CC BY
27
мента и, следовательно, стабильности элемента в геохимических циклах.
Таким образом, в исследованных почвах содержание и внутрипрофильное распределение микроэлементов определяется их свойствами, направленностью и степенью выраженности почвообразовательных процессов, наличием пахотных горизонтов.
Почвообразующие породы и почвы Присалаи-рья накапливают хром и никель в количествах, значительно превышающих как данные для Западной Сибири [3], так и ПДК [4], что объясняется особенностями геохимии исследуемой территории. С другой стороны, по нашему мнению, ПДК [4] никеля и хрома в почвах являются заниженными. Так, принятые для никеля нормативы — 50 мг/ кг — ниже кларка элемента в земной коре (см. табл. 2), а, по данным [5, 6], незагрязненные почвы часто содержат хром в количестве более 250 мг/кг при ПДК элемента 100 мг/кг [4].
Концентрации остальных микроэлементов элементов в почвах близки к данным для других регионов, существенно ниже ПДК и находятся в пределах содержаний, оптимальных для живых организмов.
Выводы:
Проведена оценка содержания тяжелых металлов в почвах Присалаирья. Установлено, что концентрации Си, РЬ, Со, 2п, Мп в исследованных почвах не превышают
Таблица 2
Статистические параметры содержания тяжелых металлов и мышьяка в педосфере Присалаирья
Элемент ^арк [2], мг/кг Почвообра зующие породы n=13) Почвы (n=56)
в земной коре в кислых породах lim X ± x мг/кг V,% lim X + x мг/кг V,%
Cu 47 20 20,5-31,5 25,0±0,S 11 17,0-57,0 27,3+0,9 24
Pb 1б 20 10-1б 15,5+0,5 11 1б,0-17,б 16,0+0,04 2
Ni бв S 43,0-55,3 49,5+1,1 S 1S,4-66,6 47,S+1,1 1S
Co lS б 11,3-14,S 13,2+0,3 10 3,S-15,S 12,S+0,3 17
Cr S3 2б 112,3-15б,9 12S,1+3,6 10 62,2-162,S 115,0+2,4 1б
Zn S3 б0 57,3-72,5 б4,5+1,4 S 5б,0-9б,7 72,б+1,1 12
Mn 1000 б00 б25-750 6S5+12 11 23S-1110 7б7+22 22
п — объем выборки; Иш — пределы колебания содержаний;
X ±~х — средняя арифметическая и ее ошибка; У,% — коэффициент вариации
кларков и ПДК. Высокие содержания Сг и N1 в почвах наследуются от почвообразующих пород и связаны с метал-логеническими особенностями изучаемой территории. Небольшие значения коэффициентов варьирования микроэлементов связаны с однородностью почвообразующих пород исследуемой территории. Почвы аккумулятивных ландшафтов обогащены микроэлементами (за исключением марганца) по сравнению с элювиальными.
Внутрипрофильное распределение элементов зависит от их свойств, почвообразовательных процессов, а также степени вовлечения почв в сельскохозяйственное производство.
Полученные результаты могут быть использованы для оценки воздействия тяжелых металлов на почвенный покров исследованной территории в случае ее загрязнения.
Библиографический список
1. Почвы Aлтайского края I Под ред. КИ. Базилевич и A.H. Розанова. — М., 1959. — 384 с.
2. Bиноградов, A.^ Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры I A.^
Bиноградов II Геохимия.— 1962.— №7.— С. 555-571.
3. Фоновое количество тяжелых металлов в почвах юга Западной Сибири I BB Ильин, A.^ Сысо, КЛ.Байдина [и др.] II Почвоведение. — 2003. — №5. — С. 550-556.
4. Kloke, A. Richtwerte'80. Orientirungsdaten fur tolerierbare єіпІ9єг Elemente in Kulturboden I A. Kloke II Mittailungen des VDLUFA. — 1980. — H. 1-3. — S. 9.
5. Беус, A.A. Геохимия окружающей среды I A.A. Беус, Л.М. Грабовская, H.B. Тихонова. — М., 1976. — 248 с.
6. Якушевская, ИВ. Микроэлементы в ландшафтах колочной степи I ИВ. Якушевская, AX. Мартыненко II Почвоведение. — 1972. —
№4. — С. 44-63.
Работа выполнена при поддержке гранта РЖФ 08-06-18005е.
