CC BY
22РАЗДЕЛ I ГЕОЛОГИЯ. СЕЙСМИКА. ГИС [GEOLOGY. SEISMOLOGY. GIS]
УДК: 614.8:504
DOI: 10.24412/2658-4441-2021-3-6-18
С.А. ВОРОБЬЕВ \ Р.В. КУЖУГЕТ 2, Х.Х. ОНДАР 3
1 Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова (Москва, Россия) 2 Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН (Кызыл, Россия) 3 Объединенная геологическая компания (Москва, Россия)
ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ РАЙОНА ГОРНО-ОБОГАТИТЕЛЬНОГО КОМБИНАТА «ТУВАКОБАЛЬТ» (Республика Тыва)
По данным опробования почв и донных отложений левого притока р. Элегест, выполнена оценка масштаба техногенного загрязнения территории, прилегающей к бездействующему горно-обогатительному комбинату (ГОК) «Тувако-бальт», где в течение 30-ти лет хранятся отходы гидрометаллургического предела руд арсенидно-кобальтового месторождения Хову-Аксы. Ореол с содержанием токсичных мышьяковистых соединений, многократно превышающим ПДК, широкой полосой протягивается по дну долины в сторону населённых пунктов. Поступление токсикантов в русло ручья, дренирующего долину, сформировало в донных отложениях высококонтрастную геохимическую аномалию длиной до 4 км с содержанием мышьяка, в сотни раз превышающим ПДК. Использование математической модели взаимосвязи содержания элементов в донных осадках и почве на берегах ручья позволило оценить количество мышьяка, кобальта и никеля в почвенном слое долины Хову-Аксы, в пределах аномальной области эти оценки соответственно равны 748, 52 и 62 т. Данные опробования стенок шурфов, пройденных на картах складирования шлама, даёт основание утверждать, что за 30-тилетний период хранения шлама в результате растворения арсенатных солей в грунтовые воды поступило более сотни тонн мышьяка. Ключевые слова: мышьяк, эколого-геохимическая аномалия, ореол, шламохра-нилище, донные осадки, поллютант, ПДК.
Ключевые слова: мышьяк, эколого-геохимическая аномалия, ореол, шламохра-нилище, донные осадки, поллютант, ПДК.
Рис. 5. Табл. 3. Библ. 12 назв. С. 6-18.
S.A. VOROBYEV ', R.V. KUZHUGET 2, H.H. ONDAR 3 ASSESSMENT OF TECHNOGENIC POLLUTION OF THE AREA OF THE MINING AND PROCESSING PLANT «TUVACOBALT»
(the Republic of Tyva)
1 Moscow State UniversityM.V. Lomonosov (Moscow, Russia) 2 Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources of SB RAS (Kyzyl, Russia) 3 United Geological Company (Moscow, Russia) The paper gives an assessment of technogenic pollution of the territory adjacent to the non-producing ore mining and processing plant (GOK) «Tuvacobalt» according to the
sampling of soils and bottom sediments of the left tributary of the river Elegest. The «Tuvacobalt» wastes of the hydrometallurgical limit in the ores of the Khovu-Aksy arsenide-cobalt deposit are stored for 30 years. Toxic arsenic compounds contact zone with ambient air standard exceed manifold, the area stretches in a wide strip along the bottom of the valley towards populated area. The entry of toxicants into the channel of the stream draining the valley formed in the bottom sediments a high-contrast geo-chemical anomaly up to 4 km long with an arsenic content hundreds of times higher than the ambient air standard. The use of a mathematical model of the relationship between the content of elements in bottom sediments and soil on the banks of the stream made it possible to estimate the amount of arsenic, cobalt and nickel in the soil layer of the Khovu-Aksy valley; these estimates are 748, 52 and 62 tons within the anomalous area. The sampling of the walls of the pits, traversed on the maps of sludge storage, gives reason to assert that over the 30-year storage period of the sludge as a result of the dissolution of the arsenate salts contained in it, more than a hundred tons of arsenic have entered the groundwater.
Keywords: arsenic, ecological and geochemical anomaly, area, sludge storage, bottom sediments, pollutant, maximum permissible concentration. Figures 5. Tables 3. References 12. P. 6-18.
Введение. Арсенидно-кобальтовое месторождение Хову-Аксы расположено в предгорьях хребта Танну-Ола в долине р. Элегест (левый приток р. Енисей) (рис. 1).
