
- •Введение
- •1.1.2. Долговременные изменения климата
- •1.1.3. Ландшафты
- •1.2. Особенности геологического строения
- •1.3. Гидрогеологические условия
- •1.4. Гидрография
- •1.5. Исторический очерк антропогенной трансформации природных комплексов района исследований
- •Глава 2 методы исследований
- •2.1. Гидрохимия
- •2.2. Донные отложения
- •2.3. Методы определения концентрации редких и рассеянных элементов
- •2.4. Фитопланктон
- •2.5. Зоопланктон
- •2.6. Зообентос
- •2.7. Диатомовый анализ
- •3.1. Потоки элементов в составе карьерных и рудничных вод
- •3.2. Аэротехногенные потоки
- •3.3. Вынос элементов от массивов отвальных пород подземным и поверхностным стоком
- •3.4. Содержание редких металлов в апатитонефелиновых рудах Хибинского горного массива
- •3.4.1. Общие геохимические и экологические особенности редких металлов
- •3.4.2. Рассеянные щелочные элементы (Li, Rb, Cs)
- •3.4.3. Редкие элементы группы бериллия и галлия (Ga, Ba, Be)
- •3.4.4. Редкоземельные элементы(y, Sc)
- •3.4.5. Ванадий
- •3.4.6. Титан
- •Глава 4 миграция загрязняющих веществ в поверхностных водах с участков горных разработок
- •4.1. Основные факторы, определяющие миграцию химических элементов в поверхностных водах
- •4.2. Формирование основного химического состава поверхностных вод района исследований
- •4.2.1. Система р.Вуоннемйок
- •4.2.2. Система р.Большая Белая
- •4.2.5. Распределение металлов в составе взвешенных частиц
- •4.3. Особенности миграции редких и щелочноземельных элементов в природных средах
- •4.3.1. Динамика редких металлов в поверхностных водах
- •4.3.2. Сезонная динамика редких металлов в природных водах
- •4.3.3. Формы миграции редких металлов
- •4.3.4. Вертикальное распределение и формы редких элементов в озерах
- •Литература
- •Приложения
1.5. Исторический очерк антропогенной трансформации природных комплексов района исследований
На доиндустриальном этапе развития природопользования абсолютно преобладало промысловое добывающее хозяйство, ориентированное на различные виды биологических ресурсов. Воздействие антропогенного фактора на экосистемы Кольского полуострова проявлялось в основном в сокращении численности пушного зверя и поголовья диких оленей. Малочисленность населения и простейшие формы природопользования не оказывали значительного давления не окружающую природную среду (Ушаков, 1975; Лукьянченко, 1971).
Промышленное освоение региона началось со строительства Мурманской железной дороги, которая позволила осуществить геолого-разведочные экспедиции и положила начало освоению минеральных ресурсов региона. Результатом рекогносцировочных геологических съемок 1920-1923 гг. стало открытие в Хибинском горном массиве крупнейших в мире апатитонефелиновых месторождений с огромными запасами фосфорного сырья. Интенсивное загрязнение водоемов началось в 30-х годах XX века, когда начались добыча и переработка апатитового сырья и строительство на берегах оз.Б.Вудъявр г.Кировска (Хибиногорска). Был организован производственный трест "Апатит", который на протяжении десятилетия являлся основной организацией, осуществляющей освоение минеральных ресурсов Хибин.
Один из первых обзоров исследований, проводимых в 30-х годах прошлого века, представлен в работе А.В.Каныгиной "Гидробиологическое и гидрохимическое исследование озер Большой и Малый Вудъявр" (1939), дающей сведения о начальных этапах техногенного загрязнения этих водоемов.
В 1931 г. на берегу оз.Б.Вудъявр началась переработка апатитовой руды на апатитонефелиновой обогатительной фабрике № 1 (АНОФ-1), в 1934 г. была запущена вторая очередь этого предприятия. Именно с этого времени в оз.Б.Вудъявр и далее по р.Б.Белая начали поступать без очистки сточные воды (приложение, рис.12) и коммунально-бытовые стоки. Апатитовая индустрия планомерно набирала мощность и к 1938 г. производила более 1 млн т апатитового концентрата (Барабанов и др., 1999).
