Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Деятельность любого горнодобывающего предприятия связана с негативным техногенным воздействием на биогеоценоз участка разработки месторождения. Поэтому для контроля воздействия на природные оболочки функционирует горно-экологический мониторинг, в рамках которого контролируется состояние водных ресурсов, атмосферного воздуха, фауны и флоры. Горно-экологический мониторинг предприятия по добыче гипсового камня в Архангельской области ограничен выполнением контроля содержания нефтепродуктов и растворенных и взвешенных веществ в сточных водах. Результаты замеров показывают отсутствие превышений предельно допустимых концентраций по данным показателям на протяжении всех лет деятельности предприятия, при этом детальное исследование химического состава природных вод вокруг карьера не входит в рамки контроля, установленные государственными органами.

Данная работа посвящена более глубокому исследованию техногенного воздействия деятельности горнодобывающей компании на объекты окружающей среды, качественному и количественному переносу, распределению, а также аккумуляции химических элементов в природных и искусственных водотоках на территории вблизи участка недр Чугская площадь. Выбросы вредных веществ от деятельности горнотранспортного и горнодобывающего оборудования усиливают негативную нагрузку на атмосферу, накопление тяжелых металлов в природных водоемах вследствие миграции элементов и сброса карьерных вод, а также накопление металлов в донных отложениях. Все это обуславливает актуальность исследовательской работы.

Материалы и методы исследования

В рамках экспедиции в августе 2023 г. были отобраны 14 проб воды. На рис. 1, 2 показан участок изучения и места отбора проб, данный объект исследования имеет развитую сеть поверхностных водотоков.

Пробы были отобраны на площади 1322 га на крупных водотоках района, таких как оз. Сенное и Карасиное, р. Чуга и Позера, их притоки; также опробовались карьерные воды. Непосредственно в точках отбора проб воды измерялись ее температура, содержание кислорода, общая минерализация, электропроводность, водородный показатель и окислительно-восстановительный потенциал. Для дальнейшего исследования были отобраны следующие пробы:

− 1,5 л – на общий химический анализ в 1,5 л полиэтиленовые емкости без фильтрации и подкисления;

− 10 мл – на катионы и микроэлементы с фильтрацией и подкислением;

− 50 мл – на анионы с фильтрацией без подкисления.

Анализы проб выполнялись в лаборатории ЦЛАТИ по Архангельской области в соответствии с нормативными документами.

Результаты исследования и их обсуждение

Изучение водных объектов осуществлялось на содержание макрокомпонентов (Na+, K+, Ca2+, Mg2+, SO42-, Cl-) и микроэлементов (Fe, Mn, Cu, Ni, Pb, Zn, Cr, Sr, As). Содержание химических элементов в водотоках района сопоставлялось с предельно допустимой концентрацией веществ для объектов рыбохозяйственного значения [1] и для поверхностных вод [2] (табл. 1).

В результате сравнения показателей отмечаются повышенные концентрации для следующих химических элементов: Mn, Cu, Zn, Sr, Pb, Ca2+, Fe и SO42- для рыбохозяйственных водных ресурсов, а также наличие компонентов в размере 50 % и выше от предельной концентрации по Na+, Cr, Mg2+. Концентрация с превышением допустимых значений отмечена для Mn, Pb, Fe, SO42- для поверхностных вод, 50 % и выше от предельной концентрации выявлено по Mg2+, Sr.

Рис. 1. Участок экспедиции 2023 г.

Рис. 2. Схема расположения точек для отбора проб воды (ГЛ) на карьере гипса

Таблица 1

Предельно допустимые концентрации микро- (мкг/л) и макрокомпонентов (мг/л) химического состава в поверхностных водотоках, целью которых является рыбохозяйственная деятельность и водоснабжение населенных пунктов

Таблица 2

Валовое содержание макро- и микроэлементов в пробах вод

Примечание: н.о. – не определено.

Таблица 3

Физико-химические показатели поверхностных вод

Значения суммарной концентрации микроэлементов составляли от 61,70 мкг/л в точке ГЛ-3 до 6436,6 мкг/л в точке ГЛ-11. Относительно высокие значения также отмечены в точках ГЛ-8 6213,7 мкг/л и ГЛ-12 5093,00 мкг/л (табл. 2). Кроме этого проведены исследования физико-химических показателей водотоков (табл. 3).

