Формирование новообразований уэдделлита в криоземах как фактор техногенного воздействия в районах алмазодобычи (Западная Якутия)

Васильева Т. И. и др. Формирование новообразований уэдделлита в криоземах как фактор техногенного воздействия в районах алмазодобычи (Западная Якутия). Вестник МГТУ. 2026. Т. 29, № 2. С. 158–171. DOI:

e-mail: , ORCID:

Vasileva, T. I. et al. 2026. Weddellite formation in cryosols as a factor of technogenic impact in diamond mining areas (Western Yakutia). Vestnik of MSTU, 29(2), pp. 158–171. (In Russ.) DOI:

В последние годы во всем мире наблюдается значительный интерес к механизмам биоминерализации, происходящим на границе живого и неживого ( Syed et al., 2020; Cuéllar-Cruz et al., 2020; Gómez-Espinoza et al., 2021; Du et al., 2025 ). Биоминералы, образующиеся в результате взаимодействия продуктов метаболизма живых организмов с горными породами и минералами, относятся к метабиогенным органо-минеральным агрегатам ( Кораго, 1992 ). Одним из наиболее распространенных процессов является продуцирование лишайниками оксалатов кальция. Лишайники активно участвуют в биоминерализации в результате взаимодействия продуктов их метаболизма, в первую очередь щавелевой кислоты, с подстилающим, обычно каменным, субстратом ( Wilson et al., 1980; 1983; Frank-Kamenetskaya et al., 2012; 2019; Rusakov et al., 2021 ). Среди метабиогенных оксалатов наиболее распространены оксалаты Ca: уэвеллит (CaC₂O₄·H₂O) и уэдделлит (CaC₂O₄·2H₂O) ( Malainine et al., 2003; Echigo et al., 2010; Frank-Kamenetskaya et al., 2019 ).

Общеизвестно, что источником минеральных веществ для лишайников является не только субстрат, который они заселяют, но также вода с растворенными в ней веществами и воздух, содержащий твердые частицы и аэрозоли. Все привнесенные микро- и макроэлементы способны накапливаться в талломах лишайников, что делает их эффективными биоиндикаторами нарушения экологического равновесия ( Garty, 2002; Wakefield et al., 2012; Саитова и др., 2015; Malainine et al., 2003; Echigo et al., 2010; Lucadamo et al., 2015; Головко и др., 2018 ). Помимо кальция, известны случаи образования солей щавелевой кислоты с магнием, железом и тяжелыми металлами. В частности, образование оксалатов тяжелых металлов используется в биотехнологиях для обезвреживания токсичных элементов посредством их связывания в нерастворимой форме ( Sarret et al., 1998 ).

В научной литературе все чаще публикуются данные об обнаружении оксалатов кальция в талломах лишайников ( Krajanová et al., 2023; Du et al., 2025 ), причем четко прослеживается связь их усиленного образования с негативным техногенным воздействием ( Gadd, 2007; Gadd et al., 2014; Marques et al., 2016 ). Однако большинство исследований сосредоточено на процессах биоминерализации на скальных субстратах в относительно стабильных условиях. Значительно менее изученным остается формирование подобных новообразований на техногенно-преобразованных почвах, особенно в экстремальных условиях криолитозоны, где природные и антропогенные факторы создают уникальную геохимическую обстановку.

Целью исследования является изучение генезиса, условий образования и экологической значимости оксалатных новообразований, выявленных на техногенно-преобразованных почвах в районе разработки кимберлитовых трубок Западной Якутии.

Объекты и методы

Исследуемая территория Далдыно-Алакитского района (Северо-Западная Якутия) представляет собой сильно расчлененное пологоволнистое плато в северо-восточной части Среднесибирского плоскогорья. Геологический фундамент сложен нижнепалеозойскими карбонатными породами (известняки, доломитизированные известняки, доломиты), рыхлыми четвертичными отложениями, породами трапповой формации и кимберлитами ¹ . Основу почвенного покрова составляют криоземы различных подтипов, формирующиеся на равнинных территориях, склонах и положительных элементах микрорельефа. В понижениях распространены глееземы, а на плотных карбонатных породах – литоземы ( Gololobova et al., 2022 ). Растительность принадлежит к северной подзоне редкостойной лиственничной тайги с доминированием лиственницы Каяндера ( Larix cajanderi ) и развитым кустарниково-кустарничковым и мохово-лишайниковым ярусами ( Николин и др., 2019 ).

