В настоящее время на Донбассе сложилась очень опасная экологическая обстановка. Донбасс –это регион с катастрофической экологической ситуацией, где проживает более 25% населения Украины. Его здоровье более чем на 50% зависит от состояния окружающей природной среды.

Донбасс является одним из крупнейших угольных бассейнов Европы. Здесь за 200 лет было добыто более 8 млрд. тонн каменных углей и антрацитов. В углях Донбасса присутствуют токсичные элементы-примеси, такие как ртуть, мышьяк и другие, содержание которых превышает кларковые значения. В периоды тектонической активации ртуть поступали из мантии и образовывала не только ртутные месторождения, известные в Донецком бассейне (Никитовское, Дружковско-Константиновское и др.), но и рассеивалась в породах угленосной толщи. При сжигании угля ртуть улетучивается, загрязняя окружающую природную среду [2].

Наиболее ярким примером территории с катастрофическим ртутным загрязнением является Центральный угленосный район Донбасса, в котором расположено Никитовское ртутное месторождение.

Исследование содержания ртути, выявление закономерностей ее распределения и разработка наиболее эффективных мероприятий по демеркуризации углей являются очень важными вопросами для Донецкого региона.

Геологическим описанием ртутных месторождений Центрального района Донецкого бассейна занимался еще в 1949-1957г. И.Л.Никольский. В своих работах он подробно описал возраст, стратиграфию, тектоническое строение, магматизм, составил геологические карты и нормальный стратиграфический разрез Никитовского рудного поля. Также в своих работах приводит обширную характеристику ртутных руд. Также вопросами геологического и тектонического строения Никитовского рудного поля занимались И.Р.Белоус, Волкова, В.И.Скаржинский, С.И.Кирикилица, Б.С.Панов и др.

В1987 году А.Г.Дворников опубликовал книгу «Ртутоносность углей Донецкого бассейна», в которой раскрыл очень важные вопросы: распределение ртути в углях, формы ее нахождния, генезис ореолов ртути в углях, зависимость содержания ртути от вещественного состава углей и др.

ПО «Укруглегеология» проводили исследования ртутоносности углей Центрального угленосного района.

Статьи, посвященные проблеме ртути в углях Донбасса, влиянию ртути на здоровье человека публиковались и публикуются в журналах с экологической направленностью, а также в журналах, посвященных угольной промышленности, таких как "Уголь Украины", "Геофизический журнал". Следует отметить, что по мере накопления информации, количество статей увеличивалось.

Донбасс расположен в южной части Восточно - Европейской платформы, на территории восточной части Украины и Ростовской области России, занимает площадь более 60тыс.км², вытянутую субширотно на 650 км при ширине 100-150 км. Донбасс-крупная геологическая структура, которая является частью глобального пояса глубинных дислокаций и геодинамической активности земной коры,- динеамента Карпинского.

Мощность осадочных образований в Донбассе составляет 20-24 км; их главная часть относится к каменноугольной системе. Карбон залегает на осадочно-вулканогенных породах верхнего девона или на докембрийском кристаллическом фундаменте. Стратиграфический разрез карбона практически непрерывен, один из наиболее полных в мире. На породах верхнего карбона без перерыва залегают нижнепермские отложения эвапоритовой формации мощностью до 3 км. В карбоне заключено 330 угольных пластов, из которых только 130 мощностью более 0,5 км. Запасы углей, отвечающих современным кондициям, составляют 96 млрд.тонн, в том числе в украинской части Донбасса 80 млрд.тонн. преобладают угли с повышенной зольностью (12-18%), содержание серы в них 2,5-3,5%.

Залежи каменного угля в регионе открыты в 1721г., а в 1796г. началась их промышленная разработка. За 200 лет добыто свыше 8 млрд. тонн угля, причем около 5 млрд.тонн за последние 30 лет. наибольшая добыча угля приходится на 1975-1977 гг.-210млн.тонн ежегодно. В 1977г. она упала до 70 млн.тонн. Добыча и широкое использование каменного угля в Донбассе негативно сказались на окружающей среде, здоровье и продолжительности жизни.[1]

Нахождение ртути в природе Латинское название ртути Hydrargyrum происходит от греческих слов «хюдар аргирос», т.е. «жидкое серебро». Ртуть была известна с доисторических времен.

