Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Миграция тяжелых металлов в техногенных ландшафтах Среднего Урала

ВАК РФ 11.00.01, Физическая география, геофизика и геохимия ландшафтов

Автореферат диссертации по теме "Миграция тяжелых металлов в техногенных ландшафтах Среднего Урала"

РГ6 од

1 9 ЛПР ШЗюСКОВСКПП ОРДЕНА ЛЕНИНА

Н ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПЕДАГОГИЧЕСКИ!! ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имена В. И. ЛЕНИНА

Специализированный совет К 053.01.18

На правах рукописи

ДОНСКИХ Татьяна Александровна

МИГРАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТАХ СРЕДНЕГО УРАЛА

11.00.01 — физическая география, геофизика л геохимия ландшафтов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степеип кандидата географических паук

Москва 1993

Работа выполнена в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени педагогическом государственном университете им. В. И. Ленина.

Научный руководитель:

доктор географических наук, профессор ДОБРОВОЛЬСКИЙ В. В.

Официальные оппоненты:

доктор географических наук, старший научный сотрудник ЕВСЕЕВ А. В.

кандидат геолого-мпнералогических наук, старший научный сотрудник БОРИСЕНКО Е. Н.

Ведущая организация: Московский педагогический университет.

Защита состоится г. в часов

па заседании специализированного совета К 053.01.18 по присуждению ученой степени кандидата наук в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени педагогическом государственном университете имени В. И. Ленина по адресу: 129243, Москва, ул. Кибальчича, д. 6, корп. 4, ауд. 407.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ им. В. И. Ленина по адресу: 119243, Москва, Малая Пироговская ул., д. 1.

ЛЭ /

Автореферат разослан « /^..лШШЯтъ г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат педагогических наук ХДУШИНА И. В.

Актуальность темы исследования. Высокая степень' антропогенного воздействия и активное изменение природных ландшафтов на Среднем Урале создали серьезную экологическую проблему. Развитие этого старейшего региона определяли города-заводы, базирующиеся на месторождениях медных и железных руд. Геохимическая специализация, полученная городом-заводом или городом-рудником, в значительной степени детерминирована металлогени-ческой спецификой литогенной основы естественных ландшафтов Урала. В то же время, под влиянием промышленных предприятий, особенно медеплавильных, происходит разрушение естественных природных ландшафтов и формирование на их месте техногенных. Учитывая особенности региона, весьма ответственное значение имеет научно обоснованная оценка геохимического состояния горно-металлургических районов, испытывающих постоянное техногенное воздействие в виде загрязнения тяжелыми металлами. Усиливающееся загрязнение тяжелыми металлами создает в ряде мест серьезную опасность для здоровья населения. Решению этой проблемы в значительной степени способствует выяснение закономерностей миграции металлов в ландшафтно-геохимических обстанов-ках изученного региона, что в свою очередь практически невозможно без ясного представления о концентрациях тяжелых металлов в различных компонентах ландшафтов (поверхностных водах, • атмосферных осадках, иловых отложениях, почвах, растениях).

Имеющийся дефицит информации об особенностях миграционных процессов, происходящих в ландшафтно-геохимических условиях современных и старопромышленных меднорудных районов Среднего Урала, определил тематику настоящей работы.

Цель и задачи исследования. Основная цель исследований -изучение миграции и перераспределения меди и других тяжелых металлов в ландшафтно-геохимических условиях Среднего Урала под воздействием горно-металлургического производства.

Поставленная цель предполагала решение следующих задач:

1. Установить уровни концентрации тяжелнх металлов в компонентах естественных (природных) ландшафтов

2. Рассмотреть изменение миграции металлов под влияние?.! горно-металлургического производства.

3. Определить уровни концентрации тяжелых металлов в ат-.

- г -

мосферных осаадениях зимнего и летнего периодов.

4. Установить содержание металлов в поверхностных водах, почвах и растениях ландаафтно-геохлшческих обстановок, испытывающих различную степень техногенного воздействия.

о. Вишзить особенности геохимии меди, как наиболее важного металла естественных и аномальных ландаафтов Среднего Урала."

6. Оценить степень воздействия изученных медеплавильных предприятий на компоненты ландшафтов.

7. Определить структуру современных техногенных аномалий.

8. Установить уровни концентраций металлов и особенности их миграции в старых горнорудных районах.

