Донецький басейн, розташований на півдні Східно-Европейської платформи, займає площу більш ніж 60 тис.км², витягнуту субширотно на 650 км при ширині 100–150 км, і є великою геологічною структурою – частиною глобального поясу глибинних дислокацій і геодинамічної активності земної кори – лінеаменту Карпинського. Потужність осадових утворень в Донбасі складає до 20–24 км, головна частина яких відноситься до кам’яновугільної системи [3].

Осадові породи утворюють палеозойський, мезозойський та кайнозойський структурні поверхи. Палеозойські породи представлені вулканогенно-осадовими відкладами девонської, теригенно-осадовими породами кам’яновугільної (пісковики, вапняки, алевроліти, аргіліти, вуглі) і пермської систем. Породи мезозою – осадовими відкладами тріасу, юри і крейди (пісковики, аргіліти, алевроліти, глини, вапняки). Кайнозойські відклади вміщують породи палеогенового (піски, алевроліти, пісковики, глини, мергелі), неогенового (піски, глини) і четвертинного (суглинки, піски, глини) віку.

До складу вугілля і порід, що їх вміщують входить велика кількість неорганічних компонентів у вигляді глинистих мінералів (до 50% всіх мінеральних домішок), сульфідів заліза – піриту і марказиту (до 5%), а також доломіту, сидериту, кальциту, кварцу, слюд, хлоритів, фосфатів. Акцесорні мінерали представлені рутилом, апатитом, турмаліном, гранатом та ін. (до 35 мінеральних видів). Результати досліджень мінерального складу вміщюючих порід карбону Донбасу представлені в таблиці 1.

Аналіз вивчення біля 1000 проб вугленосних порід Донбасу дозволил зробити висновок, що їх хімічний склад близький до складу піщано-глинистих порід карбону Російської платформи (таблиця 2). Вміст Al₂O₃, TiO₂ в породах карбону Донбасу декілька вищий, а MgO, CaO, K₂O – нижчий ніж в піщано-глинистих відкладах карбону Російської платформи [2]. Аналізуючи вміст мікрокомпонентів у вміщюючих породах, треба зазначити, що більшість елементів в породах вугленосних відкладів знаходиться в кількості нижче або на рівні кларків, але для низки елементів, таких як вісмут, олово, ртуть, скандій, галій, германій, барій, вміст в породах стабільно перевищує кларкові.

Вивчення розподілу токсичних і потенційно-токсичних елементів у вугіллі регіону дозволило з’ясувати, що перевищення кларку осадових порід (за Віноградовим) для елементів I класу небезпеки склало для ртуті – до 5 раз, миш’яку – до 15 раз, берилію – до 10 раз, свинцю – до 15 раз, цинку – до 2 раз. Таким чином, вугілля регіону відзначається підвищеним вмістом ртуті (в середньому 0,3–0,5 мг/кг, сягаючи в окремих пластах 2,6 мг/кг і вище), миш’яку (1,0–100,0 мг/кг, в середньому 19,3 мг/кг), свинцю (1,0-300,0 мг/кг, в середньому 8,8 мг/кг), берилію (0,4–30,0 мг/кг, в середньому 4,0 мг/кг), цинку (1,6–250,0 мг/кгт, в середньому 36,0 мг/кг) та інших токсичних і потенційно-токсичних елементів. Пояснення цьому – активне життя глибинних розломів в перiод накопичення осадкiв, які стали сприятливими структурами для проникнення по них мантійно-корових флюїдів, збагачених цими елементами.

Дослідження розподілу iнших хімічних елементів у вугіллі Донбасу виявило, що вміст більшості елементів близький до кларку, і лише в окремих випадках значно його перевищує. Максимальні перевищення вмісту елементів по відношенню до кларків встановлені для кобальту – до 1,5 раз, скандію – до 3 раз, марганцю – до 1,5 раз, ванадію і тітану – до 1,2 раз, молібдену і літію – до 2,5 раз, сріблу – до 3 раз, вісмуту – до 90–150 раз, барію – до 3,5 раз, сірки – до 25 раз. Середній вміст більшості елементів (хрому, кобальту, ніобію, скандію, тiтану, міді, олова, ітрію, лантану, цирконію) декілька вищий за середній фоновий вміст для вугілля Донбасу, але нижчий за їх середній вміст в земній корі.

Велики масштаби вуглепереробки можуть призвести до поступового накопичуванню токсичних елементів в навколишньому середовищі, що негативно впливає на здоров’я людини. Небезпека забруднення навколишнього середовища токсичними елементами найбільш відчутна навколо коксохімічних і металургійних заводів, електростанцій, працюючих на донбаському вугіллі, вуглезбагачувальних фабрик, вугільних шахт тощо. В димових газах ТЕС навіть при ефективному уловлюванні золи (99 %) концентрації токсичних елементів (особливо Hg, Pb, As, Be) істотно перевищують ГДК [4]. Потрапляючи в навколишне середовище з димовими газами, попіл розсіюється разом з ними в атмосфері, а після цього осідає в районах, які розташовані біля ТЕС. Деякі елементи здатні накопичуватися в грунтах і шляхом харчового ланцюжка проникати в організм людини.

