Природа радиоактивности дренажных вод карьеров Новосибирской области

Актуальность исследования заключается в получении первых геохимических данных (включая информацию о радионуклидах) о дренажных водах разрабатываемых и затопленных карьеров в пределах восточных районов Новосибирской области. Целью исследования является выявление особенностей химического состава дренажных вод (широкого спектра химических элементов от Li до U). Лабораторное изучение химического состава методами титриметрии, ионной хроматографии, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой проводилось в Проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии (ПНИЛ ГГХ) Инженерной школы природных ресурсов Томского политехнического университета (ИШПР ТПУ). Измерение содержаний 222Rn в водах проводилось на комплексе «Альфарад плюс» в лаборатории гидрогеологии осадочных бассейнов Сибири Института нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука Сибирского отделения Российской академии наук (ИНГГ СО РАН). Разделение данных на однородные геохимические совокупности выполнено с помощью коэффициентов Са /Na, Са /Mg, Ca / Si, Mg / Si, Na / Si. Установлено, что химический состав изученных объектов весьма разнообразен. Доминируют воды SO4–HCO3 Na–Mg–Ca состава с величиной общей минерализации от 400 до 700 мг/дм³ . Выявлены три геохимические группы вод. Первая представлена дренажными водами разрабатываемых карьеров бутового камня, вторая включает в себя объекты Горловского угольного бассейна и третья – отработанные затопленные карьеры. Первая группа характеризуется окислительными параметрами геохимической среды с Eh, изменяющимся в широком диапазоне от +84,6 до +261,0 мВ, pH от 6,9 до 8,6 и O2 раств. от 3,43 до 14,39 мг/дм3 . Содержания радионуклидов составляют (мг/дм3 ): 238U 9,30 · 10−3 – 1,40; 232Th 1,00 · 10−6 – 2,16 · 10−3; активность 222Rn изменяется от 1 до 572,5 Бк/дм3 . Отношение 232Th/ 238U находится в диапазоне от 4,20 · 10−5 до 2,69 · 10−3 при среднем 8,40 · 10−4. Вторая группа отличается меньшей вариацией Eh от +133,2 до +199,6 мВ, pH от 7,5 до 8,5 и O2раств. от 6,81 до 10,43 мг/дм3 . Концентрации радионуклидов изменяются (мг/дм3 ): 238U 2,26 · 10−3 – 2,90 · 10−2; 232Th 7,15 · 10−6 – 5,57 · 10−4. Отношение 232Th/ 238U находится в диапазоне от 8,37 · 10−4 до 4,80 · 10−2 при среднем 9,54 · 10−3. Третья группа также характеризуется окислительной геохимической обстановкой с Eh +131,3– +250,0 мВ, pH от 6,9 до 8,8 и O2раств. от 4,00 до 16,59 мг/дм3 . Содержания радионуклидов составляют (мг/дм3 ): 238U 3,00 · 10−4 – 2,74 · 10−2; 232Th 1,65 · 10−6 – 1,15 · 10−5; активность 222Rn изменяется от 2 до 31 Бк/дм3 . Отношение 232Th/ 238U находится в диапазоне от 2,36 · 10−4 до 1,02 · 10−3 при среднем 6,25 · 10−4. В целом 232Th/ 238U отношение изученных вод свидетельствует об их урановой природе радиоактивности. Полученные данные говорят о незначительном влиянии сброса дренажных вод разрабатываемых месторождений полезных ископаемых на окружающую среду.

1. Посохов Е.В., Толстихин Н.И. Минеральные воды (лечебные, промышленные, энергетические). Л.: Недра; 1977. 240 с.

2. Вериго Е.К., Быкова В.В., Гусев В.К. Заельцовское месторождение радоновых вод (Новосибирское Приобье). В: Новые данные по геологии и полезным ископаемым Западной Сибири. 1979;(14):47–51.

3. Гусев В.К., Вериго Е.К. Радоновые воды Колывань-Томской складчатой зоны, их использование и охрана. В: Изменение природных условий под влиянием деятельности человека. Новосибирск; 1984. C. 99–107.

