1. минералого-геохимические процессы в техногенных и геотехногенных ландшафтах
| Вид материала | Документы |
- 1. минералого-геохимические процессы в природных и геотехногенных ландшафтах особенности, 1666.92kb.
- Ёнович минералого-геохимические особенности рудоносных метасоматитов и перспективы, 260.03kb.
- Минералого-геохимические особенности и условия формирования ископаемых углей Республики, 509.25kb.
- Занимающие около 1/5 части Пермской области, являются уникальными экосистемами по видовому, 153.35kb.
- 1 отделение профилактической медицины, 432.97kb.
- Геохимические методы поисков месторождений нефти и газа содержание учебной дисциплины, 74.47kb.
- Подытоживая приведенные выше примеры проявления техногенных аварий и катастроф, можно, 420.89kb.
- Задачи этапа №2 : Сопоставление ожидаемых показателей новой продукции после внедрения, 120.45kb.
- Вадим Александрович Чернобров родился в 1965 г в Волгоградской области закон, 2706.92kb.
- Геология, минералогия, геохимические методы поисков, 967.99kb.
Таблица 2
Эколого-геохимические характеристики водорастворимых компонентов нефтей
и продуктов их деградации
| Группа соединений | Содержание в экспериментах, мг/дм3 | ПДКХ/П идентифицированных соединений, мг/дм3 (класс опасности) |
| Алифатические насыщенные УВ | 0,08 - 2,02 | нет |
| Алифатич. ненасыщенные УВ | 0,01 - 0,49 | нет |
| Ароматические УВ | 0,01 - 28,72 | 0,01 – бензол (1) 0,01 – этилбензол (4) |
| 0,03 - 1,00 | 0,01 – нафталин (4) | |
| (0,01 - 10,1) 10-6 | 110-6 – бенз(а)пирен (1) | |
| Нафтеновые УВ | 0,01 - 0,68 | 0,1 – циклогексен (2), 0,004 – норборнен (4) |
| Кислоты, сложные эфиры | 0,87 - 2,22 | 0,00001 – додеценилацетат (4) 0,2-1,0 – фталаты (3) |
| Окиси, спирты, простые эфиры | 0,04 - 0,26 | 0,01 – метоксиран (2) 0,005 – гептанол (2) 0,003 – бутоксиэтилен (3) |
| Альдегиды, кетоны | 0,01 - 0,47 | 0,02 – пропеналь (1) 0,07 – пентандиаль (2) 0,04 – диметилбутанон (4) |
| Галогенсодержащие соединения (Hal) | 0,01 - 0,20 | 0,003 – тетрахлорнонан (4) 0,007 – тетрахлорундекан (4) |
| Сераорганические соединения | 0,001 - 0,002 | 0,0002 – пропентиол (3) |
В водную среду с превышением ПДК переходят такие углеводородные соединения как алканы, алкены, нафтены, бензол и его гомологи, нафталины, бенз(а)пирен. Неуглеводородные структуры представлены О-, N-, Hal-, О+N, О+S, О+N+S, N+Hal-содержащими соединениями (табл. 2).
Из совокупности водорастворимых продуктов трансформации нефтей представляется возможность выделить геохимические маркеры, отражающие присутствие в составе водорастворенной органики нефтяных соединений [2].
К числу их относятся:
1) моно- и биароматические УВ, присутствие которых отражает «свежее» нефтяное загрязнение вод. Как показывают результаты лабораторного моделирования, сверхнормативное содержание бензола и толуола фиксируется в течение 10-15 дней с момента загрязнения, стирола – более одного месяца; содержание этилбензола спустя даже 2 месяца находится на уровне 4,5 ПДК. Гидрированные нафталиновые структуры с содержанием до 3 ПДК по нафталину, устойчиво присутствуют и через 4 месяца после внесения нефти в воду.
2) нафтеновые УВ – циклопентаны и циклогексаны, их ненасыщенные и разветвленные гомологи с метильными замещениями «нефтяного» типа. Сюда же относятся стераны и гопаны, лишенные функциональных групп геомолекул, что позволяет отличать их от природных структур.
3) алифатические УВ (монометилзамещенные алканы), изопреноиды ряда С7-С12; алкены, алкины, алкаполиены с длиной цепи С21.
