Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Ртуть в геохимических ландшафтах Крыма

ВАК РФ 04.00.02, Геохимия

Автореферат диссертации по теме "Ртуть в геохимических ландшафтах Крыма"

НАЦИОНАЛЬНАЯ АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИНСТИТУТ ГЕОХИМИИ, МИНЕРАЛОГИИ И РУДООБРАЗОВАНИЯ

РГБ 01

2 5 дек гт

Радченко Анна Игоревна

УДК 550.4:546.49+504.54 (477.75)

РТУТЬ В ГЕОХИМИЧЕСКИХ ЛАНДШАФТАХ КРЫМА

Специальность 04.00.02 - Геохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геологических наук

Киев - 2000

Диссертация является рукописью.

Работа выполнена в отделе поисковой и экологической геохимии Института геохимии, минералогии и рудообразования HAH Украины.

j ч

Научный руководитель:

член-корреспондент HAH Украины, доктор геолого-минералогическ наук, профессор Жовинский Эдуард Яковлевич (Институт геохимии, минералогии и рудообразования HAH Украины и Министерства экологии и природных ресурсов Украины)

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук Суярко Василий Григорьевич

(Институт геохимии, минералогии и рудообразования HAH Украиш

кандидат геолого-минералогических наук Ивантишина Ольга Михайловна

(Государственный научный центр радиогеохимии окружающей сред HAH и МЧС Украины)

Ведущая организация:

Институт геологии и геохимии горючих полезных ископаемых HAH Украины, Львов.

Защита состоится " " ноября 2000 г. в so- часов на заседании специализированного ученого совета Д 26.203.01 при Институте геохимии, минералогии и рудообразования HAH Украины (03680, г. Киев-142, пр. Палладина, 34).

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Института геохимии, минералогии и рудообразования HAH Украины (г.Киев-142, пр. Палладина, 34.)

Автореферат разослан " " (itH-ni^ffp-h- 2000 г.

Ученый секретарь специализированного ученого совета кандидат геолого-минералогических наук ЛЛ.Томурко

ь09 /zs ? - ^ Аи/ JA / /э

Г03/Л ¿>7Ъ>72. /Э

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертации. В последние десятилетия во всем мире заметно возросло количество работ по геохимии ртути, направленных н"а исследование ее форм нахождения (ФН), трансформации и миграции в различных средах биосферы. Это вызвано тем, что ртуть является надежным индикатором эндогенного оруденения и расширение знаний в этой области способствует совершенствованию ртутометрических методов поисков. С другой стороны, ртуть относится к токсичным элементам I группы опасности и углубление знаний о ее распределении и поведении в различных средах эколого-геохимических зон способствует объективной оценке экологического состояния геологической среды. В Крыму, начиная с 50-х годов, выполнен большой объем ртутометрических лито-, гидро- и атмо-геохимических исследований, в связи с разномасштабными прогнозно-поисковыми, геолого-съемочными, инженерно-геологическими и санитарно-экологи-ческими работами. В то же время, практически не изучены ФН ртути, особенности их распределения в породах, минералах и почвах, трансформация и миграция в геохимических системах, что является важнейшим критерием оценки геохимической и экогеологической значимости ртутных аномалий. Это и предопределило актуальность и целесообразность проведения исследований по распределению, трансформации и миграции ФН ртути в различных ландшафтно-геохимических зонах Крыма.

Связь работы с научными программами и темами. Выбранное направление исследований увязывается с Государственной программой создания системы мониторинга окружающей среды (Постановление Кабинета Министров Украины от 30 марта 1998 года № 391) и отраслевой программой геолого-экологических работ на 1990 - 2005 годы (Приказ Геолкома Украины № 61 от 20.04.98.) предусматривающих, в частности, изучение геохимического состояния ландшафтов, содержания и распространения в них токсичных элементов и соединений. Частью диссертации явились исследования, проведенные в рамках тематической работы "Изучение поведения ртути, как основного лимитирующего фактора, в эколого-геохимических ландшафтах Крыма", выполняемой автором по проекту КП "Южэкогеоцентр" Министерства экологии и природных ресурсов Украины (2000 г., № ГР 010011000455), а также работ по проектам Госкомгеологии Украины: "Разработка методических временных положений по эколого-геохимическо-му картированию территории Украины" (1997 - 2000 г.г., № ГР 0197110006729) и "Геохимия тяжелых металлов и галогенов в почвах и горных породах различных эколого-геохимических ландшафтов Украины" (1992 - 2000 г.г., № ГР 0196Ш12201).

Цель и задачи исследований. Целью работы является оценка степени загрязненности ландшафтно-геохимических зон Крыма ртутью на основе установления особенностей ее распределения и миграции в локальных системах: почвообразую-щая порода - почва, почва - раствор, минерал - вмещающая среда. В рамках поставленной цели решались такие основные задачи:

1. Комплексное изучение термоспектров ртути в минералах, породах, и почвах.