Налет уэдделлита был обнаружен на пологом склоне, расположенном между пульпопроводом (на расстоянии ~1,2 км) и хвостохранилищем обогатительной фабрики (~2,6 км) Удачнинского горнообогатительного комбината (ГОК). Данный участок находится непосредственно над подземным полигоном для захоронения высокоминерализованных дренажных рассолов в подмерзлотный коллектор многолетнемерзлых пород (ММП). Использование таких горизонтов в качестве природного экрана требует наличия поглощающего комплекса, перекрытого слабопроницаемым экраном, которым обычно и служат толщи ММП ( Дроздов и др., 2013 ). Захораниваемые дренажные рассолы являются конечным продуктом системы осушения месторождения и представляют собой смесь атмосферных, поверхностных и грунтовых вод различной минерализации из кембрийских водоносных комплексов, с общей минерализацией от 22 до 424 г/дм³ и выше ( Дроздов и др., 2013 ). В связи с этим территория характеризуется напряженной экологической обстановкой и находится под системным мониторингом. Примечательно, что в год обнаружения налета на участке фиксировались следы разлива пульпы.

Объектами детального исследования послужили два почвенных разреза (Р-29 и Р-29/1), заложенные в ~1,5 км к северу от хвостохранилища Удачнинского ГОКа (рис. 1). В разрезе Р-29, расположенном в микрозападине, на поверхности был обнаружен сплошной белый налет, предварительно идентифицированный как уэдделлит (двухводный оксалат кальция). На соседнем микроповышении (разрез Р-29/1) подобные образования отсутствовали. Оба изученных разреза представляют собой криоземы с разной степенью проявления процессов оглеения и техногенной трансформации почвенного профиля.

Рис. 1. Схема расположения района исследований и точек отбора проб почв в районе кимберлитовой трубки "Удачная" (Западная Якутия)

Fig. 1. Schematic map of the study area and soil sampling points in the region of the "Udachnaya" kimberlite pipe (Western Yakutia)

Лабораторные исследования включали комплекс анализов. Микроэлементный состав в почвенных образцах (Cr, Ni, V, Sc, Co, Ba, Sr, Nb, Zr, Y, Yb) определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией на спектрометре МГА-1000 (ЛЮМЭКС, Россия). Анализировалось валовое содержание микроэлементов. Разложение проб проводили на основе кислотной минерализации с использованием смеси концентрированных кислот (HF, HNO 3 , HCl) в блоке HotBlock Environmental Express при температуре 180^¤. Химический анализ каждого образца проводили в двух повторностях относительно контроля аналитической точности с использованием стандартных образцов – САДПП-07/2020 и САДПП-08/6тм Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии имени Д. Н. Прянишникова (ВНИИА агрохимии) с аттестованными значениями валового содержания микроэлементов.

Определение физико-химических свойств и валового состава почв выполнены по общепринятым методикам в двухкратной повторности² ( Качинский, 1958 ). Минералогический состав изучали методом рентгенофазового анализа на дифрактометре D2 PHASER (Bruker, Германия). Полуколичественное содержание минералов рассчитывали методом нормированных интенсивностей RIR (Reference Intensity Ratio) с последующей корректировкой долей минералов на основе данных химического состава.

Для определения содержания щавелевой кислоты отбиралось 20 мг измельченного воздушно-сухого образца, с последующей промывкой дистиллированной водой и центрифугированием. К осадку последовательно добавляли 200 мкл 12 М HCl и 300 мкл воды, перемешивали на шейкере (20 мин) и инкубировали при 80 °С (30 мин) для перевода оксалатов в растворимую форму. После охлаждения в смесь вносили 100 мкл насыщенного NaCl и 1 мл этилацетата. Полученную систему перемешивали 20 мин, центрифугировали (5 мин, 6 000 g) и отбирали органическую фазу (верхний слой) для последующего количественного анализа на газовом хромато-масс-спектрометре (ГХ-МС) системы "Маэстро" Agilent 5975C (Agilent Technologies, США).

Микрофотографии выполнены с помощью сканирующей электронной микроскопии JSM-7800F (JEOL, Япония).

