Введение к работе
Актуальность работы. Глубокое преобразование окружающей среды в результате интенсивного техногенного прессинга - характерная черта современности Особое место в системе взаимодействия человека и природы занимают горнодобывающая и перерабатывающая промышленность Нарушение природного равновесия в процессе добычи и переработки минерального сырья сопровождается образованием техногенных потоков веществ, отличающихся повышенными содержаниями широкой ассоциации токсичных элементов и соединений, которые переносятся на значительные расстояния от источников, загрязняя окружающую среду
Разнообразие видов загрязняющих веществ, сложная экологическая ситуация, складывающаяся в районах расположения горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, требует установления полномасштабного, жесткого экологического контроля в режиме мониторинга В последние годы оценка экологического состояния окружающей среды проводится в режиме геохимического мониторинга, т е путем наблюдения и сравнительного анализа за определенным набором геохимических показателей, характеризующих состав и распределение химических элементов в компонентах природной среды, а также качество последних Однако при таком подходе не всегда удается спрогнозировать последствия техногенеза и, что наиболее важно, своевременно выявлять изменения в экосистеме, представляющие угрозу здоровью населения Как правило, возникают трудности при выявлении причин и источников загрязнения, установлении путей и скорости распространения загрязняющих веществ В связи с этим появляется необходимость в использовании более чувствительных методов анализа для изучения состояния окружающей среды в горнопромышленных районах и, следовательно, создания новых методических подходов, позволяющих выявить основные факторы загрязнения, оценить процесс загрязнения с точки зрения причинно-следственных связей
В качестве таких методов предлагается использовать, в сочетании с традиционными геохимическими методами, методы изотопной геохимии, базирующиеся на изучении стабильных изотопов легких элементов (С и S) в различных компонентах экосистемы Разработка методических основ изотопно-геохимического мониторинга в зонах воздействия на окружающую среду горнодобывающих и перерабатывающих предприятий позволит более эффективно решить важнейшие задачи геоэкологических исследований, от результатов которых существенно зависит обеспечение экологической безопасности на объектах горнорудного промышленного комплекса
Цель и задачи исследования. Цель данных исследований — разработка методических основ изотопно-геохимического мониторинга в зонах воздействия на окружающую среду объектов горнодобывающей и перерабатывающей промышленности
Для выполнения поставленной цели необходимо решение следующих основных задач
1 Изучение изменений изотопного состава углерода карбонатов и серы сульфатов почв в процессе добычи и переработки минерального сырья
2 Выявление критериев дифференциации геохимических аномалий в
почвах на природные и техногенные по комплексу изотопно-геохимических
характеристик, с целью установления источников геохимического загрязнения.
3 Изучение динамики изменения изотопно-геохимических параметров в
почвах и разработка основ прогнозирования развития экогеохимической ситуации
в горнодобывающих и перерабатывающих районах
Объекты и методы исследований. В основу диссертационной работы положены фактические материалы, полученные автором в ходе исследований в 1995 - 1998 гг на двух опытных полигонах Березовский ГОК, расположенный на Среднем Урале (полигон 1), ртутное месторождение «Сахалинское» и территория, примыкающая к фабрике по переработке ртутного сырья, расположенные в Краснодарском Крае (полигон 2). Опытные полигоны выбраны с такой целью, чтобы максимально охарактеризовать наиболее комплексные и масштабные по загрязнению окружающей среды виды антропогенной деятельности (добыча минерального сырья, обогащение, металлургическая переработка) На полигонах за два сезона мониторинговых работ отобраны и изучены почвы (151 проба), добываемые и перерабатываемые руды (33 пробы), вмещающие породы (25 проб) Все пробы исследованы комплексом методов, включающим определение содержания сульфатов, карбонатов и сульфидов в почвах, рудах и вмещающих породах, масс-спектрометрическое определение изотопного состава S и С, определение концентраций элементов I, II и III групп токсичности спектральным полуколичественным методом, определение ртути спектральным атомно-абсорбционным методом с применением золотого сорбента В качестве вспомогательных были привлечены ионная хроматография, рН-метрия и минералогический анализ, позволяющие получать дополнительную информацию об объектах исследования