2. Установление особенностей распределения термоформ (ТФ) ртути в системах почвообразующая порода - почва, почва - раствор и минерал - вмещающая среда.

3. Разработка критериев разбраковки природных и антропогенных аномалий ртути и выполнение оценки количественного баланса ртути в биосфере Крыма.

4. Анализ распространения ТФ антропогенной ртути и оценка ее роли в биосфере Крыма.

Объект исследования - ртуть в фоновых и аномальных (природных и антропогенных) полях ландшафтно-геохимических зон Крыма.

Предмет исследования - особенности распределения, трансформации и миграции ртути и ее ТФ в геохимических системах эколого-геохимических зон Крыма.

Методы исследования - для определения содержания ртути и ее ТФ в коренных породах, минералах и почвах использовался атомно-абсорбционный метод. Отбор проб проводился во всех ландшафтно-геохимических зонах с сохранением природной связи в локальных системах: почвообразующая порода - почва, минерал -вмещающая среда. Полученные атомно-абсорбционным методом термоспектры ртути применялись как качественный обобщающий показатель для характеристики и систематизации изучаемых объектов.

Научная новизна полученных результатов.

Определены термоспектры ртути для всех возрастных и литологических разностей почвообразующих пород и типов почв, а также - для гидротермальных и диаге-нетических минералов различных классов.

Установлены особенности перераспределения ТФ ртути в системах почвообразующая порода-почва, почва-раствор, минерал-вмещающая среда. На основе этого показана возможность разбраковки природных и техногенных аномалий.

Установлено содержание ртути и ее ТФ в отраслевых региональных стандартных образцах почв "чистой" и "грязной", которые могут быть использованы в качестве эталонных для юга Украины. Зафиксировано изменение термоспектра ртути в почвах в зависимости от глубины опробования.

Оценено влияние ртути как элемента первого класса опасности на геологическую среду Крыма. Определены ориентировочные массы ртути, содержащиеся в коренных породах, биокосных системах и потоках массопереноса.

Практическое значение полученных результатов.

Создана база ртутометрических данных и на ее основе построены карто-схемы содержания ртути в почвах и почвообразующих породах, которые могут быть использованы при комплексной оценке эколого-геологического состояния ландшафтно-геохимических зон Крыма.

Показано, что природные источники поступления ртути в биосферу не представляют угрозы для жизнеобитания, хотя участки влияния некоторых из них и рассматриваются как локальные геопатогенные зоны. Содержания ртути в техногенных аномалиях в непосредственной близости к источнику в отдельных случаях значительно превышают фоновые, приближаясь по значению к природно-аномальным концентрациям ртути.

Фактический материал и личный вклад автора. Основой для аналитических и экспериментальных работ послужили материалы опробования, проведенного автором в период полевых работ (1997-1998 г.г.). Были опробованы основные возрастные и литологические разности почвообразующих пород и развитые на них почвы во всех ландшафтно-геохимических зонах Крыма, а также собрана коллекция жильных гидротермальных и диагенетических минералов. Всего было отобрано 274 пробы пород и почв, в которых определялось содержание ртути, а в половине из них - ТФ ртути. Содержание ртути определялось в 206 пробах минералов, для 35 из которых установлены термоспектры ртути. Проведены экспериментальные работы по изучению миграции ТФ ртути в системе почва - раствор и в вертикальном разрезе почв. Выполнено обобщение результатов аналитических и экспериментальных работ, а также проработаны аналитические результаты ртутометрических исследований, выполненных в Крыму в течение последних 30-ти лет. Обработка всех этих материалов, включая аналитические и экспериментальные данные автора, проводилась с помощью компьютера, что позволило создать статистическую ртутометриче-скую базу по биосфере Крыма.

Апробация и публикация результатов работы. Результаты исследований докладывались в г. Кривой Рог на третьей региональной конференции "Сучасш проблеми геологи i мшералогн прничорудних район ¡в Укра'ши" (1999 г.) и в г. Киеве на научно-техническом семинаре "Проблеми прикладноТ reoxiMii" (1999 г).

Основные положения диссертации опубликованы в Минералогическом журнале (t.XXI, № 1 и № 5-6, 1999), журнале "Мшеральш ресурси Укра'ши" (№2, 2000) и Геолого-минералогическом вестнике (Кривой Рог, Минерал, № 2, 1999), сборнике научных статей "Проблеми прикладно'1 reoxiMii" (Киев, 1999).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на 141 страницах, в том числе 29 иллюстраций, 18 таблиц, а также список литературы из 189 наименований, текстовая часть изложена на 101 странице.