Результаты и обсуждение

Для выяснения причин образования налета и оценки возможных изменений в почвах было проведено сравнение физико-химических свойств и микроэлементного состава двух соседних разрезов: Р-29 (с налетом и признаками угнетения лихенобиоты) и Р-29/1 (без налета, с ненарушенным напочвенным покровом, состоящим из лишайниковой подушки) (рис. 2). Следует отметить, что сравнение проводилось по ограниченному набору данных, так как наблюдение не было изначально запланировано. Это ограничивает возможности полноценного геохимического моделирования и установления точных количественных трендов. Однако следует подчеркнуть, что подобные находки оксалатных образований в местах интенсивного техногенного воздействия в криолитозоне не являются единичными. Аналогичные проявления защитной биоминерализации лишайников отмечались нами ранее на других участках в районе алмазодобычи и золотодобычи, что указывает на типичность данной реакции для экосистем, подверженных подобному прессингу (Vasileva et al., 2023; Васильева и др., 2024).

Рис. 2. Исследованная территория: а – площадка почвенных разрезов; б – общий вид склона; в – почвенный разрез Р-29 с белым налетом уэдделлита на поверхности; г – почвенный разрез Р-29/1 Fig. 2. Study area: а and б – general view with the location of the soil profiles;

в – soil profile P-29 with a white coating of weddellite on the surface; г – soil profile P-29/1

Результаты полуколичественного рентген-дифракционного анализа (РДА) выявили как сходства, так и принципиальные различия в минералогическом составе почвенных профилей Р-29 и Р-29/1 (рис. 3).

В обоих исследованных разрезах (Р-29 и Р-29/1) минералогический состав закономерно меняется с глубиной. В нижних горизонтах преобладают первичные минералы материнской породы: карбонаты, в основном доломит, и алюмосиликаты (полевые шпаты, мусковит, клинохлор). В средней части профиля содержание устойчивого кварца возрастает. Однако ключевое различие наблюдается в самом верхнем горизонте. В разрезе Р-29/1 поверхностный слой состоит из кварца и доломита, что типично для слаборазвитых органогенных горизонтов криоземов. В разрезе Р-29, там, где был обнаружен белый налет, картина иная. В горизонте 0–1(3) см доминирующим минералом, составляющим почти половину массы (47,97 %), является уэдделлит – двухводный оксалат кальция. Примечательно, что в этом же горизонте впервые появляется кальцит (19,41 %), тогда как доля доломита резко падает. Важно, что уэдделлит не обнаружен ни в одном из нижележащих горизонтов обоих разрезов, что доказывает его поверхностное происхождение непосредственно на месте. Сопутствующее образование кальцита, вероятно, связано с химическим взаимодействием биогенной щавелевой кислоты с доломитом породы. Полное отсутствие уэдделлита в минералогически сходном разрезе с ненарушенной лихенобиотой однозначно указывает, что для его масштабного образования необходим особый спусковой механизм, который в данном случае связан с комплексным техногенным воздействием на лишайники. Таким механизмом, по-видимому, стал разлив пульпы, который затронул лишайники, произрастающие в микрозападине (разрез Р-29), и не затронул лишайники на соседнем микроповышении (разрез Р-29/1). Анализ самого налета методом рентген-дифракционного анализа подтвердил, что он практически полностью состоит из хорошо окристаллизованного уэдделлита (четкие и острые линии на дифрактограмме), с незначительной примесью доломита, полевого шпата и кварца.

100%

I.Illi

80%

60%

40%

20%

0%

■ 33(41)-61 ■ 13(16)33(41) ■1(3)13(16) ■ 0-1(3)

Illi

■ 23(46)49 ■ 14(18)23(46) 19(10) 14(18)    0-9(10)

ZTheta (Coupled TUoThcta/Thctiil ИI l.MiWih

Криозем грубогумусовый остаточно-карбонатный, P-29/1

Кварц Кальцит Доломит Полевые Мусковит Клинохлор Уэдделлит «                  шпаты

Кварц Доломит Полевые Мусковит Клинохлор шпаты

Криозем перегнойно-глееватый антропогенно-нарушенный, Р-29

100%

■III

80%

60%

40%

20%

0%

■ 23(46)49 ■14(18)23(46) ■9(10)14(18)   0-9(10)

Кварц Доломит Полевые Мусковит Клинохлор шпаты

Рис. 3. Распределение минералов по горизонтам в исследованных почвах ( а , в ) и дифрактограмма налета ( б ), почти полностью состоящего из уэдделлита с примесью кварца, полевого шпата и доломита Fig. 3. Distribution of minerals by horizons in the studied soils ( а , в ) and diffractogram of the coating ( б ) consisting almost entirely of weddellite with an admixture of quartz, feldspar and dolomite

