научная статья по теме БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ ВЛИЯНИЯ КРУПНОГО МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО КОМБИНАТА) Геология

Текст научной статьи на тему «БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ ВЛИЯНИЯ КРУПНОГО МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО КОМБИНАТА)»

ГЕОХИМИЯ, 2015, № 3, с. 264-275

БИОГЕОХИМИЧЕСКАЯ ИНДИКАЦИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ (НА ПРИМЕРЕ ВЛИЯНИЯ КРУПНОГО МЕДЕПЛАВИЛЬНОГО КОМБИНАТА)

© 2015 г. Н. А. Гашкина*, Ю. Г. Таций*, В. Н. Удачин **, П. Г. Аминов**

*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991, Москва, ул. Косыгина, 19 e-mail: ngashkina@gmail.com **Институт минералогии Уральского отделения РАН 456317, Миасс, Ильменский заповедник Поступила в редакцию 25.02.2014 г. Принята к печати 23.04.2014 г.

Представлена характеристика обогащения различных сред (атмосферные осадки, почва, вода, донные отложения) элементами, входящими в состав атмосферных выбросов медеплавильного комбината, в приложении к озеру Серебры, находящемуся в зоне прямого и косвенного аэротехногенного воздействия. Проведена сравнительная оценка биоаккумуляции и биоконцентрации элементов в органах и тканях рыб озера Серебры по сравнению с рыбами в удаленном от горно-металлургических комплексов озере Селигер.

Ключевые слова: аэротехногенное загрязнение, халькофильные элементы, биоаккумуляция, биоконцентрация.

DOI: 10.7868/S0016752515030073

Южный Урал относится к регионам, в которых развитие промышленности нанесло громадный вред окружающей среде. В зоне действия горнопромышленных и металлургических предприятий образовались локальные техногенные геохимические аномалии, природные биогеохимические циклы в которых сильно изменены, и которые можно рассматривать в качестве природно-техногенных полигонов для изучения процессов вовлечения химических веществ в миграционные потоки.

Одним из экологически неблагополучных является район г. Карабаша Челябинской области, где с начала века происходит добыча и переработка медных руд. В результате проводимой с 2004 г. коренной реконструкции и модернизации комбината выбросы загрязняющих веществ в атмосферу снизились в десятки раз и в настоящее время составляют порядка 13500 тонн в год (из них 13200 т — 802). Однако ситуация продолжает вызывать беспокойство. Для сравнения, в Канаде, где основным источником эмиссии диоксида серы являются предприятия цветной металлургии, согласно (№ет1, 2005) в 1990 г. выбросы по всей стране составили 3259 т, а в 2000 г. — 2379 т, что в несколько раз меньше, чем от одного предприятия ЗАО "Ка-

рабашмедь" в 2012 г. Хотя в период 1972—1981 гг. выбросы предприятия по производству меди в Садбери (Канада) составляли: 802 — 1126000, Си — 669, РЬ - 204, Аз - 124 тонн в год (Бгееётап, 1995). Для сравнения, выбросы медеплавильного комбината в Карабаше в 1986-1987 гг. составляли более 163000 т в год, а за все время работы суммарные выбросы загрязняющих веществ достигли гигантских размеров — 14.5 млн т (Ревич, 2007).

В этих условия большой интерес представляют водоемы, не получающие сточные воды предприятий, в которых загрязнение осуществляется за счет атмосферного переноса. Техногенные соединения тяжелых металлов, выпадающие с пылью или с осадками на зеркала и водосборные площади озер активно участвуют в формировании химического состава поверхностных вод и донных отложений. Аэротехногенное загрязнение таких водоемов, а также их водосборов может происходить не только в результате прямого выпадения элементов, но и опосредованно, путем их выщелачивания кислотными атмосферными осадками.

В настоящей работе рассматривается техногенное влияние выбросов медеплавильного комбината на содержание элементов в атмосферных осад-

ках, почве, воде и донных отложениях оз. Сереб-ры, а также проведена оценка биоаккумуляции элементов в физиологических системах рыб. Озеро Серебры расположено в 5 км от комбината, прямо и опосредованно подвергается аэротехногенному влиянию и является одним из источников водоснабжения г. Карабаш. Биоаккумуляция элементов в органах и тканях рыб может служить индикатором загрязнения окружающей среды и более информативно отражать степень воздействия на организмы, нежели содержание элементов в воде (Moiseenko and Kudryavtseva, 2002). Хотя рыбы способны выводить токсиканты, тем не менее элементы накапливаются на протяжении всего жизненного цикла, а в процессе метаболизма идет изменение соотношения эссенциальных и неэссен-циальных элементов в различных органах и тканях рыб, что позволяет выявить приоритетные загрязнители и судить о возможной опасности для человека. Оценку биоаккумуляции элементов в рыбах оз. Серебры проводили в сравнении с биоаккумуляцией у рыб оз. Селигер, расположенного вдали от горно-металлургических комплексов.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Озеро Серебры находится в окрестностях г. Кара-баша в северной части восточного склона Южного Урала. Озеро пресное, проточное, подпружено в начале-середине прошлого века и около 100 лет используется для водоснабжения. Абсолютная высота зеркала озера 374 м над уровнем моря, его площадь 1.12 км2, объем 5.75 млн м3, максимальная глубина 8.5 м при средней 5.12 м (Дерягин, 2010). Основные гидрохимические показатели — рН 6.5—7.5, цветность 10—20о Pt—Co, минерализация менее 100 мг/л, коэффициент водообмена 0.45. Озеро лежит в южнотаежной части горнолесной зоны Урала и окружено мертвопокровным березняком техногенного происхождения. По количеству осадков район относится к зоне достаточного увлажнения со среднегодовой нормой 500 мм.

