Геохимия окружающей среды Лекция Техногенные геохимические аномалии

Геохимия окружающей среды Лекция: «Техногенные геохимические аномалии»

Техногенные геохимические аномалии образуются в компонентах ландшафта в результате поступления различных веществ от техногенных источников и представляют собой некоторый объем, в пределах которого значения аномальных концентраций элементов (Са) больше фоновых значений (Сф).

Если техногенная аномалия имеет четкую пространственную и генетическую связь с конкретным источником загрязнения, то такая аномалия называется техногенным ореолом рассеяния. Они фиксируются главным образом в депонирующих средах почвах, донных отложениях, растениях, снежном покрове. В транзитных средах - воздухе, водах, частично донных отложениях, аномалии именуются техногенными потоками рассеяния.

По распространенности выделяются следующие техногенные аномалии: • глобальные - охватывающие весь земной шар (повышенное содержание СО 2 в атмосфере, накопление искусственных радионуклидов); • региональные - формирующиеся в отдельных частях континентов, природных зонах и областях в результате применения ядохимикатов, минеральных удобрений, подкисление атмосферных осадков выбросами соединений серы и др. ; • локальные - образующиеся в атмосфере, почвах, водах, растениях вокруг местных техногенных источников (заводы, рудники и т. д. ) Локальные источники загрязнения, сливаясь, могут привести к образованию техногенных аномалий регионального масштаба (крупные промышленные города, их агломерации).

По влиянию на окружающую среду техногенные аномалии делятся на три типа: 1. Полезные аномалии улучшают состояние окружающей среды. Это известкованные кислые почвы, добавки Na. I и KI к поваренной соли в районах развития эндемического зоба, фторированная питьевая вода, микроудобрения, подкормка домашних животных Со и т. д. 2. Вредные аномалии ухудшают состояние природной среды в результате появления повышенных концентраций токсичных веществ, отрицательно влияющих на живые организмы. Большинство техногенных аномалий относятся к этому типу. 3. Нейтральные аномалии не оказывают влияния на качество окружающей среды (золото в банках, железо в городах и др. ).

• • Одним из критериев аномальности служит коэффициент техногенной концентрации или аномальности Кс, представляющий собой отношение содержания элемента в рассматриваемом аномальном объекте (Са) к его фоновому содержанию в компонентах ландшафта (Сф). Техногенные аномалии обычно имеют полиэлементный состав, в связи с чем предложен суммарный показатель загрязнения (Zc), характеризующий степень загрязнения ассоциации элементов относительно фона:

В практике эколого-геохимических исследований для оценки состояния среды используются ориентировочные оценки опасности загрязнения в аномальных зонах. Для каждого уровня характерны специфические виды заболеваемости населения, особенно детей: • I уровень — увеличение общей заболеваемости; • II уровень — увеличение частоты хронических заболеваний органов дыхания, функциональных отклонений (количества лейкоцитов и др. ); • III уровень — увеличение нарушений репродуктивных функций, иммунной системы и других отдаленных последствий.

Превышение ПДК отдельных загрязняющих веществ (пыль, оксиды углерода и азота, сернистый ангидрид); содержание тяжелых металлов выше фона. 1. Уровень загрязнения по Zc: почв 16— 32; снега 64— 128. 2. Повышенная запыленность снежного покрова (среднесуточная нагрузка 250 - 450 кг/км 2). 3. Содержание Рb в почве более 100 II уровень – высокий, опасный Превышение ПДК. комплекса загрязняющих веществ (пыль, оксиды углерода и азота, сернистый ангидрид); Содержание токсичных элементов (As, Cd, Se, Hg, Pb, F ) выше ПДК 1. Уровень загрязнения почв (Zc = 32— 128) и снежного покрова (Zc = 128— 256). 2. В составе аномалий присутствуют химические элементы (Рb, Hg, Cd) с Кс > 10. 3. Содержание Рb в почве более 250 мг/кг. 4. Среднесуточное выпадение пыли 450— 800 кг/км 2. III уровень – очень высокий, чрезвычайно опасный Превышение ПДК. (иногда многократное) комплекса загрязняющих веществ, в том числе ряда тяжелых металлов 1. Уровень загрязнения почв (Zc > 128) и снега (Zc > 256). 2. Содержание Рb в почве > 400 мг/кг и Hg > 2, 1 мг/кг. 3. Среднесуточная нагрузка пыли > 800 кг/км 2. I уровень – средний, умеренно опасный. мг/кг