Валовой химический состав исследованных почв (табл. 1) отражает их минералогию и выявляет некоторые различия между разрезами. В обоих профилях преобладают SiO2 (до 49 %), Al2O3 (до 10 %), CaO (до 13 %) и MgO (до 11 %), что соответствует карбонатно-терригенному составу почвообразующих пород. Содержание CaO в поверхностном горизонте Р-29 (8,96 %) заметно выше, чем в верхнем горизонте Р-29/1 (1,36 %), что коррелирует с присутствием уэдделлита, выявленного по результатам рентген-дифракционного анализа (рис. 3). В отличие от кальция, магний не накапливается в поверхностном горизонте; его содержание преимущественно определяется карбонатной составляющей почвообразующих пород – доломитом, также диагностированным методом РДА. Распределение MgO в поверхностных горизонтах разрезов Р-29 и Р-29/1 близко по значениям (0,91 и 0,68 % соответственно). При этом в минеральных горизонтах Р-29 концентрации MgO достигают 8,21–10,91 %, что сопоставимо с фоновым разрезом. Значения Na2O в разрезе Р-29 (0,24 % в верхнем горизонте) заметно превышают таковые в Р-29/1 (0,02 % в верхнем органогенном горизонте). Обе исследуемые почвы характеризуются слабощелочной реакцией среды (pH 7,4–7,9) в минеральных горизонтах. Исключение составляет органогенный горизонт разреза Р-29/1, где pH смещается в слабокислую область (рН = 6,2), в то время как в антропогенно-преобразованном разрезе Р-29 даже поверхностный горизонт имеет слабощелочную реакцию (pH = 7,8). Содержание гумуса в органогенных горизонтах исследуемых педонов высокое (от 20,2 до более 30 %). В разрезе Р-29, почва которого описывает антропогенное преобразование, отмечается повышенное содержание органического вещества в горизонте CRMca (6,1 %), что выше показателей аналогичного горизонта в разрезе Р-29/1 (0,22 %) и может указывать на трансформацию почвенного профиля под влиянием внешних воздействий. Потери при прокаливании (ППП) достигают максимальных значений (до 73,88 %) в горизонтах с высоким содержанием органики и снижаются до нуля в карбонатных нижних горизонтах. Таким образом, оба разреза находятся в зоне техногенного влияния, однако степень их преобразования различается. В разрезе Р-29/1, приуроченном к микроповышению, почвенный профиль сохранил природное строение, что согласуется с присутствием лишайникового покрова и более закономерным распределением основных компонентов.

В разрезе Р-29 техногенное воздействие проявляется сильнее и выражается в трансформации почвенного профиля, изменении соотношений между CaO, органическим веществом и другими компонентами.

Таблица 1. Некоторые химические свойства почв разрезов Р-29 и Р-29/1

Table 1. Some chemical properties of soil profiles P-29 and P-29/1

Почвы	Криозем грубогумусовый остаточно-карбонатный (Р-29/1)				Криозем перегнойно-глееватый антропогенно-преобразованный (Р-29)
Глубина, см	0–9(10)	9(10)–14(18)	14(18)–23(46)	23(46)–49	0–1(3)	1(3)–13(16)	13(16)–33(41)	33(41)–61
SiO 2 , %	6,24	49,13	19,82	39,48	5,43	3,50	40,52	35,7
Al 2 O 3 , %	1,19	10,23	4,74	8,36	0,79	1,40	7,83	8,78
Fe 2 O 3 , %	0,45	1,83	3,49	2,48	1,03	0,52	н/о	3,02
K 2 O, %	0,48	3,90	1,52	3,39	0,32	0,38	3,05	3,40
Na 2 O, %	0,02	0,22	0,02	0,13	0,24	0,02	0,17	0,09
CaO, %	1,36	6,81	5,34	12,41	8,96	6,42	10,57	12,98
MgO, %	0,68	6,66	1,78	10,13	0,91	1,05	8,21	10,91
MnO, %	0,01	0,07	0,04	0,05	0,02	0,01	0,09	0,06
CO 2 , %	1,88	9,57	1,86	18,73	1,57	1,13	14,91	19,76
ППП, %	64,39	4,72	53,98	0	66,62	73,88	0	0
pH	6,2	7,8	7,4	7,9	7,8	7,4	7,8	7,8
Гумус, %	>30	6,34	0,22	1,8	23,8	20,2	6,1	1,8

Примечание. ППП – потери при прокаливании.

