Наукові праці Донецького Національного технічного університету.-с.-41-44.

УДК 548.3+622.693
Докт.геол.-мин. наук ПАНОВ B.C., канд.геол.наук ПРОСКУРНЯ Ю.А. (ДонНТУ)
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ МИНЕРАЛОГИЯ КАК НОВОЕ НАПРАВЛЕНИЕ МИНЕРАЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В ДОНБАССЕ
Экология как наука сформировалась в прошлом веке и представляет собой раздел биологии, изучающий взаимоотношения (взаимодействия) между организма¬ми и средой их обитания. В XIX веке экологи изучали, в основном, закономерности биологического взаимодействия в биосфере, причем роль человека в этих процессах считалась второстепенной. В XX веке ситуация изменилась, экологов все чаще стала беспокоить роль человека в изменении окружающего нас мира. В этот период био¬сфера постепенно утрачивала свое господствующее значение и в населенных людь¬ми регионах стала превращаться в техносферу, где возникли новые условия взаимо¬действия живой и неживой материи: взаимодействие человека с техносферой, взаи¬модействие техносферы с биосферой (природой) и др. [2] Поэтому главной задачей экологии в настоящее время является сохранение и обеспечение жизни на Земле путем глубокого изучения взаимодействия человека и общества с природой в условиях коренного изменения окружающей среды. Исследо¬вания проводятся по многим направлениям — экология человека, животных, расте¬ний, урбоэкология, техноэкология, экологическая геология и др. Экологические нау¬ки в настоящее время бурно развиваются, охватывая все новые области знания, в том числе и минералогию. В последнее время широкое развитие получила геологическая наука об изуче¬нии условий образования и существования минералов в условиях техногенеза, а также определении взаимосвязей между минералом и средой, в которой существует минерал. Такая наука получила название экологической минералогии. Экологиче¬ская минералогия является составной частью общей минералогии, а ее основы были заложены еще в учении о биосфере В.И.Вернадского. Минералы, возникшие в зонах техногенеза (на отвалах рудников и шахт, на стенках подземных и открытых выработок, в трубопроводах, в складах руд и кон¬центратов, при изменении древних и современных металлических предметов) из¬давна являются объектами исследований. Много сульфатов, карбонатов, арсенатов, хлоридов и других минералов было впервые найдено в этих условиях. В настоящее время экологическое направление в минералогии привлекает многих ученых из разных стран мира — в основном, это исследования минеральных образований, связанных с добычей и переработкой полезных ископаемых. Выделя¬ются исследования, проведенные на горящих отвалах Пенсильвании (США), в Ин¬дии (район Ихария), Франции, Чехии (Остравско-Карвинских угольных бассейн и бассейн Кладно), Силезии, Монголии, на терриконах Челябинского буроугольного бассейна (Россия) и Львовско-Волынского бассейна (Украина) [3]. Основные положения экологической минералогии на Украине были сформу¬лированы Павлишиным В.И. [4]. Он выделил несколько наиболее актуальных для Украины направлений исследований экологической минералогии: 1) минералогия отвалов горно-обогатительных комбинатов, карьеров, терриконов шахт; 2) роль ми¬нералогических исследований в создании безотходных технологий и развитии сырь¬евой базы Украины; 3) создание минералогических музеев и заповедников. Наиболее актуальным для Донецкого угольного бассейна является первое из предложенных направлений — это минералогия отвалов горно-обогатительных комбинатов и терриконов угольных шахт. За 200 лет промышленной разработки в Дон¬бассе добыто свыше 8 млрд. т угля и накоплено громадное количество отходов про¬изводства в виде 1257 терриконов общим объемом 1056519,9 тыс.м3, 35% которых склонны к самовозгоранию [5]. В настоящее время на горящих терриконах происходят уникальные процессы современного минералообразования, которые представляют собой новый вид геоло¬гических процессов литосферы, вызванных производственной деятельностью чело¬века. Эти минералы не имеют солидного возраста, они рождаются и исчезают, чуть ли не на наших глазах — продолжительность их жизни от нескольких дней до не¬скольких лет. Большинство таких минералов легко растворяются в воде, исчезают и вновь кристаллизуются из водных или газовых растворов на поверхности отвалов или вблизи нее. Такие минералы часто называют «сезонными» минералами [7]. По¬этому изучение неоминерализации отвалов имеет важное значение для понимания процессов образования минеральных индивидов и их совокупностей (зарождение, рост, изменение, длительность формирования, разрушение); физико-химических ус¬ловий среды образования (температура, давление, химизм среды), выявления пара-генезисов техногенных минералов и т.