Как результат деятельности фосфорного и кислородного заводов, воды р. Юкспоррйок и далее оз.Б.Вудъявр обогащались фосфатами, азотистыми соединениями, кремнекислотой, олеиновой кислотой (Каныгина, 1939). Рост населения и неэффективные очистные сооружения способствовали загрязнению водных объектов коммунально-бытовыми стоками. В том числе и р.Вудъяврйок в некоторой степени загрязнялась хозбытовыми водами жилых домов Ботанического сада (ПАБСИ). АНОФ-1 сбрасывала "хвосты" непосредственно в р.Б.Белая на расстоянии около 300 м от истока. Ихтиофауна оз.Б.Вудъявр, начитывающая 5 видов рыб, практически исчезла к 1931 г. в связи с загрязнением р.Б.Белая (приложение, рис.13-16), по которой рыба поднималась на нерест.
Согласно работе А.В.Каныгиной (1939) непосредственно в р.Юкспоррйок (приложение, рис.17) в 1939 г. спускали производственные воды Кислородный и Опытный заводы, а также Ловчорритовая фабрика. Максимальный расход р.Юкспоррйок равен примерно 12 тыс. л/с, минимальный - 241 л/с (Малышев, 1941). Река Вудъяврйок, впадающая в оз.Б.Вудъявр, берет свое начало из оз.М.Вудъявр. В р.Вудъяврйок впадает р.Кукисйок, протекающая по незаселенной местности. В общем стоке р.Вудъяврйок на ее долю приходилось 16.7%. На своем пути р.Вудъяврйок до некоторой степени загрязнялась хозяйственными водами базы ОПТЭ и жилых домов Ботанического сада. Максимальный расход реки у истока был приблизительно равен 8 тыс. л/с, минимальный - 51 л/с (Малышев, 1941).
Сток из оз.Б.Вудъявр осуществляется через р.Белая, впадающую через 21 км в оз.Имандра. Недалеко от истока (около 300 м) она загрязнялась апатитонефелиновыми "хвостами" АНОФ-1 и коммунальными водами г.Кировска. Ежедневно в р.Белая обогатительная фабрика сбрасывала несколько тысяч тонн "хвостов". При незначительном расходе в апреле 1938 г. "хвосты" настолько запрудили реку, что сток воды из озера прекратился. Городской водозабор, расположенный в те годы на южном берегу озера, находился недалеко от истока р.Белая (приложение, рис.16), и поэтому поступление загрязнений из реки влияло на качество питьевой воды. Насос Кировского городского водозабора качал воду с глубины 1.5-2 м. Население города снабжалось хлорированной водой безо всякой очистки. Этими же исследованиями выявлено наличие на поверхности воды апатитовой пыли в летний период и загрязнение водных систем рудничными водами и многочисленных вспомогательных производств. В 1938 г. из дымовых труб обогатительная фабрика выбрасывала в сутки около вагона (16.5 т) апатитовой пыли, которая до некоторой степени обогащала воду фосфатами. В снежном покрове озера, загрязненном апатитовой пылью, также всегда имелись фосфаты. Попадая на дно озера, апатитовая пыль ускоряла его заиление. В 1930-е годы из-за спуска производственных и коммунальных вод, а также из-за попадания в озеро апатитовой пыли прозрачность воды в оз.Б.Вудъявр не превышала 3.5 м, а в период цветения воды уменьшалась вдвое.
Ранние гидробиологические исследования фитопланктона оз.Б.Вудъявр свидетельствуют о создании благоприятных условий для массового развития водорослей в связи с поступлением элементов биогенного питания. Вспышки увеличения численности водорослей наблюдались в водоеме с 1937 по 1939 гг. за счет массового развития зеленых водорослей рода Chlamydomonas и сине-зеленых рода Lingbya. Среди диатомовых водорослей в это время в составе планктона во множестве встречались: Ceratoneis arcus Ehrenberg, Didymosphenia geminata, Tabellaria flocculosa (Roth) Kützing (Каныгина, 1939).
Интенсивное загрязнение оз.Б.Вудъявр уже к концу 30-х годов прошлого века обусловило значительные изменения качества его вод. Однако тогда было сложно оценить в полной мере эти изменения из-за отсутствия достоверной информации о качестве вод в "доиндустриальный" период. А.В.Каныгина (1939) писала, что только по аналогии с оз.М.Вудъявр можно предполагать, каков был химический состав воды в оз.Б.Вудъявр до спуска в него производственных сточных вод. Вероятно, в воде отсутствовали азотистые соединения, а фосфаты имелись в незначительном количестве (из-за соприкосновения воды с апатитовой породой). И если раньше по химическому составу озера, наверное, не отличались, то в к концу 1930-х гг. поступающие в оз.Б.Вудъявр азотистые соединения, фосфаты, кремнекислота, иногда железо или олеиновая кислота и др. вещества до некоторой степени загрязнили озеро и создали для биологического населения условия, отличные от прежних.
