4.3. Особенности миграции редких и щелочноземельных элементов в природных средах

4.3.1. Динамика редких металлов в поверхностных водах

Данные о среднегодовых содержаниях редких рассеянных элементов в различных водных системах района водосбора оз.Б.Вудъявр и М.Вудъявр, фоновых концентрациях редких элементов и предельных содержаниях этих элементов в воде пресноводных экосистем приведены в табл.4.16.

Таблица 4.16

Диапазоны (числитель) и средние (знаменатель) значения среднегодовых концентраций редких и редких рассеянных элементов

в районе водосбора oз.М.Вудъявр и оз.Б.Вудъявр (2004-2006 гг.), их предельные содержания в пресноводных экосистемах

(по Никанорову и Жулидову, 1991), мкг/л

Металлы	Реки			Озера			Предельные содержания
	Саамская	Юкспоррйок	Жемчужная	Белая	М.Вудъявр	Б.Вудъявр
Ba	26-140 94.3	87-89 88	131	87-89 88	45-53 49	11-79 46	6-60
Li	1.4-11 4. 9	0.9-3.2 2.05	1.8	0.9-3.2 2.05	0.15-0.18 0.17	0.6-4.32 2.0	0.03-19
V	5.7-16.7 10.7	5. 4-12.8 9.1	7.3	5.4-12.8 9.1	19-39 29	14.1-20.5 18.1	0.03-0.08
Rb	24-61 39.1	41-42 41.5	66	41-42 41.5	4. 4-13.0 9	4.7-31.7 16.6	0.04-2
Cs	4.2-34 15.58	4.2-12 8.1	17	4.2-12 8.1	2.5-7.2 4. 9	2.5-8.5 4.9	-
Ti	42-480 210	30-35.5 32.75	12	30-35.5 32.8	2.9-3.0 2. 9	3.6-198 59.9	0.003-0.01
Ga	0.5-5 2.26	0.1-15 7.55	20	0.2-20 7.55	9.6-10.3 5	5.3-14.6 8.2	0.08-0.1
Sc	0.4-4.9 2.2	3.6-3.6 3.6	0.8	0.4-6.6 2.6	-	-	0.04
Be	0.12-0.99 0.49	0.05-0.14 0.1	0.1	0.01-0.23 0.12	0.3-0.45 0.4	0.33-0.9 0.53	0.03
La	14-152 62	7.3-25 16	14	0.8-26 9	0. 8-4. 0 2. 4	4-66.5 30.5	0.06-0.2

Окончание таблицы 4.16

Металлы	Реки			Озера			Предельные содержания
	Саамская	Юкспоррйок	Жемчужная	Белая	М.Вудъявр	Б.Вудъявр
Ce	21.3-87 47.5	19.3-25 22.15	26	2-87 30	21-33 18	30-241.8 115	0.08-2
Y	2.64-10.8 7.9	1.3-1.4 1.3	-	0.4-1.4 0.9	1.9-3.2 2.6	1.1-6.9 2. 9	0.03-0.7
Yb	0.14-0.71 0.50	0.36	-	0.24-0.43 0.34	0.24	0.13-0.71 0.32	-
Nd	8.2-36.9 22.6	-	-	1.06-36.9 12.2	-	-	0.04
Pr	2.5-10.7 6.6	-	-	0.33-10.7 3.6	-	-	0.007
Sm	1.1-4.9 3	-	-	0.13-4.9 1.7	-	-	0.008-1
Eu	0.3-1.3 0.8	-	-	-	-	-	0.001-0.03
Gd	1.1-4.6 2.85	-	-	-	-	-	0.008
Dy	0.6-2.4 1.5	-	-	-	-	-	-

ПРИМЕЧАНИЕ. Прочерк - отсутствие данных.