Геохимия горнопромышленных ландшафтов

Влияние горно-промышленного комплекса как источника техногенного воздействия на ландшафтную систему заключается в изъятии вещества из природной ландшафтно-геохимической системы. Реализация технологических процессов добычи и переработки полезного ископаемого формирует техногенный поток рассеивания вещества, массовый потенциал которого определяется количеством горной массы, мобилизуемой в процессе добычи: М = Мг + Мо + Мп + М' , где Мг - добытая горная масса в виде готовой продукции - полезного ископаемого (цель функционирования горного предприятия); Мо - горная масса складируемая в отвалы, шламо - и хвостохранилища(вскрышные породы, некондиционные полезные ископаемые, отходы обогащения); Мп - горная масса, рассеиваемая аэро-и гидромассами за геометрическими границами области добычи (потери); М' - горная масса, затронутая техногенным воздействием(изменение структуры, физико - механических свойств, гранулометрического состава, химического состава) (является потенциальным источником Мг, Мо, Мп).

• • Рассматривая горно - промышленный комплекс, как целостную систему можно выделить ряд общих структурных подсистем, входящих в состав любого горного предприятия: добыча горной массы; транспорт горной массы; переработка полезного ископаемого; складирование отходов добычи и переработки. В трех подсистемах (добыча, транспорт, переработка) реализуются техногенные процессы рассеивания вещества, в одной (складирование отходов) - техногенные процессы аккумуляции вещества.

Функционирование горного предприятия вызывает ответную реакцию ландшафтной природной системы, приводящую к возникновению процессов, противоположных техногенным: 1. Реакция природной системы на изъятие вещества в подсистеме добычи - процессы аккумуляции, проявляющиеся в поступлении в систему гидро- и литомасс ландшафта (осадки, грунтовые и подземные воды, обрушение горных выработок). 2. Реакция системы на техногенную аккумуляцию при складировании отходов - процессы рассеивания вещества гидро- и аэромассами ландшафта.

На рассеивание химических элементов при разработке месторождения в общем случае влияют те же факторы, что и при гипергенезе месторождения (природные процессы выветривания): 1. Для пород силикатного состава наблюдается резкая дифференциация в поведении химических элементов. Всегда энергично выносятся и подвижны в потоках рассеивания Zn, Co, Cu, Cd, Se, Pb, As, накапливаются Mo, Ag, Ba, Fe. 2. Для пород алюмосиликатного состава (глинистые породы) подвижность многих элементов резко уменьшается в связи с появлением сорбционного геохимического барьера. Обычно энергично мигрируют только анионогенные химические элементы - S, Se, Te. 3. Для пород карбонатного состава миграция химических элементов всегда резко снижена. Даже для условий выветривания богатых руд большинство элементов ведет себя крайне инертно.

Атмосферные потоки рассеивания при разработке месторождений

1. Источником атмосферных миграционных потоков являются технологические процессы добычи горной массы, приводящие к образованию пыли и газов. В первом приближении состав пыли должен отвечать составу исходных пород добываемой горной массы. 2. В горно-промышленных ландшафтах техногенные аномалии в депонирующих средах (почвы, снежный покров), связанные с атмосферными потоками рассеивания, имеют четко выраженный градиент концентрации от центра к периферии. 3. Центральные части аномалий приурочены к источнику выбросов горному предприятию. В их пределах уровни содержания элементов загрязнителей в десятки и сотни раз превышают фоновые параметры. Размеры центральных частей аномалий достигают нескольких квадратных километров (обычно до 10 км 2).

Технологическими процессами, генерирующими пыль, являются те, которые сопровождаются разрушением горной массы - взрывные работы, бурение, дробление. Остальные технологические процессы, связанные с транспортировкой, пересыпкой складированием горной массы только мобилизуют пыль. генерация перенос осаждение фиксация мобилизация вынос за пределы области добычи

• Наряду с техногенными процессами генерации и мобилизации пыли, в любом горно - промышленном ландшафте функционируют их природные аналоги. Генерация пыли происходит при естественном выветривании открытых поверхностей карьерных выработок, горной массы в отвалах, а мобилизация пыли происходит при сильных ветрах. • Многократные циклы "генерация - мобилизация осаждение" вызывают постепенное обогащение общих ресурсов пыли тонкими фракциями и загрязнение приземного слоя атмосферы витающей пылью. • В целом общее количество пыли в горнопромышленном ландшафте со временем увеличивается.