Рисунок 1. Фрагмент космоснимка ландшафта долины Хову-Аксы
(дата съёмки 07.09.2019 г.; ресурс Google)
С 1970 по 1991 гг. на ГОК «Тувакобальт», построенном рядом с месторождением, извлечение кобальта и сопутствующих ему элементов велось методом гидрометаллургического передела добываемых руд. Отходы складировались на территории промышленной площадки комбината в 6 картах (котлованах прямоугольной формы средней площадью 3,5 га и глубиной от 10 до 16 м, обвалованных дамбами из вынутых грунтов) и в 30 траншейных захоронениях (шириной от 6 до 18 м, длиной от 80 до 440 м, глубиной в несколько метров), расположенных в 1,2 км к северу от выше указанных карт (Бортникова и др., 2006; Забелин, 2016). Траншейные захоронения, дно которых забетонировано или защищено специальной полиэтиленовой плёнкой использовались на начальном этапе работы комбината. По мере заполнения траншеи закатывались грунтом, но есть такие, которые прикрыты грунтом лишь частично. Дно и борта карт защищены противофильтрационным экраном из полиэтиленовой плёнки, две из них, по заполнению были засыпаны полуметровым слоем привезённой почвы и засеяны многолетними травами. За время работы комбината в шламохрани-лище складировано более 2,6 млн м3 затвердевшей пульпы с содержанием мышьяка от 2,2 до 10 %. Масса мышьяка в складированных шламах при допущении, что содержание As в шламе соответствует его средней концентрации в сливавшейся пульпе (3,4 %)
(Бортникова и др., 2006; Забелин, 2016) на момент закрытия комбината составляла 180 тыс. т.
При закрытии комбината в силу разных социально-экономических причин ликвидационные мероприятия не проводились, вследствие этого остатки производственных комплексов ГОК «Тувакобальт» являются на протяжении 30-ти лет постоянно действующим источником токсичных мышьяковистых соединений. Содержащиеся в шламе арсенатные соли, растворяясь, повышают содержание мышьяка в поверхностных лужах до 29,5 мг / л, это приводит к гибели птиц и животных, пьющих из них воду (Забелин, 2016). Высохшие соли совместно с тонкодисперсными частицами шлама разносятся ветром, их последующее осаждение на землю привело к повышению содержания мышьяка в почвах и растительности на прилегающих пастбищах, и, как полагают местные жители, это является причиной заболеваний и гибели пасущегося скота (Забелин, 2016; В посёлке ..., 2021).
Сложившаяся неблагоприятная экологическая ситуация весьма часто обсуждается в средствах массовой информации Республики Тыва, что делает необходимым оценить масштаб загрязнения земель и установить его источники. Получение этих сведений возможно в результате проведения детальных эколого-геохимических съёмок, однако в силу различного рода причин они выполнены не были. Одним из оперативных методов решения этой задачи, является установление закономерностей пространственного распределения токсичных веществ в донных отложениях ручья, дренирующего долину Хову-Аксы, т. к. аллювий наследует состав почв на его берегах. Этот метод, успешно используемый при поисках месторождений полезных ископаемых, применён авторами для количественной оценки техногенного загрязнения почв района ГОКа «Тувакобальт».
Материалы и методы полевых и камеральных исследований. В 2019 г были проведены полевые работы по изучению процессов формирования эколого-геохимических аномалий в донных отложениях водотока, дренирующего долину Хову-Аксы. Его русло на протяжении 6 км опробовано средним шагом 250 м. В пробу бралась песчано-глинистая фракция с размером частиц менее 1 мм. Методом спектрального анализа определены содержания 25 химических элементов, селективными вытяжками определены содержания водо- и кислоторастворимых соединений мышьяка. Аналитические исследования выполнены в химико-аналитических лабораториях ВИМС и ООО «ГК РЭИ» (Москва).
Данные о распределении содержания мышьяка и сопутствующих ему элементов в почвенном покрове в долине Хову-Аксы заимствованы из литературных источников и любезно предоставлены профессором С.Б. Бортниковой, сотрудником Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН (ИНГГ СО РАН, Новосибирск), проводившей со своим коллективом геохимические исследования в этом районе.
Обработка полученных материалов выполнена методами интерпретации геохимических данных, применяемыми при геохимических поисках месторождений полезных ископаемых.
Результаты и обсуждение. При обсуждении экологической ситуации в долине Хову-Аксы большинством экологов и активистами защиты окружающей среды полагается, что главным источником поступления в окружающую среду мышьяка и других сопутствующих ему токсичных элементов являются открытые карты шламохра-нилища. За время, прошедшее с закрытия ГОКа сплошность их поверхности в значительной мере нарушена, защитный слой почвы частично срыт, появились небольшие котлованы с площадью несколько квадратных метров с обнажённым на дне шламом. На повреждение противофильтрационного экрана указывают куски рваного полиэтилена, обнажающиеся на поверхности шлама у стенок обваловок.
Водная эрозия, вызванная потоками дождевых и талых вод, привела к формированию на поверхности карт многочисленных промоин и воронок глубиной до 0,5 м
(рис. 2), что активизировало процессы физического и химического выветривания приповерхностного слоя складированных шламов. Для установления закономерностей изменения состава шлама по вертикали на открытых картах были пройдены шурфы глубиной 3 м.
Рисунок 2. Вид поверхности карты шламохранилища № 4 и фотография верхней части стенки шурфа, пройденного на этой карте, с указанием содержания элементов в разрезе
В интервале до 0,3-0,4 м шлам представлен обелённой карбонатно-силикатной глинистой массой, ниже по разрезу цвет шлама меняется до коричневого, он становится более плотным и пластичным (см. рис. 2). В таблице 1. приведены средние содержания главных элементов техногенного загрязнения по данным опробования стенок шурфов, пройденных на трёх картах.