Научная новизна. Впервые для проведения экологических исследований в зонах воздействия горнодобывающих и перерабатывающих предприятий в режиме геохимического мониторинга использованы показатели изотопного состава легких элементов в качестве основных критериев идентификации природы геохимических аномалий, а также оценки, контроля и динамики изменений экологической ситуации
Практическая значимость. Создание методических основ изотопно-геохимического мониторинга в зонах воздействия на окружающую среду горнодобывающих и перерабатывающих предприятий позволит комплексно, на более современном и аналитически обоснованном уровне оценить текущее экологическое состояние окружающей среды, проследить ореолы рассеяния загрязняющих веществ, идентифицировать природу геохимических аномалий, установить конкретный источник загрязнения и его вклад в общий поток загрязняющих веществ, дать прогнозную оценку развития экологической ситуации Создается надежная основа для своевременной корректировки технологий проведения работ на добывающих и перерабатывающих комплексах, выбора мест размещения отходов, проверки надежности очистных и защитных сооружений, разработки специальных рекомендаций по обеспечению экологической безопасности Следует также подчеркнуть, что главными достоинствами изотопных методов являются экспрессность, относительно низкая
себестоимость, высокая точность, возможность изучения вещества на атомарно-молекулярном уровне
Защищаемые положения.
1 Изотопно-геохимический мониторинг в зонах воздействия на
окружающую среду горнодобывающих и перерабатывающих предприятий основан
на выявлении в почвах соединений серы и/или углерода, содержащихся в
продуктах технологической переработки руд и сохраняющих свои изотопные
характеристики в процессах миграции и накопления в геохимических аномалиях
Основным критерием выбора элемента-индикатора техногенного загрязнения
служит наибольшая степень отличия почв от загрязняющих веществ по
содержанию изотопов С13 и S34
Изотопные показатели могут быть использованы для определения природы повышенных концентраций химических элементов в почвах и обоснования связи геохимических аномалий с деятельностью конкретных предприятий В природных геохимических аномалиях почвы имеют фоновые изотопные характеристики. Формирование техногенных геохимических аномалий сопровождается изменением изотопного состава серы и/или углерода почв в результате привноса этих элементов Критериями идентификации источника загрязнения служат изотопно-геохимические параметры почв на участках аномалии с максимальным отклонением 813С и 534S от фоновых значений
Передовая зона ореола техногенного загрязнения выделяется по минимально-аномальному значению 813С или 834S Изотопно-геохимический мониторинг позволяет установить направленность и скорость распространения загрязняющего вещества по площади, повысить оперативность и достоверность прогноза развития экогеохимической ситуации в пространстве и времени
Апробация работы и публикации. Разработанный подход использован для
оценки экологического состояния окружающей среды в режиме изотопно-
геохимического мониторинга территорий расположения объектов по добыче и
переработке рудных полезных ископаемых (Северо-Енисейский ГОК
(Красноярский Край), Соловьевский прииск (Амурская область)) и нерудных твердых полезных ископаемых (цементный завод (г Новороссийск, Краснодарский Край)) Результаты работ вошли в 8 научно-исследовательских отчетов Основные положения работы и практические рекомендации доложены на XIV, XV, XVI, XVII Симпозиумах по геохимии изотопов имени А П Виноградова (Москва, ГЕОХИ, 1995, 1998, 2001, 2004), Годичной научной сессии Московского отделения ВМО (Москва, ВИМС, 2001) и научных чтениях памяти Марии Борисовны и Николая Ивановича Бородаевских (Москва, ЦНИГРИ, 2004) Основное содержание работы изложено в 15 публикациях
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 6 глав, заключения и списка литературы (171 наименование) Объем работы - 163 страницы, в том числе 39 таблиц и 33 рисунка
