Національна Академія наук України

Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення

Радченко Анна Ігорівна

УДК 550.4:546.49+504.54 (477.75)

Ртуть в геохімічних ландшафтах Криму.

Спеціальність 04.00.02 – геохімія

Автореферат

Дисертації на здобуття вченого ступеню

кандидата геологічних наук

Київ – 2000

Дисертація є рукописом.

Роботу виконано у відділі пошукової та екологічної геохімії Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України

Науковий керівник: Член-кореспондент НАН України, доктор геолого-мінералогічних наук, професор Жовинський Едуард Якович

(Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України та Міністерство екології та природних ресурсів України)

Офіційні опоненти: доктор геолого-мінералогічних наук Суярко Василь Григорович (Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України)

Кандидат геолого-мінералогічних наук Івантишина Ольга Михайлівна (Державний науковий центр радіогеохімії навколишнього середовища НАН і МЧС України)

Провідна організація: Інститут геології та геохімії горючих корисних копалин НАН України, Львів

Захист відбудеться “2” листопада 2000 р. о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.203.01 при Інституті геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України (03680, Київ-142, пр. Палладіна, 34).

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України (03680, Київ-142, пр. Палладіна, 34).

Автореферат розіслано “29” вересня 2000 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради кандидат геолого-мінералогічних наук Л.Л.Томурко.

Загальна характеристика роботи.

Актуальність теми дисертації. В останнє десятиріччя в усьому світі помітно зросла кількість робіт з геохімії ртуті, спрямованих на дослідження форм її знаходження (ФЗ), трансформації та міграції у різних середовищах біосфери. Це зумовлено тим, що ртуть є надійним індикатором ендогенного зруденіння, тож розширення знань в цій галузі сприяє вдосконаленню ртутометричних методів пошуку. З іншого боку, ртуть належить до токсичних елементів першої групи небезпеки і поглиблення знань щодо її розподілу та поведінки у різних середовищах еколого-геохімічних зон сприяє об’єктивній оцінці екологічного стану геологічного середовища. В Криму, починаючи з 50-х років, виконано великий об’єм ртутометричних літо-, гідро-, атмогеохімічних досліджень, у зв’язку з різномасштабними прогнозно-пошуковими, геолого-зйомочними, інженерно-геологічними та санітарно-екологічними роботами. В той же час практично не вивчено ФЗ ртуті, особливості їх розподілу в породах, мінералах та грунтах, трансформація і міграція в геохімічних системах, що є важливим критерієм оцінки геохімічної та екогеологічної значимості ртутних аномалій. Це і зумовило актуальність та доцільність проведення досліджень розподілу, трансформації та міграції ФЗ ртуті у різних ландшафтно-геохімічних зонах Криму.

Зв’язок роботи з науковими програмами та темами. Обраний напрямок досліджень узгоджується з державною програмою створення системи моніторингу довкілля (постанова Кабінету Міністрів України від 30 березня 1998 р. № 391) та галузевою програмою геолого-екологічних робіт на 1990–2005 роки (наказ Геолкому України № 61 від 20.04.98), які передбачають, зокрема, вивчення геохімічного стану ландшафтів, вмісту та розповсюдження в них токсичних елементів та сполук. Складовою дисертації є також дослідження, проведені у рамках тематичної роботи “Вивчення поведінки ртуті як основного лімітуючого фактору в еколого-геохімічних ландшафтах Криму”, що виконується автором згідно з проектом КП “Південекогеоцентр” Міністерства екології та природних ресурсів України (2000 р., № ДР 0100U000455), а також робіт по проектах Держкомгекології України: “Розробка методичних тимчасових положень з еколого-геохімічного картування території України” (1997-2000 р.р., № ДР 197U0006729); “Геохімія важких металів та галогенів у грунтах і гірських породах різних еколого-геохімічних ландшафтів України” (1992 – 2000 р.р., № ДР 0196U012201).

Мета та задачі дослідження. Метою роботи є оцінка ступеню забрудненості ландшафтно-геохімічних зон Криму ртуттю на основі встановлення особливостей її розподілу і міграції в локальних системах: грунтоутворююча порода – грунт, грунт – розчин, мінерал – вміщуюче середовище. В рамках поставленої мети були вирішені такі основні задачі:

1.

2.

3.

4.

Об’єкт дослідження – ртуть в фонових та аномальних (природних і антропогенних) полях ландшафтно-геохімічних зон Криму.

Предмет дослідження – особливості розподілу, трансформації та міграції ртуті та її ТФ в геохімічних системах еколого-геохімічних зон Криму.

Методи дослідження – для визначення вмісту ртуті та її ТФ в корінних породах, мінералах та грунтах був використаний атомно-абсорбційний метод. Відбір проб проводився у всіх ландшафтно-геохімічних зонах із збереженням природного зв’язку в локальних системах: грунтоутворююча порода – грунт, мінерал – вміщуюче середовище. Отримані атомно-абсорбційним методом термоспектри ртуті було застосовано як якісний показник для характеристики та систематизування об’єктів.