Статья пoстyпuла в редак^ю 24.06.08
УДК 504,054
И. А. Архипов, канд. географ. наук, с.н.с. лаборатории биогеохимии ИВЭП СО РАН, г. Барнаул А. В. Пузанов, д-р биолог.наук, проф., зам. дир. ИВЭП СО РАН, г. Барнаул
ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ОЦЕНКИ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ТОКСИЧНОСТИ КАРАКУЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПОЛИМЕТАЛЛОВ (ЮГО-ВОСТОЧНЫЙ АЛТАЙ)
Изучен уровень содержания микроэлементов в горнопромышленных ландшафтах Юго-Восточного Алтая. Произведен сравнительный анализ содержания микроэлементов в объектах окружающей природной среды. Рассчитаны некоторые показатели токсичности Каракульского месторождения полиметаллов.
Ключевые слова: месторождение, микроэлементы, почвы, токсичность, распределение.
Рудные месторождения — это природные геохими- Токсиканты проникают практически во все депонирую-ческие аномалии, которые представляют собой потенци- щие и транспортирующие природные среды вследствие альные и реальные источники токсичных элементов. естественного разрушения рудных масс и в процессе ос-
воения месторождений. Возникли и существуют сложные природно-техногенные экосистемы, негативное влияние которых до конца не оценено, в связи с чем является во многих случаях непредсказуемым.
ИВЭП СО РАН в 2007 г. были выполнены работы по исследованию почвенного покрова и природных вод района месторождения полиметаллов «Каракуль», расположенного в Юго-Восточном Алтае. Оценен уровень содержания большого комплекса микроэлементов-спутников полиметаллических руд Каракульского месторождения (Л§, В1, РЬ, Си, Со, N1, 2п, Лб, Мо, Ве, '^.
Целью данного исследования была прогнозная оценка экологического состояния окружающей среды в районах природных геохимических аномалий, выявление тенденций в изменении этого состояния и разработка рекомендаций по снижению загрязнения объектов окружающей природной среды.
ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования является территория месторождения полиметаллических руд «Каракуль», расположенная в Юго-Восточном Алтае. Для исследуемой территории характерен гравитационно-экзарационный высокогорный альпийский рельеф и экзарационно-ни-вальный, ледниковый аккумулятивный рельеф. Основные площади хребтов с альпийским рельефом представляют районы с преобладанием выходов на поверхность скальных пород палеозоя. В глубоких врезах и карах ограниченные по площади участки заняты отложениями ледниковой формации [1].
МЕТОДЫ И ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объектами мониторинга являются: поверхностные воды, почвы и техноземы в районе собственно месторождения и прилегающей к нему территории. Пробы природных вод отбирали в полиэтиленовую посуду.
Содержание растворённой формы микроэлементов в пробах воды определяли в соответствии с ПНДФ 14.1:2:4.14098, методом ААС (с предварительным окислением проб HNOg) в Аналитическом Центре ИВЭП СО РАН. Пробы почв отбирали в виде шурфов сечением 10х10 см с глубиной 0-10 см.
(рис. 1). Почвенные разрезы и прикопки закладывали в пределах трех ландшафтно-геохимических профилей, соответствующих ландшафтному разнообразию территории исследования. В дальнейшем пробы почв высушивали до воздушно-сухого состояния, измельчали и просеивали через сито с диаметром 1 мм. Пробы почв на содержание микроэлементов проана-
лизированы в Аналитическом центре Института геологии и минералогии Сибирского отделения РАН (г. Новосибирск).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Экологическое состояние поверхностных вод, представленных в районе исследований основными транзитными водотоками — реками Бар-Бургазы, Курумту, их притоками и оз. Каракуль, изучали на пяти створах, четыре из которых расположены на реках, не имеющих постоянного течения (табл. 1).
Содержание контролируемых тяжелых металлов в поверхностных водах района исследований находится на низком уровне, не превышает местного фона и действующих санитарно-гигиенических регламентов.
В заключение характеристики состояния природных вод в районе исследований отметим, что полученные данные можно считать основой для отслеживания их последующих изменений.
