Тяжелые металлы в растительной среде на участках месторождений меди восточной части Оренбургской области

Черняхов В.Б., Щеглова Е.Г., Степанов А.С. Тяжелые металлы в растительной среде на участках месторождений меди Восточной части Оренбургской области // Общество. Среда. Развитие. – 2018, № 4. – С. 120–124.

Месторождения меди в восточной час- новными из числа разрабатываемых в на-ти Оренбургской области являются ос- стоящее время. Они представлены всеми видами руд: медноколчеданными, колчеданнополиметаллическими, колчеданно-редкометалльными, серноколчеданными. Размеры их запасов – от гигантских до малых. Все они сопровождаются первичными и вторичными ореолами типоморфных комплексов элементов во всей цепи сопряженных природных сред: породах палеозоя - корах выветривания - отложениях мезокайнозоя – почвенном покрове – растительной среде и природных водах – главном агенте их формирования [1; 5].

материалы и методы

Ниже рассматриваются результаты исследований растительной среды. Отобраны четыре типичных месторождения: Яман-Касинское (Медногорский рудный район), Южно-Гайское (Гайский рудный район), Джусинское (Джусинский рудный район), Весеннее (Домбаровский рудный район). Приводятся данные по шести основным элементам типоморфного комплекса: свинцу, серебру, меди, цинку, кобальту, молибдену характерных для надрудного, рудного и подрудного горизонтов перечисленных месторождений [2; 9].

Сбор биогеохимических проб производился по профилям, расположенным вкрест простирания пород и руд на площадках размером 5 м2 по 5-6 основным видам произрастающих на них растений. Опробыванию подвергались все вегетативные органы с соблюдением стерильности. Навеска сырой пробы составляла 300 грамм. Пробы сразу высушивались на солнце. В лабораторных условиях пробы озолялись при температуре 500 °С. Полнота озоления контролировалась по цвету и консистенции. Золы проб подвергались полуколичественному спектральному анализу, согласно существующим требованиям [7]. В данной статье приводятся данные по 1400 проб. Наиболее детальные исследования с помощью геоботаников Ленинградского государственного университета проводились на месторождении Яман-Касы.

Результаты

Месторождение Яман-Касы расположено в 4 км к востоку от города Медногорска на восточном крыле Блявинской структуры. Участок сложен преимущественно поро- дами основного состава, вмещающими субвулканическое тело кислого состава. Рудное тело имеет размер 150 на 150 метров и расположено на глубине порядка 12 метров. Перекрывающие породы столь сильно прокварцованы, что на дневной поверхности геохимические ореолы сильно ослаблены: свинца 10X10'3%, серебра 0,1X10'3%, меди и цинка 30X10-3%, кобальта 3X10-3% [3; 4].

Для растительного покрова в контуре рудного тела характерно некоторое повышение зольности (в два раза) относительно местного фона. Отмечается и повышенное содержание рудных элементов относительно регионального кларка растительности (РКР), особенно у кустарниковых и полукустарниковых. Для Сaragana fruteх оно превышает в 5–18 раз. В полынях А. аustriаca содержание меди составляет 8X10 -3 %. В контуре рудного тела у Veronica incana содержание меди в ветвях, листьях и цветках составляет 50X10 -3 %, 6X10 -3 %, 8X10^-3%, существенно превышая РКР. В итоге окраска венчиков цветков меняет цвет с синего на розовый.

Наибольшая концентрация в растениях свойственна цинку, который превышает РКР в 20–60 раз. Так, у А. marsсehalliana содержание цинка в корнях составляет 38X10 -3 %, в стеблях 13X10^-3%. Поэтому при биогеохимических исследованиях лучше использовать этот элемент.

Повышенные концентрации в растениях относительно почв характерны для свинца. В кустарниках Spiraea crenata содержание свинца составляет 62,2X10 -3 %, что превышает РКР в 15 раз. Распределение этого элемента в стеблях растений акропетальное.

Серебром обогащены все виды растений, за исключением травянистых многолетников. У большинства видов РКР превышен в 3–7 раз и достигает, например, у Galatella villosa - 3X10-3%. Содержание элементов в стеблях прошлого года существенно выше, чем в стеблях текущего. Видимо, их и следует опробывать.

Moлибден слабо концентрируется в растениях месторождения Яман-Касы, и часто его содержание даже ниже, чем РКР. В надземной части растений Mo носит базипетальный характер: листья содержат его в большем количестве, чем стебли.

Среда обитания

Общество. Среда. Развитие ¹ 4’2018

Кобальт, как и молибден, являясь подрудным элементом, также отмечается в ограниченных количествах. В подземных органах его содержание несколько выше, чем в стеблях и листьях.

В целом, концентрация рудных элементов в растительном покрове месторождения несколько выше, чем в почвенном.

