Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Ландшафтно-геохимическии подход к опенке экологического состояния горнопромышленных ландшафтов 17
1.1. Методологические проблемы изучения ландшафтов районов добычи полезных ископаемых 17
1.1.1. Объекты исследований 17
1.1.2. Геохимия ландшафтов, как методическая основа изучения техногенно измененных территорий 20
1.2. Принципы проведения крупномасштабных комплексных ландшафтно-геохимических исследований на территории Стрельцовского U-Mo рудного поля 25
1.3. Обработка материалов полевых исследований 30
1.3.1. Химико-аналитические исследования 30
1.3.2. Геохимическая интерпретация данных 32
1.3.3. Ландшафтно-геохимическое картографирование 33
Глава 2. Физико-географические условия Юго-Восточного Забайкалья 36
2.1. История развития и геологическое строение территории 36
2.2. Рельеф 41
2.3. Климат 43
2.4. Поверхностные и подземные воды 45
2.5. Растительность и растительный покров 48
2.6. Почвообразующие породы 50
2.7. Почвы и почвенный покров 50
2.7.1. Факторы почвообразования 50
2.7.2. Классификационная принадлежность почв Приаргунья 51
2.7.3. Почвенный покров 52
2.8. Геохимические ландшафты сухих степей Юго Восточного Забайкалья 69
Глава 3. Геохимическая структура фоновых ландшафтов Приаргунья 72
3.1. Геохимические особенности Приаргунья 72
3.1.1. Ландшафты горных массивов геохимические ландшафты) 75
3.1.2. Ландшафты широких долин и межгорных котловин (урулюнгуйские геохимические ландшафты) 89
3.1.3 Миграционные потоки в геохимических ландшафтах и типы природных аномалий 98
3.2. Ландшафтно-геохимическая карта зоны техногенного воздействия ГШГХО 101
Глава 4. Источники и виды техногенного воздействия на территории Стрельцовского рудного поля 110
4.1. Технология добычи и переработки урановых руд 110
4.2. Виды техногенных воздействий на ландшафты и состав техногенных потоков 114
4.2.1. Воздействие объектов добычи урановых руд 117
4.2.2. Воздействие объектов хранения отходов добычи урановых руд 120
4.2.3. Воздействие объектов переработки руд 122
4.2.4. Воздействие хранилищ отходов переработки 123
4.2.5. Воздействие объектов сопутствующих производств 128
Глава 5. Геохимическая структура ландшафтов зоны техногенного воздействия уранодобывающего комплекса 129
5.1. Ландшафты зоны воздействия сброса жидких и складирования твердых отходов добычи и переработки урановых руд 133
5.1.1. Ландшафты зоны воздействия объектов хранения отходов добычи урановых руд 133
5.1.2. Механически преобразованные и химически загрязненные природно-техногенные ландшафты 136
5.2. Ландшафты зоны воздействия объектов хранения отходов переработки урановых руд 140
5.3. Ландшафты с преобладающим влиянием аэротехногенных потоков 141
5.3.1. Зона слабого аэротехногенного воздействия 143
5.3.2. Зона умеренного аэротехногенного воздействия 151
Глава 6. Основные принципы и рекомендации к проведению ландшафтно-геохимического мониторинга в зоне техногенного воздействия уранодобывающего и перерабатывающего комплекса 163
6.1. Мониторинг состояния окружающей среды в зоне техногенного воздействия предприятия 163
6.2. Основные положения ландшафтно-геохимического мониторинга в зоне техногенного воздействия уранодобывающего и перерабатывающего комплекса 165
6.2.1. Базовый ландшафтно-геохимический мониторинг 165
6.2.2. Текущий ландшафтно-геохимический мониторинг 167
Заключение 174
Список литературы 179
Приложения
Приложение А Список публикаций по теме диссертации 195
Приложение Б Систематический список почв природных ландшафтов территории исследования 199
Приложение В Латеральная дифференциация элементов в почвах природно-техногенных ландшафтов СРП 201
- Геохимия ландшафтов, как методическая основа изучения техногенно измененных территорий
- Ландшафты широких долин и межгорных котловин (урулюнгуйские геохимические ландшафты)
- Механически преобразованные и химически загрязненные природно-техногенные ландшафты
- Текущий ландшафтно-геохимический мониторинг
Введение к работе
Актуальность. В настоящее время добыча урановых руд горным способом в промышленных масштабах ведется в России на Стрельцовском молибден-урановом рудном поле в Юго-Восточном Забайкалье. Рудное поле относится к категории уникальных -общие запасы урана, сосредоточенные в девятнадцати пространственно сближенных месторождениях, оцениваются более чем в 250 тыс. тонн. Добыча и переработка руд осуществляется предприятиями Приаргунского производственного горнохимического объединения (ППГХО). Половина запасов руд уже отработана, для поддержания добычи урана на современном уровне, и, тем более, для ее планируемого наращивания, в эксплуатацию будут вовлечены резервные месторождения. Это потребует расширения перерабатывающего производства, частичного изменения технологии добычи и переработки руд и, как следствие, приведет к увеличению массы отходов и к усложнению их состава.