Озеро Селигер, расположенное в зоне южной тайги Европейской части России, имеет сходные природно-климатические и основные гидрохимические показатели (рН, минерализация, цветность), что определяет схожесть экзогенных условий биоаккумуляции. Озеро проточное. Отсутствие источников загрязнения позволяет использовать верховья озера (Березовский плес) в качестве фонового района.

Отбор проб воды и донных отложений проводили в сентябре 2012 г. (Селигер) и в августе 2012 и 2013 гг. (Серебры) вручную, фильтровали, измеряли рН и подкисляли HNO3. Отбор проб производили согласно ГОСТ Р 51592—2000. Колонку донных отложений на Серебрах отбирали в самом глубоком

месте озера, а на Селигере — в самом глубоком месте Березовского плеса. После отбора колонку разрезали на слои толщиной 1, 2, 5 или 10 см, упаковывали в полиэтиленовые пакеты и хранили при 4°C.

Рыба. В качестве биоиндикатора был выбран лещ (Abramis brama L.). Из каждого водоема обследовали по 5 особей, весом 300—500 г. Пробы органов и тканей отбирали у рыб близкого возрастного состава, с гонадами на III—IY стадиях зрелости в августе—сентябре, что позволяло минимизировать возрастные, половые и сезонные вариации содержания элементов в организме и обуславливает близкие эндогенные условия биоаккумуляции. На анализ отбирались жабры, печень, почки, мышцы и скелет. Подготовка проб осуществлялась методом мокрого разложения в концентрированной азотной кислоте с добавлением перекиси водорода.

Отбор дождевых осадков, рассматриваемых в качестве "фоновых", проводили в течение 2007— 2010 гг. на расстоянии 25—30 км от Карабаша (Уда-чин и др., 2010). Техногенные выпадения отбирали в августе 2013 г. на расстоянии примерно 2 км от точки выбросов при неблагоприятных метеорологических условиях. Всего было отобрано 3 пробы техногенных осадков: 1 — в период затяжных дождей, продолжительность отбора 2 суток; 2 — первые 20 минут ливня после продолжительной сухой погоды и 3 — через 30 минут после начала ливня. Продолжительность отбора проб 2 и 3—20 мин. Отбор проб проводили с использованием пластиковых дождесборников, при съеме которых замеряли рН. Сразу после отбора техногенные пробы подкисляли HNO3 и хранили при 4°C.

Отбор почв. Полевые и лабораторные исследования загрязненных металлами почв и почвенных образцов на водосборе оз. Серебры осуществляли в соответствии с нормативным документом (НД) (Методические указания..., 1981). Отбор проб почв во время полевых сезонов 2011—12 гг. проводили в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.3.01-83 и ГОСТ 17.4.4.02-84. Для оценки загрязнения за счет атмосферных выпадений использовали отбор поверхностных проб с интервала 0—10 см, при этом опробовали горизонты Ад (подстилка) и А.

Концентрации микроэлементов в пробах дождевой, озерной воды, донных отложениях и образцах тканей и органов рыб после соответствующей пробоподготовки определяли методом масс-спек-трометрии с индуктивно связанной плазмой (Х-7, Thermo Scientific, США).

Для дальнейшего рассмотрения были отобраны результаты по халькофильным и эссенциальным элементам с установленным токсикологическим порогом вредности. Статистическая обработка данных проведена с использованием пакета "Statisti-ca", версия 8, фирмы "StatSoft,Inc."

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ

Оценка биоаккумуляции элементов в органах и тканях рыб оз. Серебры как индикатора загрязнения окружающей среды является, в конечном счете, оценкой воздействия медеплавильного комбината на гидробионтов через цепочку выбросы-ат-мосферные осадки-почва-озеро (вода, донные отложения)-рыба.

Атмосферные осадки. Основным фактором техногенного воздействия на окружающую среду Ка-рабашской геотехногенной системы, как и всей территории Южного Урала, являются пылегазовые выбросы предприятий металлургического комплекса (аэральный тип техногенеза). Типоморф-ными для выбросов медеплавильных предприятий являются в основном элементы халькофильной группы.

Атмосферные осадки являются основными концентраторами и временной депонирующей средой для микропримесей, находящихся в составе аэрозолей выбросов металлургических предприятий, и в то же время, осадки являются основными фазами, с помощью которых осуществляется выведение аэрозолей из атмосферы и их поступление на подстилающую поверхность. Выбросы кислотообразующего диоксида серы и халькофильных металлов (РЬ, Zn, Сё, Си и др.) в виде тонкодисперсных аэрозолей обусловливают формирование "кислых дождей" с рН 3.5-3.8 и аномальными концентрациями металлов в растворимой и нерастворимой (твердофазной) форме.

Озеро Серебры расположено в 5 км к северу от источника выбросов и, в соответствии с розой ветров, в этом направлении переносится лишь 15% воздушных масс. Однако вследствие особенностей рельефа при неблагоприятных метеорологических условиях и образовании температурных инверсий большая часть выбросов ос

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Геология»