Полученные в рамках исследовательской работы данные показали присутствие нормируемых химических элементов и соединений как в поверхностных водах в непосредственной близости к объекту разработки, так и в водных объектах, расположенных на большом удалении от источника антропогенного воздействия. Следовательно, природа возникновения загрязнения имеет как природный, так и естественный фактор. К тому же хочется отметить, что в процессе добычи горных пород образуется мелкодисперсная пыль, которая абсорбирует тяжелые металлы и переносит их.

Следующий этап исследования – обработка данных с помощью программы Surfer 8.0, необходимой для создания моделей распределения химических элементов в пространстве изучаемой территории (рис. 3). Полученные данные по рассеиванию Na+, Cr, Mn, Pb, Fe, Mg2+, Cu, Sr, Ca2+, Zn, и сульфат-иона демонстрируют отсутствие строгой зависимости по распределению элементов в пространстве.

Мелким рекам Северо-Западного региона, в том числе Архангельской области, свойственна концентрации марганца в пределах 10–15 мкг/л, главной причиной этого является питание данных рек болотными системами региона [3, с. 1118–1130]. Марганец, как и железо, относится к ряду элементов, окисленные формы которых менее растворимы, чем восстановленные. При этом процесс окисления марганца происходит при наличии большего значения окислительно-восстановительного потенциала. Одним из главных условий получения окисленных форм марганца в околонейтральных водах является значение показателя Eh > +600 мВ [4, с. 672]. Окислительно-восстановительный потенциал в отобранных пробах вод изменялся от -52 до 49 мВ (табл. 3). Уровень рН колебался в незначительном интервале и составлял от 6,59 до 7,65 (табл. 3). Минерализация поверхностных вод имеет достаточно большой разброс и составляет от 22,82 до 1422 мкг/л (табл. 3), максимальная минерализация отмечается в пробах карьерных вод.

Рис. 3. Распределение макро- и микроэлементов в поверхностных водотоках. Красный цвет символизирует превышение ПДК, желтый – 0,5–1 ПДК, зеленый – менее 0,5 ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения

Рис. 3 (продолжение). Распределение макро- и микроэлементов в поверхностных водотоках. Красный цвет символизирует превышение ПДК, желтый – 0,5–1 ПДК, зеленый – менее 0,5 ПДК для водоемов рыбохозяйственного назначения

Соседствующее расположение региона исследования с Кольским полуостровом является причиной повышенного содержания меди в пробах вод, так как Мурманская область располагает крупнейшими горнодобывающими и металлургическими предприятиями, такими как Кольская ГМК [5, с. 318]. Деятельность медно-никелевых комбинатов является причиной поступления металлов в атмосферу.

Превышение ПДК по содержанию меди, свинца и цинка отмечено как в снежном покрове [6, с. 71–80], так и в поверхностных водах, что можно квалифицировать как результат антропогенного воздействия, но превышение ПДК по данным металлам носит точечный характер. Повышенные содержания Sr, Ca2+ и SO42- связаны с природными процессами растворения гипсов, интенсифицированными в процессе техногенного воздействия на массивы скальных пород.

Заключение

Исследовательская работа подтверждает, что содержание химических элементов в естественных и искусственных водотоках района изучения вблизи функционирующего горного предприятия по добыче строительных горных пород не имеет строгой привязанности к объекту. Результатом работы явилась фиксация превышений ПДК поверхностных вод в объектах рыбохозяйственного значения по Mn, Cu, Zn, Sr, Pb, Ca2+, Fe и SO42-. Превышение ПДК для поверхностных вод, используемых для хозяйственно-питьевых целей, зафиксировано по Mn, Pb, Fe и SO42-.

Проделанная работа позволяет составить следующую последовательность распределения микроэлементов по концентрациям: Sr (2924,29 мкг/л) ˃ Fe (150,64 мкг/л) ˃ Mn (37,19 мкг/л) ˃ Zn (5,61 мкг/л) ˃ Pb (4,09 мкг/л) ˃ Cr (3,90 мкг/л) ˃ Cu (1,55 мкг/л), Ni и As не обнаружены. При сопоставлении полученных данных с ранее проводимым исследованием снежного покрова в пределах карьера строительных горных пород можно отметить закономерность в превышении ПДК по меди, что является влиянием деятельности металлургических предприятий Мурманской области (атмосферный перенос). Превышение ПДК по свинцу и цинку носит точечный характер и отмечается в 28,6 % проб по свинцу и 14,3% проб по цинку.