. 2003. T. 45. № 4. S. 321-328.
REFERENCES
ВЕСТНИК
ВЛАДИКАВКАЗСКОГО НАУЧНОГО UEHTPA