Наукова новизна отриманих результатів.

Визначені термоспектри ртуті для всіх вікових та літологічних різновидів грунтоутворюючих порід та грунтів, а також – для гідротермальних і діагенетичних мінералів різних класів.

Встановлено особливості перерозподілу ТФ ртуті в системах грунтоутворююча порода – грунт, грунт – розчин, мінерал – вміщуюче середовище. На основі цього показано можливість розділення природних та техногенних аномалій.

Встановлений вміст ртуті та її ТФ в галузевих регіональних стандартних зразках грунтів “чистого” та “забрудненого”, що можуть бути використані як еталонні для півдня України. Зафіксовано зміни термоспектру ртуті в грунтах в залежності від глибини опробування.

Оцінений вплив ртуті як елементу першого класу небезпеки на геологічне середовище Криму. Визначені орієнтовні маси ртуті, що містяться в корінних породах, біокосних системах і потоках масопереносу.

Практичне значення отриманих результатів.

Створено базу ртутометричних даних та на її основі побудовано карти-схеми вмісту ртуті в грунтах та грунтоутворюючих породах, що можуть бути використані при комплексній оцінці еколого-геохімічного стану ландшафтно-геохімічних зон Криму.

Показано, що природні джерела надходження ртуті в біосферу Криму не становлять загрози для довкілля, хоча ділянки впливу деяких з них і розглядають як локальні геопатогенні зони. Вміст ртуті в техногенних аномаліях безпосередньо близько до джерела інколи перевищує фоновий і наближується до природно-аномальних концентрацій ртуті.

Фактичний матеріал та особистий внесок автора. Основою для аналітичних та експериментальних робіт слугували матеріали опробування, що проводилось автором протягом польових робіт (1997–1998 р.р.). Було опробувано основні вікові та літологічні різновиди порід та розвинуті на них грунти у всіх ландшафтно-геохімічних зонах Криму, а також зібрано колекцію жильних гідротермальних та діагенетичних мінералів. Усього було відібрано 274 проби порід і грунтів, в яких визначено вміст ртуті, а в половині з них – ТФ ртуті. Вміст ртуті визначено в 206 пробах мінералів, для 35 з яких встановлено термоспектри ртуті. Проведено експериментальні роботи по вивченню міграції ТФ ртуті в системі грунт – розчин і у вертикальному розрізі грунту. Виконано узагальнення результатів аналітичних та експериментальних робіт, а також опрацьовано аналітичні результати ртутометричних досліджень, що виконувались в Криму протягом останніх 30-ти років. Обробка всіх цих матеріалів, разом з аналітичними та експериментальними відомостями автора, проводилась за допомогою комп’ютера, що дозволило створити статистичну ртутометричну базу по біосфері Криму.

Апробація та публікація результатів роботи.

Результати досліджень доповідались в м. Кривий Ріг на третій регіональній конференції “Сучасні проблеми геології і мінералогії гірничорудних районів України” (1999 р.) і в м. Києві на науково-технічному семінарі “Проблеми прикладної геохімії” (1999 р.).

Основні положення дисертації опубліковано в “Минералогическом журнале” (т. ХХІ, № 1 і № 5-6, 1999), журналі “Мінеральні ресурси України” (№ 2, 2000), Геолого-мінералогічному віснику (Кривий Ріг, Мінерал, № 2, 1999) і збірнику наукових статей “Проблеми прикладної геохімії” (Київ, 1999).

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, заключення, що викладені на 141 сторінках; у тому числі: 29 ілюстрацій, 18 таблиць, а також список використаних джерел із 189 найменувань; текстова частина викладена на 101 сторінці.

Автор висловлює глибоку подяку за допомогу, поради та загальне керівництво в проведенні досліджень своєму науковому керівникові – член-кореспонденту НАН України, доктору геолого-мінералогічних наук, професору Е.Я.Жовинському, а також доктору геологічних наук І.В.Кураєвій за поради та обговорення окремих результатів роботи в ході її виконання. Автор користувався консультаціями співробітників Українського Державного інституту мінеральних ресурсів: доктора геолого-мінералогічних наук Ю.А.Полканова, кандидатів геолого-мінералогічних наук Т.Й.Добровольської, Ю.І.Шутова і В.І.Морозова. При виконанні експериментальних та аналітичних робіт неоцінима послуга була надана В.П.Щербаковим, А.З.Аніщенко, Н.М.Колесник – всім їм автор глибоко вдячний.

Зміст роботи

Розділ 1

Стан проблеми

Проблеми геохімії ртуті всебічно розглянув А.А. Сауков (1948). Подальша розробка цієї проблеми призвела до відкриття закономірностей розподілу ртуті в літосфері та атмосфері, а на цих засадах – до розробки різних модифікацій ртутометричних методів пошуку ртутних родовищ. Протягом цього ж періоду, у другій половині двадцятого століття, інтенсивно вивчалася поведінка ртуті у навколишньому середовищі, а також її санітарно-гігієнічне та екологічне значення. Таким чином, визначилися два напрямки досліджень – геолого-геохімічне та санітарно-екологічне, які взаємно доповнюють один одного.

