Формирование рудничных вод в Дальневосточном регионе России и их влияние на экосферу и здоровье населения

Длительное развитие горнорудной промышленности в Комсомольском, Кавалеровском и Дальнегорском районах Дальнего Востока России позволило сформироваться крупномасштабным горнопромышленным техногенным системам. В период перестройки работа горнопромышленного производства была приостановлена, а горные выработки (карьеры, штольни) и хвостохранилища не подвергались какой-либо консервации или рекультивации. В настоящее время работает только борная и свинцово-цинковая промышленность в Дальнегорском районе. Цель данной статьи – оценить состав рудничных вод, показать условия их формирования, наличие ионов и молекул различных элементов и установить параметры кристаллизации из них ряда гипергенных природных и техногенных минералов. В публикации приведена гидрохимическая характеристика рудничных вод в горнопромышленных техногенных системах олово-сульфидных, медно-оловянных, олово-полиметаллических и полиметаллических месторождений, показаны условия их формирования и негативное воздействие на гидросферу, а также здоровье людей, проживающих в данных районах. Исследования процессов окисления сульфидов и формирования рудничных вод выполнены методом физико-химического моделирования с использованием программного комплекса «Селектор». В широком интервале температур (от –25 до +45 °С) установлены Eh–pH параметры растворов, их состав в отношении устойчивых водных частиц (комплексных соединений и простых ионов), парагенетические ассоциации (парагенезисы) осаждающихся гипергенных минералов в зависимости от первичного состава руд и вмещающих пород. Установлено, что моделируемые микропоровые растворы, формирующие рудничные воды, имеют широкий спектр Eh–pH параметров: Eh от 0,55 до 1,24 В и pH от 0,3 до 13,8. Из них кристаллизуются техногенные минералы Fe, Cu, Zn, Pb и Sb из классов оксидов и гидроксидов, сульфатов и арсенатов. Высококонцентрированные рудничные воды до и после осаждения из них техногенных минералов, масса которых составляет сотни грамм, попадают в гидросферу. Полученные моделированием растворы содержат все элементы сульфидных руд: Cu, Zn, Pb, Fe, Ag, As, Sb и S, а их концентрации в форме водных частиц достигают десятков грамм, причем в криогенных условиях они на порядок и два выше за счет кристаллизации льда. Формы миграции элементов зависят от температурного режима. Показано отрицательное воздействие рудничных вод на гидросферу региона и здоровье населения, проживающего в нем. Установлено, что в рассматриваемых районах отмечается тенденция роста практически всех видов болезней в два раза как у взрослых, так и у детей, причем заболеваемость детского населения практически по всем рассматриваемым болезням значительно выше, чем у взрослых.

1. Грехнев Н.И. Минеральные отходы горных предприятий – экономические и экологические проблемы недропользования в Дальневосточном регионе. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2014;(7):337–343. URL: https://www.giab-online.ru/files/Data/2014/07/55_337-343_Grehnev.pdf

2. Юркевич Н.В., Бортникова С.Б., Саева О.П. Направления подземного и поверхностного стоков с хвостохранилищ горнорудного производства по данным геофизических и геохимических исследований. В: XI Международный научный конгресс «Интерэкспо Гео-Сибирь-2015». Сб. материалов в 3 т. Новосибирск, 13–25 апреля 2015 г. Т. 2. С. 305–310. URL: http://www.ipgg.sbras.ru/ru/science/publications/publnapravleniya-podzemnogo-i-poverkhnostnogo-stokov-305310-2015

3. Шулькин В.М., Чернова Е.Н., Христофорова Н.К., Коженкова С.И. Влияние горнорудной деятельности на изменение химического состава компонентов водных экосистем. Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2014;(6):483–494.

4. Опекунов А.Ю., Опекунова М.Г., Сомов В.В. и др. Влияние разработки Сибайского месторождения (Южный Урал) на трансформацию потока металлов в подчиненных ландшафтах. Вестник Московского университета. Серия 5: География. 2018;(1):14–24.