Объекты и методы исследований. Основу работы составили наблюдения и материалы, собранные автором в полевые сезоны 1989, 1990, 1991, 1992 гг. Для определения концентраций тяжелых металлов в различных объектах применялись методы исследования: атомно-абсорбционный, спектрографический, колориметрический, объемные методы определения химических элементов.

За период исследований собрано и проанализировано 790 проб воды, 98 проб иловых отложений, 223 пробы почв и растений. Выводы базируются на результатах 9000 злементоопределений.

Аналитические работы выполнены в лаборатории геохимии ландшафта 1ШУ им. В.И. Ленина, в лаборатории спектрального анализа Института электрохимии УрО РАН, в химической лаборатории Кировоградского медеплавильного комбината.

• Научная новизна. В результате проведенных комплексных исследований установлены особенности миграции тяжелых металлов в горно-металлургических районах, определена пространственная и временная (по сезонам года) динамика масс металлов (в зонах техногенного воздействия), и в условиях природного геохимического фона выявлена степень загрязнения тяжелыми металлами ландиафтно-геохимических обстановок современных медеплавильных производств и отработанных меднорудных районов.

Практическая ценность. Полученные результаты использованы в материалах Института экспериментальной метеорологии и в "Обзоре выбросов вредных веяеств в атмосферу на территории Свердловской области за I9SX год". Использование данных автора

- з -

подтверждено соответствующими документами, актами о внедрении.

■ Результаты изучения концентрации металлов в зоне влияния Кировоградского медеплавильного комбината, учтены в качестве рекомендаций при разработке комплекса природоохранительных мероприятий и прогноза трансформации природных систем в сфере воздействия комбината, о чем также имеется акт о внедрении.

Полученные данные необходимо учитывать при оценке и прогнозе негативных изменений элементарных ландшафтов в сфере воздействия современных и законсервированных модных производств;. а также при биогеохимических исследованиях в санитарно-гигиенических целях.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались в Свердловском филиале Географического общества (1990), на комиссии геохимии ландшафта Московского филиала Географического,общества (1992), на ежегодных чтениях !.ИГУ им. В.И. Ленина, (1092) на заседании кафедры геологии и геохимии ландшафта MII7-, дел. В.И.Ленина (1993), на заседании представителей технологических отделов медеплавильных комбинатов в г. Кировограде (1,993),-

Публикации. Но теме диссертации опубликовано 2 работы.

Объем и стттуктуря работы. Диссертация состоит цэ> введения, 5 глав и заключения на /¿Л- страницах, содержит таблиц, 8 рисунков. Список литературы включает 1.35 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность за внивдще и всестороннюю помощь в работе научному руководителю,, заслуженному деятелю науки PCstCP, доктору "географических нау#,, профессору В,В. Добровольскому.

Автор искренно признателен за консультации, иди, выполнении работа доценту, кандидату географических наудJ],.^. Алещукину, а также, благодарит за помощь и поддержку веог, адллектив лаборатории геохимии ландшафта при кафедре геолррвд-. и геохимии ландшафта И11У им. В.И.Ленина. Большую признательность автор выражает доценту Уральского педагогического) вдститута кандидату географических. наук ЮЛ.Мельчакову за ценимо консультанта! и. помощь в работе. . •

Методика полевых и лабораторных исследований. Основные ландшафтно-геохшические исследования^ проводились автором в 1989-1992 гг. на Среднем Урала в границах Свердловской области.

Ключевые фоновые участки по возможности выбирались с-учетом наиболее распространенных типов ландшафтных обстановок низкогорной полосы и восточных предгорий' южнотаежной подзоны Среднего Урала, на максимальном удалении от промышленных центров и не испытывающих существенного техногенного воздействия.

Ключевые участки техногенных аномалий представляют территории, расположенные в зоне влияния как действующих медеплавильных комбинатов, так и бывших заводов и отработанных рудников. Мя оценки влияния горно-металлургических производств ключевые участки выбирались в зонах воздействия. Среднеуральского медеплавильного завода (СУМЗ),' Кировоградского медеплавильного комбината (КМК), Турышского медного рудника, отработанного медного Выйокого рудника, законсервированного Карпушихинского медного рудника, территории бывшего Богословского медеплавильного завода.

На ключевых участках производился отбор проб: атмосферные осадки (довдь и снег), поверхностные воды, иловые отложения, почвы, растительность, в том числе и для смывов.

/уш более полной и объективной характеристики района исследований были выбраны дополнительные участки, на которых отбирались лишь отдельные образцы.