В Україні наявність ртуті у різних концентраціях та формах встановлено як на платформі, так і у складчастих областях. Усюди фіксується поєднаність ртутних та ртутьмістячих проявів із газонафтовими та єдиний тектонічний контроль, який виражається у зв’язаності з глибинними розломами та вузлами їх перетину. Розробка родовищ ртуті та переробка ртутьмістячої сировини призводять до надходження техногенної ртуті у довкілля. У Донецькій ртутній біогеохімічній провінції та у Вишковському районі Закарпатської ртутно-рудної провінції ртуть є надлишковим елементом практично у всіх середовищах і являє собою загрозу для довкілля.

В Криму, в результаті ртутометричних досліджень виявлено ряд корінних рудопроявів і численні ділянки з аномально-підвищеним вмістом ртуті. В той же час практично не вивченими є форми знаходження ртуті, особливості їх розподілу в різних породах, мінералах та грунтах, трансформація та міграція у взаємопов’язаних середовищах, що необхідно як для вдосконалення ртутометричних методів пошуку, так і для оцінки та прогнозу екологічного стану біосфери Криму.

Розділ 2

Фізико-хімічні особливості ртуті, її поширення та міграція в біосфері

Поведінку ртуті у середовищах біосфери визначають її фізико-хімічні властивості, серед яких найспецифічнішими є висока леткість, природна атомізація, істотна сорбційність, здатність утворювати іони та комплексні сполуки різної валентності, амальгамація благородних металів, велика атомна вага, низька здатність до розчинності у воді, хімічна стійкість та здатність перебувати у різних фазових станах. У літосфері кларк ртуті, за оцінками різних авторів, складає (4.5-8.3)*10-3 мг/кг при близьких значеннях середніх вмістів у магматичних та осадових породах. Це свідчить про високу однорідність її первісного розподілу та квазігазоподібному входженні у гірські породи переважно в елементарній формі. Зі збільшенням вмісту ртуті зростає кількість форм її знаходження і досягає максимуму в рудах та навколорудних породах, де вони представлені переважно неорганічними сполуками. В грунтах, при середньому вмісті (3-7)*10-3 мг/кг, концентрації ртуті змінюються у межах одного-двох порядків. Максимальні значення властиві гумусовому горизонту і типам грунтів, що збагачені гумусовою речовиною. Характерним є розмаїття неорганічних та органічних форм знаходження ртуті, в тому числі також високомолекулярних комплексів з фульво- та гуміновими кислотами. Кларк ртуті у гідросфері дорівнює 3*10-6 мг/л при коливаннях значення вмісту в різних типах природних вод в межах 2-3 порядків. В гідросфері ртуть присутня в елементарній формі, неорганічних та органічних сполуках у вигляді розчинів, зависів та сорбована на органічній і мінеральній речовині. Вміст ртуті у фоновому полі приземної атмосфери складає (0.n-n)* 10-9 мг/л, зафіксована вона в атомарній і іонній формі, в різних неорганічних та органічних сполуках у газовій фазі, а також сорбована на аерозолях та пароконденсаті. Середній вміст ртуті у “живій” речовині складає n*10-4 мг/кг, де її наявність встановлена у всіх рослинних та тваринних формах.

Масоперенос ртуті здійснюється ендо- та екзогенними потоками. Ендогенні потоки забезпечують надходження ртуті з мантійних джерел у геологічне середовище, а екзогенні, оскількі вони є вторинними, сприяють головним чином дисперсії речовини та забезпечують його кругообіг в середовищах біосфери. Ртуть, що надходить з техногенних джерел, не утворює свого “антропогенного” кругообігу, а входить у природний і (за умови інтенсивного її надходження) створює різкий дисбаланс між різними середовищами.

Розділ 3

Методологія, об’єкти та методи досліджень

Основним напрямком вивчення закономірностей розподілу, міграції і трансформації ртуті та її форм знаходження було обрано системний підхід, якого автор притримувався на всіх етапах свого дослідження. Його об’єктами були грунти, грунтоутворюючі породи та мінерали. Відбір зразків проводився у всіх ландшафтно-геохімічних зонах Криму із збереженням природного зв’язку в локальних системах: порода – грунт; мінерал – вміщуюче середовище. Вміст ртуті визначали в лабораторії УкрДІМР атомно-абсорбційним методом на ртутному атомно-абсорбційному фотометрі (РАФ-1) в твердій та рідкій фазах, а в газовій фазі – на приладі АГП (аналізатор газортутний польовий). Діапазони виміру на цих приладах складають відповідно (2.0 – 10000)*10-5 мг/кг та (0.5 – 1.0)*10-8 мг/л, випадкова похибка по інтервалах вимірюваних величин становить 30%. Термоспектри ртуті у грунтах, породах та мінералах визначалися також на приладі РАФ методом ступеневої сублімації в інтервалі температур 100-8000С (ступінь складає 1000С). Таким чином, повний термоспектр складається з 8 термоформ (ТФ), кожна з яких є сукупністю природних сполук ртуті, що сублімуються на даному ступеню. Зіставлення отриманих термоспектрів з температурами сублімації конкретних сполук ртуті дозволяє визначити форми її знаходження, проте значні розходження у визначенні цих температур різними авторами ставлять під сумнів надійність селективності такої інтерпретації. Більш коректним є говорити не про конкретні форми знаходження ртуті, а про групи низько-, середньо- та високотемпературних форм знаходження, в складі яких можуть бути такі: низькотемпературні (100-2000С) – елементарна та сорбована ртуть, галоїдні, частково окисні, сульфатні та органічні сполуки; середньотемпературні (300-6000С) – сульфідні, частково окисні, сульфатні сполуки і, можливо, ізоморфна (для мінералів з низькою енергією руйнування структури); високотемпературні (600-8000С) – ізоморфна, частково органічна, сульфідна. Термоспектри, що отримуються цим методом, є узагальнюючим показником, який характеризує досліджувані об’єкти, і дозволяє систематизувати їх та зіставляти за кількісним і якісним співвідношенням ТФ.