Результаты количественного анализа микроэлементного состава (табл. 2) свидетельствуют о том, что формирование оксалатов кальция носит не случайный характер, а приурочено к участкам с интенсивным типом техногенного воздействия. В исследуемых разрезах фиксируется специфическая дифференциация элементного спектра. Для сравнения приведены значения регионального фона, которые рассчитаны на основе статистически достоверной выборки ( n = 1 241), куда вошли образцы доминирующих и интразональных типов почв природных ненарушенных ландшафтов Северо-Западной Якутии ( Легостаева и др., 2021 ). В разрезе Р-29 (криозем перегнойно-глееватый антропогенно-преобразованный) концентрации Cr (69,7 г/т), Ni (52,4 г/т), V (83,5 г/т) и Zn (253,0 г/т) находятся на уровне регионального фона или незначительно превышают его. Концентрации Ba (340,0 г/т) и Sr (250,0 г/т) превышают фоновый уровень. Содержания Cu (18,0 г/т) и Pb (4,0 г/т) находятся ниже регионального фона. В разрезе Р-29/1 (криозем грубогумусовый остаточно-карбонатный) наиболее заметны повышенные концентрации Sr (1 700,0 г/т), Nb (350,0 г/т), Ba (790 г/т), Y (55,3 г/т) и Zn (366 г/т). Содержания Cr (2,2 г/т), Ni (30,5 г/т) и V (11,0 г/т) ниже регионального фона. Содержания Cu (3,6 г/т) и Pb (1,9 г/т) также остаются низкими. Следует отметить, что Zn повышен в обоих разрезах. Концентрации Cu и Pb в обоих разрезах ниже регионального фона. Преобладание группы переходных металлов (Cr, Ni, V, Zn), как правило, характерно для влияния карьерных вод, закачиваемых в подземные полигоны утилизации высокоминерализованных вод ( Дроздов и др., 2013; Легостаева и др., 2019 ). Таким образом, можно предположить, что комплекс условий – расположение на склоне в микрозападине, повышенное увлажнение, экранирование надмерзлотного горизонта, высокая концентрация элементов-индикаторов кимберлитов – привел к угнетению лихенобиоты, защитным свойством которой является продуцирование оксалатов кальция.

Таблица 2. Содержание микроэлементов в почвах разреза Р-29 и Р-29/1, г/т Table 2. Trace element content in soils of profile P-29 and P-29/1, g/t

Элемент	Региональный фон, n = 1241*	Р-29, криозем перегнойно-глееватый антропогенно-преобразованный, n = 4	Р-29/1, криозем грубогумусовый остаточно-карбонатный, n = 4
Cr	80,6	69,7 ± 7,0	(2,2)** ± 1,1
Ni	38,5	52,4 ± 5,2	30,5 ± 4,7
V	85,1	83,5 ± 8,4	11,0 ± 1,7
Sc	19,7	10,4 ± 1,6	5,4 ± 1,1
Co	42,0	12,6 ± 1,9	15,0 ± 2,3
Ba	отс***	340,0 ± 34,0	790,0 ± 79,0
Sr	отс	250,0 ± 25,0	1 700,0 ± 170,0
Nb	9,2	14,8 ± 2,2	350,0 ± 35
Zr	отс	160,0 ± 16,0	270,0 ± 27,0
Y	36,3	16,8 ± 2,5	55,3 ± 8,3

Yb	28,0	2,0 ± 0,4	2,5 ± 0,5
Cu	32,0	18,0 ± 2,7	3,6 ± 0,8
Pb	10,0	4,0 ± 0,8	1,9 ± 0,4
Zn	54,2	253,0 ± 25,3	366,0 ± 36,6

Примечание. *Региональный фон рассчитан по 1241 пробе ( Легостаева и др., 2021 ); **значение в скобках получено при концентрации ниже предела линейности калибровочной кривой; ***отс – отсутствует/ не определялся.

