Человек всегда использовал окружающую среду, как источник ресурсов. Однако, в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в ХХ веке техногенные изменения биосферы обратили на себя внимание ученых. Еще полвека назад известный ученый геохимик, академик В. И. Вернадский предупреждал о возможных последствиях расширяющегося вторжения человека в природу. Он писал: «Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли» и это предупреждение практически подтвердилось. В первой половине прошлого века эти изменения нарастали, а в настоящее время лавиной обрушились на мировое сообщество. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается в окружающую среду в виде отходов, чаще непригодных для утилизации и очень вредных для живых организмов. Это создает угрозу как существованию биосферы, так и самого человека.
Для Донецкого региона наибольший удельный вес в объеме производства занимает горнодобывающая промышленность, которая в значительной мере нарушает состояние окружающей среды. Разработка месторождения приводит к увеличению площади территорий, в которых полностью нарушается биота. Наиболее неблагоприятным воздействием разработки месторождения является складирование пород на поверхности в виде отвалов, терриконов, отстойников, которые становятся мощными источниками загрязнения окружающей среды на десятки и сотни лет [2]. Размеры и форма отвалов определяются многими факторами. Хвосто- и шламохранилища обогатительных фабрик и энергетических предприятий, обеспечивающих основное производство, располагаются обычно в ближайших понижениях рельефа. Борта карьеров, поверхности терриконов и отвалов становятся источником пылеобразования. Образующиеся при разработке углей терриконы вносят в составе пыли и дыма огромное число токсичных компонентов. Атмосферная влага, накапливающаяся в породах отвала, превращается в насыщенный металлами водный раствор, состав которого зависит от вида полезного ископаемого. Попадая с дренажными водами в почвы, подземные и поверхностные воды он значительно ухудшает экологическую ситуацию горнодобывающих регионов [3]. Таким образом, разработка месторождений приводит к загрязнению почвы, растительности и подземных вод комплексом токсичных элементов, состав которого зависит от вида сырья и технологи его переработки.
Мазуровское редкометальное месторождение находится в Октябрьском массиве, расположенном в восточной части Приазовской металлогенической субпровинции Украинского щита. Протяжённость месторождения 3,3 км, ширина от 0,25 до 1,5 км. Оно характеризуется сложным геологическим строением (рисунок 1).
Рис. 1. Схематическая геологическая карта и разрез Мазуровского месторождения (по данным Приазовской КГРП): 1 - серпентиниты; 2 -пироксениты; 3 - серпентинизированные пироксениты; 4- габбро; 5 - магнетитсодержащее габбро; 6 - сиениты; 7- микроклин-нефелиновые пегматиты; 8 - мариуполиты; 9 - сиенит-пегматиты; 10 -полевошпатовые метасоматиты; 11- полевошпат-слюдистые метасоматиты; 12- альбититы; 13-дайки диабазов; 14-линия разреза; 15-геологоразведочные скважины: а)на карте, б) на разрезе.
В пределах месторождения развиты продуктивные на редкометальное оруденение породы: мариуполиты, микроклин–нефелиновые пегматиты, полевошпатовые метасоматиты, близкими по минеральному составу и отличающихся их содержанием (табл.1).
Основными рудовмещающими породами являются мариуполиты. Залегают они в виде поэтажных пологих пластообразных тел среди ультраосновных и основных пород, имея с ними четкие контакты (см. рис. 1). В состав мариуполита входят полевые шпаты (50 -80%), нефелин (5-40%), темноцветные минералы (5-25%), кальцит (3-7%), канкринит (2-15%), цеолиты, магнезит (1-5%). Среди полевых шпатов преобладает альбит. Темноцветные минералы представлены биотитом и эгирином, изредка - амфиболом. Главными полезными минералами являются пирохлор, циркон, а также сопутствующие им нефелин, полевые шпаты, ильменит, бритолит. Наиболее высокие концентрации редких металлов были достигнуты на стадии высокотемпературной альбитизации - мариуполитизации. В процессе метасоматических преобразований, в зависимости от степени альбитизации пород меняются содержания рудных минералов – пирохлора, бритолита, циркона [1].
Вокруг рудных тел первичные ореолы привноса образуют церий, иттрий, иттербий, барий, цирконий, ниобий, цинк, вольфрам, молибден. Для богатых рудных тел первичные ореолы отличаются существенным преобладанием в геохимическом спектре ореола ниобия. Морфология первичных ореолов сопоставима с морфологией рудных тел. Известно, что в почвах вторичные ореолы химических элементов тесно связаны с составом первичных ореолов месторождений в коренных породах. Особый интерес представляют рудные элементы, образующие наиболее интенсивные геохимические аномалии.
Редкометальные минералы из пород Мазуровского месторождения представлены несколькими разновидностями. Большая часть из них имеет характерные примеси редкоземельных и радиоактивных компонентов (табл. 2). Цирконы содержат редкие элементы - Nb, Та, Hf, а пирохлор - Zr и Hf. Это объясняется избыточным количеством этих элементов в среде минералообразования при формировании редкометальных месторождений.
