Влияние техногенных потоков на формирование геохимического фона Se и Te в почвах района медно-колчеданных месторождений Соймоновской долины

В Соймоновской долине Челябинской области на протяжении более 100 лет ведется деятельность по переработке медно-колчеданных руд с целью получения черновой меди на горнопромышленном предприятии «Карабашмедь». Сам процесс переработки включает в себя стадии измельчения и флотации. В результате вблизи горнопромышленного комплекса, на территории Соймоновской долины, складируются миллионы тонн шлакоотвалов, хвостов обогащения. В дополнение к газопылевым выбросам и пылевым потокам с отвалов старых шахтных выработок на данной территории сформировалась Карабашская геохимическая аномалия. Основной удар на себя в ходе миграции элементов, вовлеченных в геохимический круговорот, принимают такие депонирующие среды, как почвы. В результате общая геоэкологическая обстановка долины ухудшается. В процессе технологического цикла предприятия, при выплавке меди, мало внимания уделяется улавливанию таких сопутствующих элементов, как Se и Te, которые в свою очередь при высоких концентрациях являются опасными для здоровья человека. Рассмотрены основные источники поступления Se и Te в почвы Соймоновской долины. В ходе работ заложено 25 почвенных разрезов с целью исследования уровня загрязненности данными элементами. В отобранных почвенных образцах определены кислотность почв, доля углерода органического вещества, гранулометрический состав, валовое содержание Se и Te. Количественное содержание поллютантов в почвах определялось методом рентгенфлуоресцентной дисперсионной спектроскопии. По результатам полученных лабораторных исследований определено эколого-геохимическое состояние почв с расчетом коэффициента концентрации Кс. Определены фоновые концентрации исследуемых поллютантов в почвах: для Se – 0,26 мг/кг, Te – 0,06 мг/кг, с учетом уровня загрязненности территории. Выявлены локальные участки с высоким содержанием Se и Te в почвах, составлены карто-схемы пространственного распределения. Установлены области с превышением фона для Se и Te в 18 и 51 раз соответственно. Результаты данной работы могут способствовать решению проблемы управления экологической безопасностью региона и модернизации производственного цикла горного предприятия с целью недопущения поступления элементов в почвы.

Шабанов М. В., Маричев М. С., Минкина Т. М., Невидомская Д. Г., Шуваева В. А. Влияние техногенных потоков на формирование геохимического фона Se и Te в почвах района медно-колчеданных месторождений Соймоновской долины // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2023. – № 5-1. – С. 86–103. DOI: 10. 25018/0236_1493_2023_51_0_86.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 21-77-20089) в Южном федеральном университете.

Шабанов Михаил Викторович¹ — канд. с.-х. наук, доцент, e-mail: geohim.spb@gmail.com, Scopus Author ID: 35171489500, ORCID ID: 0000-0003-4725-3673,
Маричев Максим Сергеевич¹ — канд. биол. наук, зав. лабораторией, e-mail: m.s.marichev@yandex.ru, Scopus Author ID: 57216298057, ORCID ID: 0000-0003-0429-2234,
Минкина Татьяна Михайловна² — д-р биол. наук, профессор, зав. кафедрой, e-mail: minkina@sfedu.ru, Scopus Author ID: 15063165400, ORCID ID: 0000-0003-3022-0883,
Невидомская Дина Георгиевна² — канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: dnevidomskaya@mail.ru, Scopus Author ID: 6505510923, ORCID ID: 0000-0002-0138-4443,
Шуваева Виктория Анатольевна² — д-р физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник, e-mail: v_shuvaeva@mail.ru, Scopus Author ID: 7004352543,
¹ Санкт-Петербургский государственный аграрный университет,
² Южный федеральный университет.

Маричев М.С., e-mail: m.s.marichev@yandex.ru.

1. Знаменский С. Е., Знаменская Н. А. Классификация золоторудных месторождений Восточного склона Южного Урала // Геологический сборник. — 2009. — № 8. — С. 177—186.

