Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Геохимическая трансформация горно-лесных ландшафтов Среднего Сихотэ-Алиня в районах добычи полиметаллических руд

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Геохимическая трансформация горно-лесных ландшафтов Среднего Сихотэ-Алиня в районах добычи полиметаллических руд"

,г Г»

гмосковскии государственный университет

г 1

л П

Го им.М.В.ЛОМОНОСОВА

^ 0 ^^ ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

на правах рукописи

ЕЛПАТЬЕВСКАЯ Вера Павловна

ГЕОХИМИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ ГОРНО-ЛЕСНЫХ ЛАНДШАФТОВ СРЕДНЕГО СИХОТЭ-АЛИНЯ В РАЙОНАХ ДОБЫЧИ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ РУД

11.00.01 - физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Москва -1996

Работа выполнена на кафедре геохимии ландшафтов и географии почв географического факультета Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова и в Тихоокеанском институте географии ДВО РАН.

Научный руководитель - кандидат географических наук,

старший научный сотрудник Н.П.Солнцева

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, профессор В.О.Таргульян; кандидат географических наук, старший научный сотрудник Е.П.Сорокина

Ведущая организация - Институт географии СО РАН

Защита состоится " 199<^г. в _ час. на заседании физико-

географического диссертационного совета Д-053.05.29 при Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова по адресу: 119899, Москва, ГСП-3, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, ауд. 1807.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, ^^ , ^ ,

кандидат географических наук TtM frfy* ' И.А.Горбунова

1 О

Актуальность темы. Добыча полезных ископаемых является одним из наиболеее землеемких видов производства (Денисова, 1976). Добывающие предприятия находятся практически во всех природных зонах России, значительная их часть - в горных регионах, ландшафты которых более уязвимы (Алпатьев, Рябчиков, 1981). Важнейшая особенность данного производства - вывод на дневную поверхность глубинных горных пород с образованием характерных литоаккумуляций - отвалов, хвостохранилшц и т.д. и техногенных (ТГ) потоков от них в природную среду. Спектр элементов и соединений, поступающих в ландшафты в составе литоаккумуляций и вторичных потоков от них, чрезвычайно широк и часто включает токсичные компоненты. В результате осуществляется глубокое воздействие на многие природные компоненты: почвы, биоту, поверхностные и грунтовые воды. Существующие данные в большинстве случаев относятся к европейской части России, Уралу, Кузбассу (Почвообразование...,1979; Экологические основы...,1985; Экология и рекультивация..., 1992 и др.). Для горных районов Дальнего Востока и, в частности, Сихотэ-Алиня, имеющего ряд специфических физико-географических особенностей, несмотря на значительное количество разнообразных месторождений, таких исследований меньше (Поливанов, 1976; Прогнозно-географический анализ ..,1984; Борисова и др., 1987). В то же время активная разработка месторождений приводит к глубокой деградации природных ландшафтов. Это определяет актуальность изучения геохимической трансформации ландшафтов широколиственных лесов юга Дальнего Востока в сфере воздействия добычи полиметаллических руд как основы для разработки мероприятий по защите и восстановлению природной среды.

Цель и задачи работы. Основная цель работы - установить закономерности геохимической трансформации гумидных горно-лесных прибрежных ландшафтов Среднего Сихотэ-Алиня в районах добычи полиметаллических руд.

Для решения поставленной цели решались следующие задачи.

1. Установить основные свойства и геохимические особенности объектов воздействия - отвалов и гидрохимических потоков от них. Оценить их роль как средообразующих факторов.

2. Выявить особенности педогенеза на отвалах.

3. Определить формы миграции элементов в ТГ потоках и закономерности их изменений в процессах взаимодействия ТГ потоков с природными компонентами.

4. Определить специфику ТГ-спровоцнрованных процессов и трансформации почв и ландшафтов в сфере воздействия ТГ потоков.

5. Оценить устойчивость ТТ изменений трансформированных почв и ландшафтов.

Научная новизна. Впервые для Приморского края проведены комплексные ландшафтно-геохимические иследования природно-техногенных ландшафтов, формирующихся в результате добычи полиметаллических руд, что позволило выявить уровни эколого-геохимических сдвигов в ландшафтах, основные факторы и формы преобразования природных компонентов, закономерности выведения тяжелых металлов из загрязненных поверхностных и почвенно-грунтовых вод при их взаимодействии с почвами и речными водами, оценить первичные и вторичные геохимические и морфологические шменения в ландшафтах. На основе реакции природных компонентов на ТГ нагрузки оценена устойчивость ТГ обусловленных изменений в ландшафтах. На основе собственных экспериментальных исследований выявлены некоторые отличия натурных процессов изменения форм миграции металлов от закономерностей, установленных лабораторными методами при стандартных условиях.

Практическое значение. Полученные результаты имеют значение для повышения эффективности охраны природы и рационального использования природных ресурсов. Они позволяют прогнозировать специфику возможных воздействий на окружающую среду проектируемых горнодобывающих предприятий. Выявленные закономерности геохимических изменений природных процессов могут быть использованы при рекультивации нарушенных территорий и разработке системы мониторинга за состоянием природных систем в горнодобывающих районах.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы были представлены на: 45-й Арктической научной конференции (Владивосток, 1994); Международной конференции по окраинам Арктики (Магадан, 1994); научной сессии Тихоокеанского института географии ДВО РАН в 1994г.; 8-м Международном симпозиуме "Взаимодействие воды и горных пород" (Владивосток, 1995); Международной конференции "Глобальные шменения и география" (Москва, 1995); Региональной научной конференции, посвященной 150-летию образования Русского Географического общества (Владивосток, 1995); Международном конгрессе "PACRIM" (Новая Зеландия, 1995); П съезде почвоведов России (Санкт-Петербург, 1996).

По теме диссертации опубликовано 7 работ, две - в печати.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шеста глав, заключения и списка использованных источников (155 наименований). Ее объем составляет 208 страниц, в том числе 32 таблицы, 21 рисунок.

Содержание работы.

Глава 1. Географическое положение территории и природные факторы, контролирующие миграцию элементов.

Район исследований расположен в прибрежной части восточного макросклона Среднего Сихотэ-Алиня и является представительной частью низкогорных ландшафтов пояса широколиственных лесов. Изучаемая территория сложена осадочными породами юрского и триасового возраста - алевролитовыми и глинистыми сланцами, алевролитами, песчаниками (Радкевич и др., 1960). В этих осадочных породах залегают рудные тела полиметаллического месторождения касситерит-сульфидной формации, которое выбрано в качестве эталонного объекта для изучения геохимической трансформации низкогорных лесных ландшафтов Сихотэ-Алиня под воздействием добычи полиметаллических руд. По типу современного рельефа район иссследований относится к эрозионно-денудационному, сильно расчлененному низкогорью, с амплитудой относительных превышений до 200-250 м при абсолютных высотах 400-450 м и уклонах 5-20° (Худяков и др., 1972). Муссонный умеренный климат обуславливает теплое влажное лето (>80% годового количества осадков) и холодный сухой зимний период (Справочник по климату СССР, 1966). По гидрологическому режиму район относится к области избыточного увлажнения (Кувл=1,1-2,0). Почвы элювиальных и трансэлювиальных ландшафтов представлены морфологически неоподзоленными буроземами.

