Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние вопроса и задачи исследований 9
1.1 Анализ состояния вопроса в области геоэкологической оценки состояния компонентов окружающей среды 9
1.2 Геоэкологическая изученность состояния компонентов окружающей среды Кировградского промузла 13
2. Методические основы геоэкологической оценки компонентов окружающей среды 18
2.1 Полевые и лабораторные работы 18
2.2 Методика обработки информации 25
Вы воды 30
3. Факторы формирования экологического состояния компонентов окружающей среды 31
3.1 Геолого-структурные условия 31
3.2 Геохимия пород и руд 41
3.3 Геохимия почвообразующего горизонта 49
3.4 Климат 52
3.5 Орогидрография 57
3.6 Техногенный фактор 60
3.7 Геохимия снежного покрова 66
Выводы 75
4. Критерии оценки экологического состояния компонентов окружающей среды 76
4.1 Почвы 76
4.2 Поверхностные воды 82
4.3 Растительность 85
4.4 Животные и Человек 91
4.5 О возможности использования Drosophila melanogaster в качестве тест- системы экологического состояния окружающей среды 94
4.5.1 Влияние меди на соматические клетки 96
4.5.2 Влияние меди на генеративные клетки 99
Выводы 116
5. Геоэкологическая оценка состояния компонентов окружающей среды 117
5.1 Закономерности миграции загрязняющих веществ в окружающей среде 119
5.2 Закономерности распределения загрязняющих веществ в окружающей среде 128
5.3 Оценка взаимосвязи загрязняющих веществ в различных средах 143
Выводы 151
Заключение 153
Список использованной литературы
- Анализ состояния вопроса в области геоэкологической оценки состояния компонентов окружающей среды
- Полевые и лабораторные работы
- Геолого-структурные условия
- Поверхностные воды
Введение к работе
Актуальность работы. Интенсивное развитие меднорудной
г* промышленности в России за последние сто лет при существующем на
сегодняшний день уровне технологий привело к запредельному накоплению загрязняющих веществ в окружающей среде. Особенно это актуально для Среднего Урала, где сосредоточено большое количество колчеданных месторождений. Колчеданная минерализация имеет длительную историю промышленного освоения с необычайно высокой для природных систем концентрацией халькофильных элементов в виде сульфидов, которые имеют высокую миграционную способность и заражают собой окружающую среду. Это относится к состоянию всех элементов ландшафта, включающих снежный покров, почвенный слой, природные воды и живое вещество.
К настоящему времени на Среднем Урале отработано несколько десятков
рудников, мобилизовавших халькофилы в виде пылевых выбросов, сбросов
сточных вод и отходов производства. Неблагоприятная экологическая
ft) ситуация еще более усугубилась в связи со строительством
перерабатывающих комплексов: Карабаш, Ревда, Красноуральск - далеко не полный перечень городов, сформированных на базе медеплавильных комбинатов.
В качестве полигона для проведения исследований выбран
Кировградский промышленный узел, характеризующийся широким спектром
техногенных загрязнителей и типовым для Среднего Урала набором
ландшафтных обстановок. Именно здесь на активно разрабатываемых
месторождениях с переработкой минерального сырья взаимодействие
техники и природы проявилось наиболее отчетливо, со всеми проблемами,
решение которых жизненно важно как для общества, так и для окружающей
среды. Реальные горнодобывающие предприятия — рудники Левихинский,
^ч Карпушихинский, Ломовский, Ежовский и другие функционировали
несколько сотен лет, загрязняя окружающую среду токсичными элементами.
5 Металлургическая переработка минерального сырья производилась и производится по устаревшим технологиям со значительным негативным
~ воздействием на окружающую среду.
Освоение колчеданных руд будет развиваться и в обозримом будущем, особенно теперь, когда основным производимым продуктом для России является сырье, металлы и сплавы. Это определяет необходимость геоэкологической оценки состояния компонентов окружающей среды в районах развития колчеданной минерализации с интенсивной отработкой месторождений и переработкой минерального сырья с целью дальнейшего внедрения эффективных природоохранных мероприятий и недопущения широкомасштабного мутагенного перерождения основного звена этой системы - живого вещества.