Как показали многочисленные данные по определению удельной электропроводности воды, а затем и определение сухого остатка, вода в озере была слабо минерализована (30-40 мг/л). Общая жесткость воды равнялась 0.3-0.4 нем. град., причем кальция имелось не более 2 мг/л, а магния - 0.2-0.4 мг/л. Совсем другие соотношения между кальцием и магнием наблюдались в оз.Имандра. Г.Ю.Верещагин (1932) отмечал, что для оз.Имандра в целом характерным является значительное, по сравнению с СаО, количество MgO. Карбонатная жесткость воды в оз.Б.Вудъявр была выше общей жесткости. То же обнаружено Г.Ю.Верещагиным (1932) в оз.Имандра. Считая это ненормальным для пресных вод, он полагает, что щелочи появляются в водах, несомненно, благодаря наличию в их бассейнах нефелиновых пород, из которых они выщелачиваются в виде бикарбонатов. Сульфатов в оз.Б.Вудъявр имелось очень небольшое количество (1.5-1.7 мг/л), хлоридов - не более 1.5 мг/л, алюминия - около 0.2 мг/л, фтора - 0.2 мг/л. Наблюдения за вертикальным распределением кислорода в воде показали, что поверхностные слои летом, во время цветения воды, в результате фотосинтеза были пересыщены кислородом до 113-129% от полного насыщения. У дна, на глубине 32 м, кислорода было достаточно даже для такой требовательной рыбы, как форель. В зимнее время имеющиеся в иле органические вещества начали гнить и вода придонных слоев содержала кислорода только 3-9% от полного насыщения. Количество свободной угольной кислоты на глубине 32 м достигало 16 мг/л, в то время как летом оно было не больше 4-6 мг/л. Восстановительные процессы, имеющие место в иловых отложениях, привели к тому, что на глубине 32 м содержание солевого аммиака зимой увеличивалось до 3-5 мг/л. Количество общего железа равнялось 4-5 мг/л, а марганца - 2 мг/л. Удельная электропроводность воды 2 апреля 1939 г. на поверхности и глубине отличалась очень сильно (44.1 и 87.0 соответственно), в летний период это различие было ниже (поверхность - 34, глубина - 39.8). Летом, при массовом развитии водорослей, аммиак почти исчезал из поверхностных слоев воды до глубины 10 м, с глубины 15 м значения достигали 0.25 мгN/л. Марганец летом отсутствовал в воде до глубины 20 м, у дна имелся в небольшом количестве - 0.1-0.2 мг/л. Зимой содержание кремнекислоты на глубине 32 м было несколько повышенным - 18 мг/л, летом - 7-9 мг/л. Активная реакция воды в зимнее время являлась нейтральной - 6.7-6.8, летом, при цветении воды, она переходила в явно щелочную и порой достигала 9.75. Окисляемость воды в зимний период была несколько выше (или около) - 1 мгО2/л. А летом, при массовом отмирании организмов цветения, из-за выделения ими органических веществ в воду окисляемость увеличилась до 4 мгО2/л. Зимой нитриты отсутствовали в воде, а летом имелись в виде слабых следов. Нитраты в воде оз.Б.Вудъявр появлялись осенью, имелись зимой (0.15-0.2 мгN/л) и исчезали летом, во время цветения воды. Количество альбуальбуминоидного аммиака в середине июля 1938 г. на поверхности воды и на глубине 33 м отличалось более чем 2 раза. Если в зимнее время поверхностные слои воды озера имели около 2 мг/л свободной углекислоты, то при цветении воды она исчезала до глубины 12 м. Следует отметить, что количество агрессивной угольной кислоты почти равняется количеству свободной угольной кислоты. Количество фосфатов, попадающих в озеро с апатитовой пылью и из стоков производственных предприятий, в течение года не оставалось стабильным. В зимний период у дна, на глубине 32 м, количество фосфатов было невелико (0.05-0.08 мг/л), летом оно увеличилось до 0.35 мг/л. Во время цветения в поверхностных слоях воды объем фосфатов несколько снизился, но не исчез. В районе городского водозабора количество фосфатов за время наблюдений колебалось от 0.25 до 0.3 мг/л, но не во всех точках озера оно одинаково. Неоднородность воды в озере была установлена путем определения удельной электропроводности.