Основными природными факторами, определяющими условия миграции, метаболизма и концентрации веществ, являются: значительное количество атмосферных осадков с максимумом в теплый период года; расчлененность рельефа, хорошая дренированность и окислительная среда чехла рыхлых отложений.

Глава 2. Объекты и методы исследования.

По литературным материалам показана роль горнодобывающего производства в трансформации природной среды и основные факторы этой трансформации: отвалы горных пород - первичные ТГ литохимические ореолы загрязнения, и вторичные ТГ потоки от них (Солнцева и др., 1985). В научной литературе основное внимание удсляляется характеристике отвалов горных пород, развитию почв и растительности на этих объектах (Зайцев и др., 1977; Почвообразование..., 1979; Гаджисв, Курачев, 1992 и

др.) и их рекультивации (Экологические основы.., 1985; Экология и рекультивация..., 1992 и др.). Меньше внимания уделялось трансформации сопряженных с отвалами ландшафтов, в основном изучалось воздействие гидрохимических потоков на природные воды (Chemistry and biology.., 1988; McKnight, Bencala, 1990 и др.), трансформация почв и ландшафтов в сфере влияния отвалов рассматривалась реже (Солнцева, Никифорова, 1982; Солнцева и др., 1983).

Для изучения геохимической трансформации горно-лесных ландшафтов Сихотэ-Алиня под воздействием добычи полиметаллических руд в качестве эталонного объекта выбрано одно из свинцово-цинковых месторождений, которое разрабатывалось открытым способом в 1960-68 годах. Основными объектами воздействия на природную среду в настоящее время являются отвалы вскрышных пород и забалансовых руд н поступающие от них фильтрационные воды -минерализованные растворы специфического солевого состава, которые формируются в процессе взаимодействия атмосферных осадков с грунтосмесями отвалов. Основные объекты изучения - отвалы и сопряженные с ними ТГ ореолы загрязнения, формируемые ТГ потоками в почвах, донных отложениях и речных водах .

Кратко рассмотрены основные концепции систем, формирующихся в результате взаимодействия техники и природы (Глазовская, 1972; Ретеюм и др. 1972; Ревзон, 1992). В настоящей работе принято понятие техногенной ландшафтно-геохимической (ТЛГ) системы, которая включает источники воздействия (в данном случае отвалы пород) и геохимически сопряженные с ними миграционными потоками зоны проявления ТГ воздействий (Солнцева, 1976).

Рассмотрены основные механизмы окисления сульфидов (Смирнов, 1955; Свешников, 1967; Яхонтова, Нестерович,1983) и показана роль сернокислого процесса в грунтосмесях отвалов в образовании агрессивных ТГ потоков в природную среду (Емлин, 1991).

Воздействию отвалов и фильтрационных вод на эталонном участке подвержены транзитные ландшафты склонов, супераквальные пойменные ландшафты и местная речная сеть. Суммарный поверхностный и грунтовый сток от отвалов поступает в водоток 2-го порядка - р.Мраморную, а затем водоток 3-го порядка - р.Прямущ.

Изучались: 1) грунтосмеси отвалов, почвы и растения на них; 2) водные потоки в ТЛГ системе: а) атмосферные осадки; б) фильтрационные воды; в) природное техногенные воды, образующиеся в результате взаимодействия фильтрационных вод с почвенными и речными. Точки наблюдений располагались во всех зонах ТГ

воздействия. На эталонных площадках опробовались почвы по генетическим горизонтам, почвенные воды (в пределах вторичных ореолов загрязнения), растения. Опробование фильтрационных и природно-техногеннных вод проводилось один-два раза в год в течение 1989-93 годов, других компонентов - в 1990 году.

В качестве фоновых объектов служили ненарушенные транзитные ландшафты склонов с дубовыми лесами на буроземах в бассейне р.Мраморной и супераквальные ландшафты поймы с торфяно-перегнойно-глеевыми почвами под травянистой растительностью в верховьях р.Мраморной. При рассмотрении гидрохимических ТГ потоков в качестве фоновых показателей использовались данные о концентрациях элементов в водах незагрязненных водотоков 1-2-го порядков Сихотэ-Алиня (среднее из 49 проб) и данные о составе вод верховьев р.Мраморной.

Фактический материал: 75 проб почв, грунтосмесей отвалов и донных отложений рек (материалы автора); 335 проб природных и ТГ вод (материалы автора и лаборатории геохимии Тихоокеанского института географии ДВО РАН); 70 проб растений (материалы автора).

Для почв выполнялись: определение механического состава, 111II1, валового состава, рН, Сорг, группового состава гумуса, состава ППК.

Для изучения закономерностей трансформации миграционных форм элементов по мере их миграции от отвалов и взаимодействия с почвами и речными водами выполнен фазовый анализ форм нахождения Zn, Cd, Pb, Си, Fe, Al, Mn в грунтосмесях отвалов, естественных и трансформированных почвах и донных отложениях. Фазовый анализ включал: водную вытяжку (воднорастворимые формы металлов), аммонийно-ацетатную с рН=4,5 (непрочно связанные), обработку солянокислым гидроксиламином (закрепленные в окислах марганца), перекисью водорода (связанные с органическим веществом и сульфидами), хлористым гидразином (закрепленные в оксидах железа) (Gatehouse et al., 1977). Остаток после всех обработок разлагался смесью концентрированных кислот (HF и НС1).

В золе растений проведен неполный зольный анализ и определение валовых содержаний тяжелых металлов.

Пробы воды фильтровались под вакуумом через мембранные фильтры с размером пор 0,4 мкм, из фильтрованных проб проводилось определение основного солевого состава по стандартным методикам и металлов - на атомном абсорбере.

Для изучения закономерностей изменения миграционных форм элементов в зоне смешения природно-техногенных и речных вод были проведены эксперименты по

подщелачиванию фильтрационных вод. Аликвоты фильтрационных вод с рН=2.9 последовательно подщелачивали раствором МНДШ до значений рН= 3.3 - 5.4 - 7.5 -10.0. На каждой стадии эксперимента осадки отделялись от раствора методом мембранной фильтрации; в аликвоте фильтрованного раствора определялись металлы.

Глава 3. Отвалы как начальное звено техногенной ландшафтно-геохимической

системы. Специфика почвообразования и развития растительности на отвалах.

Грунтосмеси отвалов представляют собой смеси вскрышных и вмещающих пород, в составе которых преобладают глинистые сланцы, алевролиты, песчаники; значительную роль играют и забалансовые руды, содержащие пирротин, сфалерит, галенит, пирит, арсенопирит, халькопирит. Средние концентрации Ре, К, Р, Си в грунтосмесях превышают кларки литосферы в несколько раз, 2п, РЬ, Сс1 и Аэ - на 1-4 математических порядка. Вследствие неоднородности минералогического состава и физико-химических свойств грунтосмесей разные участки отвалов характеризуются неодинаковой интенсивностью протекания сернокислого процесса и, соответственно, обладают неодинаковой фитотоксичностью: от слаботоксичных (вскрышные породы) до высокотоксичных (забалансовые руды). Щелочно-кислотная обстановка грунтосмесей может меняться в широких пределах: от слабо (рН-5,5) до сильнокислой (рН=2,6). По данным фазового анализа, в грунтосмесях с глубины нескольких метров от поверхности Хп, Сс), Си и Б находятся главным образом в сульфидной форме, а Ре, Мп и РЬ - в силикатной.