Цель работы заключается в комплексной геоэкологической оценке состояния окружающей среды территорий со сложными природными и техногенными условиями.
ty Основные задачи:
1. Установить основные факторы формирования экологического состояния
компонентов окружающей среды районов меднорудной промышленности со
сложными природными и техногенными условиями на примере
Кировградского промузла.
Определить критерии оценки экологического состояния компонентов окружающей среды, включающие почвенный слой, природные воды и живое вещество.
Разработать критерии оценки экологического состояния тест-объекта.
Дать геоэкологическую оценку состояния компонентов окружающей среды района Кировградского промузла с интенсивной отработкой месторождений и переработкой минерального сырья.
,ч 5. Выявить взаимосвязь экологического состояния отдельных компонентов
окружающей среды для прогнозирования этого состояния.
Методы исследований. В работе широко применялись полевые и лабораторные методы, включая съемочно-маршрутные работы, опробование, опытные работы, количественные химические и спектральные анализы. При обработке материалов использованы вероятностно-статистические и картографические методы с применением компьютерных технологий.
Защищаемые положения.
Экологическое состояние окружающей среды районов меднорудной промышленности Среднего Урала формируется под воздействием природно-техногенных факторов. Индикаторами их проявления может служить геохимия халькофилов почвообразующего горизонта и снежного покрова.
Критерии оценки экологического состояния компонентов окружающей среды районов меднорудной промышленности определяются соотношением фоновых и предельно-допустимых концентраций. В качестве биологического тест-объекта возможно использовать биохимические показатели Drosophila melanogaster.
3. Геоэкологическая оценка состояния окружающей среды районов меднорудной промышленности основана на взаимосвязи абиотической и биотической составляющих загрязнения и требуют комплексного учета его проявления в почвах, поверхностных водах, растительности и живых организмах.
Научная новизна.
Выявлены факторы формирования экологического состояния окружающей среды в районах меднорудной промышленности Среднего Урала на примере Кировградского промузла.
Впервые предложено в качестве тест-объекта использование Drosophila melanogaster.
Установлены закономерности сквозного загрязнения окружающей среды в районах меднорудной промышленности Среднего Урала на примере
7
Кировградского промузла, и получены зависимости для прогнозирования
экологического состояния отдельных компонентов.
У- Практическая значимость.
На основе почвенной и снеговой съемок Кировградского промузла установлены концентрации загрязняющих веществ, привносимые в окружающую среду в результате «природного и техногенного воздействия».
Разработаны критерии оценки экологического состояния окружающей среды в районах меднорудной промышленности на основе сочетания показателей санитарно-гигиенических и фоновых концентраций.
3. Произведена геоэкологическая оценка состояния компонентов
окружающей среды как основа прогнозирования и разработки
природоохранных мероприятий в Кировградском промузле.
Апробация и публикации. Основные положения диссертации обсуждены: на научно-практической конференции «Уральская горнопромышленная декада», Екатеринбург, 2003, 2004, 2005; Международной научно-практической
J,. конференции «Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде
северных регионов», Архангельск, 2004; Международной научно-практической конференции «Экология фундаментальная и прикладная», Екатеринбург, 2005; заседании кафедры минералогии и петрографии ПТУ, Пермь, 2005.
По теме диссертации подготовлено и опубликовано 6 работ. Фактический материал собирался в полевых маршрутах и камеральным способом. В работе использовано более 400 проб количественного анализа халькофильных элементов различных компонентов окружающей среды (почвообразующего горизонта, почв, снежного покрова, поверхностных вод, растительности и насекомых). С целью установления фоновых концентраций элементов для тест-объекта исследована биохимия 500 проб Drosophila
^4 melanogaster. В лабораторных условиях проанализировано несколько тысяч
особей Drosophila melanogaster на разных этапах развития.
8 Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 141 наименование.
ft Работа изложена на 168 страницах текста, содержит 76 рисунков, 52
таблицы.