5. Ashley P.M., Lottermoser B.G. Arsenic contamination at the mole river mine, northern New South Wales. Australian Journal of Earth Sciences. 1999;46(6):861–874. https://doi.org/10.1046/J.1440-0952.1999.00748.X

6. Nordstrom D.K., Alpers C.N. Geochemistry of Acid Mine Waters. In: Plumlee G.S., Logsdon M.J. (eds.) The Environmental Geochemistry of Mineral Deposits. Society for Economic Geologists; 1999. Pp. 133–160.

7. Nordstrom D.K., Blowes D.W., Ptacek C.J. Hydrogeochemistry and microbiology of mine drainage: an update. Applied Geochemistry. 2015;57:3–16. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2015.02.008

8. Kacmaz H. Assessment of heavy metal contamination in natural waters of Dereli, Giresun: an area containing mineral deposits in northeastern Turkey. Environmental Monitoring and Assessment. 2020;192(2):1–12. https://doi.org/10.1007/s10661-019-8057-0

9. González R.M. Seasonal variability of extremely metal rich acid mine drainages from the Tharsis mines (SW Spain). Environmental Pollution. 2020;259:113829. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2019.113829

10. Murray J., Nordstrom D.K., Dold B., Kirschbaum A. Seasonal fluctuations and geochemical modeling of acid mine drainage in the semi-arid Puna region: The Pan de Azúcar Pb–Ag–Zn mine, Argentina. Journal of South American Earth Sciences. 2021;109:103197. https://doi.org/10.1016/J.JSAMES.2021.103197

11. Зверева В.П. Техногенные воды оловорудных месторождений ДВ. Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2007;(1):51–56.

12. Zvereva V.P. Impact of technogenic wastewaters of Kavalerovskii and Dalnegorskii mining districts on the hydrosphere of Primorsky Krai. Russian Journal of General Chemistry. 2019;89(13):2808–2817. https://doi.org/10.1134/S1070363219130115

13. Постникова В.П., Яхонтова Л.К. Минералогия зоны гипергенеза оловорудных месторождений Комсомольского района. Владивосток: ДВНЦ АН СССР; 1984. 122 c.

14. Постникова В.П., Яхонтова Л.К. Глоккерит, гизингерит и питтицит из зоны гипергенеза оловорудных месторождений Дальнего Востока. Минералогический журнал. 1990;12(1):63–66.

15. Зверева В.П. Экологические последствия гипергенных процессов на оловорудных месторождениях Дальнего Востока. Владивосток: Дальнаука; 2008. 165 с.

16. Карпов И.К., Киселев А.И., Летников Ф.А. Моделирование природного минералообразования на ЭВМ. М.: Недра; 1976. 255 с.

17. Yokokawa H. Tables of thermodynamic properties of inorganic compounds. Journal of the National Chemical Laboratory for Industry. 1988;83:27–121. (In Japanese)

18. SUPCRT Database 1992-1998 Geopig, Arizona State University. http://geopig.asu.edu/sites/default/ files/slop98.dat

19. Robie R.A., Hemingway B.S. Thermodynamic properties of minerals and related substancies at 298.15 K and 1 bar pressure and at higher temperatures. Washington; 1995. 461 p.

20. Чудненко К.В. Термодинамическое моделирование в геохимии: теория, алгоритмы, программное обеспечение, приложения. Новосибирск: Гео; 2010. 287 с.

21. Ерёмин О.В., Винниченко С.В., Юргенсон Г.А. Оценка стандартных потенциалов Гиббса сульфатов меди при помощи задач линейного программирования. Вестник отделения наук о Земле РАН.2006;(1):19–20.

22. Чарыкова М.В. Кривовивчев В.Г., Депмайер В. Термодинамика арсенатов, селенитов и сульфатов в зоне окисления сульфидных руд. 1. Термодинамические константы при стандартных условиях. Записки Российского минералогического общества. 2009;(6):105–117. (Пер. вер.: Charykova M.V., Krivovichev V.G., Depmeir W. Thermodynamics of arsenates, selenites, and sulfates in the oxidation zone of sulfide ores: I. Thermodynamic constants at ambient conditions. Geology of Ore Deposits. 2010;52(8):689–700. https://doi.org/10.1134/S1075701510080015)

23. Чудненко К.В., Карпов И.К. Селектор-Windows. Краткая инструкция. Иркутск; 2003. 90 с.