Автор выражает искреннюю благодарность за помощь, советы и общее руководство в проведении исследований своему научному руководителю член-корреспонденту HAH Украины, профессору, доктору геолого-минералогических наук Э.Я. Жовинскому, а также — доктору геологических наук И.В. Кураевой за советы и обсуждение отдельных результатов работы в процессе ее выполнения. Автор пользовался консультациями сотрудников Украинского Государственного института минеральных ресурсов: доктора геолого-минералогических наук Ю.А. Полканова, кандидатов геолого-минералогических наук Т.Н. Добровольской, Ю.И. Шутова и |В.И. Морозов^. При выполнении экспериментальных и аналитических работ неоценимая услуга была оказана В.П.Щербаковым, А.З.Анищенко, H.H.Колесник -всем им автор глубоко признателен.

Содержание работы

Раздел 1 Состояние проблемы

Вопросы геохимиии ртути всесторонне рассмотрены A.A. Сауковым (1948). Дальнейшая разработка этой проблемы привела к открытию закономерностей распределения ртути в литосфере и атмосфере и на этой основе - к разработке различных модификаций ртутометрических методов поисков рудных месторождений. В этот же период, во второй половине двадцатого столетия, интенсивно изучалось поведение ртути в окружающей среде и ее санитарно-гигиеническое и экологическое значение. В результате определились два направления исследований - геолого-геохимическое и санитарно-экологическое, которые взаимно дополняют друг друга.

В Украине ртуть в различных концентрациях и формах установлена как на платформе, так и в складчатых областях. Повсеместно отмечается сопряженность ртутных и ртутьсодержащих проявлений с газонефтяными и единый тектонический контроль, выражающийся в приуроченности к глубинным разломам и узлам их пересечения. Разработка месторождений ртути и переработка ртутьсодержащего сырья предопределяют поступление техногенной ртути в окружающую среду. В Донецкой ртутной биогеохимической провинции и в Вышковском районе Закарпатской ртутно-рудной провинции ртуть является избыточным элементом практически во всех средах и представляет угрозу для окружающей среды.

В Крыму, в результате ртутометрических исследований, выявлен ряд коренных рудопроявлений и многочисленные участки с аномально повышенными содержаниями ртути. В то же время, практически совершенно не изученны формы нахождения ртути, особенности их распределения в различных породах, минералах и почвах, трансформация и миграция во взаимосвязанных средах, что необходимо как для совершенствования ртутометрических методов поисков, так и для оценки и прогноза экологического состояния биосферы Крыма.

Раздел 2

Физико-химические особенности ртути, ее распространение и миграция в биосфере

Поведение ртути в средах биосферы предопределяют ее физико-химические свойства, среди которых наиболее специфическими являются высокая летучесть, естественная атомизация, существенная сорбционность, способность образовывать ионы и комплексные соединения разной валентности, амальгамация благородных металлов, большой атомный вес, низкая растворимость в воде, химическая стойкость и способность находиться в различных фазовых состояниях. В литосфере кларк ртути, по оценкам различных авторов, составляет (4.5-8.3)* 103 мг/кг при близких значениях средних содержаний в магматических и осадочных породах. Это свидетельствует о высокой однородности ее первичного распределения и квазигазообразном вхожде-

нии в горные породы преимущественно в элементарной форме. С увеличением содержания ртути, возрастает количество ее форм нахождения, достигая максимума в рудах и околорудных породах, где они представлены преимущественно неорганическими соединениями. В почвах, при среднем содержании (3-7)* 10"3 мг/кг, концентрации ртути изменяются в пределах 1-2 порядков. Максимальные значения присущи гумусовому горизонту и типам почв, обогащенным гумусовым веществом. Характерно многообразие неорганических и органических форм нахождения ртути, в том числе и высокомолекулярных комплексов с фульво- и гуминовыми кислотами. Кларк ртути в гидросфере равен 3*10 6 мг/л при колебаниях в различных типах природных вод в пределах 2-3 порядков. В гидросфере ртуть присутствует в элементарной форме, неорганических и органических соединениях в виде растворов, взвесей и сорбированная на органическом и минеральном веществе. Содержание ртути в фоновом поле приземной атмосферы составляет (О.п - п)*10 9 мг/л и находится она в атомарной и ионной форме, в различных неорганических и органических соединениях в газовой фазе и сорбированная на аэрозолях и пароконденсате. Среднее содержание ртути в "живом" веществе составляет пЧО"4 мг/кг, где она установлена во всех его растительных и животных формах.

Массопереиос ртути осуществляется эндо- и экзогенными потоками. Эндогенные потоки обеспечивают поступление ртути из мантийных источников в геологическую среду, а экзогенные, являясь вторичными, в основном способствуют рассредоточению вещества, обеспечивая его круговорот в средах биосферы. Ртуть, поступающая из техногенных источников, не образует своего "антропогенного" круговорота, а входит в природный и, при интенсивном ее поступлении, создает резкий дисбаланс между различными средами.