Дождевые осадки отбирались в соответствии с рекомендациями В.П.Учватова и Н.Ф.Глазовского (1982). Пробы снега отбирались в период предшествующий интенсивному снеготаянию.

Отбор проб воды (рек, ручьев, водохранилищ, прудов, мелких стоячих водоемов) осуществлялся согласно разработанным методикам (Алекин и др., 1973; Строганов, Бузинова, 1980; Унифициро- -ванные методы анализа вод, 1971).

Почвенные образцы и растительность отбирались с учетом ряда унифицированных и общепринятых методик (Аринушкина, 1970; Веригина, 1974; Методы определения микроэлементов в почвах, растениях и водах, 1974).

Для получения смыва с листьев, свежие листья в течение 2-х • минут отмывались дистиллированной водой согласно известным методикам (Аржанова, Елпатьевский, 1978;'Мельчаков, 1985 и др.).

Аналитическая обработка полевого материала включает широкий спектр методов исследования: объемные методы определения хими-

ческкх элементов, а томно-абсорбционный, колориметрический и спектрографический.

Полученные аналитические данные обрабатывались методами математической статистики (Беуо, 1976; Досихов, 1973; Лакин, 1980; Колотов и др., 1983). Рассчитывались средние арифметические величины, средние■квадратические отклонения, коэффициен-' ты вариации, асимметрии, эксцессы, критерии достоверности разности по Стьоденту и Фишеру. На основании математически обработанных результатов рассчитывались ландшафтно-геохимические коэффициенты: кларки концентрации химических элементов для почвообразувдих пород, коэффициенты биологического поглощения.

.. ШГРАЩЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ЕСТЕСТВЕННЫХ ЛАЩЦШТНО-' ' ТЮШШЕСКИХ УСЛОВИЯХ СРЕДНЕГО УРАЛА

Сезонная динамика оН природных вод, ¡¡ли изученых вод малых водотоков, независимо от состава дренируемых горных пород, характерно летнее подкисление. Величины рН в августе колеблются от 5,12 до 7,00. В феврале, значения рН за годы наблюдений изменялись в пределах от 6,48 до 7,56. Разброс значений по годам наиболее сильно выражен в ■летние периоды.

Тяжелые металлы в поверхностных водах. Общий химический состав и уровень концентрации микроэлементов в поверхностных водах зависит от состава горных пород. Максимальные 'концентрации меди, .никеля, цинка и кобальта, отмечены для рек, дренирующих породы основного состава, по сравнению о реками, дренирующая породы кислого состава. Наиболее четко данная тенденция проявляется в зимний период, когда,состав пород через почвы влияет на.обогащенность вод тяжелыми металлами. В летний период, когда более значительно поступление металлов из атмосферы, различия в концентрациях выражены слабее.

Сопоставление концентраций водорастворимых форм металлов в текучих водах и стоячих'водоемах, дренирующих сходные по составу горные породы, выявило более значительное содержание элементов в текучих водах. Очевидно, в стоячих водоемах большая часть . металлов выводится в осадок в результате их сорбции высокодис-персными.частицами.'

Поверхностные воды изученных рек в значительно большем ко-

личестве содержат .тяжелые металлы по сравнению со средними глобальными уровнями. Меди и юшка больше в 1,2 раза, свинца в 3 раза, марганца в 6 раз, кобальта на математический порядок.

Содержание тяжелых металлов в иловых отложениях малых водотоков. Варьирование рН водной суспензии иловых отложений незна- . чительно. Показатель рН илов более стабилен, чем рН речных вод, и изменяется от 5,53 до 6,02. Содержание микроэлементов, извлекаемых водной вытяжкой из иловых отложений, составляет для свинца и кобальта сотые доли мг/кг, для меди - десятые доли мг/кг, марганца, цинка и никеля содержится в количестве десятых долей и единиц мг/кг.

Концентрации металлов, извлекаемых солянокислой вытяжкой, на 1-2 ¿атематкческих порядка выше, чем эстрагируемых водной вытяжкой. Выявлено, что значительная часть никеля, марганца и цинка мигрирует в водорастворимой форме. Медь, свинец и кобальт мигрируют преимущественно в кислоторастворимой форме. • '•'-.Тяжелые металлы в соотаве атмосферных выпадений. Дождевые осадки слабоминерализованн: 25,6 ыг/л. Величина рй находится.в пределах 4,18 - 6,17, хотя значения выше 5,80 редки.