Эксплуатация месторождений Стрельцовского рудного поля (СРП) сопровождается существенной трансформацией природных ландшафтов прилегающих территорий, что подтверждено данными аэрогаммаспектрометрической съемки 1965 и 1990 годов. Содержание эквивалентного урана в почвах рудного поля за 24 года добычи и переработки руд увеличилось с 2-8 до 12-48 г/т. Зафиксированные в 1965 году аномалии отражали преимущественно вторичные ореолы рассеяния коренного оруденения, тогда как к 1990 году наиболее контрастные из них имели техногенное происхождение.
Экологическую ситуацию на территории осложняет наличие источников загрязнения, связанных не только с основным производством, но и с сопутствующей деятельностью. Поэтому загрязнение происходит как радиоактивными, так и стабильными элементами, что приводит к увеличению контрастности, масштабов и экологической опасности формирующихся полиэлементных аномалий. В сфере воздействия техногенных источников оказались г. Краснокаменск, пос. Октябрьский и пос. Краснокаменский, в которых проживает более 60 тысяч человек. В этой связи проведение работ по оценке существующей экологической ситуации, выявлению экологически опасных тенденций в
деятельности горнодобывающего и рудоперерабатывающего производств, разработке прогнозных сценариев функционирования экосистем, а также мер по реабилитации загрязненных территорий, чрезвычайно актуально.
Актуальность работы подтверждается ее выполнением в рамках ФЦП «Ядерная и радиационная безопасность России на 2000-2006 гг.» и «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года».
Цель и задачи исследования. Целью работы является оценка геохимической трансформации степных ландшафтов Юго-Восточного Забайкалья под влиянием горно-промышленного комплекса по добыче и переработке урановых руд. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи.
Адаптация методики ландшафтно-геохимических исследований (ЛГИ) к оценке воздействия предприятий по добыче и переработке урановых руд на природные ландшафты Юго-Восточного Забайкалья.
Установление природного геохимического фона радиоактивных и стабильных элементов и факторов, определяющих дифференциацию геохимического поля.
Выявление геохимической структуры ландшафтов и оценка геохимических условий миграции вещества в степных ландшафтах Юго-Восточного Забайкалья.
Выявление потоков загрязнителей от основных источников техногенного воздействия.
Выявление основных преобразований в геохимической структуре ландшафтов под воздействием горно-промышленного комплекса.
Определение критериев разделения техногенных геохимических аномалий от природных.
Обоснование системы ландшафтно-геохимического мониторинга зоны техногенного воздействия (ЗТВ) урандобывающего и перерабатывающего комплекса.
Методологический подход. Методологической основой оценки экологического состояния экосистем является теория геохимии ландшафтов - науки, раскрывающей закономерности миграции химических элементов в природных и природно-техногенных ландшафтах.
Фактический материал. Настоящая работа основана на материалах многолетних ландшафтно-геохимических исследований автора и других специалистов ИГЕМ РАН, проводившихся в 1998-2008 годах в Юго-Восточном Забайкалье.
Основу работы составляют собственные материалы. Обработано 1083 пробы почв и техногенных субстратов, 20 проб поверхностных и грунтовых вод. В пробах почв определялись: содержание гумуса (410 определений), механический состав (29), рН (442), легкорастворимые соли (417), емкость поглощения (25), валовое содержание микро и макроэлементов (1083), подвижные формы урана (143), макрокомпонентный состав водных вытяжек (14); во всех пробах вод: рН, макро- и микро компонентный состав.
Результаты лабораторных исследований обобщены в виде таблиц, графиков, геохимических коэффициентов (кларков концентрации и рассеяния, коэффициентов аномальности, коэффициентов латеральной и радиальной миграции), геохимических спектров.
Научная новизна.
Определены основные принципы и методы ландшафтно-геохимических исследований для районов деятельности предприятий по добыче и переработке урановых руд.
Проведена типизация геохимических аномалий,
формирующихся в природных и техногенно трансформированных ландшафтах Приаргунья.
Предложены и апробированы на конкретном объекте критерии отличия аномалий с близким элементным составом природного и техногенного происхождения.
Составлена ландшафтно-геохимическая карта территории зоны влияния горно-промышленного комплекса, отражающая геохимические условия миграции и концентрации вещества в основных выделенных элементарных и геохимических ландшафтах.
Практическое значение работы заключается в следующем:
1) произведена оценка техногенного воздействия деятельности
ППГХО на природные ландшафты, выявлены тренды изменений
техногенных аномалий под действием ландшафтных факторов;
2) обоснована и разработана система ландшафтно-
геохимического мониторинга (ЛГМ) ЗТВ предприятия по добыче и
переработке урановых руд, учитывающая ландшафтно-геохимические различия изученной территории;
3) проведенные исследования представляют фактическую реализацию первого этапа мониторинга - базового ЛГМ, результаты которого целесообразно использовать экологическими службами предприятия при осуществлении текущего контроля за состоянием окружающей среды в ЗТВ горно-промышленного комплекса и за ее пределами.