Раздел 3

Методология, объекты и методы исследований

Основным направлением исследований закономерностей распределения, трансформации и миграции ртути и ее форм нахождения был выбран системный подход, которого автор придерживался на всех этапах исследований. Объектами последних являлись почвы, почвообразующие породы и минералы. Отбор образцов проводился во всех ландшафтно-геохимических зонах Крыма с сохранением их природной связи в локальных системах: порода - почва; минерал - вмещающая среда. Содержания ртути определялись в лаборатории УкрГИМР атомно-абсорбцион-ным методом, в твердой и жидкой фазах, на ртутном атомно- абсорбционном фотометре (РАФ-1), а в газовой фазе - на приборе АГП (анализатор газортутный полевой). Диапазоны измерений на этих приборах составляют соответственно (2.0 -10000)* 10~5 мг/кг и (0.5 - 1.0)* 10"* мг/л, при случайной погрешности по интервалам определяемых величин равной 30%. Термоспектры ртути в почвах, породах и минералах, определялись также на приборе РАФ методом ступенчатой возгонки в интервале температур 100 - 800°С (ступень составляет 100°С). Таким образом, полный термоспектр состоит из 8 термоформ (ТФ), каждая из которых является совокупно-

стью природных соединений ртути, возгоняемых на данной ступени. Сопоставление полученных термоспектров с температурами возгонки конкретных соединений ртути позволяет определять ее формы нахождения, однако значительные расхождения в определении этих температур различными авторами, ставят под сомнение надежность селективности такой интерпретации. Более корректно говорить не о конкретных формах нахождения ртути, а о ее группах низко- средне- и высокотемпературных форм нахождения, в составе которых могут быть следующие: низкотемпературные (100-200°С) - элементарная и сорбированная ртуть, галоидные, частично окисные, сульфатные и органические соединения; среднетемпературные (300-600°С) - сульфидные, частично окисные, сульфатные соединения и, возможно, изоморфная (для минералов с низкой энергией разрушения структуры); высокотемпературные (600-800°С) - изоморфная, частично органическая, сульфидная. Получаемые этим методом термоспектры являются обобщающим показателем характеризующим изучаемые объекты и позволяют их систематизировать и сопоставлять по количественному и качественному соотношению ТФ.

Раздел 4

Распределение ртути в компонентах геологической среды Крыма

Распределение концентраций ртути в коренных породах Крыма изменяется в пределах четырех порядков: в терригенных породах (песчано-глинистые сланцы, глины) от 0.013 до 0.95 мг/кг, в карбонатных породах (известняки, мергели) - от 0.012 до 0.65 мг/кг, в магматических породах (эффузивных и интрузивных) - от 0.02 до 10.0 мг/кг. Наиболее высокие содержания отмечены для магматических гидротермально измененных пород. Установлена связь валовых содержаний ртути со временем образования карбонатных пород - в направлении от триас-юрских к неогеновым содержание ртути понижается. Для терригенных образований отмечены повышенные содержания, соответствующие периодам активного вулканизма (верхний триас-средняя юра, нижний мел).

Содержание ртути в минералах изменяется значительно (п* 10° - 10п мг/кг). Наиболее высокое характерно для сульфидов и алуштита, сопровождающих ртутную минерализацию. Алюмосиликаты, силикаты, окислы железа и алюминия содержат ртути на два порядка меньше. Самые низкие средние содержания характерны для карбонатов, цеолитов, фосфатов, сульфатов и нитратов. Для них же характерен и наиболее значительный разброс содержаний, что объясняется их способностью кристаллизоваться на различных стадиях гидротермального и диагенетического процессов.

Содержание ртути в почвах экологически чистых участков зависит от такового в почвообразующих породах, согласуется с количеством и качеством сорбентов (гумус, карбонаты, глинистые минералы) и составляет в фоновом поле черноземов 0.008 - 0.09 мг/кг; бурых почв - 0.01 - 0.1 мг/кг; коричневых - 0.08 - 0.26 мг/кг; дерново-карбонатных - 0.02 - 0.09 мг/кг; солонцеватых, солонцов, солончаков - 0.03 -3.0 мг/кг. Независимо от типа почв, более высокое содержание ртути характерно для почв, развитых на песчано-глинистых (Т3 - I,), вулканогенно-терригенных (12, К))

породах и сопочных брекчиях Керченского полуострова (N2 - Q). Эти содержания в 1.5 раза ниже, чем в почвообразующих породах. Почвы, развитые на карбонатных породах, напротив, содержат ртути в 2 раза больше, чем почвобразующий материал.

В почвах, породах и минералах установлены низко-, средне и высокотемпературные термоформы. В коренных породах установлены все 8 ТФ: в терригенных породах от 2 до 8, в хемогенных - от 4 до 8, в магматических - от 5 до 7. Основное количество во всех группах приходится на ТФ 300 и 400, при этом в терригенных породах они составляют 78-100% при отсутствии ТФ-100, а на ТФ 200 и 500 здесь приходится до 9.3%. Высокотемпературные ТФ составляют до 12.5%. В карбонатных породах ТФ 100 и 200 составляют до 5.3%. На ТФ 300 и 400 приходится 85-98%, высокотемпературных форм не более 10%, количество ТФ-500 не превышает 5%. В магматических породах ТФ-100 обычно отсутствует, а ТФ-200 составляет первые проценты. На ТФ 300 и 400 приходится от 75 до 90% ртути. Содержание ТФ-500 и высокотемпературных форм практически одинаково и не превышает 2-5%.