Таблица 1. Среднее содержание элементов в картах складирования шламов ГОК «Тувакобальт» на разных глубинах*
Карты Глубина отбора,м Кол-во проб Содержание элементов, %
MgO Fe2Oз As № Zn
№ 3 5 0,0-0,35 3 6,7 7,22 1,16 0,063 0,067 0,062 0,051
0,35-3,0 6 12,5 8,54 3,54 0,091 0,078 0,083 0,093
Примечание. *Анализы выполнены методом РФА в физико-химической лаборатории ВИМС (Москва).
В поверхностном слое шлама по сравнению с его глубокими горизонтами, содержание мышьяка в 3 раза меньше. По данным, приведённым в работе (Бортникова и др., 2006), в начале двухтысячных годов среднее содержание As в поверхностном слое шлама в картах № 3, 4, 5 было равно 1,73 %, на глубине оно составляло 4,3 %. Повторное опробование этих карт в 2019 г. показало, что за прошедший с того времени период содержание мышьяка в поверхностном слое шлама снизилось в 1,5 раза. Двукратное понижение содержания магния в приповерхностной части разреза по сравнению с более глубокими горизонтами указывает на распад арсенатов магния, в форме которых мышьяк был изначально захоронен в шламе, высвобождающийся при этом арсенат-ион образует вторичные водорастворимые соединения, вымываемые просачивающимися метеорными водами.
Из данных, приведённых в таблице 1, следует, что за 30-тилетний период хранения шлама с трёх открытых карт общей площадью 13 га, в результате растворения солей мышьяка, из поверхностного слоя средней мощностью 0,35 м в нижние горизонты и далее в грунтовые воды поступило более 110 т мышьяка. Следует заметить, что количество водорастворённого As, мигрировавшего из шламохранилища, вероятно, в несколько раз больше, т. к. в проведённой оценке не учтено растворение арсе-нидов, захороненных на более глубоких горизонтах, а также из шлама нарушенных рекультивированных карт и траншейного комплекса. Последующая водная миграция
мышьяка, вероятно, привела к повышению его содержания в донных осадках Саяно-Шушенского водохранилища (Забелин, 2018), являющимся промежуточным бассейном стока вод р. Енисей, притоком которого является р. Элегест.
Техногенные литохимические ореолы рассеяния. Высококонтрастные геохимические аномалии, окаймляющее шламохранилище, указывают на то, что оно является источником поступления химических элементов в почвы на прилегающей к ней территории. Гипсометрические отметки поверхности шлама в картах на 1-2 м ниже гребней обваловок, поэтому формирование ореола возможно только в результате ветрового переноса пыли, эродированной с открытой поверхности карт. Поднятая воздушным потоком, она в конечном итоге оседает на землю и формирует на прилегающей территории техногенный ореол с содержанием мышьяка, кобальта и никеля, многократно превышающим местный геохимический фон. На рисунке 3 показана структура ореола эолового загрязнения, протягивающегося к устью долины широкой полосой на 1,2 км. Вследствие того, что карты расположены на склоне долины, ореол имеет несимметричное строение относительно зоны максимума, т. к. гравитационное поле земли усиливает процессы миграции в направлении понижения рельефа к руслу ручья. Оценки надфонового количеств мышьяка, кобальта и никеля в слое почвы мощностью 0,25 м в контуре ореола, за вычетом площади карт, приведены в таблице 2.
Рисунок 3. Структура ореола загрязнения мышьяком в районе шламохранилища по данным геохимических съёмок предшествующих лет (Бортникова и др., 2006; Гуркова и др., 2019)
Оценкой фона служат значе-Таблица 2. Параметры ореола поллютантов в районе ния медиан нижних квартилей шламохранилища ГОК «Тувакобальт» распределения элементов в мас-
сиве данных разномасштабной геохимической съёмки общей площадью около 9 км2, выполненной сотрудниками ИНГГ СО РАН на территории долины. Верхняя граница колебания содержания мышьяка в области геохимического фона на уровне одного стандартного отклонения равна 4,7 мг / кг, что почти в 2,5 раза превышает его ПДК для почв (Об утверждении ..., 2021).
Различие значений ПДК и местного геохимического фона показывает несостоятельность использования ПДК для характеристики уровня опасного загрязнения почв мышьяком в этом регионе, т. к. проживающее на этой территории население на про-
Параметры As №
Площадь ореола вне карт, км2 0,86
Среднее содержание в ореоле, 10-4 % 99,5 21,3 48,9
Геохимический фон, 10-4 % 3,5 8,6 28,0
Продуктивность, м2% 8002 951 1348
Накопленная масса, т 50,3 6,7 12,1
тяжении многих веков не ощущало негативного воздействия превышения уровня ПДК. Реальной оценкой ПДК для рудных регионов следует признать верхнюю границу фонового содержания мышьяка на уровне двух стандартных отклонений, т. к. отсекает 98 % случайных вариаций геохимического фона, величина этой границы соответствует кларку мышьяка в литосфере, равного 6 мг / кг.