В то же время высокие концентрации Ba, Sr, Nb, Zr на фоне меньшего увлажнения и отсутствия антропогенно-преобразованного горизонта не приводят к гибели лишайникового покрова. И, как следствие, образование оксалатов кальция минимально и достаточно для стабильного онтогенеза. Таким образом, анализ полученных данных подтверждает, что массовое образование макроскопических скоплений уэдделлита служит надежным диагностическим признаком техногенной трансформации среды. Данные минералы выступают в роли биокосных новообразований, маркирующих предельную адаптационную нагрузку на фитоценозы в условиях комплексного техногенного воздействия (в том числе высокоминерализованных рассолов), которое наиболее ярко проявляется в микропонижении рельефа.

Анализ образцов лишайников, представленных главным образом кладонией оленьей ( Cladonia rangiferina ), и почвы, отобранных непосредственно в месте образования оксалатной корки методом ГХ-МС, не выявил присутствия свободной щавелевой кислоты, которая могла бы быть непосредственным источником для кристаллизации оксалатов на поверхности (рис. 4, а , б ). При этом в образцах лишайников и почвы были обнаружены относительно высокие концентрации нерастворимых оксалатов и сукцинатов, которые идентифицировали по образованию щавелевой и янтарной кислот в ходе кислотной обработки (рис. 4, в , г ). Количество щавелевой кислоты в форме оксалатов в биомассе лишайников составило 2,7 ± 0,2 мг/г сухого веса (табл. 3). Наибольшее содержание щавелевой кислоты в форме оксалатов наблюдалось в белом налете на почвенно-растительном покрове, где ее содержание составляло 38,9 ± 1,2 мг/г сухого веса.

Рис. 4. Хроматограммы образцов верхнего органо-минерального горизонта почвы и лишайника до ( а , б ) и после обработки соляной кислотой ( в , г ). Ox – щавелевая кислота (2 ТМС), suc – янтарная кислота (2 ТМС), ara – арабидол, man – маннитол, IS – внутренний стандарт С23 Fig. 4. Chromatograms of samples from the top organo-mineral soil horizon and lichen before ( a , б ) and after hydrochloric acid treatment ( в , г ). Ox – oxalic acid (2 TMS), suc – succinic acid (2 TMS), ara – arabidol, man – mannitol, IS – internal standard C23

Таблица 3. Содержание щавелевой кислоты в образцах почвы и лишайников после обработки соляной кислотой

Table 3. Oxalic acid content in soil and lichen samples after hydrochloric acid treatment

Объект и глубина	Содержание щавелевой кислоты
Криозем перегнойно-глееватый антропогенно-преобразованный, Р-29
Налет	38,9 ± 1,2
0–1(3) см	12,4 ± 0,5
1(3)–13(16) см	2,9 ± 0,2
13(16)–33(41) см	н.о.
Лишайник ( Cladonia rangiferina )	2,7 ± 0,2
Криозем грубогумусовый остаточно-карбонатный, Р-29/1
0–9(10) см	0,6 ± 0,1
9(10)–14(18) см	н.о.

В ходе исследования с применением сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) проведен морфологический анализ кристаллов, выделенных из почвенного налета (рис. 5). Полученные данные убедительно свидетельствуют о биогенном происхождении этих кристаллов. На микрофотографиях отчетливо видны хорошо сформированные кристаллические структуры дипирамидальной (бипирамидальной) формы с гладкими, четко очерченными гранями. Такая морфология типична для уэдделлита (CaC₂O₄·2H₂O) – кристаллогидрата оксалата кальция, образующегося в биологических системах. Подобные кристаллические формы неоднократно описаны в научной литературе при изучении оксалатов кальция в тканях высших растений и талломах лишайников ( Nakata, 2003; Franceschi et al., 2005 ).

Рис. 5. Микрофотографии кристаллов оксалата кальция, полученные методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ): а , б – кристаллы уэдделлита биогенного происхождения из почвенного налета (разрез Р-29); в , г – кристаллы оксалата кальция, полученные искусственно (для сравнения) Fig. 5. SEM microphotographs of calcium oxalate crystals: а , б – biogenic weddellite crystals from the soil coating (profile P-29); в , г – calcium oxalate crystals obtained artificially (for comparison)

Для объективности исследования выполнен сравнительный анализ с кристаллами оксалата кальция, полученными в лабораторных условиях химическим методом. Искусственно полученные кристаллы демонстрируют принципиально иную морфологию: они имеют неправильную, изометричную или пластинчатую форму, склонны к образованию агрегатов и характеризуются шероховатой поверхностью без четких граней. Это контрастное различие наглядно демонстрирует, что биологические матрицы и специфические условия in vivo оказывают существенное влияние на процессы нуклеации и роста кристаллов, обусловливая формирование характерных для биогенных образцов дипирамидальных габитусов.