Концентрации тяжелнх металлов в атмосферных осадках не ве-. лики; Изменение содержания металлов находится в сравнительно * ■узком интервале: марганца и цинка в пределах десятков мкг/л; меди, никеля и свинца в пределах первого десятка мкг/л! кобальт . та в пределах единиц мкг/л. Для всех изученных металлов харак- • • терно значительное варьирование показателей во времени, что свя- -зано в первую очередь с количественным поступлением осадков за летние периоды. .

Определение концентраций водорастворимой и кислотораствори-мой форм металлов, поступающих с атмосферными осадками в летнее . время, позволяет заключить, что более 90$ марганца, 79$ цинка и 8652 свинца в дождевых водах представлены водорастворимыми ' формами. Более 505? меди и 48$ никеля поступает вкислотораство-римой форме. Основной формой поступления кобальта й ландшафты также является - кислоторастворимая ( 9С$). ;

. Концентрации тяжелых металлов в талых снеговых, водах зна- . чительно (в 2-5 раз) выше, чеы в дождевых осадках. Минерализация талых снеговых вод составляет 26 - 49 мг/л. Различия в кон-

центрацкях металлов, для отдельных ключевых участков, незнаяи;-тельны. Доля поступления водорастворимых форм металлов в оумг марном поступлении уменьшается,' по сравнении с летним периодом. В кислоторастворимой форме с пылью поступает более 80% никеля и кобальта, около 50% марганца, цинка и меди.

Содержание тяжелых металлов в атмосферных выпадениях: изученных фоновых- территорий в 1,2 - 3 раза превышает таковое-' дата территории Европы. ' '

Некоторые черты геохимии тяжелых металлов в почвак- Еаспро-отраненными типами почв на Среднем Урале являются д&рнпво^под-золиотые и бурые горно-лесные. Почвы исследуемых ландшафтов в значительном количестве содержат марганец (сотни мг/шг),';: медь,, цинк, никель, свинец присутствуют в количестве десятков* мг/кг.. Содержание кобальта колеблется в пределах нескольким единиц мг/кг. Почвообразущие породы обогащены медью (К^. « 1,6)^ цин|-ком, (Кд = Г,1), очень сильно никелем (Кд = 4,6).

Содержание микроэлементов, извлекаемых водной вытвшсой,.-составляет от долей до единиц процента, в целом ка- превшая %% от валового содержания. -Максимальные количества! приходятся на долю марганца и цинка, что составляет первые' десятки мг/кг,. ' свинец, медь и никель содержатся в количестве десятых п единиц, кобальт не превышает десятых долей мг/кг.

Изучение форм металлов, экстрагируемых солянокислой вытяжкой, показало значительную аккумуляцию в горизонте А| марганца, цинка и.никеля. Остальных металлов в гумусовом горизонте содержится меньше, чем в почвообразувдей породе.

Тяжелые металлы в растениях различиях ландмафтно-геохя^-ческих обстановок. Растения подчигГеннах ландшафтов выделяются повышенной, вольностью: для вейников, растущих на водораздельном склоне, зольность составляет 4,1 - 7,2%; для растений, собранных в долине - 13,85?. •'.

Для растений подчиненных ландшафтов отмечены повышенные концентрации для. большинства элементов. Содержание меди и свинца в вейника, произрастанием'в условиях подчиненного ландшафта, в 2 т 3 раза выше, цинк, никель, марганец и кобальт аккумулируются в меньшей степени. Для березы, растущей в до-.лине, повышенные концентрации отмечены для меда, никеля и

свинца. В коре сосны в условиях подчиненного ландшафта аккумулируются медь, марганец, никель.

Расчеты коэффициентов биологического поглощения (К^) показали, что наиболее интенсивно поглощается марганец (К^ - 100 ГЪ), медь и цинк имеют К^- Юг\>, никель имеет Кд^- 0,1г. Промежуточное положение, из изученных нами элементов занимает свинец. Кобальт слабо поглощается растениями, Максимальные величины Кд отмечены для березы, произрастающей в условиях подчиненного ландшафта, 'для вейников и сосны различия в величинах коэффициентов биологического поглощения для автономных и подчиненных ландшафтов являются минимальными. .''-.".'

| .МИГРАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЗОНЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ .

СОБРЫ,1ЕННЫХ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОРЫТИЙ

Современные медеплавильные комбинаты, расположенные в пределах низкогорной полосы и восточного склона Средаего Урала, различаются по степени техногенного воздействия и технологии производства. Самый крупный Среднеуральский медеплавильный завод (СУМЗ) полного.цикла, выпускающий готовую продукцию о 1940 года. Кировоградокий мелькомбинат (КШ, основанный в 1910 году, выпускает черновую медь из медных концентратов и.' производит передал медных отходов. Комбинат Уралэлектромедь (КУ1Ж), где основным производством является электролитное рафинирование меди, работает о 1930 г,, Турьинские медные рудаи- ■ ки, открытые в 1758 году, имеют в своем составе шахты и горнообогатительную фабрш^г .

Содержание тяжелых металлов в малых водотоках. Определены значения рН в поверхностных водах на разном расстоянии от предприятий. Обнаружено, что вода в непосредственной-близости от комбинатов имеют более высокое значение рН: на. 0,9 - 2,5 еда-ниш выше, чем в условиях местного.геохимического.фона.

Концентрации тяжелых металлов в поверхностных водах, на : 2-3 математических порядка выше мастного геохнмическогофона. Для-малых водотоков, находящихся под воздействием медеплавильных предприятий/уровень концентрации тяжелых металлов в значительной степени определяется влиянием действующих производств"

и в меньшей степени особенностями дренируемых горных .пород. Содержание мзталлов в водотоках, дренирующих близкие по составу горше породы, но находящихся под воздействием мелькомбината и горнообогатательной фабрики действующего рудника, различаются более чем на математический порядок.

Значительная часть металлов мигрирует в сорбированном состоянии в составе речной взвеси. Изменение концентрации кислоторастворгашх ч'орм металлов в речной взвеси находятся в пределах сотен деслтков мг/кг для марганца и юшка; десятков мг/кг для меди, свинца и кобальта; для никеля в,узком интервале от нескольких единиц до первого десятка мг/кг. . ' •

Тяжално мота.1л» в составе иловцх отложений. Величины рН ■ водной суспензии иловых отложений обнаруживают значительный •• разброс в.летнее время года и изменяются от 5,3 до 7,1.

. Изучение металлов, извлекаемых водной вытяжкой из донных отложений, показало, что концентрации моди и цинка на 2 - 3 математических Порядка выше значений местного геохимического фона, Содержание остальных изученных элементов выше более . чем на порядок; Максимальные значения концентрации меди отмечены для р. Ыяьчевка (зона воздействия СУНЗ) и р. Калатинка " (зона воздействия КЖ). ;

Содержание тяжел!« металлов, извлекаемых I, 0н.НС1, вше : фоновых значений в. среднем на один - два математических порядка. Концентрации кислоторастворимой меди в иловых отложениях убывает в ряду: р. Кдьчевка (зона воздействия СУ1.13) - р. КаЛа-тинка (зона воздействия КЖ)-- р. Пшша (зона воздействия КЭТЖ).

В гранулометрических фракциях илов содержание металлов значительно выше, чем в аналогичных фракциях местного геохимического фона. Соотношение распределения металлов по фракциям, в: техногекно аномальных районах по сравнению с фоновыми тер-, риториями принципиальных отличий не имеет.

Содержание тяжелых металлов в иловых отложениях в 3 - 8 раз выше по сравнению с содержанием в-'речной взвеси и воде.

• Етаяние сточных вод на химический состав воды малых водотоков. Интенсивное загрязнение рек медеплавильными предприятиями происходит при'непосредственном сбросе сточных вод и за счет смыва ливневыми водами с территорий комбинатов. рН сточ-

них вод после подделачивания их на станциях нейтрализации и прудках-отстойников-несколько повышается. Шахтные кислые воды, поступавшие после физико-химической очистки, способствуют понижению, величины рН. ■

Концентрации тяжелых металлов в водотоках рек ниже участка предполагаемого сброса выше значений местного геохимического фона на два - три математических порядка.; Содержание металлов в'реках до предполагаемого поступления сточных вод в 2-5 раз ниже, чем после .получения сбросов.