Накопление примесей приводит к образованию псевдоморфоз по редкометальным минералам, к разрушению кристаллов с выделением из них вростков минералов, в том числе радиоактивных - торита, ураноторита, уранинита. Содержания редких элементов коррелируют с концентрацией радиоактивных, что отражается при определении естественной радиоактивности.
Если горнодобывающее предприятие связано с добычей полезных ископаемых, имеющих руды с повышенным содержанием урана и тория, то их экологическое воздействие, помимо общих негативных воздействий горнодобывающих предприятий, получает особую специфику, обусловленную радионуклидами. Согласно действующих нормативных документов, производилась оценка природной радиоактивности пород месторождения, которые могут быть использованы как строительные материалы. Ниже, в таблице 3 приведены результаты определения суммарной естественной радиоактивности по рудным телам и породам Мазуровского месторождения.
Породы, имеющие значения радиоактивности от 40 до 227 Бк/кг, относятся к 1 класу строительных материалов, которые могут использоваться для всех видов строительства без ограничений. Однако, возле рудных тел встречаются линзы и прослои изменённого габбро с повышенной (до 227 Бк/кг) радиоактивностью. Эти локальные участки при разработке месторождения должны постоянно контролироваться. В рудах месторождения величина естественной радиоактивности значительно выше и колеблется от 36 до 4167 Бк/кг, в среднем 1031 Бк/кг (по 221 пробе). Причём, в ряду от мариуполитов к нефелиновым пегматитам через метасоматиты она последовательно повышается, что несколько не соответствует характеру распределения циркона и пирохлора в рудах. Это может обрясняться различной изоморфной емкостью этих минералов.
При выветривании эти радиоактивные элементы легко высвобождаются из породы и мигрируют в почву, подземные и поверхностные воды. Особенно высокой активностью характеризуются изотопы U 238и Th 232, которые содержатся в рудах и отвалах Мазуровского месторождения.
По результатам спектрального анализа проб почвы, выполненного в Приазовской КГП, нами проведено картирование загрязнения почвы. В верховьях балки Деменникова расположен шламонакопитель, в котором собираются отходы обогащения уже частично отработанных руд, представленных глинистой фракцией. В отобранных на этом участке пробах определялись коэффициенты концентрации (Кк), как отношение среднего содержания элемента в почве к его предельно допустимой концентрации. Наиболее интенсивные аномалии характерны для рудных элементов (табл. 4).
Из представленных данных видно, что среднее содержание в почве ниже, чем в материнской породе, но оно всё же в большинстве точек наблюдения превышает предельно допустимые концентрации. Коэффициент вариации в почвах также снижается, что связано с более интенсивными диффузионными процессами. Повышенные коэффициенты концентрации установлены для таких элементов как цинк (Кк=8,7), цирконий (Кк=35), титан (Кк=1,5), молибден (Кк=50), лантан (Кк=2,5), ниобий (Кк=10,5), цезий (Кк=2,3). В отдельных пробах наблюдаются превышения предельно-допустимых концентраций более чем в три раза таких элементов как хром (коэффициент концентрации-Кк=3-7), свинец (Кк=3,9-11), никель (Кк=3-10), ниобий (Кк=3,7).
Цинк и молибден, соответственно элементы первого и второго класса опасности, на большей части изученной территории превышают фоновые концентрации. Содержание молибдена в некоторых точках превышает предельно-допустимые концентрации в 3,6 раза, а на территории карьера в 10,7 раза. Содержания цинка превышают предельно-допустимых концентраций от 3 до 8,7 раз. Повышение содержаний цинка вызывает изменение физико-химических свойств почвы, снижает биологическую активность микроорганизмов, нарушая процессы образования органического вещества, понижает ферментативную активность почв, снижает урожайность. Ниже представлена карта распределения концентраций цинка в почвах исследуемого района (рисунок 2).
Рисунок 2. Распределение содержаний цинка на территории Мазуровского месторождения и прилегающик к нему территорий
Проведённым корреляционным анализом представительной выборки установлены ассоциации сопутствующих элементов (Mo, Zn) с редкими (Zr, Nb, Ta) и радиоактивными (Th, U). Это позволяет по карте концентраций цинка судить и о распределении других элементов.
Содержания цинка превышают уровень предельно допустимой концентрации практически на всей исследуемой территории. Предельно допустимая концентрация (ПДК) цинка составляет 23*10-3%. На построенной карте можно увидеть (см. рис.2), что практически на всей исследуемой территории концентрации цинка превышают ПДК. Самые высокие концентрации наблюдаются в районе шламонакопителя с отходами обогащения, и в районе хвостохранилища. На этих же участках сосредоточены и наиболее интенсивные аномалии всех других элементов вторичных ореолов.
Таким образом, в результате проведённых исследований, было установлено интенсивное загрязнение почвенного покрова вблизи карьера. Тем самым, следует отметить, что на этих территориях следует проводить постоянный контроль состояния окружающей среды, а также разработать методы уменьшения влияния шламонакопителя и отвалов на окружающую среду. Для редкометальных месторождений следует проводить постоянный контроль естественного радиоактивного фона.