Почвенный покров. Формирование почв происходит на элювии и элювио-делювии коренных пород, представленных гранитами, гнейсами, порфиритами, серпентинитами, хлоритовыми и биотитовыми сланцами, песчаниками, а также на плохо отсортированных рыхлых отложениях, преимущественно ледникового происхождения [3, 4]. Сложное сочетание различных факторов почвообразования обусловливает распространение разнообразных по строению, составам и свойствам почв — от примитивных пятнистых мохово-лишайниковых почвенных образований до имеющих достаточно
Рис. 1. Схема отбора почвенных проб на территории Каракульского месторождения: 1-34 — точки отбора и номера проб
Таблица 1
Содержание микроэлементов в водах района месторождения
№ и место отбора пробы Co Cu K Na Mo Zn Pb As Sn Ni
мг/дмЗ
1. оз. Каракуль 0,0007 0,006 1 1,7 0,000З 0,02 0,00З 0,00З 0,004 0,007
2. без. ручей 0,000б 0,01б 1 2,1 0,0002 0,З7 0,024 0,001 0,004 0,11
3. Курумту <0,0002 0,004 1 4,б 0,000З <0,01 0,001 0,0009 9 0,00Зб б 0,00б
4. Бар-Бургазы— ср. течение <0,0002 0,01 1 1,2 <0,0001 0,05 0,00б 0,001 0,00Зб б 0,04
5. р. Бар-Бургазы— переправа <0,0002 0,002 1 1,7 0,0002 <0,004 4 0,000S S 0,0019 9 0,00З4 4 0,00б
Региональный фон - 0,З 1 - - 2 0,4 1 - -
ПДК рыб.-хоз. вод (по Г21) 10 1 1 - - 10 100 10 - 10
развитый профиль горно-тундровых, горно-луговых альпийских, горно-луговых субальпийских и горно-лугово-степных почв. На южных склонах и хорошо дренируемых участках почвенный покров представлен альпийскими и субальпийскими горно-луговыми почвами [5].
Горно-луговые почвы сформированы под ассоциациями луговой растительности. Процесс трансформации растительных остатков протекает при интенсивном сквозном промачивании почвенного профиля, создаются благоприятные условия для реакции воднорастворимых органических соединений с минеральной фазой почвы [6].
Горные лугово-степные почвы формируются на суглинисто-щебнистом, плохо отсортированном элю-вио-делювии коренных пород. Профиль горно-луговостепных почв характеризуется наличием плотно-дер-нинного, слабо оструктуренного горизонта А с большим количеством обломков коренных пород. Глубже располагается щебнисто-каменистая толща коренных пород, в верхней части которой скапливается гумусированная (суглинистая) масса (табл. 2).
Луговые почвы развиваются на слоистом суглинистом и супесчано-песчаном гравелистом аллювии. Исследуемые почвы характеризуются слабым развитием гумусового горизонта (мощность 10-15 см), который резко переходит в слоистую толщу бурых с ржаво-сизоватыми пятнами рыхлых суглинков и супесей (табл. 3).
Болотные и лугово-болотные почвы на территории района исследований формируются преимущественно в депрессионных формах рельефа, в условиях избыточного грунтового или поверхностного увлажнения, а чаще под совместным воздействием того и другого типа увлажнения (табл. 4). Заболоченные почвы, представленные преимущественно перегнойно-болотными и торфянисто-болотными почвами, и встречаются отдельными пятнами.
Из 33 почвенных проб 16 было взято на площади Каракульского месторождения. По пространственному положению проб и концентрациям микроэлементов четко выделяются 2 выборки (рис. 1). Параметры распределения микроэлементов в этих пробах резко различны. В фоновой части проб особых различий в содержании элементов нет (табл. 5).
Для выборки, сделанной непосредственно на территории месторождения (рудоносной площади) характерен аномально высокий уровень содержания большинства элементов. Распределение микроэлементов весьма неравномерно, что является характерным признаком литохимических аномалий над зонами оруднения. Средние концентрации большинства исследуемых элементов значительно превышают ПДК почв (табл. 6).
Анализ распределения микроэлементов на безруд-ной части площади позволил установить уровень их местного фона, с учетом которого были рассчитаны максимальные и минимальные содержания (табл. 7).
На основании проведенного расчета и особенностей пространственного распределения микроэлементов был произведен подсчет потенциальной токсичности рудного месторождения. Имея уточненные экотоксикологические показатели элементов — Тл для объектов геологической среды и геохимический показатель Кк, устанавливается экогеохимическое значение любого объекта, для которого известен химический состав (по методике [7]). Этот прием был использован нами для экспресс-оценки потенциальной токсичности Каракульского месторождения.