Изучение термоспектров ртути в минералах показало, что: для минералов классов силикатов, карбонатов, окислов и гидроокислов железа большее количество высокотемпературных ТФ характерно для образованных при более высоких температурах; для сульфидов железа и цеолитов существует прямая зависимость между содержанием ртути в минерале и количеством ТФ-400. Кроме того, во всех пиритах присутствует ТФ-700, чего не наблюдается для марказитов; в классе сульфатов в минералах бария ртути больше, чем в минералах кальция, в основном за счет высокотемпературных ТФ; количество валовой ртути, а также ТФ-400 для минералов класса алюмосиликатов возрастает с разупорядочением их структуры.

Основная масса ртути в почвах приходится на ТФ 300 и 400 (до 80%). Количество ТФ в различных подтипах черноземов колеблется от 3 до 7, в бурых, коричневых и дерново-карбонатных - 4 - 7. Низко- и высокотемпературные формы установлены не во всех пробах. Меньше всего высокотемпературных ТФ в черноземах, больше всего - в дерново-карбонатных и коричневых почвах. Для черноземов, коричневых и дерново-карбонатных почв, развитых на карбонатных породах, характерно резкое преобладание ТФ-300 (300/400»1), а для бурых и дерново-карбонатных на терригенных породах 300/400<1. В целом, характер распределения ТФ в почвах фоновых и природно-аномальных участков зависит от почвообразующих пород и типа почвы, причем соотношение ТФ в почве и подстилающей породе аналогично.

Природные воды характеризуются невысоким общим содержанием ртути, а также — небольшим интервалом колебания ее концентраций. Это связано с низкой степенью минерализации вод на данной территории и их рН, близкими к нейтральному (6.5 - 7.5). При взаимодействии почв с нейтральными водами ртуть практически не выносится. Слабокислыми и слабощелочными водами ртуть из почв вымывается в равных количествах, в основном это ртуть ТФ-300, после чего преобладающей формой в почвах становится ТФ-400.

Содержание ртути в атмосферном воздухе в среднем на порядок ниже, чем в почвенном и колеблется всюду в пределах трех порядков. Максимальные для территории Крыма (без учета техногенного загрязнения) значения содержания ртути в ат-

мосфере зафиксированы на Керченском полуострове, несколько меньшие - установлены в районах рудопроявлений ртути и в областях геодинамической активности. На территориях, удаленных от источников ртути ее содержание в почвенном воздухе соответствует значению геохимического фона (0.1*10* мг/л).

Сопоставление полученных данных о распределении ртути в компонентах биосферы Крыма с таковыми ртутных биогеохимических провинций и районов показывает, что ее содержание во всех системах Крыма на 1-2 порядка ниже. Низкие значения содержаний ргути и характер их распределения как в компонентах биосферы, так и в локальных комплексных (природно-техногенных) аномалиях исключают возможность формирования здесь стабильных, значительных по площади аномалий ртути и отнесения Крыма или его отдельных лдандшафтно-геохимических зон к категории ртутных биогеохимических провинций либо районов.

Раздел 5

Геохимия ртути в эколого-геохимических зонах Крыма

По особенностям геологического строения, размещения природных источников ртути, ландшафтно-геохимических условий и уровню антропогенной нагрузки на территории Крыма выделено три области: Горный Крым, Равнинный или Степной Крым и Керченский полуостров.

Природные источники ртути в Горном Крыму, включающем в себя три ланд-шафтно-геохимические зоны - ЮБК, Главная гряда, Предгорный Крым, связаны с глубинными разломами ортогональной системы и приуроченными к ним ртутными рудопроявлениями и зонами геодинамической активности. Антропогенные источники представлены карьерами по разработке стройматериалов, промпредприя-тиями, автодорогами, аграрно-промышленными и коммунально-бытовыми объектами. В природных аномальных полях в почвах, почвенном воздухе и гидросфере содержания ртути только в отдельных пробах превышает минимально-аномальные значения (в 2-10 раз выше фоновых). Обычно это относится к пробам, отобранным непосредственно возле источника. Распределение ТФ ртути в почвах коричневых, бурых горных, солонцеватых коричневых на фоновых участках имеет те же особенности, что и распределение в соответствующих почвообразующих породах. Для дерново-карбонатных почв и черноземов карбонатных отношение 300/400 обратно таковому в соответствующих почвообразующих породах. Для всех указанных типов почв с экологически чистых участков характерно наличие 3-5, реже 6 ТФ, 50-80% которых приходятся на ТФ 300 и 400. Часто отсутствуют ТФ 100, 200, 700, 800.