Количество мышьяка в ореоле, окружающего шламохранилище, равно его количеству в слое шлама толщиной менее 1 мм, эродированного ветром с поверхности трёх открытых карт. Доля аэрозолей, осаждающихся на землю в процессе аэродинамической миграции, пропорциональна их содержанию в воздухе, поэтому распределение содержания As в ореоле наследует структуру воздушного потока пыли. Эта взаимосвязь позволяет использовать результаты литохимической съёмки для ориентировочной оценки дальности воздушной миграции пыли к нижней части долины, где расположены населённые пункты. Процесс воздушной миграции пылевых частиц описывается уравнением конвективной диффузии:
2
д С и 50 1 50
— "--=-- (1)
дх Б дх Б д( ,
где D и u — коэффициент турбулентного перемешивания (диффузии) (м2 / с) и скорость переноса ветром (м / с) аэрозолей, соответственно.
Из приведённого уравнения (1) следует, что концентрация пыли в атмосфере вдоль линии миграции зависит от соотношения скорости ветра и коэффициента турбулентной диффузии. Интенсивность турбулентности зависит от скорости воздушного потока, поэтому в первом приближении можно принять, что отношение этих параметров постоянно, поэтому главным фактором, определяющим дальность воздушной миграции пыли, является скорость ветра. По данным многолетних наблюдений на метеостанции Хову-Аксы средняя скорость воздушных потоков западных румбов, транспортирующих пыль к правому борту долины, в среднем равна 1,4 м / с, а ветров, дующих к её устью — 2,9 м / с (Погода..., 2021). Из этого следует, что дальность воздушной миграции пыли в сторону населённых пунктов не превышает двукратной ширины ореола мышьяка, и, ориентировочно, равна 1,4 км. Эта оценка не противоречит данным опробования почв, приведённым в работе О.Л. Гаськовой, Е.П. Бессоновой (2003), где показано, что на удалении 1,3 км от южного края карт содержание As в поверхностном слое почвы соответствует местному геохимическому фону.
Геоморфологическое строение долины от шламохранилища до с. Сайлыг не меняется, что определяет постоянство условий воздушной миграции аэрозолей на этом интервале. Исходя из этого можно утверждать, что количество поллютантов в шлейфе ореола, образованного осевшей на землю пыли, на участке долины ниже шламо-хранилища, не превысит их массу в вышележащей области ореола. Более точную оценку их количества можно получить по данным опробования среды, имеющей тесную генетическую связь с почвенным покровом, ими являются донные отложения ручья, дренирующего долину Хову-Аксы.
Потоки рассеяния элементов техногенного загрязнения. Статистическая обработка данных опробования донных отложений ручья в долине Хову-Аксы методом факторного анализа выделила две группы элементов. Первую составляют Sr, Ba, V, Сг, Pb, 2п, P, B, Mn, их содержание в донных осадках соответствует местному геохимическому фону. Пространственная изменчивость содержания этих элементов обусловлена локальными вариациями состава горных пород массива Кара-Хая, вмещающим месторождение Хову-Аксы, что определяет 39 % суммарной дисперсии геохимического поля. Вторая группа включает в себя As, Со, Си, Ag, № — главные элементы технологического передела руд. Изменение их содержания в донных осадках упорядочено изменяется от истока к устью водотока (рис. 4), высококонтрастные аномалии этих элементов протягиваются почти на 4 км вниз по течению ручья от участка русла с траншеями на берегу до слияния с р. Элегест.
Рисунок 4. Распределение элементов загрязнителей природной среды в донных осадках ручья, дренирующего долину Хову-Аксы, с указанием мест отбора проб и их номеров
Преобладающей формой нахождения мышьяка в донных осадках ручья Хову-Аксы являются кислоторастворимые соединения, на их долю приходится 90 % от суммарного содержания АБ в пробах, доля водорастворимых соединений в среднем составляет 9 % от валового. Аномалия мышьяка состоит из трёх разрозненных пиков, резкое понижение его содержания в пределах аномальной области обусловлено разу-боживанием донных отложений чистым аллювием, поступающим из притоков правого борта ручья. Изменение содержания кобальта, никеля, а также серебра и меди в донных осадках ручья аналогично распределению мышьяка.
Переход содержания мышьяка в донных осадках от фонового к аномальному начинается на участке русла с траншеями на берегу. Дальнейший рост его содержания обусловлен поступлением в водоток частиц почвы из ореола и сносом метеорными водами частиц делювия пород рудной зоны субмеридионального простирания, расположенной в 500 м выше шламохранилища. Максимум аномалии находится в 250 м ниже по течению от южного окончания карты № 3, содержание кислотораство-римых и водорастворимых соединений АБ на этом участке русла равно 290 и 27 мг / кг, далее к устью ручья оно снижается к фону.
Русловой аллювий образуется за счёт перемешивания эродируемой с берегов почвы с донными отложениями, транспортируемых водным потоком с вышележащих участков русловой долины. Взаимосвязь содержаний элементов в донных осадках и в почве, прилегающих берегах описывается уравнением (Воробьев, 2009):
* = а '" <а + ^'(2)
где Спочв и Сал — содержание компонентов загрязнения в почве вдоль водотока и
русловом аллювии, соответственно; 8 — площадь бассейна водосбора; а — коэффициент аллювия; у — кинетическая константа.
