Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВИСМУТА В ПОЧВАХ, ТЕХНОЗЁМАХ И РАСТЕНИЯХ ШЕРЛОВОГОРСКОГО РУДНОГО РАЙОНА

Юргенсон Г.А. 1, 2 Горбань Д.Н. 1
1 Институт природных ресурсов
2 Забайкальский государственный университет
Источниками висмута в почвах и техноземах являются минералы бисмутинит, бисмутит, рузвельтит, а также глинистый материал рыхлых образований. Содержание висмута в почвах, техноземах и растениях на порядки превышает соответствующие кларки. Впервые выполнены эксперименты по вымыванию Bi из рыхлого материала водой с рН 7.2. Содержание Bi в промывных водах находится в пределах 0,01–49,2 ppb. Показана возможность выноса его на ландшафт. Впервые изучены особенности поведения висмута в Dendranthemum zawadskii и Gallium verum (L.). Максимальное накопление висмута типично для корней и листьев изученных растений, а минимальное – для стеблей и генеративных органов. Установлена нечеткая тенденция возрастания содержания висмута в растениях от содержания его в почве и техноземах. Функциональная зависимость между этими величинами при сравнении для отдельных растений отсутствует.
висмут
почва
технозем
растения
эксперимент
Dendranthemum zawadskii и Gallium verum (L.)
Шерловогорский рудный район
1. Губанов И.А., Киселёва К.В., Новиков В.С., Тихомиров В.Н. Galium verum L. s.l. (incl. G. ruthenicum Willd.) – Подмаренник настоящий; Dendranthema zawadskii (Herbich) Tzvel. (Chrysanthemum zawadskii Herbich, Ch. kozo-poljanskii Golitz., Tanacetum alaunicum K.-Pol.) – Дендарантема Завадского // Иллюстрированный определитель растений Средней России. В 3 т. – М.: Т-во науч. изд. КМК, Ин-т технолог. иссл., 2004. – Т. 3. Покрытосеменные (двудольные: раздельнолепестные). – С. 260, 388.
2. Гудкова О.В., Юргенсон Г.А., Солодухина М.А., Будкина А.Ю., Голубева Е.М. Биогеохимические исследования в районе Шерловогорского горнорудного района // Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий. Современное минералообразование: Труды I Всероссийского симпозиума с международным участием «Минералогия и геохимия ландшафта горнорудных территорий» и VII Чтений памяти акад. А.Е. Ферсмана «Современное минералообразование», 7–10 ноября 2006, г. – Чита, 2006.– С. 114–118.
3. Юргенсон Г.А., Солодухина М.А., Гудкова О.В. К основам биогеохимического мониторинга в геотехногенных ландшафтах горнорудных территорий // Вестник МАНЭБ, т. 11, № 5. – 2006. Спец. выпуск, СПб – Чита. – С. 119–123.
4. Yurgenson Gеorgiy A., Kononov Oleg V. Sherlova Gora: a deposit for Gemstones and Rare Metals Famous Mineral Localites of Russia:Sherlova Gora // Mineralogical Almanac V. 19 issue 2, Ltd.Lakewood, CO80227,USA, 2014. – P. 12–93.

Шерловогорский рудный район находится на юго-востоке Забайкальского края, в Борзинском административном районе, северо-восточнее поселка Шерловая Гора. Здесь расположена Шерловогорская рудно-магматическая система, разработка рудных месторождений в пределах которой привела к формированию крупной природно-антропогенной геосистемы. Комплексные ландшафтно-геохимические и ботанико-биогеохимические исследования поведения химических элементов, в том числе, висмута, в пределах рудных районов Забайкальского края начаты нами в 2000 году [2; 3]. Висмут выбран как один из критериев экологической опасности в Шерловогорском горнорудном районе. Он относится к элементам повышенной токсичности 2-го класса опасности и характеризуется широким спектром токсического действия.

Целью данной работы являлось изучение закономерностей транслокации висмута в системе «горная порода (руда) > кора выветривания (зона окисления) > почва (технозем) > растение» на примере дендрантемы Завадского (Dendranthemum zawadskii (Herb.) Tzvelev) и подмаренника настоящего (Gallium verum (L.), распространенных в степном ландшафте Шерловогорского горнорудного района. Он включает пять месторождений. Исторически сложилось так, что отдельные участки Шерловогорского рудного района, представляющие собою месторождения определенных минеральных типов, получили свои наименования, положение которых в пространстве приведено на рис. 1. История их открытия, особенности геологического строения и минерального состава даны в [4].

jrg1.tif

jrg1b.tif

Рис. 1. Схема опробования: 1 – фоновый участок, 2 – 3 – месторождения и геотехногенные массивы Шерловогорского горно-промышленного района