Таблица 2
Физико-химические свойства горно-луговых и орные лугово-степных почв
№ точки Глубина (см) рН Гумус Физи- ческая глина % Ил Емкость поглощения, мг-экв/ 100 г почвы
1 (0-10) б,6 S,6 26,6S S,40 19,8
(10-20) б,б 2,б 34,76 S,24 16,7
(20-30) б,б 1,7 34,б6 7,76 15,2
2 (0-10) б,9 1б,4 17,32 6,S0 35,0
3 (0-10) б,4 19,0 22,0S 9,32 42,6
4 (0-10) б,7 16,4 23,16 7,04 38,0
б (0-10) б,4 14,2 1S,40 6,16 31,9
6 (0-10) б,4 13,б 23,4S 7,24 25,8
7 (0-10) б,7 16,0 2б,16 7,04 36,5
S (0-10) б,6 13,6 26,S4 6,04 21,3
9 (0-10) 6,2 1б,0 23,04 4,96 34,6
10 (0-10) 6,2 16,6 1б,32 3,6S 36,1
11 (°-10) б,9 1б,б 22,24 4,76 45,1
Таблица 3
Физико-химические свойства луговых почв
№ точки Глубина (см) рН Гумус Физи- ческая глина % Ил Емкость поглощения, мг-экв/ 100 г почвы
1S (0-10) б,9 12,б 22,92 б,2 36,1
19 (0-10) 6,б 10,7 14,24 б,6 40,6
20 (0-10) 7 9,6 16 4,6 46,6
21 (0-10) 5,S 13,9 20,2 4,0S 45,1
22 (0-10) б,2 11,2 2б,б2 6,40 37,6
23 (0-10) б,7 11,S 44,76 26,б 54,9
24 (0-10) б,7 10,0 22,72 4,б2 33,1
2б (0-10) 6,1 S,7 24,92 7,6S 37,6
26 (0-10) б,7 10,9 2S,52 9,2 31,6
27 (0-10) б,б 3,1 21,0S 10,9 6,0
2S (0-10) б,4 S,4 2S,52 4,12 28,6
29 (0-10) 5,S 2,4 30,6 4,24 12,0
30 (0-10) 6 3,1 29,2S б,32 9,0
31 (0-10) б,3 б,б 23,б6 6,2S 17,3
32 (0-10) б,7 1,7 19,36 6,36 12,8
33 (0-10) б,7 10,6 29,96 7,4S 36,8
Таблица 4 Физико-химические свойства болотных и лугово-болотных почв
№ точки Глубина (см) рН Гумус Физи- ческая глина % Ил Емкость поглощения, мг-экв/ 100 г почвы
12 (0_10) б,б 44,0 10,SS 2,4S 92,5
13 (0_10) б,6 1S,6 12,64 4,б6 36,1
14 (0_10) б,4 17,б 19,44 7,36 28,6
1б (0_10) б,7 16,S 12,6 3,S4 28,6
16 (0_10) б,6 16,0 14,S 3 49,6
17 (0_10) 6 10,2 29,2S 9,12 30,1
ГЭр =2 (Тл*Кк)1 + + (Тл*Кк)п,
где: ГЭр — потенциальная токсичность месторождения,
Тл — Коэффициент литотоксич-ности элемента,
Кк — Кларк концентрации элемента,
п — количество исследованных химических элементов.
В результате подсчета получили величину ГЭр = 1815, что соответствует п3 — п4 и относится к объектам с высокой потенциальной опасностью (по ранжированию Иванова В.В [8]).
Донные отложения являются индикатором экологического состояния поверхностных вод. Были опробованы донные осадки озера Каракуль (1 проба). Полученные результаты свидетельствуют об умеренно повышенном уровне присутствия серебра (0,42 мг/кг), цинка (290 мг/кг) и свинца (51 мг/кг) в донных осадках озера.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Концентрации изученных элементов в пределах выделенных вторичных геохимических аномалий заметно превышают ПДК почв. В связи с неполнотой имеющихся фактических данных, формах содержания микроэлементов, а так же об особенностях их распространения в ведущих депонирующих средах, данные оценки должны рассматриваться как предварительные. Недостаточность статистического материала не позволяет в настоящее время основательно рассчитать все показатели токсичности месторождения. Представляется необходимым разработка природоохранных мероприятий, как предотвращающих экологический ущерб, так и реабилитационных.