А.В.Каныгина (1939) отмечала, что в местах, близких к месту впадения р.Юкспоррйок, в тихую погоду загрязненная струя в 25-30 м от устья смешивается с водой озера. Совсем иначе распространяется загрязнение при сильном ветре. Так, 25 сентября около 6 часов вечера при сильном юго-восточном ветре загрязненная струя из р.Юкспоррйок шла параллельно берегу к северной части озера, а затем повернула на запад к г.Вудъяврчорр. Из-за содержания олеиновой кислоты загрязненная струя р.Юкспоррйок была очень мутна, и ее направление по озеру было хорошо видно с возвышенного места. Летом 1939 г. в течение некоторого времени р.Юкспоррйок имела окраску, отличную от прежней, так как Ловчорритовая фабрика работала на пирротине. 26 июля 1939 г. загрязненная струя темно-коричневого цвета направлялась к северной части озера, а затем к г.Вудъяврчорр. Вплотную к берегу загрязненная струя не подходила. Автор полагает, что в северной и северо-восточной части оз.Б.Вудъявр вода неоднородна. У берега имеется чистая вода р.Вудъяврйок, затем идет загрязненная р.Юкспоррйок, и за ней начинается вода оз.Б.Вудъявр. Наблюдения зимой 1939 г. показали, что загрязненная струя из р.Юкспоррйок идет, главным образом, по поверхности воды и глубже 5 м.
В воде оз.Б.Вудъявр в течение года количество биогенных элементов сильно изменялось не только из-за различного состава и количества сливаемых в воду загрязнений, но в большей степени из-за цветения воды. Азотистые соединения, постоянно поступающие в озеро с коммунальными стоками пос.Кукисвумчорр, в зимнее время в небольших количествах всегда имелись в воде. Зимой 1939 г. солевого аммиака до глубины 28 м имелось не более 0.3 мгN/л (о причинах увеличения аммиака у дна говорилось выше), азот нитритов полностью отсутствовал, азот нитратов имелся в небольших количествах - 0.15 мгN/л. Совсем иначе обстояло дело в летнее время, при массовом развитии водорослей. Так, в 1938 г. при первом цветении воды хламидомонадами, аммонийный азот полностью отсутствовал. В августе 1938 г. при втором цветении Lingbya аммонийный азот в меньших количествах имелся до глубины 10 м и его содержание увеличивалось с глубины 15 м. Летом 1939 г. первое цветение воды началось при наличии аммиака в воде, затем запасы его были исчерпаны, и в начале сентября, когда второе цветение уже заканчивалось, аммиак появился в воде (0.15 мгN/л). Необходимо отметить, что и в летнее время аммиак всегда имелся начиная с глубины 10 м. После паводка в воде появились нитриты. Летом 1938-1939 гг. они присутствовали в очень небольших количествах. С глубины 10 м (1939 г.) шло некоторое нарастание количества нитритов. Обращает на себя внимание тот факт, что нитриты, хотя и в незначительных количествах, но все же имелись в течение всего летнего периода (<0.005 мг/л). В летнее время нитраты в воде почти отсутствовали до самого дна. В 1938 г. нитраты появились в воде только в сентябре (0.15 мг/л).
Фосфаты попадали в озеро главным образом со сточными водами Опытного завода, Ловчорритовой фабрики и из воздуха с апатитовой пылью. На середине озера в зимнее время наибольшее количество фосфатов имелось у поверхности воды, и порой это количество доходило до 0.9 мг/л. У самого дна количество фосфатов было невелико (0.08 мг/л). В летний период, даже при цветении, фосфаты всегда имелись в воде. Летом 1938 г. цветение воды было очень пышным и в верхних слоях воды имелось значительно меньше фосфатов, чем у дна.
В середине августа 1938 г., в период максимального цветения, вода на поверхности была значительно пересыщена кислородом (111%). Максимальная цифра, полученная нами летом 1938 г., в период цветения воды Lingbya, - 129% от полного насыщения. В октябре 1938 г., после установления осенней гомотермии, количество кислорода на поверхности и глубине 30 м стало одинаковым - 79.8-76.8%. Летом 1938 г. после первого цветения у поверхности вода была насыщена на 132%, во время второго цветения воды, вызванного массовым развитием Lingbya, насыщение равнялось лишь 113%. Наблюдения, проведенные летом на оз.Б.Вудъявр, показали, что количество растворенного в воде кислорода на глубине более 30 м ни разу не было меньше 5.6 г/л.