2. Мурзин В. В., Варламов Д. А., Ронкин Ю. Л., Шанина С. Н. Происхождение золотоносных родингитов Карабашского массива альпинотипных гипербазитов на Южном Урале // Геология рудных месторождений. — 2013. — Т. 55. — № 4. — С. 320—341.

3. Абатурова И. В., Петрова И. Г., Болтыров В. Б., Клокова Ю. В. Особенности проведения экологической оценки на месторождениях рудного золота в Иркутской области и Якутии // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11-1. — С. 5—17. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_111_0_5.

4. Куликова А. А., Сергеева Ю. А., Овчинникова Т. И., Хабарова Е. И. Формирование шахтных вод и анализ способов их очистки // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2020. — № 7. — С. 135—145. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-7-0-135-145.

5. Елохин В. А. Геохимическая трансформация почв в зоне влияния шлакового отвала за период 2006—2020 гг. // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 11-1. — С. 98—110. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_111_0_98.

6. Annandale J. M., Gorbunova T. L., Gudkova N. K. Process water and waste management in open cast quarries and the possibility of fine sediments rational use // Устойчивое развитие горных территорий. 2021. — vol. 13. — № 1. — С. 7—15. DOI: 10.21177/1998-4502-202113-1-7-15.

7. Почечун В. А., Макаров Я. А. Натурное обследование хвостохранилища Качканарского промузла Среднего Урала и оценка его воздействия на почву // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2022. — № 11-1. — С. 68—79. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2022_111_0_68.

8. Скопинцева О. В., Ганова С. Д., Бузин А. А., Федотова В. П. Мероприятия по борьбе с пылью при погрузке и транспортировании твердых полезных ископаемых // Горный журнал. — 2019. — № 12. — С. 76—79. DOI: 10.17580/gzh.2019.12.16.

9. Пинский Д. Л., Минкина Т. М., Бауэр Т. В., Невидомская Д. Г., Шуваева В. А., Манджиева С. С., Цицуашвили В. С., Бурачевская М. В., Чаплыгин В. А., Барахов А. В., Велигжанин А. А., Светогоров Р. Д., Храмов Е. В., Иовчева А. Д. Идентификация соединений тяжелых металлов в техногенно преобразованных почвах методами последовательного фракционирования, XAFS-спектроскопии и XRD порошковой дифракции // Почвоведение. — 2022. — № 5. — С. 600—614. DOI: 10.31857/S0032180X22050070.

10. Болтыров В. Б., Стороженко Л. А., Сапсай М. А. Накопленный экологический вред территорий размещения горнопромышленных отходов прошлых лет // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5-2. — С. 202—217. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2021_52_0_202.

11. Шабанов М. В., Маричев М. С. Оценка трансформации природно-территориальных комплексов при горнопромышленном техногенезе // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2020. — Т. 331. — № 3. — С. 90—99. DOI: 10.18799/24131830/2020/3/2535.

12. Усманов А. И., Горбунов А. В. Изменение свойств техногенных грунтов в процессе рекультивации с использованием торфо-диатомитового мелиоранта // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5-2. — С. 283—294. DOI: 10.25018/0236_ 1493_2021_52_0_283.

13. McLinden C., Fioletov V., Shephard M., Krotkov N., Can Li, Martin R. V., Moran M. D., Joiner J. Space-based detection of missing sulfur dioxide sources of global air pollution // Nature Geoscience. 2016, vol. 9, pp. 496—500. DOI: 10.1038/ngeo2724.

14. Khamkhash V., Srivastava T., Ghosh G., Akdogan R., Ganguli S. Aggarwal Mining-related selenium contamination in Alaska, and the and the State of Current Knowledge // Minerals. 2017, vol. 7, no. 46, pp. 1—13. DOI: 10.3390/min7030046.