Автор выражает благодарность и признательность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук, профессору кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии А.И. Семячкову за большую помощь в выполнении работы, заведующему кафедрой гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии, доктору геолого-минералогических наук, профессору О. Н. Грязнову, осуществлявшему научное руководство на начальном этапе и преподавателям кафедры, а также кандидату биологических наук, доценту кафедры зоологии УрГУ A.M. Марвину за научные консультации и поддержку. Автор сотрудничал при выполнении работы с экологической службой муниципального образования города Кировград, Министерством природных ресурсов Свердловской
,yl4 области, где внедрены результаты исследований. В работе использована
также информация Уральской комплексной съёмочной экспедиции, Уральского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Областного комитета по охране природы. Всем этим организациям и их сотрудникам автор выражает благодарность.
"ІЇ
Анализ состояния вопроса в области геоэкологической оценки состояния компонентов окружающей среды
Геоэкологический смысл преобразования человеком компонентов окружающей среды впервые раскрыл В.И. Вернадский [17,18], тем самым, заложив методологический принцип её изучения. Он показал, что проблема антропогенного воздействия является проблемой геохимической и биогеохимической.
А.Е. Ферсман под термином «техногенез» [120] подразумевал геохимические преобразования окружающей среды в связи с извлечением горных пород и минералов из недр, перераспределением химических элементов недр, их инженерной перегруппировкой на поверхности Земли.
Планомерные комплексные геохимические исследования компонентов окружающей среды и распространения загрязняющих веществ, связанных с отходами, выбросами и стоками различных производств были проведены А.И. Перельманом, В.В. Добровольским, А.А. Беусом [7,8,38,80,81,119]. Авторами установлено, что в ходе распространения загрязняющих веществ, осуществляемого главным образом, природными миграционными механизмами, образуются ореолы и потоки рассеяния, сходные с ореолами и потоками рассеяния месторождений полезных ископаемых.
М.А. Глазовская рассмотрела геохимию ландшафтов Советского Союза на «процессном уровне» [29]. Представления об элементарных процессах и направлениях почвообразования здесь развиваются до понятия направленных ландшафтно-геохимических процессов, в результате длительного течения которых накапливается геохимическая информация и формируется определенная геохимическая структура ландшафта. Системный подход к анализу ландшафтно-геохимических процессов в данной работе требует привлечение данных о современных внешних и внутренних миграционных потоках вещества в ландшафтах, характере функционирования ландшафтно-геохимических систем, тенденции изменения при техногенных воздействиях.
Исследования А.Л. Ковальского, в связи с разработкой биогеохимических методов поисков рудных месторождений дали обширный фактический материал для сопоставления уровней содержания микроэлементов в почвах и в золе растений [57,58]. По содержанию микроэлементов в почвах, в золе растений и биопродуктивности последних А.Л. Ковальский разделил изученные биообъекты на «безбарьерные» и «барьерные».
Эколого-геохимический анализ антропогенной миграции химических элементов привели Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин [27,55,97,135]. Ими описаны источники загрязнения окружающей среды (выбросы, стоки, твердые отходы, средства химизации), миграционные цепи распространения элементов в природных системах (воздушной, водной, биогенной). Здесь рассмотрены принципы, методы и результаты биогеохимической и геогигиенической оценки отрицательных последствий загрязнения окружающей среды для здоровья человека.
Анализ большого количества материала различных авторов и собственные исследования по экологической геохимии всех элементов таблицы Д.И. Менделеева сделал В.В. Иванов [47,48,49,50,51,52,53]. Он обобщил материал по воздействию химических элементов на все компоненты окружающей среды: воздух, вода, почвы, растительность, животные, человек, а также поведению химических элементов в техногенезе. Здесь приведены данные по содержанию и предельно допустимым концентрациям элементов во всех природных средах, включая минералы, горные породы, месторождения.
Теоретические положения экологической геологии, критерии оценки состояния эколого-геологических условий, систематическая характеристика ресурсной, геодинамической, геохимической и геофизической экологической функции литосферы, рассмотрены В.Т. Трофимовым, Д.Г. Зилингом [89,117]. Ими предложены методы получения эколого-геологической информации, методика инженерно-экологических изысканий и составления эколого У-1 геологических карт, методы управления состоянием эколого-геологических систем.