д. С целью более детального изучения новообразованных минералов горящих терриконов угольных шахт Донбасса нами были проведены исследования около 100 проб техногенных минералов. Применялся рентгеноструктурный анализ (рентгенов¬ский дифрактометр ДРОН-2 — СuКa излучение), сканирующее электронное микро¬зондирование (электронный микроскоп-микроанализатор JSM-T300) и другие мето¬ды исследований, выполненные в лабораториях Института геохимии, минералогии и рудообразования НАН Украины (г. Киев) и в лаборатории Донецкого научно-исследовательского института черных металлов (г. Донецк) [3]. Была проведена ди¬агностика минералов, установлены кристаллографические и морфологические осо¬бенности кристаллов и агрегатов новообразованных минералов, парагенетические ассоциации, физические свойства, типоморфизм, особенности распределения, усло¬вия образования. В результате проведения данных исследований было выявлено 22 техноген¬ных минерала: сера — S, нашатырь — NH4Cl, реальгар — AsS, гематит — Fe2O3, масканьит — (NH4)2[SO4], галотрихит — FeAl2[SO4]4*22H2O, пиккерингит — MgAl2[SO4]4-22H2O, тамаругит — NaAl[S04]26H2O, алуноген — A12[S04]3-17H20, эпсомит — MgS04-7H2O, гексагидрит — MgSO4-6H2O, мелантерит — FeSO4-7H2O, халькантит — CuSO4-5H2O летовицит — (NH4)3H(SO4)2, сомольнокит — FeSO4H2O, ангидрит — CaSO4 гипс — CaSO4-2H2O, чермигит — NH4A1[SO4]2-12H2O, калиевые квасцы — KAl[SO4]212H2O, натриевые квасцы — NaAl [SO4]2T2H2O, селитра аммо¬ниевая — NH4[NC>3], муллит — Al6Si2O13. Наиболее распространенными минерала¬ми являются сера, нашатырь, масканьит и пиккерингит, встреченные на большинст¬ве изученных терриконов. Такие минералы, как тамаругит (установленный лишь на отвалах Остравско-Карвинского угольного бассейна Чехии), летовицит (найденный только во Франции и на отвалах угольного бассейна Кладно — Чехия) и аммонистая селитра в Донбассе были установлены и изучены впервые [3]. Тамаругит встречен на терриконе шахты 1-7 «Ветка», где образует белые, светло-желтые корочки толщиной до 1 см. Кристаллы пластинчатого, таблитчатого облика, часто образуют параллельные сростки размерами до 20 мкм с развитыми гранями пинакоидов. Основные линии на рентгенограмме: 4,18(100)-4,20(80)- 3,95(50)-3,65(60), параметры элементарной ячейки: а0=7,353А°, b0=25,225А°, со=6,097А°, (3=95°12'. Встречается совместно с пиккерингитом и алуногеном. Пиккерингит установлен на терриконах шахт 1-7 «Ветка», «Глубокая», им. Газеты «Правда» и др., где образует корочки и налеты толщиной до 2-3 см, состоя¬щие из спутанно-волокнистых, игольчатых и призматических агрегатов. Цвет мине¬рала — светло-серый, зеленовато-серый, желтовато-серый, белый. Кристаллы пик-керингита — изометричного, таблитчатого облику, иногда в виде деформированных ромбододекаэдров. Часто кристаллы срастаются гранями призм, образуя своеобраз¬ные неправильные сростки. Главные линии на рентгенограмме: 6,73(30)-4,78(100)-4,36(30)-3,75(60)-3,49(95). Параметры кристаллической решетки: а0=20,8Ао, b0=24,2А°, с0=6,18А°. Встречается в парагенезисе с тамаругитом, галотрихитом, ме-лантеритом и алуногеном. Летовицит — образует не очень плотные корочки толщиной 2-3 мм грязно-белого цвета, иногда с желтоватыми или розоватыми оттенками. Облик кристаллов таблитчатый или пластинчатый. Основные линии на рентгенограмме: 4,966(28)-3,774(100)-3,388(42)-2,933(20). Встречается в парагенезисе с масканьитом, нашаты¬рем, чермигитом. Аммонистая селитра установлена только в Донбассе в продуктах горения тер¬рикона шахты «Красный партизан». Образует тонкозернистые рыхлые скопления белого цвета вместе с нашатырем и масканьитом. Основные линии на рентгенограм¬ме аммонистой селитры: 4,91(50)-3,09(100)-2,67(80)-2,25(80), параметры элементар¬ной ячейки — а0=5,76А°, с0=16А° [3]. Установлено, что часть минералов образуется в результате псевдофумароль-ной деятельности, при возгонке из газов, выделяющихся из глубины отвалов (сера, нашатырь, реальгар, масканьит, летовицит и аммонистая селитра), температура об¬разования этой