Первое из месторождений, Шерловая Гора, открытое в 1723 году, заключает в себе комплексные висмут-бериллий-олово-вольфрамовые руды с наложенной мышьяковой минерализацией. В жильных телах здесь присутствуют ювелирного качества берилл, горный хрусталь, топаз. Продуктом эрозии, выветривания и переотложения освобождавшихся при этом вольфрамита, касситерита, минералов висмута и накапливания в делювиально-аллювиальных отложениях пади Заводская было отработанное в существенной своей части Шерловогорское висмут-олово-вольфрамое россыпное месторождение. В юго-восточном обрамлении Шерловогорской гранитной интрузии, включающей коренное месторождение, в её приконтактовой части в Аплитовом отроге находится также в существенной части отработанное олово-вольфрамовое месторождение Аплитовый отрог кварц-касситерит-силикатного минерального типа. К северо-востоку находится также в значительной части отработанное карьером, олово-полиметаллическое месторождение Сопка Большая. К востоку от него располагается практически не разрабатывавшееся олово-полиметаллическое месторождение Восточная аномалия. В пределах рудного района периодически на протяжении около 300 лет добывалось камнесамоцветное сырье, разрабатывались висмут-олово-вольфрамовые россыпи, производились геолого-разведочные работы. Большое количество обломочного материала извлечено из недр при строительстве подземного штаба Забайкальского фронта в 1943–1945 гг. [4]. Это привело к образованию мелких карьеров, траншей и отвалов горных пород, обогащенных широким спектром различных химических элементов, в том числе висмута. В результате отработки с 1960 по 1993 гг. месторождения Сопка Большая открытым способом образовались карьер, отвалы горных пород вскрыши, склады бедных и подготовленных к переработке руд, слагающих техногенные массивы, хвостохранилище обогатительной фабрики бывшего ГОКа. Поэтому в природных, техногенных и природно-техногенных ландшафтах развиты геохимические аномалии висмута, олова, свинца, цинка, кадмия, вольфрама, бериллия и других элементов. В результате геотехногенных процессов содержавшие их первичные минералы частично разрушились и эти элементы перешли в подвижное состояние, определившее их миграцию и вероятность поглощения растениями.

По паспортным данным месторождения и инфраструктуры Шерловогорского ГОКа, хвостохранилище площадью 80 га содержит 2617 тыс. т отходов обогатительной фабрики. Кроме того, здесь присутствуют склады некондиционных бедных и окисленных руд, общая площадь которых 53 га.

Материалы и методы исследования

Объектами исследования выбраны Подмаренник настоящий (Gallium verum (L.) и Дендрантема Завадского (Dendranthemum zawadskii (Herb.) Tzvelev), относительно широко распространенные в Сибири и на Дальнем Востоке [1], а также в пределах Шерловогорского горнопромышленного района. Участки отбора проб представляют собой природные и антропогенные ландшафты (рис. 1). На каждом участке наблюдения проводили по точкам, хорошо изученным в геологическом отношении. Пробы отобраны на участках (см. рис. 1): фоновый участок (Т. 1), Поднебесных (Т. 2); Жила Новая (Т. 3, верхний горизонт), Жила Новая (Т. 4, нижний горизонт), Обвинская (Т. 5), Пятисотка (Т. 6), сопка Лукаво-Золотая (Т. 7), Карьер (Т. 8), хвостохранилище (Т. 9), Северный отвал (Т. 10), Сопка Мелехинская (Т. 11). Пробы почв отбирали в соответствии с ГОСТ 17.4.4. 02–84 и по искусственным обнажениям. Пробы растений отбирали и промывали сначала струей проточной воды, затем – дистиллированной, и высушивали до воздушно-сухого состояния. Всего изучено 67 проб растений, каждая из которых содержала 10–15 экземпляров.

Химический анализ горных пород, глин, техноземов, водных растворов выполнен методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на спектрофотометре ICP-MS Elan DRC II Perkin Elmer (США) в лаборатори АО SGS Восток Лимтед (Зав. лабораторией Т.Л. Попова). Нижний порог определения для висмута в твердых пробах 0.1 ppm, в растворах – 0,01ppb. Этим же методом выполнен анализ растений (нижний порог определения (НПО) для висмута 0,01 мгк/кг) в Хабаровском инновационно-аналитическом центре Института тектоники и геофизики им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН, аналитики В.Е. Зазулина, А.Ю. Лушникова, Е.М. Голубева и Д.В. Авдеев. Почвенные образцы анализировали методом РФА в Геологическом институте СО РАН, аналитики Б.Ж. Жалсараев, Ж.Ш. Ринчинова. В этой статье использован кларк висмута земной коры по А.П. Виноградову – 0,009 мг/кг. Кларк почв – 0,1–0,3 мг/кг, ПДК не установлен.

Результаты исследования и их обсуждение

Источниками висмута в ландшафте являются грейзены, граниты, руды различного состава (таблица), а также рыхлый материал вскрытых эрозией полостей в рудоносных телах, включая глинистую фракцию. В грейзенах и рудоносных телах висмут находится в висмутине (Bi2S3), бисмутите ((BiO)2 CO3), самородном висмуте, рузвельтите (BiAsO4) (рис. 2) и галените [4].