А.И. Семячков обобщил материал по природной и техногенной металлоносное окружающей среды горно-металлургических комплексов Урала [103,104,107]. Им установлены закономерности природной металлоносности окружающей среды, произведена оценка горнометаллургических комплексов как источников потоков металлов в окружающей среде под воздействием предприятий и техногенно-минеральных образований, изучены атмогенные и гидрогенные потоки металлов в окружающей среде горно-металлургических комплексов.
Анализ эколого-геохимической обстановки Южного Урала, сложившийся под влиянием техногенеза освещены B.C. Самариной, А.Я. Гаевым, Ю.М. Нестеренко, В.Я. Захаровым, Г.Д. Мусихиным, А.П. Бутолиным [22,98]. Здесь обобщены результаты многолетних исследований природных вод, дана объективная оценка эколого-геохимического состояния всех составляющих природной среды. С помощью методик эколого-геологической типизации и эколого-геологического картирования, разработанных А.Я. Гаевым и B.C. Самариной, произведена оценка преобразования геологической среды в связи с эксплуатацией медно-колчеданных залежей и обогащением руд на Гайском месторождении. Рекомендованы мероприятия по уменьшению негативных последствий и преобразований геологической среды под влиянием эксплуатации медно-колчеданных месторождений.
Э.Ф. Емлин исследовал медноколчеданные месторождения Урала в широком геоэкологическом смысле [42,43,44,45]. Автор рассматривает « меднорудное освоения Урала с точки зрения представлений о взаимодействии технических комплексов - городов, рудников, заводов - с Уральским горноскладчатым сооружением, сложной развивающейся геосистемой. По мнению автора, главные составляющие техногенеза на Урале - это индустриализация (развитие промышленных комплексов) и урбанизация (зарождение и рост городов).
В работах О.Н. Грязнова и А. И. Семячкова подчёркивается большое значение природной составляющей в формирование экологического состояния компонентов окружающей среды территории Урала, как металлогенической провинции [36].
Исследование геохимии почвенного слоя включает ряд направлений. Первое - агрохимическое, ставящее своей целью изучение содержаний, запасов, подвижности компонентов в почвах как источника сбалансированного минерального питания растений. Это направление развивалось благодаря работам В. Б. Ильина, А. Кабата-Пендиас, Х.Пендиас [54,56]. Второе - поисково-геохимическое, основной целью которого является исследование миграции элементов в процессе формирования вторичных ореолов рассеивания рудных объектов (И. И. Гинзбург) [8,28,111,113]. Третье - экологическое, целью которого является изучение геохимии почвенного слоя как составной части ландшафта. Наиболее крупные работы третьего направления проведены М. А. Глазовской, П. В. Елпатьевским, Г. А. Вострокнутовым [20,30,41].
Полевые и лабораторные работы
Исследования территории Кировградского промузла проводились на основе маршрутов по профилям, которые закладывались с учетом господствующего простирания геологических комплексов, основных элементов рельефа и розы ветров. Так как геологические комплексы имеют субмеридиональную направленность, то проведение маршрутов производилось в субширотном направлении. Из числа природных элементарных ландшафтов выделялись: элювиальный, трансэлювиальный, трансэлювиально аккумулятивный, аккумулятивный, аккумулятивно-элювиальный, транссупераквальный, субаквальный [80]. Учёт розы ветров осуществлялся проведением маршрутов по основным румбам. При проведении работ исследовались шесть природных компонентов, наиболее информативных для решения поставленных задач: снежный покров, почвообразующий горизонт - грунты, почвенный слой, древесная растительность (береза бородавчатая), насекомые (дрозофила чернобрюхая) и поверхностные воды.
При отборе проб снега учитывались ландшафтно-геохимические условия [14,20,95,104,108]. Поэтому на 1 этапе работ, до наступления зимнего периода, проводилась рекогносцировочная оценка местности и предварительный анализ ландшафтно-геохимической информации. Особое внимание уделялось литогенной основе ландшафта и характеру растительного покрова. В итоге выделены ландшафты, типичные для изучаемой местности. Пробы снега отбирались методом „конверта". Размер элементарной площадки единичной снеговой пробы обычно 0.01 м2, сборной — 0.05 м2. При этом количество талой воды составляло не менее 5 литров, количество взвесей (пыли) - не менее 1 грамма. Снег опробовался в конце февраля месяца на всю мощность. Нижний слой снега мощностью 5 см отбрасывался, чтобы исключить влияние почвенных частиц. При документации указывались: №№ пикетов (проб), привязка, дата отбора, площадь и мощность опробованного снегового покрова, визуальные особенности снега, погода, виды анализов. Снег упаковывался в полиэтиленовые мешки и доставлялся в лабораторию.