Таблица 5
Статистические параметры распределения микроэлементов в фоновых почвах Каракульского месторождения (пробы № 12-26 и 33)
Параметры Ag Bi Pb Cu Co Ni Zn As Be Mo W
N 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16 16
Min 0,07 <0,б 19 22 6,S 3S 127 1,7 1,4 <1 <40
Max 0,4б 7,S 77 S5 17 бб 290 11 2 <1 <40
X 0,2 1,0 41 37 12 4б 19б б,7 1,7 - -
о 0,13 1,9 14,4 1S,1 2,S 4,1 42,3 б,9 0,1S - -
V% 6б 1S6 3б 49 24 9 22 б1 10 - -
Таблица 6
Статистические параметры распределения микроэлементов в пробах почв рудоносной площади Каракульского месторождения
Параметры Ag Bi Pb Cu Co Ni Zn As Be Mo W
N 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17
Min 0,11 0,25 37 24 14 41 170 7,1 1,7 <1 <40
Max 1,6б 700 1320 476 202 S5 630 6060 6,2 6,0 2б2
X 0,б 50 27б 104 33 б1 337 397 2,б - -
о 0,4 168 3S6 12б 44 10 1б0 1414 1,1 - -
V% S0 344 140 119 131 19 4б 3б6 43 - -
ПДК - _ 100 100 б0 б0 300 20 10 1,0 10
Кларк G,1 0,009 В з/к по Виноградову 12 31 16 43 54 12 6 2 1,3
Таблица 7
Оценка аномальности распределения микроэлементов на территории Каракульского месторождения
Параметры Ag Bi Pb Cu Co Ni Zn As Be Mo W
Местный фон 0,1 <0,б 2б 23 9 40 170 4 1,б <1 <40
X мг/кг 0,43 43 239 S6 29 4S 312 341 2,4 - -
X ед. фона 4,3 >100 9,6 3,7 3,2 1,2 1,S 8б,2 1,6 - -
Са Min 0,32 3 бб бб 14 49 23S S,6 1,9 <1 <40
Са max 0,6 6,S S4 91 20 б8 322 14 2,2 - -
С max, мг/кг 1,6б 700 1320 476 202 S5 630 6060 6,2 6,0 2б2
С max, ед. ПДК - - 13,2 4,S 4,0 1,7 2,1 303 0,6 6,0 2б,2
X ед. ПДК - - 2,4 0,9 0,6 1,0 1,0 17,0 0,2 - -
Примечание: Са Ы1и минимальное единиц фона, Са Ы1и — максимальное единиц фона, X ед. фона — среднее единиц фона, X мг/кг — среднее.
Библиографический список
1. Девяткин, Е.В. Кайнозойские отложения и неотектоника Юго-Восточного Алтая / Е.В. Девяткин // Труды ГИН АН СССР.— 1965. — Вып. 126.— 189 с.
2. Беспамятнов, Г.Н. Предельно-допустомые концентрации химических веществ в окружающей среде / Г.Н. Беспамятнов, Ю.А. Кротос. — Л.: Химия, 1985. — 528 с.
3. Щукина, Е.Н. Древняя кора выветривания в Алтайском крае и ее значение для определения возраста и генезиса рельефа / Е.Н. Щукина // Кора выветривания. Вып. 2. — М.: Изд-во АН СССР, 1956. — 214 с.
4. Щукина, Е.Н. Закономерности размещения четвертичных отложений на территории Алтая / Е.Н. Щукина // Тр. ГИН АН СССР. —
1960.— Вып. 26.— 106 с.
5. Марусенко, Я.И. Гидрография Западной Сибири. Т.1. Общая характеристика вод / Я.И. Марусенко, А.А. Земцов.— Томск,
1961.— 169 с.
6. Почвы Горно-Алтайской автономной области / Под ред. Р.В. Ковалева. — Новосибирск: Наука, 1973. — 352 с.
7. Голева, Р.В. Экологическая оценка потенциальной токсичности рудных месторождений / Р.В. Голева, В.В. Иванов.— М., 2001. — 53 с.
8. Иванов В.В. О понятии «экологическая минералогия» и методах прогноза токсикологической опасности минералов // Минералогические исследования в решении экологических проблем. — М., 1998. — С. 5-15.
Статья поступила в редакцию 27.06.08