Коэффициент аллювия а характеризует соотношение удельных расходов материала, транспортируемого водным потоком по руслу ручья и поступающего с метеорными водами с береговых склонов, его величина равна отношению средневзвешенного значения уклонов берегов к уклону ложа русла. Кинетическая константа у характеризует процесс накопления и выноса компонентов загрязнения из аллювия при его движении по руслу, по своей физической сути она равна нормированной разности скоростей поступления рыхлого материала в русло (и) и выноса (ит) из него минеральных частиц элементов-загрязнителей водным потоком: у = (и -ит)/иг В силу этого у — знакопеременная величина, при выносе загрязнителя из аллювия она имеет отрицательный знак, при накоплении — положительный.
Решение уравнения (2) позволяет получить зависимость между надфоновыми количествами (продуктивностями) элемента в аллювии водотока и в почве на его берегах в контуре бассейна водосбора, включающего в себя геохимическую аномалию:
Рал =а/(а~у~ 1) • Рпоче- (3)
Для оценки количества мышьяка, накопившегося в почвах в районе ГОКа «Тувако-бальт» необходимо установить значения коэффициентов аллювия (а) и кинетической константы ( у ), характеризующих процесс формирования геохимических аномалий в донных осадках ручья. Наиболее удобно это можно сделать для шлейфа потока рассеяния участка русла, где загрязнённый аллювий разубоживается чистой почвой.
В этой области снижение содержания элемента (С х) в донных осадках с увеличением площади водосбора (8 х) описывается зависимостью:
С = Си • /8)(у-а), (4)
где Сп — содержание элемента в точке начала шлейфа, Б0 — учитываемая вышележащая площадь водосбора, равна площади, в пределах которой содержание элемента в шлейфе потока от максимального снижается к фону.
Распределение элементов в донных осадках, соответствующее шлейфу потока рассеяния, проявлено на участке русла, ниже точки опробования № 21. По данным геохимического опробования почв, приведённым в работе О.Л. Гаськовой, Е.П. Бессоновой (2003), содержание мышьяка в почве этой части долины соответствует местному геохимическому фону. Логарифмирование выражения (4) преобразует его к линейной зависимости, что позволяет по методу наименьших квадратов найти численное значение разности констант у и а в формуле (4) (рис. 5). Для кис-лоторастворимых соединений мышьяка она равна у -а = -6,2.
Рисунок 5. Соотношение логарифмов содержания мышьяка и площади бассейнов водосбора точек опробования донных отложений в шлейфе потока рассеяния ручья Хову-Аксы
В приустьевой части долины среднее значение уклонов (©) бортов долины и ложа русла соответственно равны 9,7 и 1,9, в соответствии с этими значениями вели-
чина коэффициента аллювия равна, а = ®а{Г1 / ®русл = 5,1. Полученное выше значение разности коэффициентов у и а , позволяет определить величину кинетической константы, она равна у = —1,1. Её отрицательный знак указывает на вынос мышьяка из донных осадков в процессе его миграции по руслу, вероятно, это происходит в результате механического измельчения мышьяксодержащих частиц и выноса водой образующейся микровзвеси.
Величина константы у для водорастворимых соединений мышьяка равна у = —2,9 , что вполне естественно, т. к. понижение их содержания в донных осадках происходит не только в результате механического измельчения, но и их растворения. Весьма вероятно, что водорастворимые соединения As образуются в самом русле в результате распада арсенатов магния и аммония, в форме которых мышьяк захоронен в шламе. Для кобальта и никеля кинетические константы равны: уСо = 1,2 и
ут = 2,3 , положительный знак этих величин указывает на обогащение донных осадков этими элементами, возможной причиной этого является их сорбция глинистыми частицами основной массы аллювия.
Геоморфологическое строение долины на участке от шламохранилища до её устья сохраняет свои основные характеристики, что определяет постоянство условий миграции элементов русле ручья, поэтому значения коэффициентов а и у, найденные по распределению элементов в шлейфе потока рассеяния, могут быть перенесены на вышележащую область. Переход от количества мышьяка, кобальта и никеля в донных осадках водотока к их количеству в почве в контурах бассейна водосбора, заключающего в себе аномальную область, оценивается по формуле (3). Оценки над-фоновых количеств мышьяка, кобальта и никеля в почвенном слое мощностью 0,25 м долины Хову-Аксы приведены в таблице 3.