Ртуть та інші летучі елементи на коксохімічних заводах викидаються в атмосферу. Значна кількість ртуті в грунтах знаходиться в металевій формі, які при підвищеній температурі порівнянно легко переходять в атмосферне повітря. Окрім того, частина ртуті у вугіллі пов'язана з піритом. Оскільки в результаті збагачення вугілля пірит переходить в хвости, слід очікувати інтенсивне накопичування ртуті в хвостосховищі збагачувальних фабрик. Аналогічним чином поводить себе миш’як і свинець. При використанні вугілля, з високим вмістом берилію необхідно мати на увазі, що при спалюванні вугілля берилій утворює окис, що не уловлюється електрофільтрами [4]. Спалювання такого вугілля представляє небезпеку для довкілля. Отримані дані повинно враховувати при споживанні вугілля з високим вмістом ртуті, миш'яку, свинцю та інших токсичних елементів, а також при використанні відходів вуглезбагачення (виготовлення цегли, керамзиту та ін.).

Починаючи з 1721 року, коли Г.Капустін відкрив у Донбасі вугленосні відклади, добуто більш нiж 8 млрд.т кам’яного вугілля, що використується для побутових і промислових потреб багатьма шахтами, заводами, фабриками, ТЕС, іншими промисловими підприємствами та населенням. За 200 років видобутку вугілля у Донбасі накопичено 1257 териконів вугільних шахт, які не тільки спотворюють ландшафт, але і в неприпустимих розмірах забруднюють токсичними елементами і сполуками довкілля.

При вивченні хімічних особливостей порід шахтних териконів регіону встановлено високі концентрації багатьох токсичних елементів, що відносяться до I, II, III класів небезпеки у вихідних і горілих породах. Перевищення ГДК по міді, цинку, свинцю склало, в середньому 1,14 – 5,1 рази (для аргілітів), по хрому, цинку, миш’яку, свинцю, нікелю – 1,3 – 9,4 рази (для алевролітів), по цинку, свинцю, хрому – 2–9,6 рази (для пісковиків) [1].

Породи відвалів мають в своєму складі високий вміст деяких елементів, в тому числі і токсичних. При горінні териконів виділяються токсичні гази: сірнистий газ, сірководень, окис вуглецю та ін. Породи при вивітрюванні легко дезинтегрують до пиловидного стану, тому відвали є значним джерелом пилу. Породні відвали шахт тільки Донецько-Макіївського району виділяють щорічно близько 1000 т пилу, 9000 т сірнистого ангідриту, 36000 т окису вуглецю, 1600 т сірководню, 400 т окислів азоту. Крім того, на відвалах відбувається утворення техногенних мінералів (самородної сірки – S, нашатирю – NH4Cl, реальгару – AsS, масканьїту – (NH₄)₂[SO₄] тощо). Під впливом атмосферних опадів відбувається руйнування цих мінералів і звільнення ряду елементів і їх сполук, які звітрюються в атмосферу або вимиваються опадами, забруднюючи грунти, поверхневі й підземні води. Навколо відвалів встановлено осередки забруднення грунтів і підземних вод ртуттю (до 20 ГДК), миш’яком (40–60 ГДК) та іншими токсичними елементами [3].

Тим часом, породи відвалів можуть використовуватися у різних галузях народного господарства: як добрива, в дорожному будівництві, в якості заповнювача бетону, для виготовлення стінних блоків, цегли, керамзиту та ін.

Особливу загрозу для довкілля становить скидання забруднених шахтних вод, обсяг яких тільки по Донецькій області щороку дорівнює 320–350 млн.м³, з них тільки 15 % використовується для технічних та інших цілей.

Шахтні води, що скидаються, забруднюють поверхневі й подземні води, а також грунти регіону безліччю небезпечних хімічних елементів і сполук, до яких відносяться як макрокомпоненти (сульфат-іон (до 8 ГДК), хлор-іон (до 53 ГДК), залізо (до 30 ГДК), алюміній (до 33 ГДК)) так і токсичні мікрокомпоненти (таблиця 3).

З елементів-забруднювачив I класу небезпеки найбільше перевищення ГДК характерно для берилію (700 ГДК – шахта ім.газ."Известия" Алмазно-Мар’ївського району), свинця (до 6 ГДК), фтору (до 3 ГДК). Елементи II класу небезпеки більш розповсюджені в шахтних водах регіону. Їх концентрації по співвідношенню до ГДК сягають: бор – 21, бром – 305, літій – 810, нікель – 5, кобальт – 2, молібден – 2,1, сурьма – 2,3, ніобій – 5. Найбільш розповсюдженими у шахтних водах регіону є елементи III класу небезпеки: барій (до 4662 ГДК), стронцій (до 151 ГДК), марганець (до 110 ГДК), тітан (до 136 ГДК), ванадій (до 4 ГДК). Згідно з “Правилами охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами” скидання цих шахтних вод у гідрографічну мережу відбуватися не може.