Особенности-атмосФешой миграции. Тяжелые металлы в дожде- вых водах. В районах, находящихся в зон воздействия действующих медеплавильных производств, осадки слабокислые, величина рН местами снижается до 5,30. Минерализация дождевых вод, по сравнению с фоновыми показателями, выше в 2 - 4 раза и составляет 48,6 - 75,7 мг/л. .' ' " _ * Определены концентрации металлов в дождевых осадках, пре-

• вышапцяе значения местного геохимического фона в среднем на один - три математических порядка. Выделены зоны максимальных концентраций в атмосферных выпадениях: радиусом до 1-3 км, . где концентрации всех изученных металлов закономерно и достаточно быстро убывают по мере удаления от предприятий. При этом концентрации меди составляют сотаи мкг/л, цинка в пределах:

- первой сотни мкг/л, содержание марганца, свинца,и никеля колеблется от одного до нескольких десятков мкг/л, концентрации кобальта лишь в отдельных случаях превышают единицы мкг/л. Вторая зона радиусом до 7 - 10 км умеренного техногенного воздействия, Где концентрации водорастворимых форм металлов более чем на порядок ниже.содержаний полученных для первой зоны. Намечена третья зона радиусом до 10 - 15 км, где отмечено достоверное превышение поступления меда с пылевой составляющей.

Концентрации кислоторастворимых форм металлов, связанных с пылевой•составляющей в 6 - 12 раз выше, чем водорастворимых

• форм. ...

> Тяжелые металлы в снеговых водах. Величины рН изменяются в пределах 4,55 до 7,00 при этом обнаруживают значительный разброс. Минерализация снеговых вод значительно выше фоновых и .-, составляет в среднем 64,2 (лг/л при крайних показателях 61,7 - .

- 72,3 мг/л. Содержание металлов в талых снеговых водех в ' 3-9 раз выше, чем в дождевых и имеет четкую тенденцию к понижению по мере удаления от медеплавильного комбината. В зоне максимального воздействия предприятий концентрации водораство- ~ римых форм меди на два - четыре математических порядка, цинка и Свинца на один - два математических порядка выше меотного геохимического фона. Содержание металлов кислоторастворимых • форм металлов, связанных с пылевой- составляющей, отличается' значительной дифференциацией. Максимальные значения отмечены для меда - десятки мг/л, для цинка - единицы и первый десяток мг/л, для свинца - единицу и десятые доли мг/л, для никеля и кобальта - десятые и come доли мг/л. u ■ '' • •

Поступление тяжелых металлов на территории Среднего Урала' показано в .таблйце 1.

Распределение тяжелых металлов в почвах. Почвы техногенных •,ландшафтов местами сильно изменены. Самый верхний слой таких почв часто состоит из грубодисперсной пыли, поступившей из труб комбинатов. В изученных почвах тяжелые металлы аккумулируются в гумусовом горизонте. В зоне максимального техногенного воздействия Концентрации металлов высоки не только.в верх- * них, но и в нижних горизонтах почвенного профиля. Деградиро-• йанные почвы отличаются резким убыванием концентрации металлов по профилю сверху вниз. Содержание меди, цинка, свинца и никеля в верхнем горизонте почвы на порядок выше, чем в низшем горизонте. Содержание металлов в зоне максимального воздействия ■ предприятий выше .фоновых значений для меда и цинка на три математических порядка, для свинца* никеля и кобальта на два математических порядка. В зоне умеренного техногенного воздействия концентрации металлов в среднем в 5 - 12 раз выше местного геохимического фона. ■ ..•" '

Убывание концентрации меди происходит в ряду: поверхностный слой деградированной почвы в зоне максимального техногенного воздействия - более глубокий слой этой же почвы -.гумусовый слой бурой горно-лесной неполноразвитой зоны максимального техногенного воздействия - гумубовый слой бурой горно-лесной типичной зоны умеренного техногенного воздействия. : -

Таблица I

Аэрозольные поступления металлов на территорию Среднего Урала, г/га (136 проб)

i Фоновые | Среднеуральский завод i Турышский рудник • (Отработанна)

Элементt 1 i i i i i-i

j Зима i Лето j Зима _ | lexo j Зима j Лето j Лето

I I I 2 í I I 2 ¡ I I 2 Í I 12 I I i 2 II 12 í I 1 2

• i • 'i • i г T I г

Cu 19 39 53 120 5100 73440 -9000 80500 63 415 69 748 190 514 • (40) (31) (6,5) (3) (13) (8,4)

Ztl 35 83 169 310 2700 36255 4840 60733 1350 8416 1700 II3I9 400 621 ■

(30) (35) (7) (7) (13) (12) £

N¿ 4 10 7 48 III 1786 160 1930 29 137 75 689 5,9 29 '

(29) (13) (6,2) (8) (18) (10)

P6 6 18,9 21 208 II8I 22004 2100II305 30 510 98 875 10 91 (24) (10) (4,9) , (15) (5,5) (10)