24. Хорн Р. Морская химия. М.: Мир; 1972. 398 с.

25. Радкевич Е.А., Коростелев П.Г., Кокорин А.М. и др. Минерализованные зоны Комсомольского района. М.: Наука; 1967. 115 с.

26. Радкевич Е.А., Асманов В.Я., Бакулин Ю.И. и др. Геология, минералогия и геохимия Комсомольского района. М.: Наука; 1971. 335 с.

27. Гоневчук В.Г. Оловоносные системы Дальнего Востока: магматизм и рудогенез. Владивосток: Дальнаука; 2002. 295 с.

28. Булавко Н.В. Минералогия скарновых месторождений Дальнегорского рудного поля (Приморье). Владивосток: Дальневост. кн. изд-во; 2000. 219 с.

29. Zvereva V.P., Frolov K.R. Assessment of the impact of technogenic processes occurring at the central concentrating mill tailing dump (Komsomolsky tin-ore district) on the hydrosphere in a wide temperature range. Russian Journal of General Chemistry. 2017;87(13):3133–3136. https://doi.org/10.1134/ S1070363217130047

30. Zvereva V., Lysenko A., Frolov K. Modern minerals formation genesis in Kavalerovsky tin-ore district technogenic system (Primorsky Krai). Minerals. 2020;10(2):9. https://doi.org/10.3390/min10020091

31. Ананян А.А. Перемещение влаги в мерзлых рыхлых горных породах под влиянием сил электроосмоса. Коллоидный журнал. 1952;14(1):1–9.

32. Птицын А.Б., Абрамова В.А., Маркович Т.И., Эпова Е.С. Геохимия криогенных зон окисления. Новосибирск: Наука; 2009. 88 с.

33. Вакулин А.А. Основы геокриологии. Тюмень: Изд-во Тюмен. гос. ун-та; 2011. 220 с.

34. Крупская Л.Т., Зверева В.П., Майорова Л.П. и др. Эколого-геохимические основы оценки влияния техногенной системы на окружающую среду и ее охрана (на примере закрытого горного предприятия «Солнечный ГОК»). Хабаровск: Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та; 2019. 260 с.

35. Крупская Л.Т., Мелконян Р.Г., Гуль Л.П. и др. Оценка влияния хвостохранилищ закрытого горного предприятия «Хрустальненский ГОК» Приморского края на экосферу и рекультивация его поверхности. Хабаровск: Изд-во «ДальНИИЛХ»; 2017. 144 с.

36. Вредные вещества в промышленности. Справочник для химиков, инженеров и врачей. Т.III. Неорганические и элементорганические соединения. Под ред. засл. деят. науки проф. Н.В. Лазарева и докт. биол. наук проф. И.Д. Гадаскиной. Л.: Химия; 1977. С. 332–333.

37. Иванов В.В. Экологическая геохимия элементов. М.: Экология; 1994. Т. 1. 304 с. 1995. Т. 4. 416 с. 1996. Т. 3. 352 с. 1997. Т. 5. 576 с.

38. Moiseenko T., Megorsky V., Gashkina N., Kudryavtseva L. Water pollution effect on population health in an industrial northern region. Water Resources. 2010;37(2):199–208. https://doi.org/10.1134/S0097807810020077

39. Линник П.Н., Набиванец Б.И. Формы миграции металлов в пресных поверхностных водах. Л.: Гидрометеоиздат; 1986. 270 с.

40. Растанина Н.К., Колобанов К.А. Воздействие техногенного пылевого загрязнения на экосферу и здоровье человека закрытого горного предприятия Приамурья. Горные науки и технологии. 2021;6(1):16–22. https://doi.org/10.17073/2500-0632-2021-1-16-22