Розділ 4

Розподіл ртуті в компонентах геологічного середовища Криму

Розподіл концентрацій ртуті в корінних породах Криму змінюється у межах 4 порядків: в теригенних породах (піщано-глинисті лупаки, глини) від 0.013 до 0.95 мг/кг, в карбонатних породах (вапняки, мергелі) від 0.012 до 0.65 мг/кг, в магматичних породах (ефузивних та інтрузивних) від 0.02 до 10.0 мг/кг. Найбільш високий вміст зафіксовано для магматичних гідротермально змінених порід. Встановлено зв’язок валового вмісту ртуті з часом утворення карбонатних порід – у напрямку від тріас-юрських до неогенових вміст ртуті зменшується. Для теригенних утворень встановлено підвищений вміст, що відповідає періодам активного вулканізму (верхній тріас – середня юра, нижня крейда) (рис. 1).

Вміст ртуті в мінералах змінюється суттєво (n*10-3 – 10n мг/кг). Найбільш високий вміст характерний для сульфідів та алуштиту, що супроводжує ртутну мінералізацію. Алюмосилікати, силікати, окисли заліза та алюмінію містять ртуті на два порядки менше. Найбільш низький середній вміст є характерним для карбонатів, цеолітів, фосфатів, сульфатів та нітратів. Для них також є характерним і найбільший діапазон концентрацій, що пояснюється їх здатністю кристалізуватись на різних стадіях гідротермального та діагенетичного процесів.

Вміст ртуті у грунтах екологічно чистих ділянок залежить від такого у грунтоутворюючих породах, узгоджується з кількістю та якістю сорбентів (гумус, карбонати, глинисті мінерали) і складає у фоновому полі чорноземів 0.008–0.09 мг/кг; бурих грунтів – 0.01–0.1 мг/кг; коричневих – 0.08–0.26 мг/кг; дереново-карбонатних – 0.02–0.09 мг/кг; солонцюватих, солонців, солончаків – 0.03-3.0 мг/кг. Незалежно від типу грунтів більш високим вмістом ртуті характеризуються грунти, що розвинені на піщано-глинистих (T3–J1), вулканогенно-теригенних (J2, K1) породах і сопочних брекчіях Керченського півострова (N2–Q). Цей вміст в 1.5 раза нижчий, ніж у грунтоутворюючих породах. Грунти, розвинені на карбонатних породах, навпаки, містять в 2 рази більше ртуті, ніж грунтоутворюючий матеріал (рис. 2).

У грунтах, породах і мінералах встановлено низько-, середньо- та високотемпературні термоформи. В корінних породах встановлено всі 8 ТФ: в теригенних породах – від 2 до 8, в хемогенних – від 4 до 8, в магматичних – від 5 до 7. Основна кількість в усіх групах припадає на ТФ 300 і 400, при цьому в теригенних породах вони складають 78–100% за відсутності ТФ-100, а на ТФ 200 і 500 тут припадає до 9.3%. Високотемпературні ТФ складають до 12.5%. В карбонатних породах ТФ 100 і 200 складають до 5.3%. На ТФ 300 і 400 припадає 85–98%, високотемпературних форм не більше 10%, кількість ТФ-500 не перевищує 5%. В магматичних породах ТФ-100 як правило відсутня, а ТФ-200 складає перші відсотки. На ТФ 300 і 400 припадає від 75 до 90% ртуті. Вміст ТФ-500 та високотемпературних форм практично однаковий і не перевищує 2–5%.

Вивчення термоспектрів ртуті в мінералах показало, що: для мінералів класів силікатів, карбонатів, окислів та гідроокислів заліза більша кількість високотемпературних ТФ є характерною для утворених при більш високих температурах; для сульфідів заліза та цеолітів існує пряма залежність між вмістом ртуті в мінералі та кількістю ТФ-400. Крім того, у всіх піритах присутня ТФ-700, чого не спостерігається для марказитів; у класі сульфатів в мінералах барію ртуті більше, ніж в мінералах кальцію, переважно за рахунок високотемпературних ТФ; кількість валової ртуті, а також ТФ-400 для мінералів класу алюмосилікатів зростає з розвпрорядкованістю їх структури.