Величина Кбп составляет ряд:

Zn 12,7 > Сu 7,2 > Pb 5,4 > Mo 3,9 > Co 2,2.

Повышенное содержание рудных элементов в растительности рассматриваемого участка обязаны корневой системе, а также транспирации в условиях засушливого климата, обусловившего высокую интенсивность биологического поглощения химических элементов.

Южно-Гайское медноколчеданное месторождение расположено в 4 км к югу от города Гая. Месторождение находится на одном из холмов Гайской гряды на глубине 60–70 м. Верхняя часть его интенсивно окислена и значительное количество материала вынесено в прилегающую депрессию. В итоге над рудным телом сформировался глубокий «рудный карст» [6]. Кислые воды этого месторождения, поступающие в депрессию в центральной части ее, выклиниваются на дневную поверхность, образуя знаменитое Купоросное озеро и вытекающий из нее Купоросный ручей. Вокруг озера и ручья произрастает прекрасная березовая роща. И это несмотря на то, что почвенный покров вокруг озера и ручья - это злостный солончак с большим количеством гипсовой сыпучки и ураганно высоким содержанием сульфатных солей меди, алюминия, железа [8].

На участке месторождения условно можем выделить три поля: «рудное» над самими рудными телами, «аномальное» – в районе Купоросного озера и «нормальное» – территория порядка 2 км между ними. Ряды коэффициентов аномальности элементов в этих полях относительно «нормального» поля составляет ряды:

Подстилающие породы:

«Рудное» поле: Ag 1,0 > Zn 0,9 > Cu 0,5 = = Co 0,5 > Pb 0,4;

«Аномальное» поле: Cu 66,0 > Zn 5,5 > > Co 3,1 > Ag 1,0 > Pb 0,4 = Mo 0,4.

Почвенный покров:

«Рудное» поле: Pb 1,1 > Ag 1,0 > Cu 0,8 > > Zn 0,7 > Mo 0,5 > Co 0,5;

«Аномальное» поле: Cu 27,0 > Zn 22,0 > > Pb 1,1 > Mo 1,0 = Co 1,0.

Злаки Stipa lessingiana:

Корни:

«Рудное» поле: Ag 6,0 > Mo 3,0 = Co 3,0 > > Cu 2,8 > Zn 2,6 > Pb 1,1;

«Аномальное» поле: Ag 10,0 > Zn 4,8 > > Cu 4,3 > Co 3,0 = Mo 3,0 > Pb 1,5;

Стебли:

«Рудное» поле: Mo 3,0 > Ag 2,8 > Pb 2,0 > > Cu 1,6 > Zn 1,5 > Co 0,7;

«Аномальное» поле: Zn 57,0 > Ag 8,0 > > Cu 6,0 > Co 3,1 > Mo 3,0 > Pb 1,5.

В условиях «нормального» поля в золе растений, относительно кларков А.И. Перельмана (1961), наблюдается увеличение содержания серебра и цинка и не наблюдается у кобальта, что характерно для миграционной способности этих элементов в нейтральных и щелочных водах Южного Урала, которые составляют ряд: Ag > Zn > > Mo > Cu > Pb > Co.

В районе рудного тела к элементам, превышающим кларки, следует отнести серебро, цинк, присоединяются медь, свинец, молибден. Отмечается высокая корреляционная связь меди и цинка, достигающая значения +0,673 при критическом значении 0,358.

В условиях «аномального» поля (район Купоросного озера) валовое содержание рудных элементов в опробованных растениях составляет: меди 350X10 '3 %, цинка 115x10 '3 %, свинца и кобальта 40X10 -3 %, причем содержание подвижной части элементов достигает у меди 45,3%. Соотношение между содержаниями элементов в корнях растений относительно почв на этом участке характеризуется рядом:

Ag 20,0 > Zn 5,2 > Mo 4,5 > Cu 3,9 > > Co 3,6.

Стебли относительно корней обеднены элементами. Так, в пределах рудного поля соотношение кобальта в стеблях относительно корней составляет 0,1.

Джусинское колчеданнополиметаллическое месторождение расположено в 3 км к югу от станции Теренсай и приучено к центральному блоку Теренсайского антиклинория, сложеного вулканогенными породами среднего девона. Оно состоит из 14 отдельных рудных тел небольших размеров. В коренных породах и почвенном покрове месторождение отмечается весь типоморфный комплекс элементов. Но особенно высоко содержание свинца и цинка, в связи с полиметаллической специализацией руд этого месторождения. В растительном покрове эта закономерность сохраняется.

Ряды коэффициентов аномальности рудных элементов в стеблях и корнях растений составляют ряды:

Стебли:

Stipa lessingiana: Mo 5,0 > Ag 3,3 > > Cu 2,5 > Pb 1,6 > Co 1,1 > Zn 1,1

Artemisia austriaca: Ag 75,0 > Pb 3,0 > > Mo 2,7 > Cu 2,5 > Zn 2,4 > Co 1,1.