В аномальных полях различных источников в почвах наблюдается прирост (появление) ТФ 100, 200, 700, 800. В районах ртутных рудопроявлений почвы характеризуются таким же термоспектром, как и в фоновом поле, при этом незначительно возрастает количество ТФ 100 и 800; вблизи карьера по разработке изверженных пород распределение ТФ близко к таковому в фоновом поле, но несколько больше содержится ТФ 300 и 400, что связано с их поступлениями с пылыо, образующейся при

дроблении пород, содержащих ртуть в сульфидной форме. Вдоль автодорог отмечено незначительное преобладание ТФ-300 над ТФ-400 и увеличение количества ТФ 100 и 200 - сорбированной и атомарной подвижных форм. В районе военного полигона отмечены все ТФ, при высоком содержании высокотемпературных малорастворимых форм, соотношение 300/400 обратно таковому в фоновом поле. В районе свалок коммунально-бытовых отходов отмечен значительный прирост ТФ 500 и 600, несколько меньше - 100, 200 (малоподвижные ртутьорганические и легкоподвижные низкотемпературные ФН). Учитывая, что рассматриваемая территория характеризуется высокой способностью к самоочищению ландшафтов и сложившийся туг естественный баланс ртути практически не нарушается ее поступлением из антропогенных источников (карьеры, автодороги) можно утверждать, что ртуть здесь не представляет экологической опасности.

Для Керченского полуострова основным природным источником поступления ртути в биосферу являются грязевые вулканы, во всех продуктах деятельности которых обнаружены повышенные содержания ртути. Техногенные источники представлены в основном промпредприятиями г.Керчи, в пределах промплощадок которых содержание ртути в почвах достигает 28.0 мг/кг. В почвах вблизи грязевых вулканов установлены максимальные концентрации подвижных (низкотемпературных) форм ртути при ее общем высоком содержании. Вне зон развития грязевых вулканов как в почвах, так и в почвообразующих породах более половины всей ртути приходится на ТФ-300 - сульфидную форму. Содержание ртути во всех компонентах биосферы Керченского полуострова превышает таковое в Горном Крыму. Учитывая, что геологическую среду ландшафтно-геохимической зоны Керченского полуострова относят к категории сильно техногенно измененных, и ландшафты здесь характеризуются низкой способностью к самоочищению, ртуть можно рассматривать как лимитирующий элемент, усиливающий токсичность комплексных геохимических аномалий.

Анализ распределения ртути в компонентах биосферы Равнинного Крыма, объединяющего ландшафтно-геохимические зоны Степного Крыма и Присивашья, позволяет говорить об отсутствии на этой территории природных источников, создающих аномальные концентрации ртути. Техногенные источники связаны с промузла-ми городских агломераций преимущественно северного Присивашья. Именно здесь, за счет отходов и выбросов промпредприятий, формируются комплексные аномалии, в состав которых входит и ртуть. Содержание ртути в почвах промплощадок превышает фоновое в сотни раз, а в водах Чонгарского пролива, куда попадают жидкие промстоки в 2.5 - 3 раза выше фонового. Такое распределение ртути в почвах и водах промзон и прилегающих к ним районов позволяет относить эти территории к экологически неблагоприятным.

Количество ТФ в почвах и почвообразующих породах на экологически чистых участках 4-5 (100-500), с явным преобладанием ТФ-300 (до 80%). На загрязненных почвах, где валовое содержание ртути выше на 1-2 порядка, ее прирост происходит за счет ТФ 200, 400, 500 - адсорбированной, сульфатной и ртутьорганических форм. Причем содержание легкоподвижной ТФ-200 повышается до 50-55% в чер-

ноземных почвах и до 20% в каштановых. Для ландшафтов Равнинного Крыма характерны низкая способность к самоочищению и преимущественно латеральная миграция, которые приводят к площадному распространению подвижных форм ртути и накоплению их в верхних водоносных горизонтах. На развитие площадного загрязнения ртутью существенное влияние оказывает также орошение полей водами Северо-Крымского канала, концентрация ртути в которых в 2-10 раз выше, чем в гидросфере Крыма.

Приведенные в диссертационной работе данные о содержании ртути в компонентах биосферы Крыма и в миграционных потоках позволили рассчитать ее валовые и удельные массы и оценить количество в некоторых из них. Общая масса ртути в биосфере Крыма оценивается в 10 тонн, при этом 0.2 из них находится в коренных породах (50-ти см слой), 0.34 - в почвах (50-ти см слой), 1.12 - в гидросфере и 8.5* 10 9 — в атмосфере.

Удельная масса ртути в педосфере значительно превышает таковую в коренных породах. Среди горных пород наибольшая удельная масса ртути свойственна терри-генным (преимущественно глинистым) породам, седиментация которых приходится на время активного вулканизма, магматическим породам и сопочным брекчиям грязевых вулканов, то есть породам, близким в пространственном или временном отношении к глубинным источникам ртути.