. По мере окисления и растворения сульфидов и выноса фитотоксичных компонентов в более глубокие горизонты отвалов на их поверхности появляется сначала низшая, а затем и высшая растительность. Под этой растительностью в условиях муссонного климата Приморья на отвалах пород в течение первых десятков лет возникают примитивные, часто фрагментарные почвы.

Развитие педогенеза, даже кратковременное (25-30 лет), привело к значительной трансформации свойств грунтосмесей. Формирующиеся почвы существенно отличаются от исходных субстратов: реакцией среды, количеством обменных оснований, формами нахождения металлов. Выявленные почвенные процессы и обусловленные ими свойства молодых почв приведены в табл. 1.

Молодые почвы наследуют от грунтосмесей высокие содержания тяжелых металлов. Развитие почвообразования имеет следствием дифференциацию валовых

Таблица 1

Почвообразовательные процессы и некоторые морфологические и физико-химические свойства молодых почв на отвалах

Почвообразовательные Диагностические признаки и свойства

процессы на слаботоксичных на фитотоксичных

Накопление гумуса Высокая скелегность почв (до 95% дресвы и щебня).

"модер". Плохая оструктуретгость мелкозема.

Закрепление в гумусо- Гумусо-глинистые, глинистые, мелкоземистые

вом горизонте основ- кутаны на щебне.

ной части образую- Рыжевато-бурый цвет минеральных горизонтов.

щихся органических Недифференцированный маломощный профиль

соедннешш при части- 0-А0-А0А1-АВ-ВС АОА 1-ВС

чном иллювиировании Содержание гумуса (%):

гумуса вниз по профилю 27( АОА1)-1,4(В С) 18(АОА1)-0,2(ВС)

Биогенная аккумуля- Гуматно-фульватный и фульватный тип гумуса.

ция Са, Мз, Р в гуму- Щелочно-кислотные условия (рН„д„):

совом горизонте. 5,7(0)-5,5(ВС) 7,0(АОА1)-4,3(ВС)

сумма обменных катионов (мг.экв/100 г почвы)

насыщенность (%)

31 (АО) - ¿1 (ВС) 34 (АОА1) - М (ВС)

91 92 100 29

содержаний металлов в профиле молодых почв: биогенная аккумуляция Хп, Мп и Сс1 в гумусовом горизонте приводит к увеличению содержаний Сс1 на два порядка, Мл и 2п -в несколько раз относительно минеральных горизонтов молодых почв. Активное окисление и растворение сульфидов и развитие биогеохимических и почвенных процессов в верхних горизонтах отвалов (мощностью несколько десятков см) приводят к разрушению сульфидных форм нахождения халькофильных элементов и закреплению металлов в формах, близких к формам их нахождения в буроземах: 7.п, С(1, Мп - в непрочносвязанных (25-50 % валового содержания), Си - связанных с Ре-гвдроксидами (45- 56%).

Формирующиеся на отвалах почвы имеют как черты сходства с зональными буроземами, так и отличия от них. Признаки, сближающие молодые почвы с буроземами, - недифференцированный тип профиля - А - В - С, гумусо-глинистые,

органо-железистые, мелкоземистые кутаны; гумусо-аккумулятивный процесс в сочетании с иллювиированием гумуса; биогенная аккумуляция элементов в гумусовом горизонте; величина емкости поглощения, состав ППК и степень насыщенности. По механическому составу, оструктуренности, реакции среды, содержанию и типу гумуса молодые почвы существенно отличаются от зональных.

Согласно принципам классификации антропогенных почв Тонкогонова и Шишова (1990) эти почвы соответствуют классу природоподобных хемогенно-дифференцированных новообразованных антропоземов.

Эти новобразованные антропоземы характеризуются не только названными выше общими характеристиками, но и специфическими - в зависимости от конкретных свойств материнского субстрата. По специфическим признакам (степень ожелезненности, содержание тяжелых металлов, реакция среды, мощность органогенных горизонтов) изученные антропоземы разделяются на две группы:

1) антропоземы ожелезненные - на фитотоксичных субстратах. Эти почвы характеризуются высокими содержаниями Ре (10-39% на прокаленное вещество) и халькофильных металлов (0,012-0,17%), маломощным профилем (10-60 см), контрастным изменением по профилю рН, маломощными гумусоаккумулятивными горизонтами (3-4 см) и слабым иллювиированием органического вещества.

2) собственно антропоземы буроземоподобные - на слаботоксичных субстратах. Для этих почв характерны более развитый профиль с большим набором горизонтов, довольно мощные органогенные горизонты (до 8 см), относительно слабое ожелезнение (5-10% Бе), слабокислая и кислая реакция, постепенное изменение рН вниз по профилю, достаточно глубокое иллювиирование гумуса (до 50 см). Содержания металлов превышают фоновые уровни, но в п-10п раз ниже, чем в почвах первой группы. По этим свойствам молодые почвы достаточно близки к буроземам.

Для почв первой группы полное сближение их свойств со свойствами буроземов затруднено, т.к. почвообразующие субстраты пережили интенсивный сернокислый процесс, что привело к накоплению значительного количества несиликатных окристаллизованных соединений железа (1,1-2,4%).

Для антропоземов второй группы более вероятно развитие педогенеза по близкому к зональному типу, т.к. уже в настоящее время они обладают рядом признаков, сближающих их с фоновыми почвами.

Таким образом, в условиях влажного умеренно теплого муссонного климата происходит достаточно активное преобразование субстратов отвалов и развитие на них

почв. Отвалы представляют собой новообразованный природно-техногенный элементарный ландшафт, развитие которого начинается с "нуль-момента". Этот элементарный ландшафт является начальным звеном рассматриваемой ТЛГ системы.

Глава 4. Фильтрационные воды как фактор трансформации сопряженных с отвалами ландшафтов. Закономерности преобразования геохимических свойств почв и режимов их функционирования в сфере влияния фильтрационных вод.

Кислотный гидролиз, протекающий в грунтосмесях отвалов, определяет специфический состав вод, сбрасываемых от них в окружающие ландшафты. Выходящие го-под отвалов на поверхность и циркулирующие в толще почв воды являются системообразующим фактором в ТЛГ системах и основной причиной трансформации сопряженных с отвалами ландшафтов: транзитных склоновых и супераквальных пойменных.

Фильтрационные воды отличаются высокой кислотностью (рН=2,6-3,9) и минерализацией (1,2-7,0 г/л) и аномальным содержанием сульфатов (1-5 г/л), халькофильных (суммарно до 1 г/л) и литофильных (суммарно также до 1 г/л) элементов. Гидрохимический тип вод в среднем характеризуется следующей

формулой: М з_б 5Рз 99.9_^

52 7л 14 А114 Са 13

Влияние фильтрационных вод на буроземы транзитных ландшафтов. Под влиянием агрессивных фильтрационных потоков и их производных - внутрипочвенных природно-техногенных вод, происходит резкое подкисление почв (рН снижается с 5,0 до 2,6-4,2), в несколько раз по сравнению с фоном возрастает количество обменных А13' и ГГ, в ПИК в заметных количествах входят Ге, 2п, С<1, Си. Осуществляется активная потеря гумуса в горизонтах постоянного контакта вод и почв. Сильнокислая среда (но при рН не ниже 3,0) способствует разрушению негидролизуемого остатка (до 53-60% против 64-72% в фоновых почвах) и увеличению подвижности гумуса. Когда рНводн<3, происходит консервация органического вещества и увеличение количества негидролизуемого остатка до 73-81%. Происходит активное формировшгие положительных аномалий халькофильных металлов: 2п и РЬ - по всему профилю, Си и Сё - в верхних горизонтах (табл. 2), что приводит к трансформации валового состава почв в пределах всего ореола загрязнения.