15. Schirmer T., Koschinsky A., Bau M. The ratio of tellurium and selenium in geological material as a possible paleo-redox proxy // Chemical Geology. 2014, vol. 376, pp. 44—51. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2014.03.005.

16. Keith M., Smith D. J., Jenkin G. R. T., Holwell D. A., Dye M. D. A review of Te and Se systematics in hydrothermal pyrite from precious metal deposits: insights into ore-forming processes // Ore Geology Reviews. 2017, vol. 96, pp. 269—282. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2017.07.023.

17. Deditius A. P., Reich M., Kesler S. E., Utsunomiya S., Chryssoulis S. L., Walshe J., Ewing R. C. The coupled geochemistry of Au and As in pyrite from hydrothermal ore deposits // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2014, vol. 140, pp. 644—670. DOI: 10.1016/j. gca.2014.05.045.

18. Tanner D., Henley R. W., Mavrogenes J. A., Holden P. Sulfur isotope and trace element systematics of zoned pyrite crystals from the El Indio Au-Cu-Ag deposit // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2016, vol. 171, no. 4, pp. 1—17. DOI: 10.1007/s00410-016-1248-6.

19. Карпов А. М., Тальнов Е. С. Микроэлементы пиритов — индикаторы условий формирования минералов // Известия Саратовского университета. — 2004. — Т. 4. — № 1-2. — С. 60—63.

20. Онуфриенок В. В. Анализ позиций примесных атомов в структуре пирита // Современные наукоемкие технологии. — 2013. — № 6. — С. 186—192.

21. Hechler J., Udachin V., Aminov P., Beckett P., Spiers G. Efflorescent sulfate minerals of the Karabash mining/smelting area, Ural Mountains, Russia // Mineralogy. 2018, vol. 4, no. 4, pp. 96—101.

22. Izquierdo M., Querol X. Leaching behavior of elements from coal combustion fly ash: An overview // International Journal of Coal Geology. 2012, vol. 94, pp. 54—66. DOI: 10.1016/ J.COAL.2011.10.006.

23. Sokolov A. A., Fomenko O. A., Ignatev I. V. Development of algorithms for control and control of electric power parameters based on information-measuring system data // Journal of Physics: Conference Series. 2022, vol. 2176, no. 1, article 012076. DOI: 10.1088/17426596/2176/1/012076.

24. Шестопалов В. Л., Фоменко В. А., Соколов А. А., Мирошников А. С. Сравнительный анализ деформационных методов мониторинга сейсмической активности горных районов Черноморского побережья и Камчатки // Устойчивое развитие горных территорий. — 2021. — Т. 13. — № 4. — 535—543. DOI: 10.21177/1998-4502-2021-13-4-535-543.

25. Wen H., Carignan J. Reviews on atmospheric selenium: Emissions, speciation, and fate // Atmospheric Environment. 2007, vol. 41, pp. 7151—7165. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2007.07.035.

26. Sokolov A. A., Samonova K. V., Umarkhadzhiev M.-K. R. Methodological support for increasing the technological potential in industry according to technological potential level and cyclical development // Journal of Physics: Conference Series. 2022, vol. 2176, no. 1, article 012095. DOI: 10.1088/1742-6596/2176/1/012095.

27. Аминов П. Г., Филиппова К. А., Удачин В. Н. Накопление тяжелых металлов корой Pinussylvestris в градиентном поле рассеяния элементов (Карабашская геотехническая система, Южный Урал) / Наука ЮУрГУ: Материалы 69-й научной конференции. — Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ, 2017. — С. 62—70.

28. Минкина Т. М., Невидомская В. А., Шуваева В. А., Линник В. Г., Цицуашвили В. С. Рентгеноспектральные исследования Zn в почвах Южного Урала при горнопромышленном техногенезе / Горные экосистемы и их компоненты: Материалы VIII Всероссийской конференции с международным участием, посвященной Году науки и технологий в Российской Федерации. — Нальчик: ИЭГТ РАН, 2021. — С. 17.