Влияние антропогенных источников прослеживается по значению удельных масс ртути в почвах промышленно-городских агломераций и в илах водоемов, в которые сбрасываются воды дренажных систем и промстоки. Удельные массы ртути здесь вдвое выше, чем в тех же компонентах вдали от техногенных источников. Воздушные и водные потоки массопереноса удаляют избыточную ртуть и фактически выводят ее из цикличного массообмена, обеспечивая тем самым ее равновесие в биосфере Крыма.

Выводы (защищаемые положения)

1. Распределение концентраций ртути зависит: в минералах - от физико-химических условий минералообразующей среды, концентрации (содержания) ртути в ней и структурных особенностей минерала; в породах - от литологического состава, времени образования и близости к природным источникам поступления; в почвах -от концентрации в почвообразующих породах, сорбционной способности и влияния природных и антропогенных источников.

2. Количественное и качественное распределение ТФ ртути в компонентах системы почвообразующая порода-почва - термоспектры - позволяют разбраковывать природные и антропогенные аномалии и определять тип источника последних.

3. Для оценки степени загрязнения геологической среды ртутью предложена комплексная методика, основанная на изучении термоспектров ртути в локальных системах и подсчете валовых и удельных масс в компонентах геологической среды и потоках массопереноса с выделением критических звеньев накопления ртути.

и

Публикации

1. Радченко А.И. Распределение ртути в ландшафтно-геохимических зонах Крыма/Минералогический журнал. - 1999. - т. 21, № 1. - С.79-84

2. Радченко А.И. Формы нахождения ртути в биосфере//Минералогический журнал. - 1999. - т. 21, № 5-6. - С.48-56

3. Радченко А.И. Геохимия ртути в системе открытого карста Горного Крыма// Мшеральш ресурси Украши. - 2000. - № 2. - С.38-41

4. Радченко A.I. Про деяга особливосп розподшу ртуп в породах i грунтах Кри-му - 36. Проблеми прикладноУ reoxiMii. - Кшв, 1999. - С. 108-111

5. Радченко А.И. Формы нахождения ртути в средах и геохимических системах биосферы//Геолого-минералогический вестник. - 1999. - № 2. - С.66-69

6. Радченко А.И. Термоформы ртути в системе почвообразующая порода — почва (на примере Крыма)// Геолого-минералогический вестник. - 1999. - № 2. - С.70-71.

Аннотации

Радченко A.I. Ртуть в геох1м1чннх ландшафтах Криму. - Рукопис.

Дисертащя на здобуття вченого ступеня кандидата геолопчних наук за спещальнютю 04.00.02 - геох1м1я. - 1нститут reoxiMii, мшералоп! та рудоутворення HAH Украши, Кшв, 2000.

Дисертащю присвячено проблем! розподьчу i Mirpaun pTyTi та Ti форм знаход-ження в компонентах ландшафтно-геохш1чних зон Криму. В робоп запропоновано методику дослщження поведшки ртут! в ландшафтоутворюючих системах грунтоу-творююча порода - грунт i грунт - розчин. Методика базуеться на системному опро-буванш взаемоповязаних компонента i анал1з1 проб атомно-абсорбцшним методом з встановленням термоспектр^в ртуп. Виявлено, що розподш ртут1 в Криму визначе-ний: в породах - умовами седиментацн, наступного д1агенезу та вщдалешстю в1д природних джерел ртуп; в грунтах - концентрац1ею ртуп в грунтоутворюючих породах, типом грунта i впливом аптропогенних джерел. Вивчення розподшу термоформ в систем! грунтоутворююча порода - грунт дозволяе видшяти аномалып дшянки i роздшяти Тх на природн1 i техногенш з встановленням типу джерела останшх.

IOii040Bi слова: ртуть, MirpaniM, термоспектр, форма знаходження, термоформа, Крим, ландшафтно-геох1м1Чна зона, система грунтоутворююча порода - грунт, ант-ропогенне забруднення.

Радченко А.И. Ртуть в геохимических ландшафтах Крыма. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.02 - геохимия. - Институт геохимии, минералогии и рудообра-зования HAH Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена вопросам распределения и миграции ртути и ее форм нахождения в компонентах ландшафтно-геохимических зон Крыма. В рабо-

те предложена методика изучения поведения ртути в ландшафтообразующих системах почвообразующая порода - почва и почва - раствор. Методика основана на системном опробовании взаимосвязанных компонентов и анализе проб атом-но-абсорбционным методом с установлением термоспектров ртути. Установлено, что распределение ртути в Крыму определяется: в породах - условиями седиментации, последующего диагенеза и близостью природных источников ртути; в почвах - концентрацией ртути в почвообразующих породах, типом почв и влиянием техногенных источников. Изучение распределения термоформ в системе почвообразующая порода - почва позволяет выделять аномальные участки и разбраковывать их на природные и техногенные с установлением типа источника последних.