Результаты исследования использовались в 2009 году при выполнении проекта «Создание и поддержка системы объектного мониторинга состояния недр на предприятиях ГК «Росатом».
В работе обоснованы четыре основные защищаемые положения:
1) Аргунские и урулюнгуйские геохимические ландшафты,
выделенные на территории Стрельцовского рудного поля и его
окрестностей, резко отличаются по условиям миграции вещества,
что выражается в различии природных содержаний элементов и
факторов, определяющих пространственную вариацию
геохимического поля. Исходя из этого оценка геохимической
трансформации ландшафтов, осуществляется на основе
установленного дифференцированного ландшафтно-
геохимического фона.
2) Геохимическое различие природных ландшафтных и
рудогенных аномалий выражается в их пространственной
локализации, составе ассоциаций концентрирующихся элементов,
их вертикальном и латеральном распределении в ландшафтах.
Разделение и типизация этих аномалий повышает надежность
выявления загрязнения ландшафтов в случаях наложения
техногенных аномалий на природные.
3) Техногенные аномалии как индикаторы геохимической
трансформации ландшафтов Стрельцовского рудного поля и его
окрестностей обычно отражают комплексное воздействие
нескольких источников загрязнения и нередко накладываются на
природные аномальные геохимические поля. Критериями
разделения техногенных и природных аномалий являются: уровни
содержания валовых и подвижных форм элементов, характер их
латерального и вертикального распределения в ландшафтах; состав
ассоциаций накапливающихся элементов.
4) Разработана система экологического ландшафтно-геохимического мониторинга зоны техногенного воздействия горнопромышленного комплекса, состоящая из этапа базовой ландшафтно-геохимической инвентаризации (базовый мониторинг) и текущего мониторинга. Пространственное размещение точек наблюдения определяется структурой природных и техногенных ландшафтно-геохимических полей и различно для аргунских и урулюнгуйских геохимических ландшафтов.
Личный вклад. Автор принимал участие в организации и проведении полевых работ (два года - в качестве начальника полевого отряда) и лабораторных исследований. Собран и обобщен весь фактический материал, проведена химико-аналитическая обработка значительной его части, теоретически обобщены данные ландшафтно-геохимического анализа (охарактеризована миграция различных групп элементов в ландшафтах СРП; типизированы природные и техногенные аномалии на основе их значимых признаков, определены критерии их отличия и достоверной идентификации); создана серия цифровых карт на территорию исследований.
Апробация работы. Результаты диссертации представлены и доложены на международных и российских конференциях, симпозиумах, научных школах: Всероссийской конференции «Геохимия биосферы» в г. Москве в 2006 г.; пятой Российской конференции Радиохимия-2006 в г. Дубне; второй Российской школе по радиохимии и ядерным технологиям в г. Озерске в 2006 г., международной конференции «Uranium Deposits - Natural Analogs - Environment» в Нанси в 2003 г.; международной конференции «Современные методы эколого-геохимической оценки состояния и изменений окружающей среды» в г. Новороссийске в 2003 г.; конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование» в г. Санкт-Петербурге в 2003 г.; Всероссийском совещании «Проблемы радиоэкологии при освоении минерального сырья и техногенных источников» в ГУП «ВНИИХТ» в г. Москве в 2001 г., Всероссийской конференции «Научные аспекты экологических проблем России» в г. Москве в 2001 г.; международном симпозиуме по геологии урана «Уран на рубеже веков: природные ресурсы, производство, потребление» в г. Москве в 2000 г. и др.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы, включающего 167 наименований, приложений, списков терминов, определений и сокращений. Объем работы 204 страницы, включая 37 рисунков (в том числе 4 карты), 39 таблиц.
Геохимия ландшафтов, как методическая основа изучения техногенно измененных территорий
Методологической основой изучения и прогнозирования территориального распределения загрязнителей от предприятий добычи и переработки урановых руд является геохимия ландшафтов и геохимические методы поисков полезных ископаемых. Применение литохимических (металлометрическая съемка), биогеохимических, гидрохимических методов, используемых при геохимических поисках, позволяет обнаружить и оконтурить геохимические аномалии рудогенного происхождения, установить закономерности их размещения (Алексеенко, 1989).
Использование методов геохимии ландшафтов (ландшафтно геохимического профилирования и ландшафтно-геохимического картографирования) позволяет оценить реальные изменения компонентов ландшафта, прогнозировать устойчивость этих изменений или, напротив, возвращение систем в исходное состояние за счет действия механизмов самовосстановления. Роль геохимии ландшафтов при изучении измененных техногенезом территорий показана в работах А.И. Перельмана (1995, 1996), М.А. Глазовской (1972, 1981,1984, 1988. 1997), Н.П.Солнцевой (1981, 1982, 1988, 1995), Н.С. Касимова (1999). Ландшафтно-геохимический подход к исследованию ландшафтов ЗТВ предприятий добычи и переработки твердых полезных ископаемых был применен И.А. Авессаломовой (1984, 2002), А.В. Дончевой (1978), B.C. Аржановой и П.В.Елпатьевским (1990, 1993), Н.П. Солнцевой и Е.М. Никифоровой (1982), А.Е. Воробьевым (1995), В.А. Алексеенко (1990), В.В. Дьяченко (2004); ландшафтов нефтегазовых районов -Н.П. Солнцевой (1998), Ю.И. Пиковским (1993), Б.А. Ильичевым (1998); ландшафтов в зоне влияния предприятий топливно-ядерного цикла — А.И. Перельманом (1990, 1996), Е.Н. Борисенко (2000, 2002), Е.В. Квасниковой (2002, 2005), В.Г. Линником (1991, 2008) и др., городских ландшафтов - Е. М. Никифоровой (1991) и др.