Выявлено обогащение воды указанных водоемов (табл.4.15, 4.16) всеми типоморфными редкими и рассеянными элементами по сравнению с концентрационными пределами для пресноводных экосистем (Никаноров и Жулидов, 1991). Максимальные превышения концентраций редких элементов (табл.4.16), по сравнению со средними "условно фоновыми значениями" (оз.М.Вудъявр), отмечены для р.Саамская: по Rb, Cs в 7 раз; Be, Ba в 3 раза; Yb, Y, Ce в 2-4 раза; Li, La в 60 раз; Ti в 160 раз. Для р. Жемчужная выявлено максимальное (в 2 раза) превышение "фоновой" концентрации галлия. Как уже отмечалось ранее, хотя в оз.М.Вудъявр непосредственно не поступают сточные и рудничные воды, но выщелачивание из слагающих пород - нефелиновых сиенитов (как макро-, так и микрокомпонентов) приводит к повышенному содержанию Al, Sr и редких щелочноземельных элементов Вe, Ba, Ga, что находит отражение в повышенном содержании этих элементов в воде "фонового" оз.М.Вудъявр.

Как и для других ранее рассмотренных загрязнителей, содержание редких и рассеянных элементов в водоемах определяется, прежде всего, содержанием их в добываемой руде, положением относительно источника поступления, объемами и степенью очистки сточных и рудничных вод, сбрасываемых в водоемы, массой складируемых в хвостохранилищах твердых технологических отходов и интенсивностью процессов выщелачивания. Ранее было показано распределение редких элементов в системе р.Саамская - р.Юкспоррйок - оз.Б.Вудъявр, характеризующее зависимость концентрации редких элементов в воде от расположения основного источника загрязнения (рис.4.31).

В воде рек Саамская (точка 1) и Юкспоррйок (точка 3) (табл.4.16), куда сбрасываются рудничные воды рудников "Кировский" и "Юкспорр", отмечается наибольшее содержание всех редких элементов. При попадании загрязненных речных вод в оз.Б.Вудъявр происходит их разбавление условно чистыми озерными водами. Для р.Саамская концентрация редких элементов в точке 2 (хлораторная) ниже, чем в ее верхнем течении (рудник "Кировский"), где происходит сброс рудничных вод. Содержание Li, Rb, Cs больше в р.Саамская (точка 1), чем в р.Юкcпоррйок (точка 3). Концентрация Ba в р.Юкспоррйок (точка 3) больше, чем в р.Саамская. Содержание редкоземельных элементов также выше в р.Саамская (точка 1), чем в р.Юкспоррйок, что отражает содержание этих элементов в рудах, добываемых на рудниках "Кировский"и "Юкспорр" (табл.4.16, рис.4.32).

В таблице 4.17 приведены данные о содержании редких элементов в различных точках отбора оз.Б.Вудъявр, характеризующие распределение элементов по акватории водоема. Содержание редких элементов в оз. Б. Вудъявр превышает "условно фоновые" концентрации во всех точках отбора. Максимальные концентрации редких элементов характерны для района рассеивающей дамбы. В пробах воды, отобранных в период зимней стратификации, для района рассеивающей дамбы отмечается превышение фоновых концентраций Li в 20 раз, Rb в 7 раз, Ga в 1.5 раза, Ba и Cs в 2 раза; Be в 3 раза; La в 17, Ce в 12, Y, Yb в 3-5 раз, Ti в 66 раз. В районе стока из оз.Б.Вудъявр (точка 4) валовое содержание также превышает "фоновые концентрации", но уже в другом соотношении: Li, Rb, Cs в 3-4 раза, Ba, Be, Ga, La, Ce в 1.5 раза. Содержание Li (3 раза), Be, Ba, Ga (2 раза), Ce, La (3-4 раза) в поверхностном слое оз.Б.Вудъявр (точка 2) выше, чем в фоновом (М.Вудъявр, точка 1) (табл.4.17, рис.4.33). В выносимом из озера потоке содержание Li, Rb (3 раза), Ga (2 раза) выше, чем в поверхностном слое воды в середине озера. Таким образом, в оз.Б.Вудъявр в результате совокупности сложных техногенных и природных миграционных процессов происходит механическая, физико-химическая дифференциация поступающих в водоем редких элементов, в результате которой большая часть легкорастворимых щелочных и щелочноземельных элементов выносится, труднорастворимые элементы в составе крупных взвешенных фракций задерживаются.