4. Chupakov A.V., Pokrovsky O.S., Moreva O.Y. et al. High resolution multi-annual riverine fluxes of organic carbon, nutrient and trace element from the largest European Arctic river, Severnaya Dvina. Chemical Geology. 2020;538:119491. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2020.119491

5. El-Mezayen A.M., Ibrahim E.M., El-Feky M.G. et al. Physico-chemical conditions controlling the radionuclides mobilisation in various granitic environments. International Journal of Environmental Analytical Chemistry. 2022;102(4):970–986. https://doi.org/10.1080/03067319.2020.1729758

6. Zhao C., Zhang P., Li X. et al. Distribution characteristics and influencing factors of uranium isotopes in saline lake waters in the northeast of Qaidam basin. Minerals. 2020;10(1):74. https://doi.org/10.3390/ min10010074

7. Yu C., Berger T., Drake H. et al. Geochemical controls on dispersion of U and Th in Quaternary deposits, stream water, and aquatic plants in an area with a granite pluton. Science of the Total Environment. 2019;663:16–28. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2019.01.293

8. Faraj T., Ragab A., Alfy M. E. Geochemical and hydrogeological factors influencing high levels of radium contamination in groundwater in arid regions. Environmental Research. 2020;184:109303. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109303

9. Krall L., Auqué-Sanz L., Garcia-Orellana J. et al. Radium isotopes to trace uranium redox anomalies in anoxic Groundwater. Chemical Geology. 2019;531:119296. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2019.119296

10. Ogawa Y., Ishiyama D., Shikazono N. et al. Fractionation of rare earth elements (REEs) and actinides (U and Th) originating from acid thermal water during artificial and natural neutralization processes of surface waters. Geochimica et Cosmochimica Acta. 2019;249:247–262. https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.01.030

11. Ram R., Vaughan J., Etschmann B., Brugger J. The aqueous chemistry of polonium (Po) in environmental and anthropogenic processes. Journal of Hazardous Materials. 2019;380:120725. https://doi. org/10.1016/j.jhazmat.2019.06.002

12. Восель Ю.С., Мельгунов М.С., Восель С.В. и др. Изотопно-геохимические свидетельства существования аутигенных фаз U(IV) в карбонатных осадках озер. В: Радиоактивность и радиоактивные элементы в среде обитания человека. Материалы V международной конференции. 13–16 сентября 2016, Томск, Россия. С. 167–172.

13. Иванов А.Ю., Арбузов С. И. Геохимия урана и тория в донных отложениях малых искусственных водоемов и озер на территории юга Томской области. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2019;330(4):136–146. https://doi.org/10.18799/24131830/2019/4/233

14. Зеленин В.И., Садуакасова А.Т., Самойлов В.И. и др. Способ извлечения урана из разбавленных растворов и природных вод. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016;(9):252–258.

15. Самойлов В.И., Садуакасова А.Т., Зеленин В.И., Куленова Н.А. Исследование процесса сорбции урана из озерной воды с использованием природных сорбентов и продуктов их модификации. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016;(4):283–291.

16. Исупов В.П., Колпакова М.Н., Борзенко С.В. и др. Уран в минерализованных озерах Алтайского края. Доклады академии наук. 2016;470(5):566–569. https://doi.org/10.7868/S086956521629020X

17. Ташекова А.Ж., Лукашенко С.Н., Койгельдинова М.Т., Мухамедияров Н.Ж. Характеристика элементного состава воды р. Шаган. Вестник КрасГАУ. 2016;12:141–146.