Таблица 3. Параметры потоков рассеяния элементов техногенного загрязнения в донных осадках ручья, дренирующего долину Хову-Аксы
Параметры Ач кисл. Ачвод. Со N1
Площадь водосбора аномального участка русла, км2 17,1
Среднее содержание в аномалии,10-4 % 62,3 5,57 33,5 56,1
Фон,10-4 % 0,1 0,1 25,0 40,0
Кинетическая константа, у -1,1 -2,9 1,2 2,3
Коэффициент аллювия, а 5,2
к = (а — у — 1)/а 1,02 1,37 0,58 0,37
Продуктивность потока, м2% 106362 9359 14 535 27 360
Масса поллютанта в почве на берегах, т 677,5 80,0 52,4 62,5
Источники геохимических аномалий. Суммарное количество мышьяка, кобальта и никеля в почве долины Хову-Аксы равно 872 т, преобладающим загрязнителем является мышьяк, его доля в общей массе поллютантов составляет 87 %. Большинство специалистов, проводивших исследования на этой территории (Кальная и др., 2020, Шевко и др., 2017), полагают, что главным источником их загрязнения являются открытые карты шламохранилища, с поверхности которых сдувается токсичная пыль. Но наряду ним поступление мышьяка и сопутствующих ему элементов идёт также с территории самого месторождения, где складированы большие объёмы штольневых отвалов с высоким содержанием арсенидов и сульфидов (Лебедев, 2016). Поэтому для оценки воздействия на природную среду долины Хову-Аксы этих двух техногенных источников необходимо установить, как соотносятся количества мигрирующих из них полютантов.
Загрязнение почв «минеральной грязью», привнесённой ливневыми и талыми снеговыми водами с производственной площадки разрушенного ГОКа «Тувако-бальт» отчётливо проявляется в распределении содержания мышьяка в донных отложениях на участке русла ниже карт. На отрезке русла между 17 и 18 точками пробо-отбора (см. рис. 4) содержание мышьяка резко возрастает с 70 до 290 мг / кг. На рисунке 3, где показан ореол загрязнения, видно, что содержание Лб в почве между этими точками в среднем менее 100 мг / кг, из этого следует, что пылевой ореол не может обеспечить поступление мышьяка в донные осадки для четырёхкратного роста его содержания. Если бы поступление мышьяка в окружающее пространство шло только из карт шламохранилища, то его содержание от точки 17 к 18 должно не возрастать, а убывать, т. к. увеличивается расстояние от источника загрязнения.
Рост количества Лб в донных осадках на участке русла ниже карт является следствием миграции к подножью склона тонкодисперсной фракции, вымываемой ливневыми водами из штольневых отвалов на левом борту долины Хову-Аксы выше строений ГОКа. Продуктивности потока рассеяния мышьяка на участках русла, в бассейнах водосбора которых расположено шламохранилище (тт. 12-17) и производственная площадка ГОКа (тт. 18-21), соответственно равны 30 000 и 67 200 м2%. Из этих оценок следует, что основной вклад (69 %) в техногенное загрязнение почв долины вносит бездействующий комбинат. Мигрирующие с его территории токсичные соединения мышьяка скапливаются в локальных понижениях рельефа ложа долины, образуя участки с аномально высоким содержанием токсикантов, некоторые из них отчётливо видны на космоснимках этого района. Водопой из луж и пастьба в таких местах приводит к гибели скота и заболеванию населения, потребляющего мясо отравленных животных.
Заключение. На протяжении более 30 -ти лет постоянным источником загрязнения земель токсичными химическими соединениями почв долины Хову-Аксы является производственная площадка остановленного ГОК «Тувакобальт». Главным загрязнителем окружающей среды является мышьяк, его содержание в почве и донных осадках водотока, дренирующего долину, в сотни раз превышает уровень ПДК. На территории долины, где проживает коренное население, количество мышьяка, кобальта и никеля в почвенном слое глубиной 0,25 м соответственно равны 748, 52 и 62 т.
Сопоставление оценок количеств мышьяка в почвах и донных осадках ручья, дренирующего долину, позволяет утверждать, что в общей массе поллютантов доля материала, принесённого ветром с открытых карт шламохранилища, не превышает 30 %. Главным загрязнителем почв и поверхностных вод нижней части долины Хову-Аксы является производственная площадка бездействующего ГОКа «Тувакобальт», где выше по склону над ней складированы штольневые отвалы с арсенидно-кобальтовой минерализацией, масса которых составляет сотни тысяч тонн.
Данные опробования стенок шурфов, пройденных на картах складирования шлама, дают основание утверждать, что за время хранения шлама в результате выноса водорастворимых солей метеорными водами из поверхностного слоя шлама мощностью 0,35 м только из 3-х открытых карт в окружающую среду ориентировочно поступило более сотни тонн мышьяка, далее мигрировавшего с подземными водами в р. Енисей.
Необходимость рекультивации участков складирования шламов горнообогатительного комбината «Тувакобальт» активно обсуждается в СМИ Республики Тыва на протяжении последних полтора десятка лет. В 2020 г. по согласованию с Министерством природных ресурсов и экологии РФ проект по рекультивации хранилища отходов комбината «Тувакобальт» в пос. Хову-Аксы включён в национальный проект «Экология» (В посёлке..., 2021). При проведении рекультивационных работ необходимо проводить мониторинг основных путей миграции токсичных соединений в окружающую среду. Одним из наиболее информативных участков, который характеризует уровень экологической опасности территории долины Хову-Аксы, является отрезок русла, где поток загрязнителей, мигрирующих карт шламохранилища сме-
шивается с ливневыми водами, стекающими с производственной площадки ГОКа. Оценкой ПДК этого района следует признать верхнюю границу фонового содержания мышьяка в почве за пределами долины, она соответствует кларку мышьяка в литосфере, равного 6 мг / кг.