Методологической базой геохимии ландшафтов является системный подход, позволяющий учитывать специфику объекта исследования. В его основе лежит сопряженный анализ всех компонентов природных и техногенных ландшафтно-геохимических систем (блока природных компонентов: почвообразующих пород, почвенного, растительного покрова, поверхностных и подземных вод; технического — источников техногенного воздействия), а также изучения связей между этими компонентами.
При сравнительном анализе природных и техногенных ландшафтно-геохимических систем (ЛГС) обязательным является изучение природного и природно-аномального геохимического фона. Учет фоновых характеристик экосистем необходим для определения трендов техногенных изменений окружающей среды, их скоростей, оценки причиненного ущерба, вычисления и оценки сторонних экологических воздействий. При опробовании фоновых ландшафтов различают (Солнцева, 1998; Ильичев и др., 1998):
абсолютный ландшафтно-геохимический фон (абсолютный хорофон) — состояние ландшафтов типологически сравнимой территории вне зоны прямого воздействия горно-промышленного комплекса;
относительный хорофон — состояние экосистем в ЗТВ горнопромышленного комплекса вне миграционных путей и областей накопления потенциальных загрязнителей;
абсолютный хронологический ландшафтно-геохимическим фон (абсолютный хронофон) - состояние экосистем ЗТВ до начала эксплуатации предприятия.
Геохимическая структура природных и техногенных ландшафтно-геохимических систем контролируется геохимическими барьерами - с ними связана дифференциация геохимического фона и возможность формирования геохимических аномалий. Учение о геохимических барьерах является одним из основополагающих принципов изучения миграции и концентрации элементов. Геохимические барьеры - участки биосферы, где на коротком расстоянии происходит резкое уменьшение интенсивности миграции химических элементов и, как следствие, рост их концентраций (Перельман,1968). На различных видах геохимических барьеров осаждается определенная ассоциация элементов, концентрирующихся в данной ландшафтно-геохимической обстановке. Принято выделять (Касимов, 1980; Солнцева, Касимовв, 1982; Глазовская, 1988) линейные и площадные геохимические барьеры, по направленности миграционных потоков - латеральные и радиальные (вертикальные). Латеральные барьеры формируются при смене ландшафтно-геохимических обстановок при переходе из одного элементарного ландшафта в другой. Вертикальные барьеры формируются в различных горизонтах почв, донных осадках в радиальных миграционных потоках. Вертикальным барьером
1 От лат. horos - пространство может служить растительный покров в целом или отдельные виды растений, избирательно поглощающие и накапливающие те или иные элементы.
Набор геохимических барьеров, их пространственная локализация в почвенном профиле и в катене, состав парагенных ассоциаций накапливающихся элементов являются характеристиками фоновой ландшафтно-геохимической структуры, нарушение которой фиксирует техногенное воздействие (Природно-антропогенные..., 2004).
Изучение геохимических барьеров имеет большое практическое значение, поскольку с ними связана возможность локализации ТГ потоков. Анализ эффективности действия тех или иных геохимических барьеров в направлении снижения техногенной нагрузки необходим при разработке реабилитационных мероприятий (Перельман, Касимов, 1999, Блинов, 2000).
Центральное место в ландшафтно-геохимических исследованиях занимает анализ почвенно-геохимических процессов и состояний. Почвы определяют продуктивность и возможности воспроизводства экосистемы, устойчиво аккумулируют техногенные воздействия в виде загрязнений и специфических свойств. В них происходит основное преобразование водно-миграционного потока. Их морфологические и химические изменения наиболее адекватно отражают трансформацию геохимических параметров окружающей среды в целом. К таким показателям относятся: кислотно-щелочной статус, состояние почвенно-поглощающего комплекса, ионный состав растворов, миграционные формы металлов и их соотношение, солевой статус и др.