Ртуть находится в природе в основном в рассеянном виде. Среднее содержание в земной коре по данным Ферсмана составляет 5•10^-6 весовых процентов.

Ртуть в природе встречается в самородном состоянии. Основная же масса ртути находится в соединениях, образуя самостоятельные ртутные минералы, такие как самородная ртуть, каломель, акверит, опофрит, киноварь и др.

Кроме самостоятельных минералов, ртуть входит также в состав других минералов в качестве изоморфных или механических примесей. Так, флюорит содержит до 0,15% ртути, барит – от 0,06 до 0,25%, гидротермальные кальциты – 0,1 – 0,5%. Отмечается также повышенное содержание ртути в сланцах, особенно углистых.

В осадочных породах, таких как известняки и песчаники, содержание ртути ниже кларка земной коры – около 3,5•10^-6%. В почвах содержится 0,1•10^-6 – 1•10^-5 % ртути.

Ртуть также входит в состав живых организмов – животных и растений.

Высокая упругость паров ртути определяет ее наличие в атмосфере. Кларк ртути в атмосфере оценивается величиной < 2•10^-8 мг/л. Фоновое содержание ртути в атмосфере на высоте 2,5 м над уровнем земли оценивается величинами 1-6•10^-8 г/м3. В вулканических газах ртуть содержится в количествах 3•10^-7 – 4•10^-6 г/м3. Содержание ртути в гидросфере составляет 3•10^-9 %. Содержание ртути в современных гидротермах составляет n•10^-7 – n•10^-6 г/л. В водах термальных источников, где отлагается киноварь, установлено содержание ртути n•10^-5 г/л и выше. Содержание ртути в водах рек колеблется в пределах n•10^-7 – n•10^-6 г/л [7].

В углях Донбасса высокое содержание ртути установлено в Центральном, Чистяково- Снежнянском, Должано-Ровенском углепромышленных районах, расположенных в осевой части Донбасса, где сосредоточено большинство известных сульфидных месторождений и проявлений ртути и полиметаллов.[5]

Ртутное оруденение в Донецком бассейне отчетливо контролируется зонами региональных нарушений. В зоне Центрально-Донбасского (или Осевого) разлома, вдоль свода Главной антиклинали расположены хорошо известные месторождения Никитовского рудного поля.

Никитовское рудное поле располагается в пределах Горловской антиклинали, являющейся западной частью Главной антиклинали Донбасса и сложенной аргиллитами, алевролитами и песчаниками среднего карбона, перемежающимися с маломощными пластами каменных углей и известняков[6].

Никитовское месторождение тяготеет к сводовой части Горловской антиклинали и занимает центральную часть рудного поля. В структурном отношении месторождение объединяет три купола-Софиевский, Новый и Чегарникский. Ртутные залежи почти непрерывными полосами прослежисваются в мощных пластах песчаников, слагающих упомянутые структуры.[4]

Известно, что угли Донбасса и, особенно, Центрального угленосного района, имеют повышенное содержание ртути, что объясняется условиями угленакопления, происходивших на фоне дегазации мантии по зонам глубинных разломов. Так как ртуть очень токсичный элемент и негативно влияет на здоровье людей, то были проведены исследования содержания ртути в угольных пластах Центрального района.[1]

Для оценки распространения ртути в углях Центрального угленосного района Донбасса было проведено опробование угольных пластов. Основным видом опробования на ртуть было керновое, в меньшей степени– пластовое опробование. В целом были отобраны пробы углей по 22 шахтным полям (ш.Булавинская, Углегорская, им.Гагарина, им.Гаевого, им.Дзержинского, Кочегарка, им.Калинина, им.Ленина, Енакиевская, им.Изотова, Красный Пофинтерн, Красный Октябрь, новая, им.Артема, Южная, Юнком, Кондратьвка, Торецкая, им.Румянцева, ш/у Александр-Запад, Никитовское рудное поле).