Привнесенные халькофильные металлы, по данным фазового анализа, закрепляются в почвах в: 1) прочносвязанных формах - в виде соединений с

Таблица 2

Содержания микроэлементов в буроземах, трансформированных ., фильтрационными водами.

Индексы Глубина Zn Си РЬ Cd Мп As S

горизотов см п.10'3% кк

Ядро ореола загрязнения

Fe-корка 0-2 67.3 31.4 227 0.18 13.1 361 973

4,3 11,0 24 4,5 0,5 не опр; 49

АО ц-л 2-8 38.5 20,8 97.6 0,06 12.7 241 490

2,6 7,3 10 1,5 0,4 не опр. 25

AI irjc 8-15 37.2 14.8 60.1 0,06 13.8 232 314

2,5 5,2 6,2 1,5 0,5 не опр. 16

AI В TT.Fe 15-27 28,8 8J 47.6 не 12.9 216 206

2,0 3,0 4,9 обн. 0,4 не опр. 10

В ТГ,Е 27-52 32.6 ££ 55.5 -U-II 25.5 10.2 41.5

2,2 1,7 5,8 0,9 не опр. 2,1

Средняя часть ореола загрязнения

корка 0-0,5 174 38.7 155 0.95 37.8 не опр. не

12 14 16 24 1,3 опр.

AI 0,5-8 57.0 19.2 45.1 0.30 40.4 -//-//- -//-

3,9 6,7 4,7 7,3 1,4

Big 8-22 38.0 6Л 50.2 не обн. .46,4

2,6 2,3 5,2 -И-II 1,6

B2g 22-50 45.6 3,1 И 1,9 46.6 4,8 25.0 0,9 -II-

органическим веществом, Ре- гидроксидами, глинистыми минералами - РЬ, Си, Ъп, Сё; 2) подвижных формах - в результате неспецифической сорбции и осаждения легкорастворимых солей - Zп и С<1

В процессе взаимодействия почв с ТГ потоками происходит изменение свойств почв и мигрирующих в них вод. В результате, при сохранении общих форм изменений

почв для разных частей ореолов загрязнения - ядро - средняя часть - характерна своя специфика технопедогенеза.

Особенности трансформации почв ядра ореола загрязнения в наибольшей степени определяются спецификой поступающих фильтрационных вод. В этих почвах сочетаются разнонаправленные ТГ-спровоцированные процессы, не характерные для фоновых почв: 1) интенсивное накопление Ре, выпадающего из фильтрационных вод на кислородном барьере и формирование наложенного аккумулятивного профиля Ре с максимальными содержаниями в верхней латеригоподобной корке - до 90% ИегОз на прокаленное вещество; 2) обеднение железом нижней части профиля (кларк рассеяния КР=2) в результате кислотного гидролиза, что позволяет считать гор.В вторично элювиальным (В1Г Е). Кислотный гидролиз - также причина формирования отрицательных аномалий Мп (табл. 2).

В результате ожелезнения верхних горизонтов почв происходит цементация органических и минеральных частиц Ре-гидроксидами, что меняет свойства ППК: 1) уменьшается емкость катионного обмена; 2) новообразованные Ре-гидроксиды способны к сорбции анионов. В результате на сорбционном барьере формируются контрастные положительные аномалии анионогенных элементов - Аэ (табл. 2), 8, Р.

В верхних горизонтах почв ядра ореола загрязнения на комплексном кислородно-сорбционном барьере ТГ поток "сгружает" основную массу Ре, Р, Ав и частично -халькофильные металлы. Таким образом, почвы средних частей ореола загрязнения подвергаются воздействию несколько трансформированных ТГ потоков, поэтому они отличаются от почв ядра ореола загрязнения.

Почвам средних частей ореола загрязнения свойственна меньшая кислотность (рН=2,8-4,2) и глеевая обстановка в нижних горизонтах, вызванная постоянным присутствием ТГ вод. Кислая глеевая среда обуславливает вынос Ре (КР=1,4-1,7). В этих почвах отсутствуют положительные аномалии анионогенных элементов, но в верхних горизонтах образуются положительные аномалии Мп (табл. 2).

В процессе взаимодействия с этими почвами ТГ поток также частично "сгружает" халькофильные металлы, их концентрации в растворе снижаются в несколько раз, в некоторой степени уменьшается кислотность. Тем не менее ТГ потоки остаются кислыми (рН 3,9-4,1), высокоминерализованными (1,7 г/л), сульфатно-магниевыми.

Итак, в процессе взаимодействия почв с ТГ потоками происходит фракционирование потоков, которое зависит от: 1) свойств потоков и их компонентов; 2) свойств почв. В результате радиального и латерального фракционирования ТГ

потоков создается зональность наложенного ореола загрязнения - набор положительных аномалий. В почвах ядра ореола формируются наиболее полиэлементные положительные аномалии: Ре, РЬ, Си, 2п, Сс1, М, Р, ЭО^" В почвах средних частей ореола набор элементов менее разнообразен: РЬ, Си, Тл^, СМ.

Таким образом, по комплексу новообразованных признаков (табл. 3) трансформированные почвы отличаются от исходных буроземов на высоком таксономическом уровне. Наличие в почвах ядра ореола загрязнения значительного количества в разной степени окристаллизованных форм Ре, интенсивное проявление элювиального процесса в исходно иллювиальном горизонте и резкая дифференциация профиля на аккумулятивную и элювиальную части, сильнокислая реакция позволяют предварительно считать, что эти почвы отличаются от исходных буроземов (Классификация..., 1977) на уровне типа.

Почвы средних частей ореола загрязнения отличаются как от исходных буроземов (на уровне типа) - признаками оглеения, так и от буроземов глеевых (Классификация..., 1977) - высокими содержаниями тяжелых металлов, сильнокислой и кислой средой и элювиированием железа (табл. 3).

Уменьшение в отвалах запасов сульфидов, не затронутых окислением, приведет к ослаблению ТГ воздействия. В условиях муссонного климата это обеспечит вынос водорастворимых соединений, что вызовет снижение кислотности почв. Но значительная часть поступивших с ТГ потоками металлов устойчиво закрепится в почвах в результате хемосорбции и окклюзии.

Таким образом, процессы кислотного гидролиза и ометалливания затрагивают почвенную матрицу и их результаты должны устойчиво сохраняться во времени.

Трансформация свойств почвенно-грунтовых вод и почв приводит к изменению транзитных ландшафтов в целом: исходные ландшафты Н-Са класса замещаются ландшафтами Н-5042' и Н-БО/'-Ре2* классов.

Влияние фильтрационных вод на торфяно-перегнойно-глеевые почвы супераквальных ландшафтов. Общие направления геохимической трансформации супераквальных ландшафтов под влиянием фильтрационных вод сходны с изменениями транзитных ландшафтов. Техногенные потоки, сбрасываемые в супераквальные ландшафты, по гидрохимическому типу аналогичны тем, которые поступают в транзитные ландшафты, но они несколько менее кислые (рН=3,2 против 2,6 в транзитных ландшафтах), содержат меньше железа (12-36 мг/л против 97 мг/л),

Таблица 3

Техиогенно-спровоцированные процессы и свойства буроземов, трансформированных фильтрационными водами.