Большое индикационное значение имеет информация о формах нахождения элементов в ландшафтах (Gleyzes et al., 2002). Именно они определяют уровень токсичности элемента. Уровень содержания подвижных форм зависит от характера источника поступления вещества в ландшафт — природного или техногенного (Мотузова, 1999). С экологической точки зрения наибольшую потенциальную опасность представляют подвижные формы загрязнителей. Применение основных принципов геохимии ландшафта и геохимических методов поисков реализуется в ландшафтно-геохимическом подходе изучения природных и техногенных ЛГС. Суть ландшафтно-геохимического метода применительно к районам разработки рудных месторождений заключается в выделении и изучении ландшафтных зон выноса и аккумуляции элементов природного (рудогенных и нерудных) и техногенного происхождения, возникающих в результате пространственной смены физико-химических условий в ландшафтах. При оценке экологического состояния экосистем он позволяет:
определить ландшафтно-геохимические условия миграции вещества, а именно охарактеризовать природные элементарные и геохимические ландшафты, наличие геохимических барьеров, определяющих возможность образования геохимических аномалий;
установить природный геохимический фон элементов-загрязнителей, а при наличии в ландшафтах ореолов рассеяния рудных элементов установить их аномальные содержания;
выявить потоки загрязнителей от основных источников техногенного загрязнения;
оценить роль ландшафтного фактора в перераспределении поступивших в ландшафты загрязнителей, заключающуюся в усилении образовавшихся техногенных аномалий или их ослаблении;
определить очищающую способность ландшафта (емкость геохимических барьеров);
прогнозировать "отложенные" опасности, связанные с возможностью реактивации загрязнителей, депонированных на геохимических барьерах;
проследить пространственно-временные тренды изменения экосистем;
осуществить модельные прогностические построения на основе знаний о механизмах функционирования ландшафта;
обосновать систему экологического мониторинга;
разработать рекомендации в отношении превентивных природоохранных мер и реабилитации загрязненных территорий, учитывающих механизмы миграции и накопления загрязнителей в ландшафтах.
Ландшафты широких долин и межгорных котловин (урулюнгуйские геохимические ландшафты)
В широких падях долинного типа и крупных межгорных котловинах литогеохимическая неоднородность не оказывает ощутимого влияния на почвенную геохимию, поскольку в качестве почвообразующих пород здесь выступают четвертичные отложения речного и озерного генезиса. Степень геохимической подчиненности внутри геохимического ландшафта также не является определяющей, поскольку элементарные ландшафты в составе урулюнгуйского являются геохимически автономными друг от друга в силу достаточно слабой латеральной сопряженности. Их геохимическая специфика определяется радиальной миграцией вещества, привнесенного с окружающих горных массивов потоками грунтовых, почвенно-грунтовых и, в значительно меньшей степени, поверхностных вод. Основными факторами дифференциации элементарных ландшафтно-геохимических систем (ЭЛГС) являются глубина залегания грунтовых вод и гидрохимические особенности водных потоков.
В свою очередь состав грунтовых и почвенно-грунтовых вод определяется комплексом геохимических процессов, идущих в ландшафтах горных массивов (аргунских). Таким образом, все элементарные ландшафты в составе урулюнгуйских являются в той или иной степени геохимически подчиненными относительно ландшафтов горных массивов.
Для почвенного геохимического фона ландшафтов широких долин и межгорных котловин произведен анализ выборки данных о микроэлементном составе основных типов почв. Доля значений для каждого типа почв в общей выборке пропорциональна площади их распространения. Данные, приведенные в таблице 3.9, свидетельствуют о существенном превышении кларка почв только по урану (2,0), незначительно превышен кларк по никелю (1,4), цинку, молибдену и торию (1,2), остальные рассматриваемые элементы имеют околокларковые значения.
Относительно почв горных массивов отмечено превышение наиболее подвижных элементов (U - в 1,6 раз и Мо - 1,3). К группе элементов, содержащихся в меньших относительных концентрациях, принадлежит большая ассоциация катионогенных элементов - Си, Th, Zn, Pb, Ni, Fe, Mn и As (рис. 3.7). Подвижные формы урана присутствуют в значительно более высоких, по сравнению с аргунскими ландшафтами, концентрациях особенно в извлекаемых аммонийно-ацетатным буфером формах. Так в гумусо-аккумулятивном горизонте почв аргунских ландшафтов доля подвижного урана колеблется от 0,3 до 2,2%, урулюнгуйских ландшафтах диапазон колебаний составляет 1,4 - 4,8%.
Высокая вариабельность средних содержаний микроэлементов в ландшафтах долин и межгорных котловин свидетельствует о неоднородности обобщенной выборки, обусловленной контрастностью почвенно геохимических обстановок в различных типах почв. Дифференциация геохимического фона охарактеризована на основе анализа свойств почв в двух элементарных ландшафтах — транссупераквальном и супераквальном.
К транссупераквальным элементарным ландшафтам относятся подгорные части падей и котловин с преобладанием черноземов дисперсно-карбонатных, криогенно-мицелярных и солонцеватых (таблица 3.2). Привнес вещества здесь идет главным образом с поверхностно-почвенными водами (твердый и жидкий сток) с горного обрамления. Относительно ландшафтов горных массивов они являются геохимически подчиненными.