Сравнение озер Большой и Малый Вудъявр показало, что до постройки г.Кировска озера были близки как по физико-химическим свойствам, так и по биологическому населению в них. Но уже к концу 1930-х гг. вода оз.Б.Вудъявр изменилась под влиянием спуска загрязнений. Физические свойства воды в озерах теперь резко различны. В незагрязненном оз.М.Вудъявр наблюдалась очень высокая прозрачность воды, диск Секки виден до дна, прозрачность воды в оз.Б.Вудъявр за 9 лет (1930-1939 гг.) снизилась с 17 до 3.5 м. Химический состав воды в оз.М.Вудъявр резко отличался от химического состава воды в оз.Б.Вудъявр. В зимнее время азотистые соединения вносились не только р.Юкспоррйок, не меньшее их количество образовывалось у дна в результате восстановительных процессов, идущих в иловых отложениях. Вода в оз.Б.Вудъявр была более минерализована (плотный остаток - 40 мг/л), чем в оз.М.Вудъявр (плотный остаток менее 30 мг/л). Общая жесткость воды оз.М.Вудъявр невелика, кальция содержалось 0.7-0.8 мг/л, в то время как в оз.Б.Вудъявр кальция было 2 мг/л. Содержание хлоридов в оз.Б.Вудъявр было в 2 раза выше, чем в оз.М.Вудъявр. В отличие от воды оз.Б.Вудъявр, в воде оз.М.Вудъявр в течение года отсутствовали солевой аммиак, нитраты, нитриты, фосфаты, т.е. биогенные элементы, от наличия которых в сильной степени зависит развитие многих планктонных организмов.
В годы Великой Отечественной войны быстрое развитие комбината было приостановлено, производственные мощности были переориентированы на оборонную промышленность. Ближе к концу войны началось восстановление комбината "Апатит", и уже в апреле 1944 г. на АНОФ-1 возобновилось производство апатитового концентрата. Стоки от фабрики поступали в хвостохранилище, построенное в верховьях р.Жемчужная. Дальнейшее развитие горно-перерабатывающей промышленности в Хибинах продолжалось в 1956-1965 гг., в период освоения Юкспоррского и Расвумчоррского месторождений и ввода в эксплуатацию крупных карьеров. В 1963 г. была пущена в эксплуатацию вторая обогатительная фабрика (АНОФ-2), мощность которой в 1978 г. достигла 10 млн т концентрата в год. После реконструкции АНОФ-1 в 1963 г. ее мощность удвоилась.
Одновременно со строительством АНОФ-2 был сооружен отстойник-накопитель в губе Белой оз.Имандра площадью 3.4 км2. Крупная фракция апатитонефелиновых отходов осаждалась, а осветленная часть стоков с высоким содержанием мелкодисперсных взвесей (d < 0.2 мкм) сбрасывалась в губу Белая (Антропогенное преобразование.., 2001). Периодически случались аварийные сбросы. Ежедневно для производственных целей фабрика забирала 400 тыс. м3 чистой воды. В 1964 г. началось сооружение Центрального рудника, в 1981 г. - Восточного. Были разведаны также месторождения в бассейне р.Кунийок, на северном крыле рудного района. В озерно-речную систему р.Б.Белая и далее в оз.Имандра в составе сточных вод в водоем вносились тысячи тонн взвешенных веществ: сульфатов, хлоридов, фосфора, нефтепродуктов и других загрязняющих веществ, также в их составе присутствовали остаточные концентрации токсичных органических веществ, применяемых в процессе флотации апатитонефелиновых руд (ОП-4, таловые масла и др.). Это привело к снижению прозрачности воды в губе Белая, составлявшей в этот период всего 0.5-1.0 м. К 1970-м гг. на прилегающей акватории оз.Имандра сформировалась техногенная залежь апатитонефелиновых пород высотой до 8 м (Чижиков, 1980). В сентябре 1978 г. ввод первой очереди комплекса, в технологическом процессе которого использовалось частичное оборотное водоснабжение, позволил снизить объем сброса сточных вод, а к концу 1980 г. обогатители перешли на 80%-й водооборот.
В настоящее время в Хибинах разведано 10 месторождений апатитонефелиновых руд: Кукисвумчоррское, Юкспорр, Апатитовый цирк, Плато Расвумчорр, Коашвинское, Ньоркпахкское, Эвеслогчоррское, Партомчоррское, Куэльпоррское и Олений ручей. Первые шесть из указанных месторождений разрабатываются соответственно рудниками "Кировский", "Юкспорр", "Центральный" (Апатитовый цирк и Плато Расвумчорр) и "Восточный" (Коашвинское и Ньоркпахкское месторождения) (приложение, рис.18-22). Более 30% запасов апатитонефелиновых руд подлежат отработке открытым способом. Подземные работы на рудниках осуществляются с использованием системы поэтажного принудительного обрушения руды. В связи с широким развитием поровых вод четвертичных отложений и трещинно-жильных вод кристаллических пород в пределах Хибинского массива все рудники относятся к категории "сложная" по мероприятиям водоосушения. Специальными гидротехническими сооружениями производится постоянная откачка водопритоков из карьеров и шахт. Карьерные и шахтные воды поступают сначала в пруды-отстойники, где происходит механическая очистка воды, а затем сбрасываются в прилегающие поверхностные водотоки (приложение, рис.17 и 23).