Основна маса ртуті в грунтах припадає на ТФ 300 та 400 (до 80%). Кількість ТФ у різних підтипах чорноземів коливається від 3 до 7, в бурих, коричневих та дереново-карбонатних – 4 – 7. Низько- та високотемпературні форми встановлено не у всіх пробах. Менш за все високотемпературних ТФ у чорноземах, більш за все – в дереново-карбонатних і коричневих грунтах. Для чорноземів, коричневих та дереново-карбонатних грунтів, що розвинені на карбонатних породах, є характерним різке переважання ТФ-300 (300/400>>1), а для бурих та дереново-карбонатних на теригенних породах 300/400<1. У цілому, характер розподілу ТФ в грунтах фонових та природно-аномальних ділянок залежить від грунтоутворюючих порід та типу грунту, при цьому співвідношення ТФ в грунті та підстеляючій породі аналогічно.

Природні води характеризуються невисоким загальним вмістом ртуті, а також – не великим інтервалом коливань її концентрацій. Це пов’язано з низьким ступенем мінералізації вод на даній території та з їх рН, що є близьким до нейтрального (6.5–7.5). При взаємодії грунтів з нейтральними водами ртуть практично не виноситься. Слабкокислими та слабколужними водами ртуть із грунтів вимивається у рівних кількостях, переважно це ртуть ТФ-300, після чого формою, що переважає в грунтах стає ТФ-400.

Вміст ртуті в атмосферному повітрі у середньому на порядок нижчий, ніж у грунтовому та коливається всюди у межах трьох порядків. Максимальні для території Криму (без урахування техногенного забруднення) значення вмісту ртуті в атмосфері зафіксовані на Керченському півострові, дещо менші – встановлені у районах рудопроявів ртуті та в областях геодинамічної активності. На територіях, що є віддаленими від джерел ртуті її вміст у грунтовому повітрі відповідає значенню геохімічного фону (0.1*10-4 мг/л).

Зіставлення отриманих даних про розподіл ртуті у компонентах біосфери Криму з такими ртутних біогеохімічних провінцій та районів свідчить, що її вміст у всіх системах біосфери Криму на 1–2 порядка нижчий. Низькі значення вмісту ртуті та характер їх розподілу як у компонентах біосфери, так і в локальних комплексних (природно-техногенних) аномаліях виключає можливість формування тут стабільних, значних за площею аномалій ртуті та віднесення Криму або ж його окремих ландшафтно-геохімічних зон до категорії ртутних біогеохімічних провінцій.

Розділ 5

Геохімія ртуті в еколого-геохімічних зонах Криму

За особливостями геологічної будови, розміщення природних джерел ртуті, ландшафтно-геохімічних умов та рівню антропогенного навантаження на території Криму виділено три області: Гірський Крим, Рівнинний або Степовий Крим та Керченський півострів.

Природні джерела ртуті у Гірському Криму, до якого входять три ландшафтно-геохімічні зони – ПБК, Головна гряда, Передгірський Крим, пов’язані із глибинними розломами ортогональної системи та приуроченими до них ртутними рудопроявами і зонами геодинамічної активності. Антропогенні джерела представлені кар’єрами по розробці будматеріалів, промпідприємствами, автошляхами, аграрно-промисловими та комунально-побутовими об’єктами. В природних аномальних полях у грунтах, грунтовому повітрі та гідросфері вміст ртуті тільки в окремих пробах перевищує мінімально-аномальні значення (в 2–10 разів вищий за фоновий). Як правило це стосується проб, відібраних безпосередньо біля джерела. Розподіл ТФ ртуті у грунтах коричневих, бурих гірських, солонцюватих коричневих на фонових ділянках має ті ж особливості, що й розподіл у відповідних грунтоутворюючих породах. Для дереново-карбонатних грунтів та чорноземів карбонатних відношення 300/400 є оберненим до такого у відповідних грунтоутворюючих породах. Для всіх вказаних типів грунтів з екологічно чистих ділянок характерна наявність 3–5, рідше 6 ТФ, 50–80% яких припадає на ТФ 300 і 400. Часто відсутні ТФ 100, 200, 700, 800.

У аномальних полях різноманітних джерел в грунтах спостерігається приріст (поява) ТФ 100, 200, 700, 800. У районах ртутних рудопроявів грунти характеризуються таким же термоспектром, як і у фоновому полі, при цьому незначно зростає кількість ТФ 100 і 800; поблизу кар’єру по розробці вивержених порід розподіл ТФ близький до такого у фоновому полі, але дещо більше міститься ТФ 300 і 400. Це пов’язано з їхнім надходженням з пилом, що утворюється при дробленні порід, які містять ртуть у сульфідній формі. Уздовж автодоріг відмічено незначне переважання ТФ-300 над ТФ-400 і збільшення кількості ТФ 100 і 200 – сорбованої і атомарної рухливих форм. У районі військового полігона відзначені усі ТФ, при високому вмісті високотемпературних малорозчинних форм, співвідношення 300/400 обернене до такого у фоновому полі. У районі звалищ комунально-побутових відходів відзначено значний приріст ТФ 500 і 600, дещо менше – 100, 200 (малорухомі ртутьорганічні і легкорухомі низькотемпературні ФЗ). Зважаючи на те, що аналізована територія характеризується високою здатністю до самоочищення ландшафтів і сформований тут природний баланс ртуті практично не порушується її надходженням з антропогенних джерел (кар’єри, автодороги), можна стверджувати, що ртуть тут не представляє екологічної небезпеки.