Получение проб талой воды осуществлялось в режимах быстрого и медленного таяния. Талая вода первоначально фильтровалась через специально подготовленный плотный фильтр. После завершения фильтрации замерялось количество фильтрата с последующим разделением на виды анализов. Пробы на определение металлов в количестве 0,5 дм подкислялись 1-2 мл НС1 марки ХЧ до рН = 2 и подвергались дополнительной декантации в полиэтиленовых белых емкостях в холодильной камере. Для проверки отсутствия коллоидных частиц в растворе проводилось спектрофотометрическое изучение фильтрата в сравнении с дистиллированной водой. После фильтрации остаток на фильтре высушивался, доводился в эксикаторе до постоянного веса и взвешивался на аналитических весах с точностью до 0,1 мг. После этого он подвергался бинокулярному просмотру с целью удаления крупнодисперсных примесей вещества природного происхождения (песок, растительные остатки и т. д.). После отделения таких крупных частиц фильтр с пылью разрезался на три равные части. Если взвеси достаточно (более 300 мг), она отделялась от фильтра, при малом количестве -распределялась равномерно по площади. Химическая пробоподготовка осуществлялась методом мокрого озоления. Одна треть фильтра обрабатывалась 5 мл смеси особо чистых азотной и соляной кислот (пропорция 4:1) при температуре 100С в течение часа. Полученный раствор фильтровался и проводилось определение элементов без разбавления. Реализация схемы требовала применения высокочувствительной аппаратуры атомно-адсорбционного анализа
Почвы и грунты. Опробование почв и грунтов [20,71] проводилось на детальной топооснове при помощи полуинструментальной привязки пикетов с использованием следующей методики:
- Для обеспечения необходимой представительности на каждом пикете отбиралось пять проб почв и пять проб грунтов методом „конверта" (по углам и в центральной части с 1 м2), объединяемые в одну сборную пробу почв и одну сборную пробу грунтов, которым присваивался номер пикета. Вес единичных проб 0,2 кг, объединенной - до 1 кг.
- При опробовании почв и грунтов документировалось: №№ пикетов, их привязка, глубина отбора, тип ландшафта, тип почвы, описывался опробуемый почвенный горизонт, его цвет, другие визуальные особенности, дата отбора. Особо отмечались характерные ландшафтные особенности местности, проводился абрис местности с указанием углов наклона поверхности, других характерных элементов ландшафта. При опробовании почв и грунтов руководящим документом являлся ГОСТ 17.4.4.02-84.
Пробоподготовка почв и грунтов производилась согласно многочисленным методическим рекомендациям (РД 52.18.191-89, РД 52.18.289-89 и др.). Для определения валового содержания элементов пробы почв и грунтов высушивались, просеивались через сито 1 мм и растирались до состояния пыли. Растительность (Betula pendula (береза бородавчатая)). С березы, как ведущего вида растительности, отбирались лиственно-веточная проба -толщина веток, включая раздувы на них, не превышала 1 см [71] (рис.2.2). Отбирались только молодые побеги (текущего года) с деревьев, растущих на открытых полянах, с признаками "морф". Вес пробы 250-300 г.
Геолого-структурные условия
В геолого-структурном отношении исследуемый район располагаются в Тагило-Магнитогорском синклинории [25,46,95], являющемся составной частью Главной эвгеосинклинальной зоны Урала. Колчеданные месторождения приурочены к узкой полосе вулканогенных и вулканогенно-осадочных пород, вытянутых на расстояние более 1800 км вдоль 60 - ого меридиана. В пределах этой полосы известны почти 200 месторождений и проявлений. Уральские месторождения по составу руд относятся к медным и медно-цинковым. Пространственное распространение основных геохимических типов руд в пределах Главной эвгеосинклинальной зоны Урала достаточно однородно, но по повышенной меденосности выделяются 2 зоны - Среднеуральская в Тагильском мегасинклинории и Южноуральская, тяготеющая к Магнитогорскому мегасинклинорию. Такое подразделение месторождений имеет под собой геологическое основание.