Часть ТГ | ореола Техногенно-спровоцированные процессы Техногенно-преобразованные почвы

диагностические признаки название5

Я д р О Изменение состава почвенно-грунтовых вод. Закисление почв и грунтов. Привнос и закрепление тяжелых металлов, Аэ,Р Перестройка ППК. Кислотный гидролиз. Изменение почвенной матрицы. Сернокислая окислительная среда. Физико-химические свойства (гор.АОп\г. (2-8см)/гор.Втг,Е (27-52см)): рН,адк=2,6/3,0; А13+=14,0/9,0 мгэкв/100 г; Са2+=2,1/0,5 мгэкв/100 г; насыщенность (%) 18,0/8,0; гумус (%) 7,7/0,3. Положительные аномалии1: Sjq Pji Pb^ Сцц Zn2 Cd< As Fe 9 Отрицательные аномалии2: MOoj Fe0,6 Формы нахождения металлов3: Zn^,^ СсЗд,-.^ Cu^ Pb^ Fe^ МП{>.т ZlVr Cdocr CUfc Pbfcoci FeFcocT MnFe Fe-новообразования: корки на поверхности, конкреционная структура Сульфатно-закисленные ометаленные зафосфачен-ные поверхностно-оржавелые по глубинно элювиирован-ным буроземам.

С Р ч Е А Д С н т я ь я Изменение состава почвенно-грунтовых вод. Закисление почв и грунтов. Изменение окислигельно-восста-новительного режима почв. Привнос и закрепление тяжелых металлов. Перестройка ППК. Изменение почвенной матрицы. Сернокислая среда: окислительная в гор. AI и А1В, глеевая в гор. Bg, Физико-химические свойства (rop.Al (0,5-13 см) / rop.Bg (22-54 см)): рН=3,5/4,1; А13+=18,0/11,0 мгэкв/100 г; Са2=3,1/1,3 мгэкв/100 г; насыщенность (%) 28,0/12,0; гумус (%) 12,0/0,3. Положительные аномалии4: PbJ5 Cujj Zn^ Cd28 Mn1>7 Отрицательные аномалии по всему профилю: Fei,7. Сульфатно- закисленные ометаленные вторично оглеенные буроземы.

Примечания: 1 в числителе - по всему профилю, в знаменателе - в ожелезненной части; подстрочные индексы - максимальные КК относительно средневзвешенных содержаний в фоновых почвах; 2 в числителе - по всему профилю, в знаменателе - в гор. Вщ;, (минимальные значения КК), 3 в числителе - в ожелезненной части профиля, в знаменателе - в гор. Втг,е; подстрочные индексы: вод -

водорастворимые формы, Ас - слабосвязанные и обменные, орг - связанные с органическим веществом, Ре - связанные с Ре-гидроксидами, ост - силикатные;4 в числителе - по всему профилю, в знаменателе - в гор. А1;5 - названия трансформированных почв даны в соответствии с принципами А.Н.Геннадиева и др. (1992).

но больше 8042~ (3,4-5,1 г/л против 1,8), Хп (0,4-0,8 г/л против 0,2) и Сё (2,4 мг/л против 1,0) и отличаются большей минерализацией (4,6-7,0 г/л против 2,6 г/л).

Почвы супераквальных ландшафтов также испытывают иодкисление, но оказываются менее кислыми (рН=4,0-5,0), чем буроземы транзитных ландшафтов, т.к. подвергаются воздействию менее кислых потоков и обладают более высокой буферностью. Как и в трансформированных буроземах, в составе ППК пойменных почв возрастает количество А1" (в п-10п раз против фона) и Н' (в п раз), а также тяжелых металлов.

В почвах супераквальных ландшафтов также происходит фракционирование ТГ потоков. Основные механизмы вывода металлов из раствора: 1) образование прочносвязанных соединений с органическим веществом (вероятно, комплексно-гетерополярных солей) - для халькофильных металлов и Ре; 2) образование малорастворимых гидроксидов - для Ре. В почвах центральных частей ореола загрязнения на кислородном барьере горизонта Т1 формируется поверхностная зона аккумуляции Ре (до 18% Ре на прокаленное вещество), глубже - в торфяных и перегнойных горизонтах - полиэлементные зоны аккумуляции халькофильных металлов с КК=п-103п и содержаниями Тп - до 14%, Сс1 - до 1,8%, Си - до 1,2% (на прокаленное вещество). Оставшиеся в растворе компоненты при внутрипочвенной латеральной миграции ТГ потоков осаждаются в почвах краевых частей ореола загрязнения, формируя зоны аккумуляции в торфяных и перегнойных горизонтах.

Наряду с зонами аккумуляции ТГ поток формирует в минеральных горизонтах пойменных почв зоны выщелачивания, где преобладает вынос Мп, РЬ, Си. Кларки рассеяния (относительно фоновых почв) составляют: Мп - 2,5-10, РЬ - 2,5-5, Си - 2-2,5.

В супераквальных ландшафтах торфяные горизонты почв являются основными геохимическими - органо-сорбционными - барьерами для поступающих с ТГ потоками металлов, которые закрепляются преимущественно в результате специфической сорбции органическим веществом. Поэтому в пойменных почвах данные формы нахождения - основные для халькофильных металлов (рис. 1).

Повышенная ненасыщенность (29-53% против 3-4% в фоновых почвах) торфяно-перегнойно-глеевых почв ореола загрязнения, их кислая среда и контрастные положительные и отрицательные аномалии тяжелых металлов (табл. 4) позволяют считать, что эти почвы отличаются от исходных (Классификация..., 1977) на уровне рода. Почвы центральных частей ореола загрязнения отличаются от почв его краевых частей также на уровне рода - наличием Ре-новообразований в верхней части профиля.

ПИ/ЕШг ЕЕЗз ¡^«ШЗгШ!!« ШШг I

Ргс.1.Соотношение форм нахождения металлов в профиле ТГ-трансфошированных торфяно-перегнойно-глеевых почв.Условные обозначения:. 1-в:одорастворише Фотаы; 2-слабозакрепленные (в т.ч. обменные);3-связанные с гцдроксидами Мп;4-связакные с органяческш веществом; 5-СЕязанные с Ре-гвдроксидами; 6-стшкатнне; 7-валовые содержания (мкг/г).

Таблица 4

Техногенио-спровоцированиые процессы и свойства торфяно-перегнойно-глеевых почв, трансформированных фильтрационными водами.

ТГ-спровоцированные процессы Часть ТГ ореола Техногенно-преобразованные почвы

диагностические признаки название"

Изменение состава почвенно-грунтовых вод. Закисление почв и грунтов. Привнес и закрепление тяжелых металлов. Перестройка ППК. Кислотный гидролиз. Ц Е Н Т Р Сернокислая среда, окислительная в гор.Т1, глеевая ниже по профилю. Физико-химические свойства (торфяные горизонты/минеральные горизонты): рН=4,0/4,7; А13 =15,0/5,3 мг экв/100 г почвы; Са2'=9,0/6,7 мг экв/100 г почвы; насыщенность (%) 47,0/70,0; гумус (%) 67,0,/13,0. Положительные аномалии2: СсЬтп 2пг*> . Отрицательные аномалии3: Мпп! Сит РЬв Ре4 РЬод Си 0,4 Рео,4 Формы нахождения металлов4: 2П.\еСс1оСтСио(:ТРЬ.:\С,оСтРе1х;тМПдс,ост Бе-новообразования на почве. Поверхностно ожелезненные ометапенные сульфатно- закисленные торфяно- перегнойно- глеевые.