Для Керченского півострова основним природним джерелом надходження ртуті в біосферу є грязьові вулкани, у всіх продуктах діяльності яких виявлено підвищений вміст ртуті. Техногенні джерела представлені в основному промпідприємствами м.Керчі; у межах їхніх промплощадок вміст ртуті в грунтах досягає 28.0 мг/кг. У грунтах поблизу грязьових вулканів установлені максимальні концентрації рухливих (низькотемпературних) форм ртуті при її загальному високому вмісті. Поза зонами розвитку грязьових вулканів як у грунтах, так і в грунтоутворюючих породах, більше половини всієї ртуті припадає на ТФ-300 – сульфідну форму. Вміст ртуті у всіх компонентах біосфери Керченского півострову перевищує такий в Гірському Криму. Зважаючи на те, що геологічне середовище ландшафтно-геохімічної зони Керченского півострова відносять до категорії сильно техногенно змінених, а ландшафти тут характеризуються низькою здатністю до самоочищення, ртуть можна розглядати як лімітуючий елемент, що посилює токсичність комплексних геохімічних аномалій.

Аналіз розподілу ртуті в компонентах біосфери Рівнинного Криму, до якого входять ландшафтно-геохімічні зони Степового Криму і Присивашшя, дозволяє говорити про відсутність на цій території природних джерел, що створюють аномальні концентрації ртуті.

Техногенні джерела пов’язані з промвузлами міських агломерацій переважно північного Присивашшя. Саме тут за рахунок відходів і викидів промпідприємств формуються комплексні аномалії, до складу яких входить і ртуть. Вміст ртуті в грунтах проммайданчиків перевищує фоновий у сотні раз, а у водах Чонгарської протоки, куди потрапляють рідкі промстоки – в 2.5–3 рази вище фонового. Такий розподіл ртуті в грунтах і водах промзон і прилягаючих до них районів дозволяє відносити ці території до екологічно несприятливих.

Кількість ТФ у грунтах і грунтоутворюючих породах на екологічно чистих ділянках – 4–5 (100–500), із явним переважанням ТФ-300 (до 80%). На забруднених грунтах, де валовий вміст ртуті вище на 1–2 порядки, її приріст відбувається за рахунок ТФ 200, 400, 500 – адсорбованої, сульфатної і ртутьорганічних форм. Причому вміст легкорухомої ТФ-200 підвищується до 50–55% у чорноземних грунтах і до 20% у каштанових. Для ландшафтів Рівнинного Криму характерна низька здатність до самоочищення і переважно латеральна міграція, що призводять до площинного поширення рухливих форм ртуті і накопиченню їх у верхніх водоносних горизонтах. На розвиток площинного забруднення ртуттю істотно впливає також зрошення полів водами Північно-Кримського каналу, концентрація ртуті в яких у 2–10 разів вище, ніж у гідросфері Криму.

Наведені в дисертаційній роботі дані про вміст ртуті в компонентах біосфери Криму та у міграційних потоках дозволили розрахувати її валові і питомі маси й оцінити кількість ртуті у деяких із них (табл. 1, 2). Загальна маса ртуті в біосфері Криму оцінюється в 10 тонн, при цьому 0.2 із них знаходиться в корінних породах (50-ти см шар), 0.34 – у грунтах (50-ти см шар), 1.12 – у гідросфері і 8.5*10-9 – в атмосфері.

Питома маса ртуті в педосфері значно перевищує таку в корінних породах. Серед гірських порід найбільша питома маса ртуті властива теригенним (переважно глинистим) породам, седиментація яких припадає на час активного вулканізму, магматичним породам і сопковим брекчіям грязьових вулканів, тобто породам, близьким у просторовому або часовому відношенні до глибинних джерел ртуті.

Вплив антропогенних джерел прослідковується за значенням питомих мас ртуті в грунтах промислово-міських агломерацій і в мулах водойм, у які скидаються води дренажних систем і промстоки. Питомі маси ртуті тут удвічі вищі, ніж у тих же компонентах, віддалених від техногенних джерел. Повітряні і водяні потоки масопереносу видаляють надлишкову ртуть і фактично виводять її з циклічного масообміну, забезпечуючи тим самим її рівновагу в біосфері Криму.