На сегодняшний момент приозерную низменность оз.Б.Вудъявр занимает культурный ландшафт с развитой транспортной и социальной инфраструктурой г.Кировска и микрорайона Кукисвумчорр (приложение, рис.4). Современные гидрохимические характеристики оз.Б.Вудъявр определяются поступлением промышленных и хозбытовых сточных вод и проявляются в повышенных значениях минерализации и pH (табл.1.3) вследствие увеличения концентраций щелочных и щелочноземельных металлов, концентрации макро- и микрокомпонентов химического состава превышают фоновые значения. Повышенные концентрации химических элементов в оз.Б.Вудъявр обусловлены не только деятельностью горнодобывающих предприятий и расположенной на берегу озера АНОФ-1, эксплуатация которой была прекращена в 1992 г., но и аэротехногенным загрязнением г.Кировска, микрорайона Кукисвумчорр (Исследование.., 2002; Барабанов и др., 1999). По сравнению с рассмотренными выше водоемами, поступления сточных вод в оз.Б.Вудъявр влияет на повышение минерализации и значений pH вследствие увеличения концентраций щелочных и щелочноземельных металлов. Концентрация биогенных компонентов в озере превышает фоновые значения на 2 порядка, высоко также содержание органического вещества (табл.1.3). Антропогенное поступление азота и фосфора в водоем - результат горнотехнических работ и поступления хозбытовых стоков - привело к значительному увеличению как общего содержания этих элементов, так и их минеральных форм (Исследования.., 2002). Концентрации меди и никеля в оз.Б.Вудъявр оказались в пределах фоновых значений, в то время как содержания стронция и алюминия превышают их. Этот факт напрямую связан с составом сточных вод апатитового производства, которые в значительной степени обогащены этими элементами. Наиболее высокие концентрации стронция наблюдаются в руч.Кристальный (536 мкгл-1). Реки Саамская (приложение, рис.21 и 23-25), Юкспоррйок и Жемчужная также вносят значительное количество стронция в водоемы, концентрация в реках составляет 367-508 мкгл-1 (Исследование.., 2002).
Воздействие рудников на поверхностные и подземные воды оценивается по потреблению воды, в основном для буровых работ, а также по объемам и качеству сбрасываемых стоков. Так, на подземных рудниках ОАО "Апатит" расход воды с 1989 по 1993 гг. изменялся от 0.2 до 0.4 м3/т добытой руды, на открытых рудниках - от 0.02 до 0.08 м3/т. Стоки рудничных вод на всех подземных рудниках объединения составляют 25-27 млн м3, на открытом руднике "Восточный" - 40-50 млн м3/год.
Освоение восточного крыла рудного района и развитие внутрикомбинатного железнодорожного транспорта привели к смещению жилищного строительства из горной долины р.Б.Белой (г.Кировск, пос.Кукисвумчорр и др.) в предгорья, и в 1960-х гг. началось строительство г.Апатиты. В 1984 г. была сдана первая очередь АНОФ-3. Увеличение темпов производства апатитового концентрата продолжалось до 1992 г., затем в связи с экономическим кризисом и сокращением производства наметилась тенденция снижения сброса сточных вод. Были сокращены объемы добычи и переработки руды, АНОФ-1 прекратила работу. Рост производства связан с началом деятельности ОАО "Апатит" в 1997 г. С этого времени техногенное воздействие апатитовой промышленности на экосистемы региона резко увеличилось. В 1999 г. в водные объекты было внесено 1000 т сульфатов, 300 т хлоридов, более 115 т соединений азота и около 200 т взвешенных веществ, 75 т фторидов, 85 т органических веществ, 10 т фосфатов, более 4 т нефтепродуктов (Состояние природной среды.., 2000).
Все рудники и обогатительные фабрики соединены между собой и со ст.Апатиты железнодорожными ветками и шоссейными дорогами. Управление ОАО "Апатит" располагается в г.Кировске (18 км от ст.Апатиты), рудники удалены от г.Кировска на расстояние от 5 до 20 км (по прямой) и до 50 км по автомагистрали. Действующая АНОФ-2 находится на расстоянии 5 км от г.Апатиты.