Корни

Stipa lessingiana: Ag 6,0 > Co 2,0 > > Mo 1,8 > Cu 1,6 > Pb 1,0 = Co 1,0;

Artemisia austriaca: Ag 2,0 = Сu 2,0 > > Mo 1,3 > Zn 1,0 = Pb 1,0;

Почвенный покров: Mo 2,0 > Zn 1,7 > > Co 1,5 > Cu 1,4 > Pb 1,0 = Ag 1,0;

Подстилающие породы: Zn 2,0 > Pb 1,6 > > Cu 1,5 > Co 1,1 > Ag 1,0 = Mo 1,0.

В подстилающих породах, ряды элементов возглавляют цинк и свинец в связи с полиметаллической специализацией месторождения.

В почвенном покрове ряды элементов возглавляют молибден и цинк, обладающие максимальной проникающей способностью в условиях участков с экранирующими отложениями русла реки Джуса. По ореолам молибдена в почвенном покрове и было открыто это месторождение при проведении металлометрической съемки.

В растительном покрове ряды элементов возглавляет серебро, обладающее максимальной миграционной способностью в условиях нейтральной среды на участке рассматриваемого месторождения и высокой концентрирующей способностью при биологическом поглощении. Особенно интенсивно серебро накапливается в полынях относительно злаков благодаря корневой системе.

В стеблях злаков во главе рядов стоит молибден при его меньшей миграционной способности, чем у серебра, но характеризуется высокой энергией биологического накопления.

Весеннее серноколчеданное месторождение расположено в 4 км к югу от райцентра Домбаровка на границе республики

Казахстан. Южная часть месторождения под названием Аралчинская находится уже за границей. Рудные тела месторождения приурочены к контакту граноди-аритов и диабазовой толщи. По простиранию рудная зона простирается на 1500 метров на глубину до 400 метров. Мощность зоны 20–80 метров. Выделяется 5 рудных тел.

Содержание рудных элементов (%) в медистых колчеданах месторождения составляет: Cu – 2,8, Zn – 0,82, Pb – 0,014, Ag – 0,001, Co – 0,07.

Ряды коэффициентов аномальности рудных элементов в стеблях и корнях растений, почвенном покрове и подстилающих породах:

Стебли:

Stipa lessingiana: Ag 5,0 > Mo 2,0 > > Pb 1,6 > Zn 1,2 > Co 1,2 > Cu 1,1;

Artemisia austriacа: Ag 7,0 > Pb 2,2 > > Сu 1,6 = Zn 1,6 > Co 1,2 > Mo 1,0;

Корни:

Stipa lessingiana: Mo 2,0 > Pb 1,5 > > Сu 1,1 = Co 1,1 = Zn 1,1 > Ag 1,0;

Artemisia austriacа: Ag 8,0 > Pb 1,3 > > Сu 1,2 > Co 1,1 = Zn 1,1 = Mo 1,1;

Почвенный покров: Zn 3,0 > Co 2,4 > > Cu 2,0 = Mo 2,0 > Pb 1,0 = Ag 1,0;

Подстилающие породы: Zn 2,7 > Mo 2,0 > > Co 1,2 = Pb 1,2 > Cu 1,0 = Ag 1,0.

Ряды коэффициентов аномальности почвенного покрова и подстилающих пород возглавляет цинк. При расчете соотношения цинка в корнях относительно пород величина коэффициента составляет 11,8 даже в условиях нормального поля. По ореолам этого элемента при металлометрической съемке почвенного покрова и было открыто данное месторождение.

Содержание серебра в стеблях Artemisia austriacа достигает величины 2,0X10 '3 %, что является уникальным для растений в рассматриваемых рудных месторождениях. Ряд соотношений средних содержаний рудных элементов в стеблях этого растения относительно почвенного покрова составляет ряд: Ag 100,0 > Zn 3,0 > Cu 2,0 > > Mo 1,0 > Pb 0,6 > Co 0,3.

Выводы

• 1.    Растительный покров на участках месторождений меди в восточных райо-

  Среда обитания

  
  

• 2.    Концентрация элементов в золе растений существенно превышает этот показатель в почвенном покрове, который всегда использовался при геохимических методах поисков под названием «литогеохимическое опробывание».

• 3.    Однако имеется целый ряд сложностей при биогеохимическом опробыва-

• нии: ограниченный сезон опробывания, необходимость учета видового состава растений (необходим специалист), определенных вегетативной фазы и органов растений; сложности подготовки проб к анализам (муфельные печи, тигли); при выполнении самого анализа затруднено составление основ эталонов для анализа биологических проб. Все это ограничивает возможности применения этого метода в производственных организациях.

нах Оренбургской области полностью отражает состав типоморфного комплекса элементов этих месторождений.