Ключевые слова: ртуть, миграция, термоспектр, форма нахождения, термоформа, Крым, ландшафтно-геохимическая зона, система почвообразующая порода -почва, антропогенное загрязнение.

Anna Radclienko. Mercury in gcochemical landscapes of the Crimea Manuscript.

Thesis on competition of an academic degree of the candidate of geological sciences on a speciality 04.00.02 - geochemistry. - Institute of geochemistry, mineralogy and ore formation of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2000.

The thesis is devoted to study of questions of distribution and migration of mercury and forms of its presence (groups of concrete chemical mercury compounds) in components of landscape-geochemical zones of the Crimea with the purpose of objective estimation of ecological condition of geological environment and features of mercury migration.

Scientific novelty of the received results. 1. Thermoforms of mercury and features of their distribution in all age and lithological differences of soil-forming rocks and soil types, and also in hydrothermal and diagenetic minerals of different classes, are defined. 2. The total content of mercury and its thermoforms in branch standard soil samples ("clean" and "dirty"), which can be used as a standard, is defined. The differences of distribution and migration of mercury thermoforms in soils of natural and technogenic landscapes are determined. 3. The features of mercury total contents and thermoforms redistribution in soil-forming rock - ground, ground - solution, and also mineral - containing environment systems are established. 4. The flows and the forms of mercury migration with quantitative balance for separate landscape-geo-chemical zones are marked. 5. The knowledge of the total contents of mercury distribution in all components of the Crimean geological environment are extended and generalised.

Practical importance of the received results. 1. The databank is created and diagrammatic maps of the total contents of mercury in soils and soil-forming rocks, which can be used for the complex estimation of ecological condition of the Crimean landscape-geochemical zones, are developed on its basis. 2. It is shown that the natural sources of mercury inflows to biosphere do not create steady anomalies exceeding the maximum-rated concentration and do not cause threats for life, though some

of them are considered as local geopathogenic zones. The contents of mercury in technogenic anomalies in immediate proximity to a source exceed the maximum-rated concentration; however, it does not render influence on general balance of mercury in biosphere. 3. It is defined that the increased total concentrations of mercury not only in iron sulphides, but also in calcite and quartz, can be an indicator of mercury mineralisation.

The technique of study of mercury behaviour in soil-forming rock - soil and soil -solution landscape forming systems is proposed in the thesis. The technique is based on the analysis of tests of the listed interconnected components of landscape-geochemical zones by an atomic-absorptive method with mercury thermoform definition, interpreted as forms of the presence.

It is defined that the distribution of mercury concentration in the Crimea is determined: in rocks - by the conditions of their sedimentation, subsequent diagenesis and proximity of natural mercury sources; in soils, not undergone the anthropogenic pollution - by the concentration of mercury in soil-forming rocks and by type of soils.

The study of mercury thermoform distribution in soil-forming rock - soil system allows to allocate abnormal sites and to carry out their division on natural and technogenic.

The results of comparison of the total contents of mercury in bioinert systems and bedrock of mercury metallogenic areas of Ukraine with those of Gorno-Altay mercury bio-geochemical province have allowed to carry out grading, to confirm the separation of Donbass mercury biogeochemical province and to single out biogeochemical area (Vyshkovskiy, Zakarpatye).

The carried out research has allowed to conclude that the concentration of mercury in the Crimea do not allow to consider it as a priority pollutant, and the total contents in bedrock and bioinert systems of investigated landscape-geochemical zones do not create local biogeochemical centres.

The distribution of mercury thermoforms in soil of background and natural-abnormal sites as a whole is similar to their distribution in soil-forming rocks. If the distribution of mercury thermoforms (and, accordingly, forms of the presence) in interconnected soils and soil-forming rocks sharply differs, the influence of technogenic source is obvious.

The characteristic sources of natural and technogenic mercury and thermoforms' distribution in system soil-forming rock - soil for background and abnormal fields are defined for every landscape-geochemical zone of the Crimea (Southern coast, the Crimean mountains, the Foothills, Kerchenskiy peninsula, Steppe Crimea, Prisivashye). It has allowed to characterise Kerchenskiy peninsula and northern Prisivashye not only as considerably technogenic changed, but also as ecologically adverse on mercury areas. For other territory of the Crimea the mercury is not a priority pollutant and does not create ecological danger.

The calculation of mercury weights in components of biosphere of the Crimea and migration has allowed to qualitatively estimate its mass transportation. The definition of specific weights in various components has shown that pedosphere and silts of

hydrochloric lakes are the most capacious in relation to mercury. The surplus of mercury, breaking usual natural balance in biosphere of the Crimea, is accumulated in the latter; the concentrations of mercury, representing ecological danger, are being collected.

Key words: mercury, migration, form of the presence, thermoform, the Crimea, land-scape-geochemical zone, soil-forming rock - soil system, anthropogenic pollution.

CoHCKaTejit fjMf^-^^2-— A.H.Paa'iciiKo