4) кислородсодержащие соединения реликтовых УВ со структурой полиенов, изопренов, нафтенов. В случае нефтяного загрязнения данные соединения имеют свои геометрические, оптические, конформационные и валентные особенности, что позволяет их отличить от природных соединений [3]. В тоже время эта группа поллютантов становится преобладающей в составе водорастворенной органики в случае «старого» нефтяного загрязнения.
Приведенные данные свидетельствуют, что попадание нефти в воду приводит к формированию специфического состава водорастворенной органики, многие компоненты которой представляют большую экологическую опасность, чем углеводородные соединения. Это показывает, что при исследовании органического загрязнения гидросферы в районах нефтедобычи должны изучаться не только интегральные показатели (ХПК, НП, фенолы, СПАВ), характеризующие с определенной долей условности общий уровень органического загрязнения вод, а весь состав аквабитумоидов, что позволит однозначно выделять нефтяную составляющую этого загрязнения и оценивать его реальную экологическую опасность.
Литература
1. Бачурин Б.А. Идентификация нефтяной составляющей органического загрязнения гидросферы // Водные ресурсы, геологическая среда и полезные ископаемые Южного Урала. – Оренбург: ОГУ, 2000. – С. 143-153.
2. Бачурин Б.А., Одинцова Т.А. Проблемы диагностики и контроля нефтяных загрязнений природных геосистем // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений. – 2005. – № 9-10. – С. 79-82.
3. Одинцова Т.А. Эколого-геохимические аспекты трансформации органического вещества нефтезагрязненных геосистем // Моделирование стратегии и процессов освоения георесурсов: Мат-лы Междунар. конф. и науч. сессии. – Пермь: Горный институт УрО РАН, 2003. – С. 241-245.
МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОРМ НАХОЖДЕНИЯ
БЕРИЛЛИЯ В ПОЧВАХ ТЕХНОГЕННЫХ ОРЕОЛОВ
И.И. Куприянова, Е.П. Шпанов, Г.Ю. Румянцева
Всероссийский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского МПР РФ (ВИМС),
Москва, Россия, kuprijan@aha.ru
MINERALOGICALLY-GEOCHEMICAL SURVEY OF BERYLLIUM COMPOUNDS
IN SOILS OF THE INDUSTRIAL (TECHNOGENIC) CONTACT ZONE
I. Kupriyanova, E. Shpanov, G. Rumyantseva
All-Russia N.M. Fedorovsky institute of mineral resources RF Ministry of Natural Resources
(All-Union Institute of Mineral Resources (AUIMR)), Moscow, Russia, kuprijan@aha.ru
In the ecological monitoring of areas contaminated bу mines and concentrating mills, it is important to determine the percentage of each toxic element that occurs in soluble form in the soils of the surrounding technogenic haloes, since the soluble forms have а greater destructive impact on living organisms than insoluble compounds (such as the primary minerals in which beryl1ium occurs). Our data shows that soils, waste and spoil-heap materials with relatively low beryllium content should be closely monitored, because they contain а high percentage of beryllium in the soluble form, which makes them potentially а more dangerous source of environmental pollution than high beryllium concentrations in form of stable natural beryllium minerals.
Легкорастворимые формы элементов наиболее опасны за счёт большей проникающей способности в организме, скорости и масштабности распространения в окружающей среде, поэтому при экологическом мониторинге важно определять не только валовое содержание токсикантов, но и долю растворимой части [1].
При изучении форм нахождения Be в техногенных ореолах Ярославского горно-рудного района, где уже более 40 лет эксплуатируется бериллий-флюоритовое месторождение применялась следующая схема работ [3, 4]:
1) Определение валового состава загрязнений.
2) Определение растворимых форм элементов в различных растворителях.
3) Интерпретация данных по растворимости Be в вытяжках 2n HCl из проб.
4) Выводы о формах нахождения Be и их соотношении в техногенных ореолах.
Результаты исследования суммируются следующим образом:
- в источниках загрязнения – флотационных хвостах, выбросах фабричной трубы и грунтах (материале отвалов и пыли дорог, мощёных флюоритизированным известняком) растворимость Be значительно выше, чем чистых минералов Be – фенакита, хризоберилла, эвклаза;
- доля растворимого Be в почвах выше, чем в грунтах, что свидетельствует о появлении в почвах новых бериллийсодержащих форм. При минимальном валовом содержании Be доля растворимых форм наиболее высока, а при повышении общего содержания процент извлечения Be заметно снижается;
- применение агрохимических вытяжек [5] и сопоставление этих данных с прямыми определениями Be в продуктах питания (картофеле и грибах) показывает хорошую сходимость содержания Be в вытяжке аммонийно-ацетатного буфера без ЭДТА и содержания его в картофеле.