Водные потоки рассеивания в горно-промышленных ландшафтах

Гидродинамический режим Изменение гидродинамического режима в районах функционирования объектов горных предприятий выражается в искажении, относительно фоновой, структуры поверхностных и подземных водных потоков, которое проявляется: • в формировании депрессионной воронки; • в увеличении скорости и изменении направления водных потоков; • в дренировании поверхностных водотоков.

Гидрохимическая обстановка В горно-промышленных районах резко изменяется характер и интенсивность водной миграции химических элементов по сравнению с естественным ландшафтом: • выведением на поверхность большого количества измельченных горных пород, химический состав которых формировался в термодинамических условиях, отличных от условий земной поверхности; • наличие в горнодобывающий районах обогатительных фабрик приводит к появлению в водных потоках рассеивания техногенных загрязнителей, применяемых в процессах обогащения и переработки полезных ископаемых (флотореагенты).

Изменение водного баланса На водный баланс территории оказывает существенное влияние и наличие внешних отвалов. 1. Из-за достаточно рыхлого внутреннего строения отвалов практически все выпадающие осадки фильтруются к подножию отвалов. 2. Испарение с поверхности отвалов и сток практически отсутствуют. 3. Появление уплотненного водоупорного слоя грунта у подножия отвала вызывает появление области повышенного увлажнения, формирующей часто приотвальные болота, озера или речки.

Эколого-геохимическая оценка воздействия горного предприятия на окружающую среду

Целью эколого-геохимической оценки воздействия горного предприятия на окружающую среду является определение уровня геохимического загрязнения объектов окружающей среды на территории, попадающей в зону воздействия предприятия. Причиной геохимического загрязнения окружающей среды при функционировании горного предприятия являются процессы рассеивания химических элементов, входящих в состав добываемой горной массы, а также химических веществ, применяемых или образующихся в технологических процессах добычи, обогащения, переработки горной массы, складирования или утилизации отходов производства. Уровень геохимического загрязнения территории в зоне воздействия горного предприятия определяется не только мощностью и качественным составом материальных потоков от источников геохимического загрязнения, но и ландшафтногеохимическими условиями территории функционирования предприятия, которые обуславливают процессы накопления и выноса загрязняющих веществ из природного ландшафта.

Задачи эколого - геохимической оценки воздействия горного предприятия на окружающую среду 1. 2. 3. 4. Эколого - геохимическая оценка воздействия горного предприятия на объекты окружающей природной среды включает: Ландшафтно-геохимическую оценку территории расположения горного предприятия по ее устойчивости к техногенному геохимическому загрязнению. Эколого - геохимическую оценку проектных решений по расположению объектов горного предприятия, технологических процессов добычи, обогащения, переработки полезного ископаемого, складирования отходов производства. Оценку уровня геохимического загрязнения объектов окружающей среды на основе анализа мощности и качественного состава потоков рассеивания загрязняющих веществ. Оценку проектируемых и применяемых природоохранных мероприятий по снижению уровня техногенного геохимического воздействия горного предприятия на окружающую среду.

Ландшафтоно-геохимическая оценка территории расположения горного предприятия по ее устойчивости к техногенному геохимическому загрязнению • • Факторы, определяющие интенсивность накопления загрязняющих веществ: кислотно-основные и окислительновосстановительные условия в природных объектах территории (почво-грунты, поверхностные и подземные воды); содержания гумуса и емкость поглощения почв; минералогический состав почв и грунтов; продолжительность неблагоприятных метеоусловий (туманы, штиль). • • • Факторы, определяющие интенсивность выноса и рассеивания загрязняющих веществ: скорость ветров; величина поверхностного и подземного стока; соотношение осадков и испаряемости; рельеф территории; механических состав почв и грунтов; продолжительность периода с температурой выше 0 градусов и суммарная величина солнечной радиации.