На Среднем Урале в Тагильском мегасинклинории оруденение приурочено к вулканитам нижнего силура. Вулканиты подвержены региональному рассланцеванию, особенно это касается пород ордовика и силура.
Согласно схеме тектонического районирования И. Д. Соболева, Тагильский мегасинклинории в свою очередь распадается на более мелкие структуры - западную - Левихинскую (или Тагильскую) синклиналь, названную в районе западной зеленокаменной полосой и восточную -Кировградскую. Обе синклинали осложнены серией поперечных перегибов, которые не прослеживаются по всей ширине мегасинклинория и образованы местными поднятиями шарниров. Синклинали разделены локальным поднятием - Ежовско-Кировградской антиклиналью.
В.А. Прокин [95] подразделил рудные районы по степени тектонической деформации на несколько групп. Согласно этому подразделению Левихинская полоса месторождений относятся к третьему классу пород - с рассланцеванием вулканических пород, но с сохранившейся первичной зональностью рудных тел. Тогда как Калатинская (Кировградская) полоса характеризуется рассланцеванием вмещающих пород и преобразованной зональностью рудных тел. Вообще для Тагильского мегасинклинория, где располагается Кировградский промузел, рассланцевание и метаморфизм рудных агрегатов носят определяющий характер. Рудные тела здесь имеют крутое (50-70) падение. Рассланцевание вмещающих пород, обычно сопровождается метасоматической сульфидной вкрапленностью, характерной для среднеуральских месторождений.
Медно-колчеданное оруденение Кировградского района относится к западной зеленокаменнои полосе, представленной сложным комплексом вулканогенных, вулканогенно-осадочных и осадочных пород, разделенном на три свиты силур-нижнедевонского возраста (снизу-вверх) (рис. 3.2). Согласно стратиграфической схеме вулканогенно-осадочный комплекс района делится на 5 свит (снизу вверх) [7]: 1) Нейвинская свита. В составе выделено две толщи горных пород: толща гнейсов и толща уралитизированных пироксеновых порфиритов, их туфов, амфиболитов и амфиболитовых сланцев. По возрасту свита отнесена к ландоверийскому ярусу, но не исключается и более древний возраст этой свиты. 2) Невьянская свита, объединяющая собой сложный комплекс метаморфических пород: слюдисто-кварцевых, углисто-кварцитовых, филлитовых и зеленых сланцев, мраморов и основных эффузивов, превращенных в амфиболиты и амфиболитовые сланцы. В соответствии с ранее установленным ее возрастом отнесена к венлоку. 3) Кировградская (рудоносная) свита. Представлена альбитофирами, кварцевыми альбитофирами, и диабазовыми порфиритами, пирокластическими аналогами этих эффузивов и их метаморфическими производными. Возраст - венлок - нижний лудлоу. В пределах рудных полей выделяются две группы жильных образований (Пэк А. В., Столяров Ю. М. и др.): а) генетически связанная с интрузивными массивами района; б) генетически связанная с вулканическим комплексом S Все известные колчеданные месторождения в районе приурочены только к образованиям Кировградской свиты - к зонам интенсивного рассланцевания, прослеживающихся в виде меридиональных по простиранию сланцевых зон, причем промышленные концентрации сульфидов тяготеют к участкам наибольшей фациальной изменчивости толщ и совпадают с участками проявления древнего вулканизма.
Рудоносная Кировградская свита делится на две неравные части: нижняя датирована ранним-средним ландовери, а верхняя часть вместе с низами шуралинской свиты датируется поздним ландовери — ранним венлоком.
В западной - зеленокаменной полосе - располагаются Левихинское и Карпушихинское месторождения; в восточной полосе - Ежовское, Ново-Ежовское, Калатинское, Белореченское и Хабунинское месторождения.