Сотрудниками Тувинского института комплексного освоения природных ресурсов СО РАН показано, что наиболее рациональным способом решения этой проблемы является возобновление кобальтового производства на основе переработки складированных шламов и штольневых отвалов. Ликвидация этих источников загрязнения окружающей среды приведёт к восстановлению естественного состояния почв и позволит снять потенциальные риски для здоровья людей в близлежащих посёлках. Реализация этого проекта позволит получить по 1730 т кобальта, никеля и меди, 102 т серебра и 102 кг золота (Лебедев, 2016), что полностью окупит расходы на при-родовосстановительные мероприятия и повысит трудовую занятость населения. Авторы выражают благодарность профессору С.Б. Бортниковой за предоставленные материалы и заведующему кафедрой геоэкологии Российского университета дружбы народов Е.В. Станис за конструктивные замечания к рукописи.
ЛИТЕРАТУРА
Бортникова С.Б., Гаськова О.Л., Бессонова Е.П. Геохимия техногенных систем. - Новосибирск: Акад. изд-во «Гео», 2006. - 169 с. В посёлке Хову-Аксы (Тува) обезопасят отходы комбината «Тувакобальт» [Электрон. ресурс] . - Режим доступа: https://www.tuvaonline.ru/2021/02/19/print:page,1,v-poselke-hovu-aksv-tuva-obezopasvat-othodv-kombinata-tuvakobalt.html, свободный (дата обращения 05.06.2020).
Воробьев С.А. Модели количественной взаимосвязи вторичных ореолов и потоков рассеяния
// Разведка и охрана недр. - 2009. - № 5. - С. 19-22. Гаськова О.Л., Бессонова Е.П. Почвенные аномалии в районе хранилища отходов комбината «Тувакобальт», Хову-Аксы, Тыва // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2003. - № 11. - С. 115-120.
Гуркова Е.А., Аюнова О.Д., Волобаев А.А., Кальная О.И. К вопросу об оценке загрязнения почв отходами горно-обогатительного комбината «Тувакобальт» (Тува) // Устойчивое развитие горных территорий. - 2019. - Т. 11. - № 2. - С. 142-156.
Забелин В.И. Негативные экологические последствия разработки месторождений полезных ископаемых в России в прошлом веке: проблемы бывшего ГОК «Тувакобальт» // Проблемы анализа риска. - 2018. - Т. 15. - № 2. - С. 64-70.
Забелин В.И. Распределение токсичных химических элементов в природных и антропогенных средах на территории бывшего ГОКа «Тувакобальт» // Состояние и освоение природных ресурсов Тувы и сопредельных регионов центральной Азии. Эколого-экономические проблемы природопользования. - Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2016. - Вып. 14. - С. 119-128.
Кальная О.И. Аюнова О.Д., Гуркова Е.А., Копылова Ю.Г., Хващевская А.А. Природно-экологическое состояние района карт-накопителей комбината «Тувакобальт» (Центральная Тува) // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами. - Улан-Удэ: ГИН СО РАН, 2020. - С. 231-234.
Лебедев В.И. Необходимость возрождения кобальтового производства в Туве на базе освоения запасов руд Хову-Аксынского месторождения и техногенных отходов ГОК «Тувакобальт» // Евразийское Научное Объединение. - 2016. - № 1 (13). - С. 141-144.
Об утверждении санитарных правил и норм СанПИН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания» [Электрон. ресурс]. - Режим доступа:
http://docs.cntd.ru/document/573500115, свободный (дата обращения 05.06.2020).
Погода в Хову-Аксы [Электрон. ресурс]. - Режим доступа: http://www.pogodaiklimat.ru/weather.php?id=36090, свободный (дата обращения 05.06.2020). Шевко Е.П., Кальная О.И., Аюнова О. И. Пути миграции элементов и оценка опасности хво-стохранилищ никель-кобальт-арсенидных руд месторождения Хову-Аксы // Региональная экономика: технологии, экономика, экология и инфраструктура: Материалы 2-й Между-
нар. науч.-практ. конф. (18-20.10.2017, Кызыл). - Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2017. -С. 370-377.
REFERENCES
Bortnikova S.B., Gas'kova O.L., Bessonova Ye.P. Geokhimiya tekhnogennykh system [Geochemistry of technogenic systems]. Novosibirsk, Geo Publ., 2006, 169 p. (In Russ.)
Gas'kova O.L., Bessonova Ye.P. Pochvennyye anomalii v rayone khranilishcha otkhodov kombinata «Tuvakobal't», Khovu-Aksy, Tyva [Soil anomalies in the area of waste storage at the Tuvakobalt Combine, Khovu-Aksy, Tyva Soil anomalies in the area of waste storage at the Tuvakobalt Combine, Khovu-Aksy, Tyva]. Poverkhnost'. Rentgenovskiye, sinkhrotronnyye i neytronnyye is-sledovaniya = Journal of Surface Investigation. X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2003, no. 11, pp. 115-120. (In Russ.)