29. Шабанов М. В., Маричев М. С. Геохимические аномалии тяжелых металлов в почвах природных и антропогенных ландшафтов (на примере Красноуральского промузла) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. — 2022. — Т. 333. — № 6. — С. 230—239. DOI 10.18799/24131830/2022/6/3545.

30. Bosikov I. I., Klyuev R. V., Dmitrak Yu. V. Analysis of hazardous processes in the natural industrial system / Advances in Raw Material Industries for Sustainable Development Goals. 2021, pp. 422—429. DOI: 10.1201/9781003164395-53.

31. IUSS Working Group WRB. 2015. World reference base for soil resources 2014, update 2015. International soil classification system for naming soils and creating legends for soil maps. Word Soil Resources Report. Rome, 2014. No. 106. Food and Agriculture Organization. 181 p.

32. Шишов Л. Л., Тонконогов В. Д., Лебедева И. И., Герасимова М. И. Классификация и диагностика почв России. — Смоленск: Ойкумена, 2004. — 341 с.

33. Алексеенко В. А. Геохимия ландшафта и окружающая среда. — М.: Недра, 1990. — 142 с.

34. Hu Z., Gao S. Upper crustal abundances of trace elements: A revision and update // Chemical Geology. 2008, vol. 253, pp. 205—221. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2008.05.010.

35. Ермаков В. В. Субрегионы и биогеохимические провинции СССР с различным содержанием селена // Труды биогеохимической лаборатории. — 1978. — Т. 15. — С. 54—57.

36. Конова Н. И. К вопросу о биогеохимии селена в различных геохимических условиях // Микроэлементы. — 1993. — № 33. — С. 43—48.

37. Водяницкий Ю. Н. Состояние и поведение природных и техногенных форм As, Sb, Se, Tе в рудных отвалах и загрязненных почвах (обзор литературы) // Почвоведение. — 2010. — № 1. — С. 37—46.

38. Ryser A. L., Strawn D. G., Marcus M. A., Fakra S., Johnson-Maynard J. L., Moller G. Microscopically focused synchrotron X-ray investigation of selenium speciation in soils developing on reclaimed mine lands // Environmental Science & Technology. 2006, vol. 40, no. 2, pp. 462—467. DOI: 10.1021/es051674i.

39. Пономарева Н. А., Степанова И. П., Конева И. В. К вопросу о токсическом действии теллура на животный организм // Омский научный вестник. Естественные науки. — 2006. — № 10 (50). — С. 85—88.

40. Qin H-B., Takeichi Y., Nitani H., Terada Y., Takahashi Y. Tellurium distribution and speciation in contaminated soils from abandoned mine tailings: Comparison with Selenium // Chemistry, Medicine. Environmental Science and Technology. 2017, vol. 51, no. 11, pp. 6027—6035. DOI: 10.1021/acs.est.7b00955.

41. Saha U., Fayiga A., Sonon L. Selenium in the soil-plant environment: A review // International Journal of Applied Agricultural Sciences. 2017, vol. 3, no. 1, pp. 1—18. DOI: 10.11648/ j.ijaas.20170301.1.

42. Chen Y. W., Li L., D'Ulivo A., Belzile N. Extraction and determination of elemental selenium in sediments — A comparative study // Analytica Chimica Acta. 2006, vol. 577, no. 1, pp. 126—133. DOI: 10.1016/j.aca.2006.06.020.

43. Шабанов М. В. Сера в геохимически сопряженных ландшафтах Cоймоновской долины Челябинской области // Известия УГГУ. — 2021. — № 1 (61). — С. 118—126. DOI: 10.21440/2307-2091-2021-1-118-126.

44. Dhillon K. S., Dhillon S. K. Distribution and management of seleniferous soils // Advances in Agronomy. 2003, vol. 79. pp. 119—184. DOI: 10.1016/S0065-2113(02)79003-2.