В пределах промплощадок рудников располагаются отвалы вскрышных и проходческих пород. АНОФ-2 и АНОФ-3 имеют отвалы хвостов обогащения, размещенные от фабрик на расстоянии 8-10 км. Отходами горного производства являются нетоксичные вскрышные и вмещающие горные породы. Объемы вывозки соответствуют плановым коэффициентам вскрыши на каждом карьере и составляют около 40 млн т/год. Из этого объема используется для производства щебня 900 тыс. т для собственных нужд предприятия (в основном для подсыпки карьерных автодорог). Вскрыша представлена как скальными горными породами, так и моренными отложениями. Скальная вскрыша состоит из разновидностей нефелиновых сиенитов: рисчорритами, уртитами, ийолитами. Максимальный размер куска 800-1000 мм. Содержание SiO2 - до 50%, Al2O3 - до 22%, TiO2 - до 3%. Содержание P2O5 в забалансовых рудах составляет 2-4%.
Кроме рудников и обогатительных фабрик в составе ОАО "Апатит" имеется ряд вспомогательных производств, из которых наиболее крупными являются железнодорожный цех, автотранспортный цех с бульдозерным и гаражным участками, ремонтно-механический цех, цеха энергоснабжения и пароснабжения. В составе рудников на промплощадках, как правило, размещаются котельные, объекты содержания большегрузного транспорта, мастерские по ремонту горного оборудования, склады вспомогательных материалов.
Помимо апатитовой промышленности, мощный вклад в техногенное преобразование экосистем полуострова внесло развитие медно-никелевой индустрии, связанной со строительством в 1938 г. комбината "Североникель" на берегах оз.Имандра и в 1946 г. комбината "Печенганикель" на северо-западе региона. На юге области был основан Кандалакшский алюминиевый завод. Железорудная индустрия получила свое развитие в 1955 г., с вводом в эксплуатацию Оленегорского горно-обогатительного комбината. С развитием цветной металлургии связано возникновение аэротехногенного загрязнения региона. Свой вклад вносит и трансграничный перенос воздушных масс из индустриальной Европы в Арктику (Моисеенко, Яковлев, 1990; Калабин, 2000). Самыми главными загрязнителями воздуха Кольского полуострова, в том числе Хибинского горного массива, среди жидких и газообразных веществ являются сернистый газ (91.2%) и монооксид углерода (2.8%), среди твердых - апатитонефелиновая пыль (62%) и неорганическая пыль (37%), тяжелые металлы (Моисеенко и др., 1996; Крючков и др., 1985).
Многолетняя работа ОАО "Апатит" оказала серьезное воздействие на весь природный комплекс Хибин, что прослеживается по трем главным направлениям: нарушение ландшафта в результате крупномасштабных горных разработок, загрязнение воздуха пылью с обширных хвостохранилищ, а также загрязнение близлежащих водоемов промышленными стоками. Все это не могло не повлиять на условия проживания населения, включая вопрос обеспечения водой. Загрязнение поверхностных источников обусловило необходимость перевода г.Кировска на подземное водоснабжение. На приозерной низменности оз.Б.Вудьявр в настоящее время для хозяйственно-питьевого водоснабжения г.Кировск и промышленных предприятий используются подземные воды водозаборов "Центральный", "Ключевой", "скважина 5-В", "источник Болотный", частично - поверхностные воды оз.Б.Вудьявр (насосная "Кессон").
Однако и на качество подземных вод большое влияние оказывают промышленная активность ОАО "Апатит" и специфические геологические условия Хибинского горного массива. Характеристики мощности действующих водозаборов представленные в табл.1.5.
Таблица 1.5
Количество отбираемой воды по водозаборам (на 2002 г.)
Водозабор |
Среднегодовой объем воды, м3/сут. |
Центральный |
27526 |
Ключевой |
6833 |
Скважина 5-В |
2003 |
Насосная "Кессон" |
10000 (в зимний период) |
Болотный |
6000 |
Подземный водозабор "Центральный" расположен на приозерной низменности оз.Б.Вудьявр в 5 км севернее г.Кировска, в устьевой части р.Вудъяврйок - у подножья гор Кукисвумчорр и Вудъяврчорр. Представляет собой сеть артезианских скважин, глубина которых 100-130 м. Он состоит из 10 скважин, эксплуатирующих первый и второй напорные горизонты четвертичных отложений, которые представлены валунно-галечными отложениями с песчаником (скважины № 3, 7, 8, 9, 11), конгломератами (скважина № 1), с включением валунов (скважина № 5), просто валунными отложениями с песчаником (скважины № 2, 10), гравийно-галечными отложениями с песчаником (скважина № 4). Их характеристики представлены в табл.1.6.