Известно, что многие виды лишайников обладают способностью активно накапливать оксалат кальция в своих слоевищах - в отдельных случаях концентрация достигает 66 % от сухой массы (как у Aspicilia esculenta ) ( Donkin, 1981 ). Хотя точная биологическая функция такого накопления остается предметом дискуссий, исследователи предполагают, что оно может выполнять роль механизма детоксикации, участвовать в фоторегуляции или обеспечивать структурную поддержку таллома ( Rucova et al., 2022 ). При этом механизм образования внешних кристаллических корок на поверхности субстрата хорошо изучен: он связан с выделением лишайниками щавелевой кислоты, которая вступает в химическую реакцию с ионами минерального субстрата, приводя к осаждению кристаллов оксалата кальция ( Frank-Kamenetskaya et al., 2019 ).

Примечательно, что на территории Западной Якутии ранее не фиксировались столь масштабные поверхностные скопления уэдделлита. Общая площадь, занятая сплошным белым налетом уэдделлита на поверхности почвы в районе разреза Р-29, составляла около 2-3 м². Налет имел пятнисто-прерывистый характер и был приурочен преимущественно к микрозападинам с повышенной влажностью и нарушенным лишайниковым покровом. Мощность налета варьировала от 1 до 7 мм, местами образуя сплошную корку. Визуально, в целом, налет был зафиксирован на достаточно большой территории на пологом склоне в месте разлива пульпы. Мощность техногенного намыва по склону разная: на вершине больше, по мере растекания мощность уменьшается, местами с хорошим возобновлением, подростом ольховника кустарникового ( Duschekia fruticose ) и фрагментарно сохранившимся лишайниковым покровом (рис. 2). Обнаружение кристаллов с типичной биогенной морфологией в непосредственной близости от угнетенных талломов лишайников позволяет обоснованно интерпретировать наблюдаемый налет как результат защитной биоминерализации. По всей видимости, этот процесс индуцирован стрессовым воздействием техногенных факторов, оказывающих негативное влияние на лишайниковые сообщества.

Проведенное исследование позволяет сделать вывод о биогенном происхождении обширного поверхностного налета уэдделлита, обнаруженного на техногенно-преобразованном склоне вблизи Удачнинского ГОКа. Ключевым доказательством этого служат данные ГХ-МС, выявившие отсутствие свободной щавелевой кислоты в почве при наличии значительного количества связанных оксалатов непосредственно в биомассе лишайников (2,7 мг/г). Это указывает на то, что щавелевая кислота изначально продуцировалась лихенобиотой и далее, взаимодействуя с кальцием субстрата, формировала кристаллы на поверхности. Данный процесс можно рассматривать как защитную реакцию симбиотического организма на стрессовые условия, что согласуется с выводами других исследователей ( Wadsten et al., 1985; Marques et al., 2016; Gadd, 2007).

Минералогическое и морфологическое изучение налета подтверждает эту гипотезу. Высокая степень кристалличности и чистота уэдделлита, а также характерная дипирамидальная форма кристаллов, типичны для биогенных оксалатов кальция. Существенно, что уэдделлит не был обнаружен в нижележащих горизонтах почвы, что свидетельствует о поверхностном, современном характере его образования, не связанном с глубинными геохимическими процессами.