Запас растворимых соединений, образующийся в почвах, обусловлен появлением реакционноспособных, но достаточно устойчивых комплексов Be с гуминовыми и фульвовыми кислотами и адсорбцией Be глинистыми минералами (монтмориллонитом, гидрослюдами, смешаннослойными образованиями) и гидроокислами Fe и Mn. Таким образом, плодородные глинистые почвы благоприятно влияют на экологическую ситуацию, препятствуя проникновению токсичных элементов в растительные продукты.
На заключительном этапе были определены содержания Be в растительных продуктах питания высокочувствительным атомно-адсобционным методом. Для оценки степени опасности содержаний Be, обнаруженных в овощах, они сопоставлены с медицински установленной абсолютно безопасной дозой <0.00001 мг/кг сульфата Be [1]. Учитывая эту цифру и высокую степень корреляции между содержанием Be в почве и в картофеле (r=0.944), можно заключить, что огородные почвы с содержанием Be >0.0001 являются неблагоприятными для выращивания картофеля.
С целью упрощения методики экологического мониторинга и получения способа оценки ситуации на основе минимальных сведений, уменьшив трудоёмкость работ, были проведены дополнительные исследования по выявлению каких-либо закономерностей в поведении Ве в вытяжках из экологических проб. Кривые, аппроксимирующие экспериментальные точки зависимости содержания Be в вытяжке и процента его извлечения в вытяжку от его валового содержания, близки к гиперболе. Учитывая данные по содержанию Be в собственных и породообразующих минералах, растворимости этих минералов [2] и вещественному составу руд и вмещающих пород, полученные гиперболические кривые можно описать формулой:
% извлечения = 0.0n10ka + 0.00n10kb + .... + 10n0.ki + 10k10nj,
0.0n + 0.00nb + .... + 10ni + 10nj
где a, b, i, j - % содержания минералов в пробе, причём a — минералы, концентрирующие 0.0n % Be (монтмориллонит, карбонаты Fe и Mn, органические комплексы, слюды), b — минералы, содержащие 0.00n % Be (породообразующие минералы, эпидот, каолинит, гидрослюды, Al и Ca фосфаты), i и j — собственные минералы Be ( i — устойчивые, j — легкорастворимые вторичные минералы, n — порядок содержания Be в минерале, k — растворимость минерала.
Очевидно, что при наличии в достаточном количестве в пробе минералов с содержанием 0.0n % Be, минералы с содержанием 0.00n % перестают играть существенную роль в балансе Be и его растворимости (так как уровень растворимости Be-содержащих минералов примерно одинаков). По этой же причине в формулу не включены органические комплексы с Be, так как наши исследования показали, что в балансе Be в почве они составляют всего десятые доли %.
Таким образом формулу можно упростить:
% извлечения = 0.0ni10ka +10n0.ki
0.0na + 10ni или
% извлечения = 0.00nb + 10n0.ki
0.00nb + 10ni
Отсюда понятно, что % извлечения зависит от соотношения в балансе Be относительно растворимых и устойчивых фаз. Очевидно, что снижение процента извлечения до единиц указывает на существенную роль устойчивых фаз.
Сопоставление поведения бериллия в техногенных ореолах Ярославского ГОКа (Приморье – гумидный регион) и Джамбульского рудника (Казахстан – аридный регион), отрабатывающего бериллсодержащие вольфрамовые руды, показано, что степень и характер загрязнения окружающей территории зависит как от состава горных пород и руд, так и от климатических и ландшафтных факторов:
- По степени устойчивости к выветриванию и химическому воздействию Н.А. Григорьев [2] по отношению к полевым шпатам разделил минералы Be на 4 группы: более устойчивые, разлагающиеся одновременно с полевыми шпатами, менее устойчивые и растворимые. Естественно, высокое относительное содержание легко разлагающихся минералов способствует появлению экологически опасных растворимых форм Be в пыли и почвах.