Mn 8 II, 67 90 300 . 9612 735 5480 960 2734 SI0 3420 93 200 (45) (43) (3) (11,5) (29) (18) y

Со 0,8 2,4 4 3t 13 211 15 437 3 49 5 56 4,9 22 <25) (12) (5,8) (3,3) " (5,7) (8,2)

Примечания: I-- водорастворимые формы, 2 - кисяоторастворюше формы;

в скобка! поступление водорастворимых форм металлов в % (от суммы I-tó)

Особенности аккумуляции тяжелых металлов растениями. В зоне максимального воздействия предприятии выявлено отсутствие растительности, при этом ротационный цикл посадок березы составляет 2-3 года.- ¿ля растений этой зоны отмечено повышение концентрации меди в 3-й раз, цинка почти на математический порядок, никеля, свинца, кобальта в 2-5 раз. В зоне умеренного техногенного воздействия содержание меди и щшка на математический порядок, свинца в 3 раза, никеля в 5 раз выше местного геохш.ыческого оона, наблюдается угнетение биоты, гибель хвойных пород деревьев, разреживание назешого покрова. .

В техногенных условиях, также как и в фоновых, проявляется геохимическая специализация растении и их частей. Самые высо- ' кие концентращш металлов отмечены для фотосинтезирующих частей растений. Содержание металлов убывает в следующей последовательности: листья тополя - листья березы - надземная часть злаков - ветви березы.

Максимальные коэффициенты биологического поглощения отмечены для листьев тополя (Кд = 100яО, высокие для листьев бе- • резы л хвои сосны (К^ = 10—100«'). Растения техногенных ландшафтов в среднем в 3-9 раз интенсивнее поглощают медь, цинк, никель, свинец. • * _ .

мИГРАШОННЫЕ ПРОЦЕССЫ В РАЙОНАХ СТАРЫХ ВДЩОРУДНЫХ ВЫРАБОТОК

- Изученные нами отработанные медные рудники и территория бывшего медеплавильного завода, действовавшие с начала 19 и 18 вв., расположены в полосе восточного склона и приурочены к меридиональному комплексу так называемых зеленокаменных пород. .

Водная миграция тяжелых металлов. Величины рН воды изменяются незначительно, варьируя в пределах 7,00-7,46.

Для рек, принимающих воды отработанных рудников и бывшего завода, отмечены повышенные конценгградии большинства элементов. Река Шайтанка, получающая воды законсервированного рудника, выделяется высоким содержанием меди, марганца, никеля. Концентрации меди составляют сотни мкг/л, что в 5-8 раз выше значений местного геохимического фона. Величины выноса металлов с роч-

ним стоком близки к значениям выноса металлов в естественных • ландшафтно-геохишческих условиях, что свидетельствует о значительной аккумуляции тяжелых металлов в отработанных меднорудных районах.

Тяжелые металлы в иловых отложениях. Содержание металлов в донных отложениях характеризует состояние водоема за длительный период времени. Установлено, что концентрации тяжелых металлов в донных отложениях превышают значения местного геохимического фона для меди на один-два математических порядка, для цинка в 3-8 раз, никеля в 2-5 раз, для свинца и марганца незначительно.

Атмосферная миграция. Величины рП осадков близки к фоновым и составляют в среднем 0.2Q. Варьирование по годаг.1 незначительное.

Установлено, что повышение фоновых показателей тяжелых металлов в доадевых осадках составило для мода 2,3'раза; цинка -1,6 раз; магния -1,2 раза. Отмечено значительное поступление кислоторастворимых аорм, связанных с пылевой составляющей. В среднем поступление металлов на территории отработанных рудников и бывшего завода в два раза выше местного геохимического фона.

Минерализация талых снеговых вод в среднем в два раза выше местного геохимического фона к составляет 46,0 - 62,3 мг/л. Концентрации меди, цинка, никеля в 6-8 раз выше в талых снеговых водах, чем в дождевых осадках. Содержание мед:! в 3-4 раза выше 6 снеге, чем в условиях геохимического .¿юна.

Особенности распределения тяжелых металлов в почвах и растениях. Концентрации металлов в почвах (горных дерново-подзолистых и бурых горно-лесных) в 2-7 раз выше значений местного геохимического фона. Отмечено изменение почвенного покрова, особенно в местах открытых разработок. Образовавшиеся отвалы вскрышных пород имеют нарушенную последовательность генетических- горизонтов. В гумусовом горизонте дерново-слабоподзолистой почвы аккумулируется свинец и марганец. Содержание меди в горизонте.С почти в 5 раз выше, чем в верхних горизонтах, цинка в" 2 раза, никеля и кобальта в 3 раза. .Ьдя горно-лесной неполно-развитой почвы отмечен иной характер распределения. Изученные

тяжелые металлы преимущественно аккумулируются в гумусовом горизонте. Наиболее интенсивно аккумулируются медь, цинк, свинец и марганец.