Gurkova Ye.A., Ayunova O.D., Volobayev A.A., Kal'naya O.I. K voprosu ob otsenke zagryazneniya pochv otkhodami gorno-obogatitel'nogo kombinata «Tuvakobal't» (Tuva) [To the question of waste soil pollution evaluation of «Tuvakobalt» (Tuva) mine]. Ustoychivoye razvitiye gornykh territoriy = Sustainable Development of Mountain Territories, 2019, is. 11, no. 2, pp. 142-156. (In Russ.)
Kal'naya O.I. Ayunova O.D., Gurkova Ye.A., Kopylova Yu.G., Khvashchevskaya A.A. Prirodno-ekologicheskoye sostoyaniye rayona kart-nakopiteley kombinata «Tuvakobalt» (Tsentral'naya Tuva) [Natural and ecological state of the area of storage cards of the «Tuvakobalt» combine (Central Tuva)]. Geologicheskaya evolyutsiya vzaimodeystviya vody s gornymi porodami = Water-Rock interaction: geological evolution. Ulan-Ude, GIN SO RAN, 2020, pp. 231-234. (In Russ.)
Lebedev V.I. Neobkhodimost' vozrozhdeniya kobal'tovogo proizvodstva v Tuve na baze osvoyeniya zapasov rud Khovu-Aksynskogo mestorozhdeniya i tekhnogennykh otkhodov GOK «Tuvakobal't» [The need to revive cobalt production in Tuva on the basis of the development of ore reserves at the Khovu-Aksynskoye deposit and man-made waste from the Tuvakobalt GOK]. Yev-raziyskoye Nauchnoye Ob"yedineniye = Eurasian Scientific Association, 2016, no. 1 (13), pp. 141-144. (In Russ.)
Ob utverzhdenii sanitarnykh pravil i norm SanPIN 1.2.3685-21 «Gigiyenicheskiye normativy i trebo-vaniya k obespecheniyu bezopasnosti i (ili) bezvrednosti dlya cheloveka faktorov sredy obitani-ya» [On the approval of sanitary rules and norms SanPIN 1.2.3685-21 «Hygienic standards and requirements for ensuring the safety and (or) harmlessness to humans of environmental factors»]. Available at: http://docs.cntd.ru/document/573500115. (In Russ.) (accessed: 05.06.2020).
Pogoda v Khovu-Aksy [Weather in Hovu-Aksy]. Available at: http://www.pogodaiklimat.ru/weather.php?id=36090. (In Russ.) (accessed: 05.06.2020).
Shevko Ye.P., Kal'naya O.I., Ayunova O.I. Puti migratsii elementov i otsenka opasnosti khvo-stokhranilishch nikel'-kobal't-arsenidnykh rud mestorozhdeniya Khovu-Aksy [Migration paths of elements and hazard assessment of tailing storages of nickel-cobalt-arsenide ores of the Hovu-Aksy deposit]. Regional'naya ekonomika: tekhnologii, ekonomika, ekologiya i infrastruktura = Regional economy: technologies, economy, ecology, and infrastructure. Kyzyl, TuvIENR SB RAS, 2017, pp. 370-377. (In Russ.)
V posolke Khovu-Aksy (Tuva) obezopasyat otkhody kombinata «Tuvakobal't» [In the village of Khovu-Aksy (Tuva), the waste of the Tuvacobalt plant will be secured]. Available at: https://www.tuvaonline.ru/2021/02/19/print:page,1,v-poselke-hovu-aksy-tuva-obezopasyat-othody-kombinata-tuvakobalt.html. (In Russ.) (accessed: 05.06.2020).
Vorob'yev S.A. Modeli kolichestvennoy vzaimosvyazi vtorichnykh oreolov i potokov rasseyaniya [The quantitative relation between soil geochemical anomalies and their response in stream sediments] Razvedka i okhrana nedr = Exploration and conservation of mineral resources, 2009, no. 5, pp. 19-22. (In Russ.)
Zabelin V.I. Negativnyye ekologicheskiye posledstviya razrabotki mestorozhdeniy poleznykh is-kopayemykh v Rossii v proshlom veke: problemy byvshego GOK «Tuvakobal't» [Negative ecological consequences of development of mineral deposits in Russia in 20-th century: issues of former mining and processing plant «Tuvacobalt»Negative environmental consequences of the development of mineral deposits in Russia in the last century: problems of the former Tuvacobalt GOK]. Problemy analiza riska = Issues of Risk Analysis, 2018, vol. 15, no. 2, pp. 64-70. (In Russ.)
Zabelin V.I. Raspredeleniye toksichnykh khimicheskikh elementov v prirodnykh i antropogennykh sredakh na territorii byvshego GOKa «Tuvakobal't» [The distribution of toxic chemical elements in natural and anthropogenic environments near the former «Tuvakobalt» plant]. Sostoyaniye i osvoyeniye prirodnykh resursov Tuvy i sopredel'nykh regionov tsentral'noy Azii. Ekologo-ekonomicheskiye problemy prirodopol'zovaniya = State and exploration of natural resources of Tuva and adjacent regions of Central Asia. Ecological and economic problems of natural resources use. Kyzyl, TuvIENR SB RAS Publ., 2016, is. 14, pp. 119-128. (In Russ.)