Таблица 1.6
Глубина скважин водозабора "Центральный"
Номер скважины |
Глубина, м |
Номер скважины |
Глубина, м |
Номер скважины |
Глубина, м |
1 |
131 |
5 |
115 |
9 |
129 |
2 |
119 |
6 |
100 |
10 |
129 |
3 |
107 |
7 |
110 |
11 |
72 |
4 |
123 |
8 |
121 |
12 |
99 |
На формирование качества вод в районе водозабора "Центральный" влияют следующие факторы:
"подсос" вод грунтового водоносного горизонта, потенциальными источниками загрязнения которого являются рудничные воды и хозяйственно-бытовые стоки со стороны р.Саамская;
напорные воды кристаллических пород, гидравлически связанных с напорным эксплуатационным горизонтом четвертичных отложений, содержащих высокую концентрацию алюминия естественного происхождения и pH;
наличие источников загрязнения в зоне депрессионной воронки водозабора.
Основные эксплуатационные горизонты в центральной части низменности оз.Б.Вудьявр надежно защищены 25-30-метровой толщей ленточных глин. Однако на периферии низменности, вблизи участков примыкания к коренным склонам, отмечается фациальное замещение глин на суглинки при одновременном уменьшении мощности водоупора. Именно на этих участках, где защищенность основных эксплуатационных горизонтов наименьшая, и располагаются многочисленные жилые и промышленные объекты (поселки, гараж "Юбилейный"), протекают реки Саамская и Юкспоррйок, являющиеся коллекторами рудничных вод, проложены железные и асфальтовые дороги. (Доклад государственного комитета, 2000). Основными компонентами загрязнения являются нефтепродукты, соединения азота, сульфаты, хлориды, взвешенные и органические вещества. В процессе работы водозабора "Центральный" происходит "подсос" из кристаллических пород природных некондиционных вод, характеризующихся высокими показателями рН.
Водозабор "Источник Ключевой" расположен у подножия г.Юкспорр в лесистой местности в устьевой части долины р.Юкспоррийок. Эксплуатируются воды грунтового и напорного горизонта четвертичных отложений. Водозабор состоит из 4 скважин, глубина которых: 30, 28, 30 и 32 м соответственно. Скважины № 1 и № 4 оборудованы на напорный водоносный горизонт, скважины № 2 и № 3 на грунтовый водоносный горизонт. Объем водоотбора составляет 6.2-6.8 тыс. м3/сут., при этом разделить водоотбор по каждому эксплуатируемому горизонту невозможно, так как учет отбора по каждой скважине не производится, а одновременно в работе находятся все скважины. Согласно геологическим разрезам скважин, водоупорные отложения в районе водозабора отсутствуют, так как в присклоновой части долины происходит их выклинивание. Вскрытые скважинами четвертичные отложения представлены песками с валунами и галькой, т.е. водоносный горизонт в этом районе не защищен от поверхностного загрязнения. Источником питания водоносного горизонта являются атмосферные осадки и воды кристаллических пород. Водозабор "источник Ключевой" снабжает водой объекты ОАО "Апатит" (для хозяйственно-питьевых нужд). В области водоносного горизонта расположены промплощадки рудников "Юкспорр" и "Расвумчоррский", которые являются потенциальными источниками загрязнения. Шахтные воды данных рудников, загрязненные азотными продуктами распада взрывчатых веществ, сбрасываются в р.Юкспоррийок, на берегу которой расположен водозабор, однако, по результатам проверок, накопление нитросоединений в воде не прослеживается.
Водозабор скважины 5-В расположен в центре устьевой части долины р.Юкспоррийок. Несмотря на то, что в этой части долины существует относительный водоупор, представленный глинами с включением гальки местных пород, возможно их загрязнение. Кроме того, в условиях водоотбора ускоряется процесс продвижения загрязненного потока, как в горизонтальных, так и в вертикальных разрезах.
Таким образом, более 70 лет экосистемы Хибинского горного массива развиваются в условиях разнотипного многофакторного антропогенного воздействия различной интенсивности. Специфические субарктические условия определяют малую устойчивость природных комплексов к внешним воздействиям (Крючков, 1982). Индустриальное развитие региона, связанное с добычей фосфатного сырья, привело к нарушению ландшафтной структуры и загрязнению окружающей природной среды Хибинского горного массива. Многие природные водоемы стали развиваться в совершенно новых экологических условиях. Длительная аэротехногенная нагрузка на регион отразилась на состоянии удаленных от прямых источников загрязнения водных экосистем, в частности горных водоемов.