Сравнение двух соседних почвенных разрезов (Р-29 и Р-29/1), находящихся в сходных геоморфологических условиях, выявило принципиальную особенность: интенсивное оксалатообразование наблюдалось только на участке с явными признаками угнетения лихенобиоты. Это позволяет рассматривать данный феномен не как фоновый биоминеральный процесс, а как специфический индикатор экологического неблагополучия. На исследуемом участке совпадают несколько потенциальных стрессовых факторов: близость к объектам инфраструктуры ГОКа (пульпопровод, хвостохранилище), расположение над полигоном захоронения высокоминерализованных рассолов, а также следы разлива пульпы, зафиксированные в год отбора проб. Важно различать характер воздействия этих факторов. Длительное захоронение высокоминерализованных хлоридно-кальциевых рассолов в подмерзлотный коллектор, расположенный непосредственно под участком исследований, создает хронический химический стресс. Эти рассолы, характеризующиеся высокой минерализацией и избытком ионов Ca²⁺, Na⁺ и Cl ^- ( Легостаева и др., 2019 ), могут мигрировать по зонам нарушений или подниматься капиллярно в деятельный слой при сезонном оттаивании мерзлоты, формируя фоновое засоление и подготавливая условия для реакции лихенобиоты. В отличие от этого, разлив пульпы, визуально зафиксированный в год обнаружения налета (рис. 2), представляет собой острый разовый стрессовый фактор. По нашему мнению, именно он мог стать непосредственным катализатором, спровоцировавшим массовую защитную реакцию лишайников на фоне уже существующего хронического засоления. Источником кальция для реакции, вероятно, послужили как карбонаты материнской породы (доломит), так и потенциально сами техногенные потоки. Образование оксалатной пленки, по-видимому, является попыткой лишайников изолировать талломы от агрессивной среды, связывая избыточные ионы кальция в нерастворимую форму. Однако масштабы явления указывают на то, что защитный механизм был превышен, что привело к массовой кристаллизации минерала на поверхности и угнетению самих организмов.

Примечательно, что для территории Западной Якутии ранее не описывались столь масштабные поверхностные скопления уэдделлита, связанные с лихенобиотой. Таким образом, обнаруженное явление можно трактовать как индикаторную биоминеральную реакцию на локальный техногенный прессинг в условиях криолитозоны. Образование макроскопических скоплений уэдделлита сигнализирует о критической точке в устойчивости лихенобиоты к комплексному воздействию. Этот процесс рекомендуется учитывать при разработке систем экологического мониторинга в районах добычи полезных ископаемых на многолетнемерзлых породах, так как он представляет собой наглядный и легко диагностируемый маркер нарушения почвенно-растительного покрова. Следует отметить, что образование оксалатов в условиях техногенного стресса не является уникальным явлением для нашего региона. Ранее нами были описаны оксалаты кальция в почвах других промышленных районов Якутии ( Vasileva et al., 2023; Васильева и др., 2024 ), а в литературе имеются обширные данные об оксалатообразовании лишайниками в экстремальных условиях, например, на вулкане Толбачик, на халькопиритовой руде и т. д. ( Voropaev et al., 2025; Frank-Kamenetskaya et al., 2021 ). Это позволяет предположить, что описанный нами феномен может быть характерен для широкого круга экосистем, испытывающих химический стресс.

Заключение

Проведенные исследования показали, что образование обширного поверхностного налета уэдделлита на техногенно-преобразованном участке в районе Удачнинского ГОКа имеет биогенную природу и связано с защитной реакцией лишайников ( Cladonia rangiferina ) на комплексное техногенное воздействие. Биогенное происхождение налета подтверждено данными ГХ-МС (наличие связанных оксалатов в биомассе лишайников при отсутствии свободной щавелевой кислоты в почве), минералогическим анализом (уэдделлит только в поверхностном горизонте разреза Р-29) и морфологическими критериями (дипирамидальная форма кристаллов, типичная для биогенных оксалатов).

Необходимыми предпосылками для оксалатообразования выступают природные факторы: повышенная влажность в микрозападине, слабощелочная среда (pH 7,4–7,8) и наличие карбонатного материала (доломит, кальцит), служащего источником ионов кальция. Однако запуск аномально интенсивного процесса кристаллизации связан с техногенным воздействием. Участок обнаружения налета характеризуется сочетанием потенциальных стрессовых факторов: расположением над полигоном захоронения высокоминерализованных хлоридно-кальциевых рассолов, близостью к объектам инфраструктуры ГОКа и следами разлива пульпы, зафиксированными в год отбора проб.

Образование макроскопических скоплений уэдделлита при одновременном угнетении лишайникового покрова предлагается рассматривать как диагностический признак нарушения экологического равновесия в криолитозоне, вызванного техногенным засолением. Всевозможные налеты оксалатов на растительности или лишайниках могут быть использованы в системах экологического мониторинга на территориях, подверженных воздействию горнодобывающей промышленности, в качестве наглядного и легко диагностируемого маркера критических уровней техногенной нагрузки.

Работа выполнена при финансовой поддержке проектов государственного задания Минобразования РФ № FUFG-2024-0007 "Мантийный магматизм, эволюция литосферы и рудоносность восточной части Сибирской платформы, геоэкология недропользования".