С целью выявления закономерностей распространения ртути в углях Центрального района Донбасса относительно Никитовского рудного поля с помощью программы "Statgraf" был проведен статистический анализ данных. Он показал, что минимальное значение ртути составляет 0,11 г/т угля, максимальное – 2,87 г/т угля, а среднее содержание ртути по площади составляет 1,06 г/т. Подсчитав линейный коэффициент корреляции, который равен –0,28399, можно сделать вывод, что связь между средней (по полю шахты) концентрацией ртути в угольных пластах и расстоянием шахтных полей до Никитовского рудного поля, возможно, носит нелинейный характер.

Для изучения характера распространения ртути по площади Центрального района Донбасса с помощью программы "Surfer" были построены карты распределения средних (по полю шахты) значений ртути по изучаемой территории (рис.1).

Из данной карты видно, что наибольшие концентрации ртути в углях, т.е. более 2,4 г/т сосредоточены вблизи Никитовского рудного поля и вблизи шахты им.Ленина. Наименьшие концентрации ртути в угольных пластах наблюдаются в южной и юго-западной частях района 0,8 г/т и менее. Для более детального изучения характера распределения ртути в угольных пластах вблизи Никитовки была построена карта более крупного масштаба (рис.2).

Из данной карты видно, что содержание ртути в угольных пластах больше 2,6 г/т сосредоточено возле шахты им. Ленина и Никитовского рудного поля, а вблизи шахт им. Румянцева и Кочегарка содержание ртути в углях составляет 1,6-1,8 г/т. Также высокие содержания ртути в углях-1,4г/т и более наблюдаются в районе шахты Красный Профинтерн.

Характеристика ртутоносности углей по стратиграфическому разрезу. Для изучения распределения ртути в угольных пластах Центрального района по стратиграфическому разрезу была проведена обработка данных опробования угольных пластов. В ходе проделанной работы был построен график распределения ртути по стратиграфическому разрезу Центрального угленосного района (рис.3).

Анализируя данный график можно сделать следующие выводы.

Угли свиты С^1₃ наименее ртутоносны. Превышения предела установлены по пласту n^1₁ в границах шахты «Новая». Максимальное содержание ртути по этому пласту по всей шахте выше предела в 2,1 раз.

Свита С^7₂. Характеризуется низкой ртутоносностью. Здесь единичные средние содержания, превышающие предел в 2-3 раза, установлены по пласту m₇. Максимальные содержания ртути по этому пласту наблюдаются на поле шахты «Южная», в углях свиты достигают 2-3 кратного превышения над пределом. Трех- четырех кратные превышения ПДК наблюдаются по пластам m^1₄, m₃ в пределах ряда участков и шахтных полей.

Свита С^6₂. Угли этой свиты одни из наиболее высокортутных. Наиболее высокая ртутоносность по пластам l₅, l^1₂, l₂, l₁. Здесь средние содержания ртути по отдельным участкам и шахтным полям превышают предел до 3-4 раз.

Максимальное содержание ртути установлены по площади угольных пластов:

• l₆-на шахтных полях шахт: Торецкая, Южная, Румянцева, им. Калинина (2,5-5 раз превышает предел);

• l₅- им. Изотова, им. Артема, им. Дзержинского, им. Калинина, им. Гаевого, им. Маркса (до10 раз);

• l^1₃-им. Маркса, Красный Октябрь(2-4 раза)

• l^1₂- Торецкая, им. Изотова (3-4 раза);

• l₂-им.Дзержинского, Торецкая, ш/у Александр-Запад (3-5 раз)

• l₁- им.Ворошилова, им.Гагарина, Кондратьевка (до 8-10 раз)

В Центральном районе около 50 % средних содержаний ртути по пласту l^1₃ превышает кларк для осадочных горных пород. Угли с такими содержаниями имеют преимущественно распространение в замковой части Горловской антиклинали.

Угли свиты С^5₂ также характеризуются широким развитием повышенного содержания ртути. По пластам этой свиты можно выделить следующие зоны:

• к₈-им. Изотова (до 10 раза превышает предел);

• к₇- Красный Октябрь, им.Румянцева, ш/у Александр-Запад, им. Маркса (3-5 раз);

• к^2₅-им. Калинина (1,5-3 раза);

• к^1₅- им. Гагарина(5 раз);

В углях свиты С^3₂наблюдаются аномалии ртути почти по всем угольным пластам h,h₁₀,h₈,h₇,h₆,h₃, h₂. Эти аномалии превышают предел в 3-5 раз. По пласту h₃ выделяют шахту им. Калинина с содержанием ртути, превышающей предел в 5 раз.