- На степень разложения даже высокоустойчивых минералов бериллия существенное влияние оказывает воздействие агрессивных соединений и элементов-комплексообразователей. Так, присутствие флюорита и сульфидов в зоне окисления приводит к появлению HF и H2SO4, при совместном воздействии растворяющих даже берилл и фенакит.
- В коре выветривания бериллиевые минералы частично или полностью подвергаются разложению и Be переходит в растворимые и адсорбированные формы. Ввиду этого разработка сильно выветрелых руд более опасна для загрязнения, чем свежие эндогенные руды, которые начинают подвергаться выветриванию лишь в отвалах.
- Источником превышения ПДК в почвах и водах могут оказаться не только руды, но и горные породы с повышенным кларком Be, например, геохимические ореолы над гранитными массивами [2]. При ненарушенном ландшафте определяющую роль играет мощность рыхлых отложений. Естественные ореолы с опасными уровнями Be возникают лишь при их мощности не более 1-2 м.
- Важную роль играют климатические условия. Сопоставление форм соединений Be в почвах сухого (Казахстан) и влажного (Приморье, Забайкалье) регионов показывает, что при аридном климате в почвах выше доля растворимых форм, чем в почвах гумидных регионов, так как в первом случае затруднены процессы вымывания. Соответственно, аридный климат способствует накоплению Be в техногенных ореолах и более высокой опасности загрязнения растительности. Увеличивается также токсичность пыли таких почв, так как в вытяжку NH4F, имитирующую действие лёгочной влаги, переходит гораздо больший процент Be.
- Существенное влияние оказывает также соотношение глинистой и песчаной составляющих почвы. В гумидном климате песчаные почвы не накапливают подвижные формы Be, так как они легко вымываются в подземные и поверхностные воды. Наоборот, глинистые минералы адсорбируют и накапливают многие микроэлементы, в том числе, бериллий. В гумидных районах в глинистых фракциях почв может концентрироваться главная часть валового содержания Be в загрязнённой почве. Таким образом, глинистые почвы могут играть двоякую роль: с одной стороны их можно использовать как экранирующие барьеры, препятствующие расползанию загрязнения, а с другой стороны, они выступают в качестве накопителей Be, мешающих естественному очищению территории.
- Следует учитывать также роль почвенного гумуса, так как наличие органического вещества является важным фактором в создании благоприятных условий для связывания растворимых соединений Be. Особенно существенно присутствие гуминовых кислот, которые образуют прочные комплексные соединения с бериллием.
В загрязнённых почвах гумидного климата насыщенность гуминовых кислот бериллием относительно невелика по сравнению с почвами аридного климата, и таким образом, в гумидных условиях существует резерв гуминовых кислот, способных связывать свободный Be.
Для типизации горно-промышленных районов по характеру и уровню загрязнений предлагается несколько показателей: 1) комплексность загрязнений; 2) наличие и количество растворимых форм Be в загрязнённых почвах, обеспечивающих его переход в растительность, в том числе, в овощи и кормовую траву; 3) степень загрязнения поверхностных и подземных вод; 4) запыление атмосферы; 5) дальность распространения загрязнений; 6) наличие селитебных, пахотных и пастбищных угодий на загрязнённых территориях.
Литература
1. Бериллий. Токсикология, гигиена, профилактика, диагностика, лечение бериллиевых поражений. Справочник. Под ред. А.И. Бурназяна, С.А. Кайзера. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 157 с.
2. Григорьев Н.А. Бериллий в зкзогенном цикле. – М.: Наука, 1978.
3. Куприянова И.И., Румянцева Г.Ю., Архипова А.Е. Определение форм нахождения бериллиевых загрязнений при оценке экологической ситуации // Геологические исследования и охрана недр. Информационный сборник № 2. АОЗТ «Геоинформмарк». – М., 1995. – С. 33-42.
4. Kupriyanova I.I., Rumyantseva G.Yu. Form of occurrence of beryllium in technogenic haloes around the Yaroslavsky mining and beneficiation plant (Maritime Region) // Geochemistry International. 31 (12). 1994. – P. 73-86.
5. Соловьев Г.А. Использование комплексных вытяжек для определения форм микроэлементов в почвах. / Мониторинг фонового загрязнения природных сред. – М.: Гидрометеоиздат, 1989, Вып. 5. – С. 216-227.