Окрім того, робота вугільних шахт викликає просідання поверхні над гірськими виробками, розвиток деформації, ерозії, підтоплення. Під порідні відвали і промислові площі шахт тiльки в Донецькiй областi зайнято біля 25 тис.га. З цієї величезної території відбувається постійне забруднення атмосфери, грунтів, підземних і поверхневих вод.

Під впливом цих факторів забруднення навколишнього середовища Донбасу досягло загрозливих розмірів. Концентрація шкідливих речовин в атмосфері, грунтах і гідросфері вже давно перевищує гранично допустимі концентрації. За даними нещодавно проведених Інститутом геолого-екологічних проблем Донбасу еколого-геохімічних досліджень на майже 50 % території міста Донецька грунти забруднені більш ніж 20 хімічними елементами, в тому числі токсичними: ртуттю, свинцем, цинком, кадмієм і іншими. Близько 15 % міської території в відповідності з існуючими на Україні санітарними нормами небезпечно для проживання. В кількості, що значно перевищує санітарні норми, ртуть виявлена в грунтах (до 9 мг/кг), водному (до 10 ГДК) і повітряному середовищах (27 пг/л) м.Донецька. Дуже токсичним і широко розповсюдженим в регіоні елементом є миш’як. Його вміст в грунтах м.Донецька сягає 85–250 мг/кг (100 ГДК). В підземних водах міста виявлена велика (30х15 км) аномалія з концентрацією миш’яку – 20–24 ГДК. Практично на 90% площі міський забудівлі в різному ступені відбулося забруднення грунтів свинцем, сягаючи 1800 мг/кг (ГДК=30 мг/кг). Вміст цинку в грунтах складає від 32 до 10000 мг/кг (ГДК=23 мг/кг). Загрозливих розмірів досягло забруднення природного середовища м.Донецька сполуками азоту. Концентрація діоксиду азоту і аміаку в атмосфері міста постійно в 1,8–2,4 і більше раз перевищує ГДК, підземні води дуже (2,5–5,3 ПДК) забруднені нітратами і нітритами, а вміст іону амонію в десятки і сотні раз перевищує ГДК [3].

Аналіз розподілу забруднення атмосфери, грунтів, підземних і поверхневих вод токсичними елементами та їх сполуками свідчить, що основну роль в забрудненні навколишнього середовища грають вугільнодобутні (шахти), вуглепереробні і вуглеспоживчі підприємства, а також побутове спалювання вугілля. В багатьох випадках осередки високого ступеню забруднення грунтів мають просторовий і генетичний зв’язок з шахтами, вуглезбагачювальними фабриками, коксохімічними заводами.

Надходження в організм людини хімічних елементів і сполук в кількості, що перевищують певні норми, призводить до підвищення захворюваності і скорочення тривалості життя населення. В організмі людини токсиканти не тільки пригнічують імунну систему, але і викликають розлад нервової системи, серцево-судинні захворювання, розвиток злоякісних пухлин, поражають легені, печінку й інші органи. За даними Державного управління екологічної безпеки Мінекобезпеки України в Донецькій області тільки за 1998 рік населення області скоротилося на 56,5 тисяч чоловік або на 1,1 %. А кількість онкозахворювань у Донецькій області в декілька разів перевищує середню по Україні. На думку фахівців-медиків основною причиною зростання смертності й захворюваностi населення, є токсичні елементи і речовини, якими насичене природне середовище нашого регіону.

Таким чином, при використанні вугілля Донбасу треба мати на увазі, що літолого-геохімічні особливості вугленосних відкладів негативно впливають на довкілля, що потребує впровадження заходів з покращення екологічного становища регіону.

Список литературы

1. Алехин В.И., Мигуля П.С., Проскурня Ю.А. Минералого-петрографические и эколого-геохимические особенности пород терриконов Донбасса (на примере Донецко-Макеевского промышленного района)// Сборник научных трудов НГА Украины. – Днепропетровск. – 1998. – Т. 5. – №3. – С. 35–39.
2. Краткий справочник по геохимии/ Войткевич Г.В. и др. – М.: Недра. – 1970. – 280 с.
3. Панов Б.С., Шевченко О.А., Проскурня Ю.А., Матлак Е.С., Дудик А.М. К геоэкологии Донбасса // Проблемы экологии. – Донецк: ДонГТУ. –1999. – №1. – С. 17–26.
4. Шпирт М.Я., Клер В.Р., Перциков И.З. Неорганические компоненты твердых топлив.– М.: Химия, 1990. – 240 с.