К Р А Й Сернокислая среда, окислительная в гор.Т1, глеевая ниже по профилю. Физико-химические свойства (торфяные горизонты/минеральные горизонты): рН=4,5/5,0; А13 =3,3/2,3 мгэкв/100 г почвы; Са2+=3,0/5,6 мг' экв/100 г почвы; насыщенность (%) 53,71,0; гумус (%) Положительные аномалии2: С<^ки Ъп^. Отрицательные аномалии3: МШа СщРе3 Сио.д Ометаленные сульфатно- закисленные торфяно- перегнойно- глеевые

Примечания: 1 потеря при прокаливании; 2 в числителе - по всему профилю, в знаменателе - в торфяных горизонтах; числовые индексы -кларки концентраций относительно средневзвешенных значений в фоновых почвах (приведены максимальные значения);3 в числителе - по всему профилю, в знаменателе - в минеральных горизонтах; приведены минимальные значения КК;4 в числителе - торфяные горизонты, в знаменателе - минеральные; значения подстрочных индексов см. в табл. 3; 5 названия трансформированных почв даны в соответствии с принципами А.Н.Геннадиева и др. (1992).

Лабильные новообразованные свойства почв супераквальных ландшафтов относительно неустойчивы. После прекращения сброса ТГ потоков начнется восстановление растительности и, сооответственно, замена в ППК части ЬГ и А13' на Са2* н М§2+, снижение ненасыщенности и кислотности. Изменения валового состава почв более устойчивы и будут сохраняться достаточно долго, т.к. в зонах аккумуляции металлы довольно прочно связываются в металл-органические комплексы, а мобилизация элементов затрагивает почвенную матрицу.

Трансформация свойств почвенно-грунтовых вод и почв приводит к изменению супераквальных ландшафтов: исходные ландшафты Н-Бе2 класса замещаются ландшафтами Н-БОч-Ее2' класса.

Сравнение таблиц 3 и 4 показывает, что в геохимической трансформации супераквальных и транзитных ландшафтов есть как общие, так и специфические особенности. Общие изменения обусловлены действием ТГ факторов, которые определяют подкисление, изменение состава ППК, накопление тяжелых металлов. Различия обусловлены свойствами почв, особенностями рельефа, положением почвенного тела относительно источника загрязнения.

Транзитные ландшафты склонов - исходно менее буферные - испытывают более глубокую трансформацию: они превращаются в гидроморфные, рН водных суспензий почв снижается до 2,6, в почвах активно закрепляются Р, Аб и Ре (см. табл. 3). Все это приводит к ярко выраженной морфологической перестройке почв и ландшафтов: замене высшей растительности специфической альгофлорой, развитию эрозии, появлению Ре-новообразований, изменению структуры и цвета почв.

В супераквальных ландшафтах не происходит изменения режима увлажнения, подкисление почв менее интенсивно. В составе положительных аномалий отсутствуют анионогенные элементы, но аномалии (как положительные, так и отрицательные) и радиальное распределение халькофильных металлов более контрастны, их валовые содержания в п-10п раз выше (см. табл. 3 и 4). Вследствие сохранения исходного режима функционирования супераквальных ландшафтов и менее глубоких изменений физико-химических свойств пойменных почв морфологические изменения супераквальных ландшафтов также менее значительны: высшая растительность в центральных частях ореола загрязнения замещается мхами и альгофлорой, на поверхности почв появляются Ре-новообразования (не столь масштабные, как в транзитных ландшафтах).

Таким образом, супераквальные ландшафты более устойчивы к ТГ сернокислым потокам, чем транзитные. Соответственно, можно ожидать более быстрого восстановления супераквальных ландшафтов при ослаблении ТГ воздействия.

Глава 5. Трансформация элементного состава растений.

В новообразованных природно-ТГ элювиальных ландшафтах (отвалы) и в ТГ-трансформированных транзитных и супераквальных ландшафтах тенденции развития биоценозов противоположны. На отвалах сингенез растительности начинается с "нуль-момента" и в настоящее время, очевидно, идет в направлении формирования мелколиственных древесных сообществ с постепенным увеличением видового разнообразия и биологической продуктивности и расширением площади биоценозов. На изучаемых отвалах ко времени исследования сформировались травянистые и древесные группировки разного возраста (8-25 лет). Видовой состав растительности во всех группировках близок и достаточно ограничен: полевица (Agrostis clavata), вейник (Calamagrostis angustifolia, С. barbata), горец (Polygonum divaricatum), иван-чай (Chamaenerion angustifolium), полынь (Artemisia rubripes), береза (Betula platyphylla), тополь (Populus koreana), ива (Salix caprea, S. schwerinii), рябинник (Sorbaria sorbifolia).

В ТГ-трансформированных транзитных и супераквальных ландшафтах происходит деградация растительного покрова. Участки с поверхностным поступлением TI" потоков (ядро и центральная часть ореолов загрязнения) лишены высшей растительности, она замещается специфической альгофлорой и мхами. На участках с внутрипочвснным поступлением ТГ потоков (краевые части ореолов загрязнения) видовой состав высшей растительности обеднен и изменен по сравнению с исходными биоценозами: 1) в транзитных ландшафтах - полевица (Agrostis trinii), вейник (Calamagrostis angustifolia), осмунда (Osmunda asiatica), береза (Betula platyphylla); 2) в супераквальных ландшафтах - полевица (Agrostis clavata), вейник (Calamagrostis angustifolia), горец (Poligonum divaricatum), ива (Salix schwerinii), ольха (Alnus japónica), береза (Betula platyphylla).

Избыточные содержания тяжелых металлов в твердофазных субстратах и почвенных растворах определяют общие особенности изменения зольного и микроэлементного состава растений. Содержания тяжелых металлов в растениях в п-10п раз превышают фоновые. По абсолютным концентрациям преобладают

биофильные металлы (7п, Мп, Бе), но максимальное относительное накопление (по сравненшо с фоном) характерно для Сё (КК=1,5-72), РЬ (КК=1,5-50) и 2п (КК=1,6-16).

Вследствие повышенного накопления тяжелых металлов (ТМ) в растениях всех выше названных местообитаний нарушаются процессы метаболизма. Об этом свидетельствует, во-первых, изменение парных соотношений элементов: расширяются отношения ТМ/Мп, сужаются - Си/гп, Хп1СА, Бе/гп, а также зольных элементов к тяжелым металлам. Во-вторых, происходит опережающее накопление тяжелых металлов в многолетних депонирующих тканях древесных пород (кора, древесина): они характеризуются максимальными, по сравнению с другими частями растения, значениями КК всех металлов. Это свидетельствует о возрастании роли коры и древесины как аккумуляторов токсичного избытка элементов.