18. Мазухина С.И., Пожиленко В.И., Маслобоев В.А. и др. Формирование химического состава подземных вод в южном Прихибинье на примере водозабора «Предгорный». Вестник МГТУ. 2018;21(1):88–98. https://doi.org/10.21443/1560-9278-2018-21-1-88-98

19. Яковлев Е.Ю., Киселёв Г.П., Дружинин С.В., Зыков С.Б. Исследование фракционирования изотопов урана (234U, 238U) в процессе образования кристаллов льда. Вестник Северного (Арктического) федерального университета. Серия «Естественные науки». 2016;(3):15–23. https://doi.org/10.17238/issn2227-6572.2016.3.15

20. Зыкова Е.Н. Создание основы для проведения мониторинговых исследований изотопов урана на оз. Кудьмозере. В: Международная научно-практическая конференция «Экологическая, промышленная и энергетическая безопасность». Под ред. Л.И. Лукиной, Н.А. Бежина, Н.В. Ляминой. 24–27 сентября 2018, Архангельск, Россия. С. 474–476.

21. Зыкова Е.Н., Зыков С.Б., Яковлев Е.Ю., Ларионов Н.С. Четные изотопы урана в поверхностных водах группы малых озер северо-запада Архангельской области. Успехи современного естествознания. 2018;(4):114–120. URL: https://s.natural-sciences.ru/pdf/2018/4/36734.pdf

22. Чернышев И.В., Голубев В.Н., Чугаев А.В., Манджиева Г.В., Гареев Б.И. Поведение изотопов 238U, 235U, 234U в процессах выветривания вулканических пород с урановой минерализацией (на при мере месторождения Тулукуевское, Восточное Забайкалье). Петрология. 2019;27(4):446–467. https://doi. org/10.31857/S0869-5903274446-467

23. Дойникова О.А., Тарасов Н.Н., Карташов П.М. Урановая минерализация палеодолинных месторождений Витима. Разведка и охрана недр. 2018;(12):24–30.

24. Шкиль И.Э., Поршнев А.И., Малов А.И. Изменение гидрогеоэкологических условий при осушении карьеров южной группы трубок месторождения им. М.В. Ломоносова. Проблемы недропользования. 2016;(3):105–114. https://doi.org/10.18454/2313-1586.2016.03.105

25. Novikov D.A., Dultsev F.F., Kamenova-Totzeva R.M., Korneeva T.V. Hydrogeological conditions and hydrogeochemistry of radon waters in the Zaeltsovsky-Mochishche zone of Novosibirsk, Russia. Environmental Earth Sciences. 2021;80:216. https://doi.org/10.1007/s12665-021-09486-w

26. Новиков Д.А., Копылова Ю.Г., Вакуленко Л.Г. и др. Изотопно-геохимические особенности проявления слаборадоновых вод «Инские источники» (юг Западной Сибири). Известия Томского политехнического университета. Инжиниринггеоресурсов. 2021;332(3):135–145. https://doi.org/10.18799/24131830/2021/03/3108

27. Новиков Д.А., Дульцев Ф.Ф., Максимова А.А. и др. Первые результаты комплексных изотопно-гидрогеохимических исследований Новобибеевского проявления радоновых вод. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2022;333(1):57–72. https://doi.org/10.18799 /24131830/2022/1/3447

28. Novikov D.A., Dultsev F.F., Sukhorukova A.F. et al. Monitoring of radionuclides in the natural waters of Novosibirsk, Russia. Groundwater for Sustainable Development. 2021;15:100674. https://doi.org/10.1016/j. gsd.2021.100674

29. Бабин Г.А., Черных А.И., Головина А.Г. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:1000000 (третье поколение). Серия Алтае-Саянская. Лист N-44 – Новосибирск. Объяснительная записка. СПб: Картографическая фабрика ВСЕ-ГЕИ; 2015. 392 с. URL: https://www. geokniga.org/sites/geokniga/files/mapcomments/n-44-novosibirsk-gosudarstvennaya-geologicheskayakarta-rossiyskoy-federacii-t.pdf

30. Небера Т.С. Типоморфизм породообразующих минералов как показатель эволюции расплава и физико-химических условий образования гранитоидов Колывань-Томской складчатой зоны. [Афтореф. дисс. … канд. геол.-мин. наук]. Томск: Томский политехнический университет; 2010. 23 с.