Таблиця 1

Маса ртуті в біосфері Криму (в тонах)

Компоненти біосфери | Маса ртуті

Корінні породи (0.5 м) | 0.20

Сопочні брекчії | 1.12

Грунти (0.5 м) | 0.34

Мули | 0.30

Поверхневі води | 0.75

Підземні води | 0.37

Повітря (приземне – 50 м, підземне, грунтове) | 8.5*10-9

Таблиця 2

Масоперенос ртуті в біосфері Криму (в тонах в рік)

Міграційний потік | Маса ртуті | Напрям потоку

Твердий (пролювій) | 0.41 | континентморе

Водний

Поверхневі води

Субмаринний стік

Північно-Кримський канал

Атмосферні осадки |

0.98

0.07

2.0

0.15*10-3 |

континентморе

континентморе

поверхневі води грунт

атмосфераліто-, гідросфера

Біологічний (опад) | 0.03

Газовий

Пари ртуті

Гази грязьових вулканів |

1.45*10-3

0.16*10-6 |

грунтатмосфера

глибокі горизонтиатмосфера

Висновки

(положення, що захищаються)

1. Розподіл концентрацій ртуті залежить: у мінералах - від фізико-хімічних умов мінералоутворюючого середовища, концентрації (вмісту) ртуті в ній і структурних особливостей мінералу; у породах - від літологічного складу, часу утворення і близькості до природних джерел надходження; у грунтах - від концентрації в грунтоутворюючих породах, сорбційної здатності і впливу природних і антропогенных джерел.

2. Кількісний і якісний розподіл ТФ ртуті в компонентах системи грунтоутворююча порода-грунт дозволяють розбраковувати природні й антропогенні аномалії і визначати тип джерела останніх.

3. Для оцінки ступеня забруднення геологічного середовища ртуттю запропонована комплексна методика, заснована на вивченні термоспектрів ртуті в локальних системах і підрахунку валових і питомих мас у компонентах геологічного середовища і потоках масопереносу з виділенням критичних ланок накопичення ртуті.

Публікації

1. Радченко А.И. Распределение ртути в ландшафтно-геохимических зонах Крыма//Минералогический журнал. – 1999. – т. 21, № 1. – С.79-84

2. Радченко А.И. Формы нахождения ртути в биосфере//Минералогический журнал. – 1999. – т. 21, № 5-6. – С.48-56

3. Радченко А.И. Геохимия ртути в системе открытого карста Горного Крыма// Мінеральні ресурси України. – 2000. – № 2. – С.38-41

4. Радченко А.І. Про деякі особливості розподілу ртуті в породах і грунтах Криму – Зб. Проблеми прикладної геохімії. – Київ, 1999. – С.108-111

5. Радченко А.И. Формы нахождения ртути в средах и геохимических системах биосферы//Геолого-минералогический вестник. – 1999. – № 2. – С.66-69

6. Радченко А.И. Термоформы ртути в системе почвообразующая порода – почва (на примере Крыма)// Геолого-минералогический вестник. – 1999. – № 2. – С.70-71.

Аннотації

Радченко А.І. Ртуть в геохімічних ландшафтах Криму. – Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата геологічних наук за спеціальністю 04.00.02 – геохімія. – Інститут геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України, Київ, 2000.

Дисертацію присвячено проблемі розподілу і міграції ртуті та її форм знаходження в компонентах ландшафтно-геохімічних зон Криму. В роботі запропоновано методику дослідження поведінки ртуті в ландшафтоутворюючих системах грунтоутворююча порода – грунт і грунт – розчин. Методика базується на системному опробуванні взаємопов’язаних компонентів і аналізі проб атомно-абсорбційним методом з встановленням термоспектрів ртуті. Виявлено, що розподіл ртуті в Криму визначений: в породах – умовами седиментації, наступного діагенезу та віддаленістю від природних джерел ртуті; в грунтах – концентрацією ртуті в грунтоутворюючих породах, типом грунтів і впливом антропогенних джерел. Вивчення розподілу термоформ в системі грунтоутворююча порода – грунт дозволяє виділяти аномальні ділянки і розділяти їх на природні і техногенні з встановленням типу джерела останніх.

Ключові слова: ртуть, міграція, термоспектр, форма знаходження, термоформа, Крим, ландшафтно-геохімічна зона, система грунтоутворююча порода – грунт, антропогенне забруднення.

Радченко А.И. Ртуть в геохимических ландшафтах Крыма. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата геологических наук по специальности 04.00.02 – геохимия. – Институт геохимии, минералогии и рудообразования НАН Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена вопросам распределения и миграции ртути и ее форм нахождения в компонентах ландшафтно-геохимических зон Крыма. В работе предложена методика изучения поведения ртути в ландшафтообразующих системах почвообразующая порода – почва и почва – раствор. Методика основана на системном опробовании взаимосвязанных компонентов и анализе проб атомно-абсорбционным методом с установлением термоспектров ртути. Установлено, что распределение ртути в Крыму определяется: в породах – условиями седиментации, последующего диагенеза и близостью природных источников ртути; в почвах – концентрацией ртути в почвообразующих породах, типом почв и влиянием техногенных источников. Изучение распределения термоформ в системе почвообразующая порода – почва позволяет выделять аномальные участки и разбраковывать их на природные и техногенные с установлением типа источника последних.