группы минералов — 80-300°С. Другая, наиболее многочисленная группа минералов, сформировалась в результате гипергенного изменения пород под воздействием серной кислоты, образующейся в результате химического и биохими¬ческого окисления пирита (пиккерингит, тамаругит, галотрихит, халькантит и др.), температура образования этой группы минералов — 10-80°С. В результате высоко¬температурного изменения пород (t=450-1000°C) образуются гематит, муллит, кри-стобаллит и др. Для всех этих процессов характерен определенный парагенетичс-ский комплекс минералов, который может значительно изменяться со временем и с изменением теплового состояния отвалов [6]. Под влиянием кислородсодержащих атмосферных осадков на поверхности отвалов происходит разрушение азотсодержащих минералов — нашатыря, маскань-ита, летовицита, чермигита, аммонистой селитры. Растворение этих минералов ат¬мосферными осадками приводит к образованию нитритов и нитратов, которые ии-фильтруются в грунтовые воды, загрязняя их токсичными соединениями азота [1]. С поверхности терриконов атмосферными осадками также вымываются легкораство-рнмые сульфаты, содержания которых в отватах довольно высокие. Поэтому вблизи терриконов, которые находятся в стадии окисления и вымывания, происходит за¬грязнение поверхностных вод и почв на глубину до 0,2 солями (загрязнение суль¬фатного типа), что представляет собой опасность для здоровья при использовании воды в бытовых целях, а пород отвалов - в народном хозяйстве. Таким образом, найденные и щученные нами техногенные минералы шахтных терриконов Донбасса являются очень резкими и уникальными минеральными образованиями. И хотя их количества очень малы и практического значения с целью использования этих минералов в качестве вторичного минерального сырья они не представляют, их исследования важны с точки зрения минералогии и кристаллогра¬фии, для изучения процессов, происходящих внутри и на поверхности отвалов, при¬водящих к образованию и исчезновению минеральных видов и их паргенетических ассоциаций. Проведенные нами исследования 22 минералов свидетельствуют о том, что данные минералы не являются единственными и список техногенных минералов, которые образуются в специфических условиях в результате горения породных от¬валов угольных шахт может быть продолжен. Но, с другой стороны, отходы угледобывающей промышленности, представ¬ленные многочисленными терриконами и отвалами углеобогатительных фабрик, яв¬ляются источником ухудшения экологической обстановки в Донбассе. Отвалы обес¬печивают поступление в атмосферу, почву, воды вредных и токсичных веществ не только из извлеченных на поверхность углевмещающих пород, но также из очагов горения терриконов, в которых формируются многие опасные новообразованные минералы (нашатырь, масканьит, реальгар и др.), содержащие в своем составе ток¬сичные элементы и соединения [5]. Все это приводит к тому, что вокруг терриконов образуются обширные ореолы загрязнения почв, поверхностных и подземных вод токсичными элементами и их соединениями, что непосредственно сказывается на здоровье населения. Поэтому рассмотренные обстоятельства подчеркивают актуаль¬ность исследований химического состава пород отходов угледобычи, процессов са¬мовозгорания отвалов и техногенного минералообразования, являющихся одними из важнейших задач нового направления в науке — экологической минералогии.
Библиографический список
1. К геоэкологии Донбасса / Б.С.Панов, О.А.Шевченко, Ю.А.Проскурня, Е.С.Матлак, М.Дудик // Проблемы экологии — Донецк: ДонГТУ, 1999. — №1. — С. 17-26.
2. Кривошеин Д.А., Муравей Л.А. и др. Екология и безопасность жизнедеятельности: учеб¬ное пособие для вузов. — М.:ЮНИТИ-ДАИА, 2002.
3. Неоминерализаиия горящих угольных отвалов Донбасса / Б.С.Панов, Ю.А.Проскурня, В.С.Мельников, Е.Е.Гречановская // Минерал. Журнал, 2000. — Т. 22. — № 4. — С. 37-46.
4. Павлишин В.П. Проблемы экологической минералогии // Минерал. Журнал, 1993. — Т. 15. —№6.—-С. 8-10.
5. Панов Б.С. Некоторые вопросы экологической минералогии Донецкого бассейна // Мине¬ралогический журнал, 1993. —Т. 15. — №6. — С. 43-50.
6. Панов Б.С, Проскурня Ю.А. Особенности генезиса некоторых техногенных минералов горящих отвалов угольных шахт Донбасса // Труды ДонГТУ. Сер. горно-геологическая, 2000. — № П. —С. 141-145.
7. Сребродольский Б.И. Тайны сезонных минералов. — М,: Наука, 1989. — 144 с.