Различия в трансформации элементного состава растений наблюдаются главным образом в абсолютных содержаниях тех или иных элементов и обусловлены не только ТГ факторами, но и природными. Техногенные факторы - кислотность почв и вод, их химический состав, содержания водорастворимых форм элементов определяют более интенсивное накопление металлов растениями в сфере влияния фильтрационных вод, чем на отвалах: абсолютные содержания халькофилъных металлов и Бе в растениях ТГ-трансформированных транзитных и супераквальных ландшафтов в несколько раз выше, чем в растениях на отвалах, т.к. элементы поступают в эти ландшафты в растворимой форме. Кроме того, в данных ландшафтах древесные растения характеризуются не кальциевым, как в фоновых условиях, а калиевым составом золы. Одна из возможных причин повышенного накопления калия, играющего важную роль в регуляции осмотических процессов, - необходимость поддерживать повышенное внутриклеточное давление в связи с ТГ сульфатным засолением почв.

Поглощение Мп растениями имеет противоположный характер на отвалах и в сфере воздействия ТГ потоков. На сульфидизированных отвалах конкурентное влияние избытка тяжелых металлов ингибирует поглощение Мп, его содержания в растениях в 1,6-5 раз ниже фоновых. В транзитных и супераквальных ландшафтах растения накапливают в несколько раз больше Мп, чем в фоновых условиях (КК=1,6-7), в связи с его нахождением в воднорастворимой форме и высокими концентрациями в почвенных водах (14-43 мг/л), превосходящими содержания РЬ, Сс1, Си.

Видовой состав обуславливает избирательность поглощения элементов растениями и дифференциацию содержаний металлов в них по видам и органам. В

травянистых растениях в несколько раз по сравнению с фоном снижаются содержания всех зольных элементов, в древесных растениях - только кальция.

Таким образом, жизнедеятельность растений включает токсичные элементы в биокруговорот, что ведет к образованию вторичных биогеохимических ореолов. Они являются достаточно устойчивым признаком как новообразованных природно-ТГ ландшафтов (отвалов), так и ТГ-трансформированных транзитных и супераквальных.

Глава 6. Взаимодействие техногенных гидрохимических потоков и вод местного

речного стока.

В процессе миграции фильтрационных вод при их взаимодействии с почвами и почвенно-грунтовыми водами образуются природно-техногенные потоки. Даже после взаимодействия с почвами эти воды остаются кислыми (рН=3,8) сульфатно-магниевыми. При поступлении в местный бассейн стока - р.Мраморную они имеют состав: Мщ БОл 99.9

59 Са 22 гп 9 А16

Для оценки возможностей и активности вывода металлов из ТГ гидрохимических потоков в местной речной сети, определения последовательности вывода ТГ компонентов и вероятности самоочищения вод выполнено моделирование осаждения металлов из фильтрационных вод при последовательном увеличении рН.

При экспериментальном осаждении в первую очередь из раствора в осадок переходят Ре и А1 (практически на 100%), дольше всего в растворе остаются Сё и Zп (вследствие неполного гидролиза), а также Мп, который осаждается только при достижении рН=10. Итоговая последовательность, характеризующая степень перехода металлов в осадок, следующая (в знаменателе - доля каждого металла, перешедшая в осадок по достижении конечного значения рН=10, - в %% от исходного количества): Ее > МП >А1 >£ц >РЬ>гп>£й 99,8 99,7 99 92 90 73 68

Таким образом, наибольшая дальность водной миграции должна быть характерна для Ъп и Сё.

Из результатов эксперимента следует, что существует четыре основных стадии трансформации фильтрационных вод в процессе повышения рН среды, каждая из которых характеризуется массовым образованием гидроксидов соответствующего металла: 1) осаждение Ре; 2) осаждение А1; 3) осаждение Zn; 4) осаждение Мп.

Первая из этих стадий в натурных условиях соответствует взаимодействию ТГ потока с почвами.

В зоне смешения прошедших через почвы ТГ потоков с речными водами рН последних снижается с 6,6 до 4,0. При этом в осадок переходит А1 (до 28% количества, поступающего с ТГ потоком) и образуются аморфные гидроксиды алюминия с содержанием А1 до 15%. С гидроксидами А1 частично соосаждаются халькофильные металлы. Зона смешения ТГ потока с речными водами соответствует второй из экспериментально выделенных стадий трансформации фильтрационных вод и является комплексным щелочно-сорбционным барьером Бб-Об (согласно классификации А.И.Перельмана (1979)). Но большая часть ТГ компонентов рассеивается в речных водах, их концентрации в растворе уменьшаются в результате разбавления.

Таким образом, основные механизмы трансформации природно-ТГ вод выведение металлов в осадок и разбавление этих вод речными.

Аналогичные процессы осаждения и разбавления имеют место в зонах смешения ТГ-трансформированных речных вод с реками более крупных порядков, что приводит к постепенному снижению концентраций ТГ компонентов.

Таким образом, в речных системах, оказывающихся в сфере влияния сульфидсодержащих отвалов полиметаллических месторождений, происходит:

1) формирование протяженных контрастных гидрохимических и литохимическнх потоков рассеяния. Гидрохимические потоки образуют ЪОа', С<1, Мп, Хп и РЬ -основные элементы-индикаторы ТГ загрязнения, литохимические - алюминий;

2) изменение форм миграции металлов - увеличение доли растворимых форм.

В отличие от эксперимента, в натурных условиях прослеживаются только первые две стадии трансформации природно-ТГ вод. Неполное проявление последующих стадий объясняется тем, что в натурных условиях не достигаются пределы растворимости гидроксидов Хп (вследствие разбавления) и Мп (т.к. отсутствует щелочная среда).

По устойчивости в поверхностных водах можно выделить две группы компонентов: 1) неустойчивые - на 80-99% переходящие в донные осадки - А1, Бе, Си; 2) устойчивые - на 40-100% сохраняющиеся в растворе и рассеивающиеся в речных водах - ЙОД гп, Мп, РЬ, Сё.

В качестве интегрального показателя степени трансформации речных вод можно принять коэффициент Хсв - индекс трансформации, равный сумме КК привнесенных компонентов (КК>1), нормированной по числу этих компонентов (по аналогии с Хс

Ю.Е.Саета (Геохимия...,1990)). В месте сброса природно-ТГ вод в р.Мраморную этот индекс равен 5176, в конечном створе наблюдений (1,5 км от места сброса) - 43. Это означает, что даже один объект горнорудной промышленности вызывает трансформацию речных вод на значительном расстоянии, формируя протяженные ТГ гидрохимические потоки.

Для Сихотэ-Алиня в целом характерно широкое развитие полиметаллического и касситерит-сульфидного оруденения и, соответственно, большое число месторождений. Разработка рудных месторождений сопровождается созданием многочисленных ТГ источников гидрохимических потоков специфического состава.

Собственные исследования и обработанные отчетные материалы лаборатории геохимии Тихоокеанского института географии ДВО РАН свидетельствуют о широте развития ТГ гидрохимических аномалий в реках Сихотэ-Алиня. Состав аномалий определяется свойствами сбрасываемых в гидросеть ТГ потоков и варьирует в зависимости от геолого-геохимических факторов (типов месторождений) и типов ТГ объектов, но в большинстве случаев ТГ аномалии характеризуются сульфатно-кальциевым (магниевым) составом вод, повышенными минерализацией (в п-102п раз против фона) и концентрациями металлов (в п-104п раз). Протяженность аномалий в речных водах составляет п-10п километров.