Супераквальные ландшафты - ландшафты центральных частей межгорных котловин, русловых частей палеодолин в широких падях. Они характеризуются близким залеганием грунтовых вод, преобладанием преимущественно восстановительных условий по всему почвенному профилю, доминированием почв гидроморфного и галоморфного ряда (таблица 3.2). Относительно ландшафтов горных массивов они являются геохимически сильно подчиненными, поскольку состав почвенно-грунтовых и грунтовых вод, близко подходящих к поверхности тесно связан с геохимией ландшафтов горных массивов. Микроэлементный состав выборок (таблица ЗЛО) свидетельствует о сильных различиях в поведении ряда элементов в этих ландшафтах. По сравнению с аргунскими ландшафтами отчетлива тенденция накопления урана и молибдена, но для почв супераквального ландшафта, степень аккумуляции значительно выше - до 2,5 раз для урана и 1,6 раз для молибдена (рис. 3.7).
Разброс значений для этих элементов достаточно значительный, что указывает на различные механизмы их фиксации в почвах. В обоих элементарных ландшафтах достаточно контрастно распределение цинка, для которого, в отличие от других катионогенных элементов (Си, Th, Zn, Pb, Ni, Fe, Mn), отчетлива тенденция к накоплению в гидроморфных почвах супераквальных ландшафтов. Вхождение цинка в парагенную ассоциацию накапливающихся элементов связано с образованием комплексных анионных форм в содовой обстановке этих ландшафтов (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).
Для характеристики вертикального распределения микроэлементов в почвах рассмотрены наиболее типичные для каждого из выделенных ландшафтов почвенные профили.
Почвенный покров транссупераквальных ландшафтов представлен черноземами дисперсно-карбонатными, черноземами криогенно-мицелярными и черноземами гидрометаморфизованными. Их почвенный профиль представляет сочетание почвенно-геохимических барьеров средней емкости (табл. 3.11).
Для урана выявлено три типа профильного распределения наиболее подвижных элементов (рис. 3.8) (Величкин, Чуднявцева, 2009):
1) поверхностно-аккумулятивный слабо выраженный (тип А);
2) элювиально-иллювиальный с накоплением в средней части профиля (тип Б);
3) бимодальный со слабым максимум в гумусо-аккумулятивном горизонте и ярко выраженной аккумуляцией в нижней части профиля (тип В).
Накопление урана в верхней части профиля связано с биогенной аккумуляцией, в нижней - с подпиткой нижних горизонтов грунтовыми водами. В средней части почвенного профиля уран фиксируется в солонцеватом горизонте, являющемся, сорбционным барьером. Высокая миграционная способность урана проявляется в четкой положительной корреляции с уровнем содержания легкорастворимых солей в профиле. В зависимости от стадии засоления-рассоления и смещения солевого максимума пик содержаний располагается в средней части почвенного профиля.
Механически преобразованные и химически загрязненные природно-техногенные ландшафты
Ландшафты зоны складирования отходов переработки урановых руд и производства серной кислоты занимают днище пади Широндукуй, образующей с другими падями северо-западного макросклона Аргунского хребта систему стока с выходом в падь Сухой Урулюнгуй и реку Урулюнгуй. Как было показано в третьей главе, при отсутствии геохимических барьеров во всех элементарных ландшафтах горных массивов (аргунских), наиболее подвижные элементы выносятся в сопряженный урулюнгуйский геохимический ландшафт - в падь Сухой Урулюнгуй. В этом же направлении происходит разгрузка подземных вод, загрязненных радиоактивными и стабильными элементами.
Исходные растительность и почвы ландшафтов этой зоны уничтожены при строительстве хвостохранилищ или погребены под мощным слоем отходов при сбросе отходов в хранилища и при аварийных разливах. Восстановление растительности затруднено из-за высокой токсичности отходов, поскольку при очень высоких концентрациях в отходах урана, до 95 % его присутствует в подвижных формах, извлекаемых аммонийно-ацетатным буфером (CH3COONH4 с рН 4,8) (Чуднявцева, Самонов, 2004).
Состав твердых и жидких отходов хвостохранилищ приведен в главе 4. Химическое загрязнение рассматриваемых ландшафтов проявляется в виде сильно контрастных аномалий с характерным для каждого техногенного ландшафта типоморфным комплексом загрязнителей, концентрации которых в ландшафтах наиболее высоки. Для хвостохранилищ гидрометаллургического завода и мест проливов из пульпопроводов в них входит уран и молибден (см. табл. 4.9). Для огаркохранилища сернокислотного завода - мышьяк, свинец, молибден, медь, никель, цинк, уран (см. табл. 4.10). Состав этих комплексов является индикатором загрязнения прилегающих ландшафтов, возникающего при пылении с поверхности хвостохранилищ.
Разгрузка грунтовых вод у подножий дамб, перегораживающих основания хвостохранилищ, приводит к формированию техногенных аномалий в грунтовых водах и почвах у их оснований. Так в грунтовых водах, вскрывающихся у подножия западной дамбы хвостохранилища «Верхнее», и дамбы за огаркохранилищем фиксируются высокие содержания микро- и макроэлементов - присутствующих в жидкой части отходов хвостохранилищ (рис. 5.4, точки № 1, 2).