В пределах свиты С^2₂ лишь единичные максимальные содержанияртути достигают предела.

Повышенное содержание ртути в угольных пластах Центрального углепромышленного района Донбасса связано, по- видимому, с эпигенетическими ореолами рассеяния Никитовского рудного поля.

Содержание ртути в воде, атмосфере и почвах. Среднее содержание ртути в почвах незагрязненных заповедников на юго-востоке Украины (Каменные Могилы, Хомутовская степь) составляет 0,037 мг/кг. Около 90% почв Донбасса покрыты техногенными ртутными аномалиями. Преобладающим загрязнителем окружающей среды ртутью являются различные предприятия угольной промышленности, а также бытовое сжигание угля. В шламах коксохимических заводов количество ртути достигает 1,12-1,18 мг/кг, а в золе и шлаках тепловых электростанций - от 0,17 до 1,55 мг/кг. Среднее содержание ртути в горящих отвалах обогатительных фабрик и угольных шахт составляет 1,85 мг/кг, а в перегоревших отвалах- 0,185 мг/кг. В Центральном районе очень длительное время добывались и перерабатывались ртутные руды Никитовского месторождения. Количество ртути в районе Никитовского ртутного комбината достигает 15-20 мг/кг. В почвах некоторых жилых массивов, где применяется бытовое сжигание угля, наблюдается накопление ртути в концентрациях 0,15- 0,37, а иногда до 0,74 мг/кг и более.[1]

В подземных водах верхних водоносных горизонтов наибольшую угрозу представляют ртуть. Источниками загрязнения ею подземных вод являются ртутные комбинаты, металлургические и химические заводы, сельскохозяйственные препараты. Были проведены гидрогеохимические исследования определения содержания ртути в воде. Вблизи Никитовского ртутного комбината ее содержание составляет 0,01 мг/л, что в 20-30 раз превышает ПДК.Гидрогеохимические аномалии ртути в регионе связаны с ее высоким содержанием в почвах и породах горящих терриконов. Это отрицательно влияет на состояние приповерхностной атмосферы. При дыхании пары ртути поглощаются белковыми молекулами и образуют метилртуть, которая нарушает иммунную систему и поражает многие органы человека.

Среднее содержание паров ртути в атмосфере г. Горловка, вблизи Никитовского ртутного комбината, составляет от 155-300 до 1427-1680 пг/л(пг/л=1*10^-12г), что является причиной ртутной интоксикации жителей этого района, их повышенной заболеваемости и детской смертности. Содержание ртути в воздухе определялось с помощью газоанализатора ИМГРЭ-8..[2]

Токсическое действие ртути. По современной классификации металлическая ртуть относится к группе наиболее токсичных веществ. Поэтому любой контакт со ртутью может привести к острым или хроническим ртутным отравлениям, а наиболее тяжелые случаи ртутных интоксикаций приводят к смертельному исходу.

Постоянная опасность отравления парами ртути существует на ртутных месторождениях, при переработке руд с целью получения из них металлической ртути, опасность ртутной интоксикации существует при добыче каменного угля и других полезных ископаемых.

Токсическое действие металлической ртути отличается от действия ртутных паров, являющиеся основным источником ртутных отравлений, и от влияния на организм ртутных соединений. Ртуть относится к канцерогенным веществам и при длительном ее накоплении в организме могут возникать злокачественные опухоли. В зависимости от количества поступающей в организм ртути в виде паров или соединений, а также от времени нахождения в атмосфере, содержащей ртуть в том или ином виде, происходит интоксикация организма. Обычно различают острые и хронические отравления ртутью, причем особое значение имеет интоксикация, возникающая при воздействии на организм очень малых количеств ртути в течение продолжительного времени. В некоторых случаях летальный исход отравления солями ртути наступает через 10-30 и даже более чем через 50 дней. Однако известны такие интоксикации ртутными солями, когда больные погибали в течение 24-36 ч. При хронических отравлениях парами ртути в первую очередь наблюда-ются изменения нервной системы. [7]