Повышенное содержание тяжелых металлов в почвах оказывает влияние на содержание металлов в растительности. Высокая кон' центрация меди установлена во всех биологических объектах. Максимальные показатели обнаружены в листьях березы и коре сосны, что превышает фоновые значения в 2-5 раз. Достаточно высокие концентрации обнаружены для никеля и кобальта. Интенсивность поглощения меди и цинка растительностью в 2-3 раза выше, чем в условиях геохимического фона. . •

ВЫВОДЫ

1.Установлено, что местный геохимический фон тяжелых металлов в компонентах естесгвенных природных ландшафтов Среднее Урала выше глобальных уровней. Геохимическая провинциальность является результатом.металлогенической специфики, обусловленной всем ходом геологического развития и вековой индустриализацией. Почвообразующие породы обогащены никелем, медью, ко- .' бальтом и цинком /К^ больше 1/. Концентрации металлов в поверхностных водах также выше средних мировых значений.

2.Установлены особенности геохимии меди,1 как приоритет-1-ного для Среднего Урала металла, в природных и аномальных ландшафтно-геохимических условиях. Концентрации меди в компонентах техногенных аномалий превышают показатели местного геохимического фона на 2-3 математических порядка. В ряду убывания концентраций в компонентах ландшафтно-геохимических обстановок территорий медеплавильных комбинатов медь стоит на первом месте,в то время как в фоновых условиях данный металл занимает четвертое место после марганца, цинка и никеля..

3.Выявлены особенности распределения тяжелых металлов в различных природных компонентах.Наиболее индикаторным объектом определения тяжелых нетаялов служит снеговой покров, в котором концентрации металлов превышают таховне в жидких осадках в 3-9 раз и более контрастны, чём в пробах.растительности. Доля поступления тяжелых металлов в кислоторастворимой форле с пылевой составляющей в районах медеплавильных производств на

67-96% больше по сравнению с фоновыми территориями. Поступле- . ние сточных вод в реки повышает абсолютные значения концентрации тяжелых металлов в поверхностных водах в 2-5 раз и поступление сточнцх вод, прошедших станции нейтрализации, вызывает сдвиг рН в сторону повышения.

4.Определена структура техногенных аномалий, которая находится в прямой зависимости от модулей аэротехногенного воздействия на ландшафтно-геохимические обстановки. Зона максимального техногенного воздействия /радиусом до 1-3 км./, характеризуется ЮгДОО кратным модулем поступления металлов, отсутствием растительного покрова, деградированными кислыми почвами. Зона умеренного техногенного воздействия /до 7-10 км./, отличается 2-8 кратным увеличением аэрального поступления, содержания тяжелых металлов в компонентах ландшафта превышают фоновые значения в 3-10 раз, при этом сохраняется структурная целостность и биотические компоненты. Третья зона,й которой обнаруживается достоверное превышение фонового содержания меди в почвах и растениях, прослеживается до 10-15 км.

5.В ряду изученных современных техногенных аномалий наиболее сильное воздействие на экологическую ситуацию оказывает Среднеуральский медеплавильный завод. Далее, по степени влияния, находится Кировоградский мелькомбинат и комбинат "Урап-электромедь". Турьинские рудники оказывают наименее значительное техногенное давление.

6.Загрязнение 'тяжелыми металлами характеризуется значительной консервативностью. В частности,содержание меди в почвах и донных осадках на участках старых недействующих горно-рудных предприятий в 3-7 раз выше местного геохимического фона, других металлов выше в 2-3 раза.

- Основное содержание диссертации изложено в следующих

рантах:

1.Оценка загрязнения атмосферы в сфере воздействия уральских' медеплавильных предприятий Свердловской области.-свердловский пед.институт.- Свердловск,1990,- Вс. /Деп.в.ВИНИТИ 22.11:90, * 5667 - В 90/. .. ... ...

2.Уровни концентрации дяжелых метаялов в компонентах тех-ногенных"ландшафтов Средйего Урала/Деа.докл.'конф.-Рязань, 1992,

4.1-2,0.94-98