Дальнейшее направление миграции техногенного вещества из аргунских ландшафтов - падь Сухой Урулюнгуй, супераквальные ландшафты которой благодаря наличию в почвах емких геохимических барьеров являются барьерной зоной на пути миграции техногенного вещества (см. табл. 3.11). Поступление к почвенным барьерам загрязненных грунтовых вод приводит к образованию в разных почвенных горизонтах полиэлементных аномалий, сильно варьирующих по своему составу.
На расстоянии 4 км от золохранилища СКЗ - последнего в цепочке хвостохранилищ, ив 1,6 км от последней из серии дамб, перегораживающих днище пади Широндукуй (рис. 5.4, точка № 3), в галоморфных почвах (солончаках) урулюнгуйского ландшафта зафиксированы аномалии урана, мышьяка, цинка и меди.
В солевой корке солончака, представляющей собой комплексный испарительный (F4), и термодинамический барьер (Н4) (рис. 5.4, точка 3), содержание урана достигает 35 мг/кг (18 КК). По сравнению с солончаками фоновых ландшафтов, где зафиксированы природные ландшафтные аномалии урана, рост концентрации составляет 3 раза (рисунок 5.5). В нижних горизонтах содержание урана падает до фоновых значений, а с глубины 60-70 см отмечен еще один максимум, указывающий на наличие глеевого барьера (С8). Доля подвижных форм меняется по профилю в пределах 41,7- 62,5 % и параллельно профильному распределению валовых форм.
Помимо урановых, выявлены аномалии цинка, мышьяка, меди (рис. 5.5). Типичные катионогенные элементы и слабоподвижный анионогенный мышьяк в содовой (сильнощелочной) среде солончаков образуют легкоподвижные комплексные анионы, а постоянное их поступление в составе загрязненных грунтовых вод (таблица 5.1) создает предпосылки для образования их техногенных геохимических аномалий.
Для мышьяка наиболее вероятно нахождение в H2As(V и других анионах, для цинка - в Zn(OH)42" (Иванов, 1996), для меди - в [(Си(С03)г]2" (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Перельман, Касимов, 1999). Микроэлементы накапливаются в верхней части почвенного профиля - в солевой корке и солончаковом гумусовом горизонтах. В корке солей коэффициент аномальности цинка составляет около 10, в горизонте SU - 18. Превышение Кларка в этих горизонтах составляет 7,5 и 21,4 единиц (рисунок 5.5). Для мышьяка и меди геохимические аномалии фиксируются только в горизонте SU и составляют 2,8 и 3,6 Ка.
Зафиксированные в почвах супераквальных элементарных ландшафтов геохимические аномалии полигенетичны, поскольку формируются за счет геохимических процессов как природного (выветривание горных пород, обогащенных рудными компонентами и элементами-спутниками рудообразования с последующей миграцией к урулюнгуйским ландшафтам), так и техногенного происхождения (поступление от источников загрязнения). Поступление к геохимическим барьерам вещества техногенного происхождения приводит к усилению контрастности природных аномалий и расширению ассоциации концентрирующихся элементов за счет включения элементов содового комплекса.
Миграция загрязнителей по направлению к пади Сухой Урулюнгуй создает опасность загрязнения поземных вод, использующихся для водоснабжения города. Загрязнение подземных вод в значительной степени зависит от эффективности действия всей барьерной зоны, препятствующей миграции радиоактивных и стабильных загрязнителей.
Текущий ландшафтно-геохимический мониторинг
Текущий ЛГМ проводится на основе данных базового ЛГМ и в соответствии с технологическими характеристиками конкретного предприятия и его физико-географическим положением.
В задачи текущего ЛГМ входит фиксирование отклонений геохимических свойств ландшафтов от фоновых значений. Положение сети точек опробования выбирается с учетом типов и особенностей расположения основных источников загрязнения, локализации основных техногенных потоков, ландшафтно-геохимической дифференциации территории в том числе, с учетом наличия природных аномалий, связанных с вторичными ореолами рассеяния и миграцией элементов в ландшафтах.
Ландшафтно-геохимический анализ показал целесообразность использования индивидуальной сети точек мониторинга для аргунских и урулюнгуиских ландшафтов.
Мониторинг аргунских ландшафтов Согласно проведенной оценке сеть точек ЛГМ мониторинга аргунских геохимических ландшафтов ЗТВ уранодобывающего и перерабатывающего комплекса должна охватывать:
ландшафты зоны воздействия сброса жидких и складирования твердых отходов добычи и переработки урановых руд;
механически преобразованные и химически загрязненные природно-техногенные ландшафты;
ландшафты зон умеренного и слабого аэротехногенного воздействия. Ландшафтно-геохимическое профилирование как метод опробования наземных сред целесообразно применять для ландшафтов, сохранивших исходное морфологическое строение, то есть для ландшафтов зон аэротехногенного воздействия.