Ключевые слова: ртуть, миграция, термоспектр, форма нахождения, термоформа, Крым, ландшафтно-геохимическая зона, система почвообразующая порода – почва, антропогенное загрязнение.

Anna RADCHENKO

Mercury in geochemical landscapes of the Crimea Manuscript

Thesis on competition of an academic degree of the candidate of geological sciences on a speciality 04.00.02 – geochemistry. – Institute of geochemistry, mineralogy and ore formation of National Academy of Sciences of Ukraine, Kiev, 2000.

The thesis is devoted to study of questions of distribution and migration of mercury and forms of its presence (groups of concrete chemical mercury compounds) in components of landscape-geochemical zones of the Crimea with the purpose of objective estimation of ecological condition of geological environment and features of mercury migration.

Scientific novelty of the received results. 1. Thermoforms of mercury and features of their distribution in all age and lithological differences of soil-forming rocks and soil types, and also in hydrothermal and diagenetic minerals of different classes, are defined. 2. The total content of mercury and its thermoforms in branch standard soil samples (“clean” and “dirty”), which can be used as a standard, is defined. The differences of distribution and migration of mercury thermoforms in soils of natural and technogenic landscapes are determined. 3. The features of mercury total contents and thermoforms redistribution in soil-forming rock – ground, ground – solution, and also mineral – containing environment systems are established. 4. The flows and the forms of mercury migration with quantitative balance for separate landscape-geochemical zones are marked. 5. The knowledge of the total contents of mercury distribution in all components of the Crimean geological environment are extended and generalised.

Practical importance of the received results. 1. The databank is created and diagrammatic maps of the total contents of mercury in soils and soil-forming rocks, which can be used for the complex estimation of ecological condition of the Crimean landscape-geochemical zones, are developed on its basis. 2. It is shown that the natural sources of mercury inflows to biosphere do not create steady anomalies exceeding the maximum-rated concentration and do not cause threats for life, though some of them are considered as local geopathogenic zones. The contents of mercury in technogenic anomalies in immediate proximity to a source exceed the maximum-rated concentration; however, it does not render influence on general balance of mercury in biosphere. 3. It is defined that the increased total concentrations of mercury not only in iron sulphides, but also in calcite and quartz, can be an indicator of mercury mineralisation.

The technique of study of mercury behaviour in soil-forming rock – soil and soil – solution landscape forming systems is proposed in the thesis. The technique is based on the analysis of tests of the listed interconnected components of landscape-geochemical zones by an atomic-absorptive method with mercury thermoform definition, interpreted as forms of the presence.

It is defined that the distribution of mercury concentration in the Crimea is determined: in rocks – by the conditions of their sedimentation, subsequent diagenesis and proximity of natural mercury sources; in soils, not undergone the anthropogenic pollution – by the concentration of mercury in soil-forming rocks and by type of soils.

The study of mercury thermoform distribution in soil-forming rock – soil system allows to allocate abnormal sites and to carry out their division on natural and technogenic.

The results of comparison of the total contents of mercury in bioinert systems and bedrock of mercury metallogenic areas of Ukraine with those of Gorno-Altay mercury biogeochemical province have allowed to carry out grading, to confirm the separation of Donbass mercury biogeochemical province and to single out biogeochemical area (Vyshkovskiy, Zakarpatye).

The carried out research has allowed to conclude that the concentration of mercury in the Crimea do not allow to consider it as a priority pollutant, and the total contents in bedrock and bioinert systems of investigated landscape-geochemical zones do not create local biogeochemical centres.

The distribution of mercury thermoforms in soil of background and natural-abnormal sites as a whole is similar to their distribution in soil-forming rocks. If the distribution of mercury thermoforms (and, accordingly, forms of the presence) in interconnected soils and soil-forming rocks sharply differs, the influence of technogenic source is obvious.

The characteristic sources of natural and technogenic mercury and thermoforms’ distribution in system soil-forming rock – soil for background and abnormal fields are defined for every landscape-geochemical zone of the Crimea (Southern coast, the Crimean mountains, the Foothills, Kerchenskiy peninsula, Steppe Crimea, Prisivashye). It has allowed to characterise Kerchenskiy peninsula and northern Prisivashye not only as considerably technogenic changed, but also as ecologically adverse on mercury areas. For other territory of the Crimea the mercury is not a priority pollutant and does not create ecological danger.

The calculation of mercury weights in components of biosphere of the Crimea and migration has allowed to qualitatively estimate its mass transportation. The definition of specific weights in various components has shown that pedosphere and silts of hydrochloric lakes are the most capacious in relation to mercury. The surplus of mercury, breaking usual natural balance in biosphere of the Crimea, is accumulated in the latter; the concentrations of mercury, representing ecological danger, are being collected.

Key words: mercury, migration, form of the presence, thermoform, the Crimea, landscape-geochemical zone, soil-forming rock – soil system, anthropogenic pollution.

Здобувач А.І.Радченко