Рис.4.32. Концентрации редких металлов в поверхностных водах в зависимости от расположения источника загрязнения (весна 2004-2005 гг.):

1 - р.Саамская (рудник им.Кирова); 2 - р.Саамская (хлораторная); 3 - р.Юкспоррйок (23 км); 4 - oз.Б.Вудъявр

Таким образом, в поверхностных водах модельного района обнаружено присутствие всех макро- и микрокомпонентов, в том числе и редких элементов, характерных для апатитонефелиновых руд, что связано с влиянием горного производства и приводит к изменению химического состава вод. В результате исследования определены приоритетные загрязнители и диапазоны концентраций типоморфных редких элементов - Ba, Be, Ga, Rb, Li, Cs, Ti, V, РЗЭ. Концентрации редких элементов в поверхностных водах превышают "условно фоновые" значения. Так как исследованные водоемы входят в единую водную систему (оз.Имандра), используемую населением для ловли рыбы, хозяйственных и питьевых целей (Апатиты), для оценки экологической опасности следует сравнить концентрации металлов с ПДК питьевых и рыбохозяйственных водоемов. Отмечено превышение ПДКв по Ва, Ве, Sr, Al, Mn. В исследуемые водоемы поступают редкие (Li, Rb, Cs), РЗЭ и другие элементы, ПДК которых для природных вод не установлены, в связи с чем сброс этих элементов в природные водоемы не разрешается. Концентрации редких и щелочноземельных элементов в природных водах Апатитско-Кировского горнопромышленного района превышают "условно фоновые значения", что говорит об интенсивной техногенно обусловленной миграции этих элементов.

Таблица 4.17

Содержание редких элементов в поверхностном слое воды озер Б.Вудъявр*

и М.Вудъявр (зимний период), мкг/л

Элемент	Б.Вудъявр			М.Вудъявр середина озера (Н = 1 м)
	середина озера, (Н = 1 м)	дамба (Н = 0.5 м)	сток
Li	0.6	4.3	0.78	0.18
Rb	4.7	32	16.7	4.4
Cs	2.5	7	8.5	2.48
Ba	45	42	49	22
Be	0.7	0.9	0.5	0.30
Ga	5.4	7.7	14.6	10.3
La	19	66.5	4.8	4
Ce	63	242	30	21
V	19	20.5	19.2	19.2
Y	1.5	6.9	0.8	1.9
Yb	0.43	1	0.5	0.4
Ti	3.6	198	3	3.0

______________________

*В различных точках отбора.

Река Белая вытекает из оз.Б.Вудъявр. Во время движения к месту впадения в оз.Имандра происходит не только перераспределение редких элементов, поступивших с рудничными и сточными водами (рис.4.34), но и вторичное загрязнение воды стоками из хвостохранилищ (рис.4.35). На диаграмме (рис.4.36) показано изменение концентрации в миграционном потоке редких и рассеянных элементов по системе оз.Б.Вудъявр - р.Белая - губа Белая (оз.Имандра). В р.Жемчужная, в которую попадают воды отстойника АНОФ-3, отмечено максимальное загрязнение Li, Rb, Cs и Вa, Ga, Be, La, Ce. Концентрации этих элементов превышают фоновые в 10, 15, 7, 3, 2, 3, 2 раза соответственно. Для р.Белой, в районе хвостохранилищ в пос.Щучье и губе Белой, также отмечается превышение концентраций Li, Cs в 2 раза, Rb в 9 раз, Ba, V в 2 раза, Ti в 3, по сравнению с фоновыми значениями. Стоки хвостохранилища содержат значительные концентрации Al, Sr, Ti (см. рис.4.35, 4.36).

Рис.4.33. Содержание редких элементов в озерах М.Вудъявр и Б.Вудъявр (03.2006):

1 - М.Вудъявр (поверхность, Н = 1 м); 2 - Б.Вудъявр (поверхность Н = 1 м); 3 - Б.Вудъявр (рассеивающая дамба, Н = 0.5 м); 4 - Б.Вудъявр (сток)