В строении ТГ аномалий в природных водах можно выделить три зоны, для каждой из которых характерна своя парагенетическая группа элементов (табл.5).

Таблица 5

Зональность техногенных аномалий в природных водах Сихотэ-Алиня.

Зона, протяженность (м) Парагенетическая группа элементов (в порядке уменьшения КК) Значения КК Элементы-иидикаторы геохимической зоны

Ядро потока (10п) гп,С(1,Мп,А1,Ре, Си, М, РЬ,8042",Мв2+,Р 10п-104п Ре, Аб, Р

Средняя часть (102п) Сё, гп, Мп, А1, Мб2+ 5042",Си,РЬ 10п-10п А1, 8042", М82+,Си

Краевая часть (103п-104п) Тп, Сс1, Мп 10п-102п хп, са, мп

Воздействие объектов горнопромышленного комплекса на речные воды оказывается наиболее масштабным по сравнению с воздействием на другие природные компоненты за счет создания протяженных (километры - первые десятки километров) потоков рассеяния рудных и породообразующих элементов в жидкой и твердой фазах. Это воздействие является уже фактором регионального значения.

Выводы.

1. Отвалы и генерируемые ими ТГ потоки - системообразующие факторы, определяющие формирование техногенных сернокислых ландшафтно-геохимических систем. Основные блоки системы: 1) отвалы - элювиальное звено; 2) сопряженные с ними транзитные, супераквальные и аквальные элементарные ландшафты. Сбрасываемые от отвалов сернокислые фильтрационные воды являются каналами связи между блоками системы и основным фактором трансформации сопряженных с отвалами ландшафтов.

2. Отвалы являются новообразованными природно-ТГ элементарными ландшафтами, развитие которых начинается с "нуль-момента" и характеризуется активным преобразованием субстратов и развитием процессов педогенеза. В течение первых десятков лет формируются примитивные почвы, которые вслед за Тонконоговым и Шишовым (1990) названы атропоземами. Выявлены две группы ангропоземов: 1) ожелезненные (на сульфидизированных субстратах) - отличающиеся от зональных буроземов содержаниями Бе и халькофильных металлов, маломощным профилем, контрастным изменением рН. Сближение их свойств со свойствами буроземов затруднено; 2) собственно аитропоземы буроземоподобные (на слабосульфидизированных субстратах) - с меньшими содержаниями металлов, более развитым профилем, однородной реакцией среды. Для почв этой группы более вероятно развитие педогенеза по типу, близкому к зональному.

3. Элеметы выносятся из грунтосмесей отвалов в растворимой форме. В процессе взаимодействия с почвами транзитных и супераквальных ландшафтов происходит фракционирование ТГ потоков в результате закрепления части элементов на геохимических барьерах в почвах и зонах смешения ТГ потоков с речными водами. Закрепление в почвах осуществляется на: 1) кислородно-сорбционных барьерах (верхние горизонты) - Бе, Р, Аб, РЬ, Си, Zп, Сё; 2) сорбционных барьерах - РЬ, Си, 7л\, Сё, Мл, Ре. Фиксация элементов в почвах снижает их концентрации в ТГ потоках, но

не меняет преобладающую форму миграции. На щелочно-сорбционных барьерах зон смешения во взвесь и донные осадки переходит основное количество А1, формирующего литохимические потоки рассеяния, а также Ре, Си, РЬ. Формы миграции остальных ТГ компонентов не меняются, и в речных водах формируются протяженные ТГ потоки рассеяния 7.0, Сё, Мп, 5042".

4. Основные ТГ-спровоцированные процессы в транзитных ландшафтах: 1) общие для ореола загрязнения: изменение состава почвенно-грунтовых вод, закисление почв, перестройка ППК, привнос и закрепление в почвах тяжелых металлов, кислотный гидролиз, частичное элювиирование элементов из почв; 2) специфические: а) для ядра ореола - привнос и закрепление в почвах Ре, Аз, Р; б) для средних частей - вторичный глеегенез. В результате: 1) буроземы замещаются ТГ-преобразованными почвами: а) в ядре ореола загрязнения - сульфатно-закисленными ометаЛнными зафосфаченными поверхностно оржавелыми по глубинно элювиированным буроземам; б) в средних частях - сульфатно-закисленными ометалленными вторично оглеенными буроземами; 2) исходные Н-Са ландшафты замещаются ландшафтами Н-504 и Н-БО^-Рс2* классов.

5. Геохимическая трансформация супераквальных и транзитных ландшафтов характеризуется как общими, так и специфическими особенностями. Общие изменения - сходство единых для всего ореола загрязнения ТГ-спровоцированных процессов. Природные факторы определяют: менее интенсивное подкисление пойменных почв, отсутствие вторичного глеегенеза, более активное накопление халькофильных металлов. В центральных частях ореола загрязнения супераквальных ландшафтов исходные почвы замещаются поверхностно-ожелезненными ометаленными сульфатно-закисленными торфяно-перегнойно-глеевыми, в краевых частях ореола ометаленными сульфатно-закисленными торфяно-перегнойно-глеевыми. Исходные Н-Ре2* ландшафты замещаются ландшафтами Н-504-Ре2' класса. В целом супераквальные ландшафты более устойчивы к кислотному воздействию.

6. Лабильные новообразованные свойства почв транзитных и супераквальных ландшафтов относительно неустойчивы и при ослаблении ТГ воздействия будут восстанавливаться. Процессы кислотного гидролиза и ометалливания затрагивают почвенную матрицу и их результаты должны устойчиво сохраняться. Устойчивость ряда новообразованных свойств трансформированных почв и "встроенных" в исходный ландшафт элементарных природно-ТГ ландшафтов (отвалов) определяет устойчивость сернокислой техногенной ландшафтно-геохимической (ТЛГ) системы в целом, что вкупе с широкой распространенностью таких систем в районах добычи

сульфидных руд Сихотэ-Алиня доказывает: формирование сернокислых ТЛГ систем -фактор трансформации горно-лесных ландшафтов регионального значения.

Список работ, опубликованных по теме диссертации.

1. Present-day mining - future ecological problems // Bridges of the science between North America and the Russian Far East. 45th Arctic science conference. Abstracts, book 1. Vladivostok: Dalnauka, 1994. P. 271 (в соавторстве с P.V.Yelpatievskiy).

2. Negative influence of mines on waters and soils // Internationa] conference on Arctic margins. Abstracts. Магадан, 1994. P. 30-31.

3. Почвообразование на отвалах сульфидных месторождений (юг Дальнего Востока) Н Почвоведение. 1995. N2. С. 239-249.

4. Fate of heavy metals in the environment // Global changes and geography. Absracts. Moscow, 1995. P. 382 (в соавторстве P.V.Yelpatyevsky, V.Arghanova).

5. Dump drainage as a factor of soil and river water transformation // Water-Rock Interaction. Ed. by Y.K.Kharaka, O.V.Chudaev.l995.Balkema, Rotterdam, Brookfield. P. 871-874.

6. Geochemical mining impact and possibilities of its reduction // In: Mank I .L. and Gorge I.D. (Eds.). Proceedings of the 1995 PACRIM congress. Aukland, New Zealand. P.651-656 (в соавторстве с P.V.Yelpatyevsky, V.Arghanova).

7. Трансформация почв в сфере гидрохимического воздействия отвалов // Тез. докл. II съезда Общества почвоведов. Книга 1. С.-П. 1996. С. 166.