Резкая фациальная изменчивость — высокая мобильность в течение длительного времени, что и явилось причиной широкого развития на рудных полях субвулканических тел, мелких интрузий и даек различного состава. 4) Шуралинская свита обладает пестрым и сложным составом, довольно сильно фациально меняется в пределах западной и восточной фациальных зон. Включает три различные литологические толщи: осадочную, туфогенно-осадочную и вулканогенную. Представлена известняками, туфопесчаниками, углисто-кремнистыми и кремнистыми сланцами, различными лито- и кристалло-кластическими туфами, плагиоклазовыми порфиритами (андезитового, андезито-дацитового и дацитового состава), уралит-плагиоклазовыми и уралитовыми порфиритами (андезито-базальтового состава). По возрасту определяется как верхний лудлоу - жединский ярус нижнего девона. 5) Тагильская свита. Этот комплекс горных пород самый молодой в районе, развит не повсеместно, пространственно связан с породами шуралинской свиты. В состав ее входят ортофиры, их крупнообломочные и кристалло-кластические туфы и туффиты, пижонито-плагиоклазовые порфириты, габбро-порфириты. Возраст свиты - нижний девон [110].
Интрузивные горные породы района представлены двумя различными формациями: габбро-перидотитовой и гранитной. Первая из них объединяет комплекс пород Тагильского и Тагило-Невьянского массивов, вторая представлена кислыми интрузивными породами Верх-Исетской интрузии. Тагильский массив протягивается на западе района и приурочен к крупному антиклинальному поднятию первого порядка. Сложен массив в пределах исследуемого района в основном габбро, диоритами и плагиогранитами с незначительным развитием пироксенитов и горнблендитов. Изучая северную часть Тагильской интрузии, Заварицкий А. И. (1927 г.) пришел к выводу о залегании ее в виде межформационного лакколита. И. Д. Соболев относит Тагильский массив к межформационной интрузии с общим односторонним восточным падением.
Поверхностные воды
В воде содержание меди непостоянно и значительно меняется. Генеральное среднее значение для речной 7 10"7% [49]. Важная роль в ее миграции в гидросфере принадлежит гидробионтам - зоопланктону (фон 20 мг/кг сухого вещества) и фитобентосу (фон 10 мг/кг). В речных водах гидрокарбонатного состава меди в растворе содержится в среднем 6—10 мкг/дм , в сульфатных водах 3-6 мкг/дм , а во взвешенных частицах 2-8 мкг/дм3[65].
Установлено, что медь (79%), а также цинк, свинец, кадмий и другие тяжелые металлы поступают в реки в основном с поверхностным стоком, при этом происходит накопление перечисленных элементов в ландшафтах (возможно в почвенном гумусе - х = 14 и водных растениях - х = 35 мкг/г сухой массы) [4,125].
Токсичности повышенных количеств Zn, поступающего с водой, в литературе не отмечалось [132,138]. Фоновое содержание Zn в водах составляет (мкг/дм3): для поверхностных вод - 10, вод с окислительной обстановкой 5-50, вод зоны гипергенеза - 34, коэффициент водной миграции Zn 0,94, что гораздо выше, чем у остальных Зё-элементов.
Воды рек имеют кларк свинца около (1 - 3) 10 7% (растворенная форма, в настоящее время возможно выше, в связи с увеличением концентрации свинца во времени). В водах свинец может содержаться во многих формах. По Г. А. Голевой [34], это истинная, коллоидно-механическая, комплексные неорганические и металлоорганические соединения. В кислых сульфатных водах (рН 4) главную роль играет Pb2+ (РЬ4+), в слабокислых (рН 6,5) и щелочных гидрокарбонатных преобладают РЬ(ОН)+ и [РЬ(НС03)], в хлоридно-сульфатных - [РЬС1]+ и [РЬСЬ]". В речных водах свинец присутствует в растворенной форме и во взвеси, соотношения которых меняются в широких пределах даже для разных участков одной реки; чаще преобладает взвешенная форма. Количество растворенного свинца (мкг/ дм ) в реках нашей страны колеблется в широких пределах от 0 до 13, среднее около 1 [48].