Ртутоносность угольных пластов различных геотектонических типов зависит от особенностей образования и истории геологического их развития и определяется тектоническим режимом крупных участков земной коры. В углях угленосных бассейнов, приуроченных к авлакогенам, ртутоносность связана с постугленосной ртутной металлогенией. Совмещение ртутоносных и угленосных формаций в пространстве обусловлено развитием крупных тектонических структур на протяжении длительного геологического периода. С этих позиций первостепенными объектами для изучения ртутного оруденения в углях являются угольные бассейны в прогибах, осложненные глубинными разломами, располагающиеся в пределах ртутных провинций.

Ртутоносность угольных формаций характеризуется полигенным генезисом. Сингенетическая ртуть связана с осадочно-биогенными процессами накопления органического вещества, источником ртути здесь служит растительный материал. Содержание ртути, обусловленное сингенетическим ее накоплением, невысокое и обычно составляет геохимический фон. Сингенетическое накопление ртути характерно для угленосных формаций платформенного типа в участках угольных пластов, не затронутых гидротермальной проработкой. Аномалии ртути в угольных пластах Донбасса обусловлены эпигенезом, резко разобщенным во времени с процессами углефикации; они находятся в генетической связи с известными ртутными и полиметаллическими месторождениями, проявлениями, площадями рассеяной минерализации. Эпигенетическая ртуть в пластах углей образует ореолы вокруг известных и прогнозируемых проявлений, содержание ее высокое и обычно на 3-5 порядков выше по сравнению с содержаниями ртути, образовавшейся сингенетически. Этими же причинами вызвано разнообразие форм нахождения ртути в углях различных угленосных бассейнов.[3]

Угли Донбасса содержат большое количество ртути. Это обусловлено условиями угленакопления, происходивших на фоне дегазации мантии по глубинным разломам. Основным источником загрязнения окружающей природной среды ртутью является использование донбасского угля на ТЭЦ, электростанциях, в металлургии и др. Ртуть полностью переходит при сжигании угля в газы, а затем и в атмосферу. После чего осаждается в воде, почве и организмах людей.

Загрязнение окружающей среды Донбасса пагубно влияет и на генетический аппарат человека, и у нас год от года растет количество детей, родившихся с генетическими уродствами, а детская заболеваемость с 1996 по 1999 гг.возросла на 30 проц. По заключению специалистов-экологов и медиков, изучавших сложившуюся экологическую ситуацию в ряде городов и районов области, причинами смерти на 95 проц. явились болезни, обусловленные ухудшившейся средой обитания, а сам регион признан зоной экологического бедствия. [2]

Загрязнеие окружающей среды ртутью
в результате сжигания угля

ЛИТЕРАТУРА

1. Хлякина М.Г., Панов Ю.Б.Концентрация ртути в некоторых угольных пластах Донецко-Макеевского района Донбасса, Сборник научн.статей, ДонНТУ, 2003.- с.119-120

2. Панов Б.С., Шевченко О.А., Дудик А.М., Дудик С.А., Селяков С.Ю.Современные экологические проблемы Донецкого бассейна//Геофизический журнал. -2003, №3.-c.46-60

3. Дворников А.Г. Ртутоносность углей Донецкого бассейна.-М.: Недра,1987, 158с.

4. Геология ртутных месторождений и рудопроявлений Украины/ Отв.ред.д-р геол.-мин. наук В.И. Скаржинский.- Киев: Наук.думка, 1975.-285с.

5. Методические рекомендации по прогнозированию скрытого ртутного оруденения в Донбассе по ореолам рассеяния ртути в угольных пластах/ Сост.Дворников А.Г., Кирикилица С.И.- Симферополь, 1979.-84с.

6. Никольский И.Л. Геология ртутных месторождений Центрального района Донецкого бассейна.- Донецк: Изд-во: Донецкий индустриальный институт,1959, 89с.

7. Пугачевич П.П. Работа со ртутью в лабораторных и производственных условиях.- М.: Химия, 1977, 364с.