Исходя из структуры техногенных геохимических аномалий в ландшафтах этих зон, минимально достаточным для мониторинга является использование серии ландшафтно-геохимических профилей (катен). Каждый профиль состоит из трех точек, заложенных в элювиальном, транзитном (транс-элювиальном, трансэлювиально-аккумулятивном или транс-аккумулятивном ландшафте в зависимости от строения конкретной катены) и транс-элювиально-аккумулятивном ландшафтах. Расположение профилей приведено на рисунке 6.1.
Мониторинг ландшафтов зоны умеренного аэротехногенного воздействия ведется на основе профилей №№ 1—2.
Катена № 1 расположена на наветренном склоне в секторе максимального аэротехногенного воздействия хвостохранилищ гидрометаллургического завода (хв-ща «Верхнее», «Среднее»). Катена № 2 расположена в северо-восточном направлении от хвостохранилища «Нижнее» - в секторе максимального аэротехногенного загрязнения от золохранилища серно-кислотного завода.
В сеть точек мониторинга ландшафтов зоны слабого аэротехногенного воздействия входят профили №№ 3-5.
Профиль № 3 заложен в 5-ти километровой зоне, в преобладающем (северовосточном) направлении ветров от хвостохранилищ ГМЗ и СКЗ, с целью мониторинга аэротехногенного загрязнения от хвостохранилищ РПК в целом.
Профили №№ 4, 5 находятся в зоне слабого аэротехногенного воздействия золохранилища ТЭС и отвалов вскрышных и вмещающих пород Тулукуевского карьера. Оба профиля находятся в пределах природно-аномальных ландшафтов рудного поля, где техногенные геохимические аномалии накладываются на природные рудогенные. При отсутствии абсолютного хронофона для этих ландшафтов наличие природных аномалий выявляется на основе: состава парагенной ассоциации наиболее накапливающихся элементов; латерального и профильного распределения элементов в почвах; уровней содержания подвижных форм урана.
Частота отбора проб в зоне умеренного аэротехногенного воздействия - не реже одного раза в год, в зоне слабого аэротехногенного воздействия отбор можно производить раз в 3-5 лет.
Для мониторинга ландшафтов зон сброса жидких и складирования твердых отходов добычи и переработки урановых руд и, как правило, обрамляющих их механически преобразованных и химически загрязненных природно-техногенных ландшафтов ландшафтно-геохимическое профилирование нецелесообразно. Сеть точек опробования в этих ландшафтах целесообразно размещать в зависимости от расположения в рельефе источников загрязнения и локализации основных техногенных потоков. Их объединяют в систему профилей, располагающихся в направлении движения поверхностного стока от мест инициации загрязнения до пади Сухой Урулюнгуй, являющейся по отношению к аргунскому геохимическим ландшафтом с контрастными геохимическими свойствами. На участках интенсивного загрязнения применяют случайно-упорядоченную сетку пробоотбора. Отбирают не менее пяти точечных проб по методу «конверта» на пробных площадках размером 5м х 5 м. При отсутствии выраженных источников загрязнения отбор проб проводят методом сеточного опробования согласно и в соответствии с распределением миграционных потоков потенциальных загрязнителей. В точках проводят отбор проб почв, растительности, грунтовых и поверхностных вод. Принципиальная сеть точек мониторинга в ландшафтах рассматриваемых зон приведена на рисунке 6.1. Частота отбора проб почв и растительности - один раз в год, поверхностных и грунтовых вод 1-2 раза в год.
Мониторинг урулюнгуйских ландшафтов
Сеть точек ЛГМ мониторинга в урулюнгуйских геохимических ландшафтах ЗТВ уранодобывающего и перерабатывающего комплекса закладывается в супераквальных элементарных ландшафтах. Опробование транссупераквальных ландшафтов в силу чрезвычайно слабого аэротехногенного загрязнения малоинформативно.
Точки наблюдений закладываются в местах выхода основных миграционных потоков из аргунских ландшафтов и далее в направлении движения потоков в сторону р. Урулюнгуй. Опробуются почвы, растительность, грунтовые и поверхностные воды. Для данного ландшафта особую важность приобретает мониторинг поверхностных вод, поскольку многочисленные озера здесь являются местом разгрузки миграционных потоков, поступающих с гор. Сеть точек отбора проб поверхностных водоемов охватывает все основные поверхностные водотоки, на площади водосбора которых размещаются объекты горно-промышленного комплекса и приведена на рисунке 6.1. Частота отбора проб почв и растительности — не реже одного раза в год, грунтовые и поверхностные воды целесообразно опробовать 1-2 раза в год.
Приведенная принципиальная система точек мониторинга в масштабах 1: 150000 и 1: 75000 на практике при осуществлении ЛГМ адаптируется к масштабу 1: 50000 и крупнее. В пределах аргунских ландшафтов положение точек может корректироваться с учетом более мелких техногенных объектов, не отраженных на картах данных масштабов. Для урулюнгуйских ландшафтов, а в их составе для барьерных супераквальных ландшафтов, точки отбора проб почв и растительности привязываются к конкретным почвенным разностям с характерным набором барьеров, которые картографируются при детальной почвенно-геохимической съемке и с использованием данных дистанционного зондирования.