В водах зоны гипергенеза среднее содержание кадмия составляет 3,3 1 О мг/ дм3. Особенно высоки концентрации кадмия в кислых водах зоны окисления рудных месторождений (до 20 мг/ дм3) [50]. По Э.Ф. Емлину и др.[42], для колчеданных месторождений Урала от 0,7 до 380 мг/ дм . По А. И. Перельману (1966 г.), кадмий относится к высокоподвижным элементам кислых вод гипергенеза [80]. С этим связана интенсивная его миграция в зоне гипергенеза сульфидных руд, залегающих в силикатных (в виде CdSO породах, которая сопровождается образованием довольно протяженных водных ореолов (2-3 км). Наоборот, низкая растворимость кадмия в щелочных водах приводит к его накоплению в зоне окисления сульфидных руд в карбонатных породах, где он соосаждается из гидрокарбонатных щелочных вод гидроксидами железа, а также карбонатами и сульфидами цветных металлов (рН 6). В связи с этим в гидроксидах железа и марганца, арсенатах, антимонитах содержания кадмия весьма высоки. Усредненный критический показатель в воде для кадмия 8-20 мкг/дм3.
В речной воде оценки средних содержаний мышьяка 2 10 "7%. Оценка кларка мышьяка в водах рек 3 мкг/ дм3 [48]. В работе [103] приведены фоновые содержания исследуемых элементов в растворенном виде в поверхностных водах Кировградского промузла в мг/дм и фоновые модули (в скобках) поверхностного стока металлов, кг/км в год (табл.4.5). Вопрос о распределении и поведении тяжелых металлов в растениях подробно изучен, однако еще не до конца ясно, что же определяет в основном степень их концентрации - первичное содержание в почвах или характер самого растения. Отсутствие достоверно установленных ПДК исследуемых элементов в биоте предопределяет сложность нахождения пороговых концентраций. Поэтому представленные в таблице 4.6 кларковые содержания в различных средах (биос, листья), можно принять в качестве критериев.
Примечание. Биос - кларк растительности суши, содержится 20 мг/кг (сухой массы), и эта величина принимается за порог, выше которого наступает избыток. Однако многие растения аккумулируют, особенно в корнях гораздо больше меди. Кларковые концентрации по многим странам мира (мг/кг сухой массы): травы 1 - 33, в хвое (однолетней) - 4,2 мг/кг (сухая масса), в ветвях - 3, корнях - 1,2 - 3,5, в древесине - 0,6 [49].
Будучи одним из наиболее биологически активных элементов, медь входит в ряд окислительных ферментов и занимает второе место после железа в качестве катализатора окислительно-восстановительных процессов. Она оказывает положительное воздействие на фотосинтез растений, синтез белковых веществ, образование хлорофилла. К наиболее существенным биологическим функциям меди относятся: наличие ее в пластоцианине, определяющим Eh в системах хлоропластов, а также в аскорбат- и полифенолоксидазе, участвующих в метаболизме фенольных соединений: медь является переносчиком кислорода при образовании пигментов.
Вместе с тем, среди необходимых для жизни элементов, она отнесена к группе потребных в микроколичествах. Медь относится к ряду токсичных элементов. Установлено, что на эффективную токсичную концентрацию Етс меди влияют рН, жесткость воды (Са , Mg ), а также образование нетоксичных комплексов меди, в том числе гуминовых, фульвиновых, а также суспензированных органических и неорганических частиц. Показано, что из токсичных металлов - Cd, Pb, Hg, Си - последняя полнее всех захватывается организмами [10].
В растениях Zn участвует в окислительно-восстановительных процессах, стабилизирует воздушный обмен, влияет на фотосинтез, помогает превращению соединений, играет важную роль в фосфатном и углеродном обмене, регулирует синтез крахмала, оказывает положительное влияние на процесс плодоношения и рост семян. В таблице приведены пределы недостаточности и избыточности его концентрации в наиболее чувствительных растениях [49].
Похожие диссертации на Геоэкологическая оценка состояния окружающей среды районов меднорудной промышленности : На примере Кировоградского промузла Среднего Урала