Висмут в рудах, рыхлом материале, глинах, почвах и техноземах Шерловогорского горнорудного района

Анализированный материал

х, ppm

σ

σ/х

х/кларк

n

Руда олово-полиметаллического месторождения Сопка Большая

203,8

305,1

0,668

22644

68

Сульфидная минеральная ассоциация, наложенная на камнесамоцветный минеральный комплекс

7029,9

13505,2

1,92

781100

13

Поздний минеральный комплекс, наложенный на продуктивный, включая гипергенные минералы

895,6

1093,4

1,22

99511

24

Минеральный комплекс жил с камнесамоцветным сырьем

2190

3130

0,425

243830

26

Глины

1012,24

1209,62

1,195

112471,11

18

Почвы

95,11

286,99

3,01

475,55

100

Технозем в хвостохранилище

16,0

4,19

0,322

1777,78

10

jrg2.tif

Рис. 2. Рузвельтит в окисленной руде. Шерловая Гора. Электронно-микроскопический снимок фрагмента образца из зоны окисления, вскрытой карьером Докучаева. 1 – скородит (до 9,47 Cu), 2, 5 – 7 – рузвельтит, 3 –скородит с 0,48 % Sb, 4 – арсенопирит

Среднее содержание висмута в рудах месторождения Сопка Большая, отходы переработки которых находятся в хвостохранилище, по данным разведки составляет 25–40 г/т. Извлечение висмута составляло всего 70 %. Поэтому часть его оказалась в отходах горного производства. Среднее содержание его в техноземах составляет 16 г/т при среднеквадратичном отклонении 4,19 (см. таблица). Значительная часть висмута содержится также в рыхлом и глинистом материале в полостях жил (см. таблица). В соответствии с результатами экспериментов по вымыванию химических элементов из рыхлого материала, установлено, что содержание его в нем достаточно высокое и широко варьируется в пробах из жильных тел различных участков (см. рис. 3). Видно, что доля вымываемого водой висмута не зависит от валового его содержания в глине: при максимальном его содержании в пробе участка 2 (Копь Новикова) и низком в пробе с участка 5 (Копь Гелиодоровая) содержание в воде одинаково и составляет всего 0,86 ppb. Сравнение содержаний висмута и окисного железа в глинистом материале показало четкую положительную корреляцию между ними. Поэтому висмут, сорбированный гидроксидом железа, удерживается от вымывания водой и сдерживает вынос его на ландшафт и, вероятно, усвоение его растениями.

jrg3.wmf

Рис. 3. Содержание висмута в глинах и промывных водах: 1 – проба ШГ-12/206, участок Пятисотка; 2 – пробы ШГ-13/185, участок копь Новикова; 3 – проба ШГ-12/209, Копь Новикова; 4 – проба 14/366, участок Лукаво-Золотая, выработка Балагурова; 5 – проба ШГ-13/173, участок копь Гелиодоровая

Среднее содержание висмута в почвах с учетом новых данных, в целом по району приведено в табл. 1, по участкам отбора проб оно варьируется (ppm) от 5 (фоновый участок) до 53 (Обвинская Сопка). Содержание его в почвах на различных участках рудного района четко различное и во всех её твердых компонентах кратно превышает кларк Земной коры.

Содержание висмута в растениях существенно ниже, чем в почвах. В органах растений (корни, стебли, листья, цветы-семена) оно находится в пределах < 0, 01–4,58 ppm.

В органах D. zawadskii висмут преимущественно накапливается на участках Обвинская и Мелехинская (рис. 4). Минимальны содержания его в карьере. В D. zawadskii, произрастающей на хвостохранилище, содержание висмута едва достигают 0,27 ppm. В целом на всех исследовавшихся участках колебания содержаний висмута в D. zawadskii весьма существенны, что связано, вероятно, с особенностями минерализации на участках отбора проб, определяющими валовые содержание элементов в почве. Установлена нечеткая тенденция возрастания содержания висмута в растениях от содержания его в почве и техноземах, но функциональной зависимости между этими величинами при сравнении для отдельных растений не проявляется. Например, при практически одинаковом среднем содержании Bi в почвах на участках Мелехинская и Жила Новая содержание его в органах растения существенно различается. Максимальное содержание висмута отмечено в корнях и листьях этого растения (см. рис. 4).

jrg4.wmf

Рис. 4. Сравнение средних содержаний висмута в почвах и органах D. zawadskii

Высокое накопление висмута наблюдается в органах G. Verum (L.), максимальным содержанием характеризуется участок Поднебесных до 4,86 ppm. Содержание висмута в органах G. Verum (L.) до единицы отмечено на участке Жила Новая, где содержание висмута в почве невелико (20,3 ppm). На всех участках накопление висмута в органах G. Verum (L.) имеет тенденцию к зависимости от его концентрации в почве.

Максимальное содержание висмута, как и других химических элементов в других изученных растениях, установлено в корнях и листьях [2]. Для участка Поднебесных из генеративных органов изучены лишь соцветия, семян собрать не удалось. Поэтому (рис. 4, 5) содержание висмута в генеративных органах близко к таковому в листьях.

jrg5.wmf

Рис. 5. Сравнение средних содержаний висмута в почвах и органах G. Verum (L.)

В корнях этот элемент накапливается длительно. Поэтому, несмотря на вынос из корней, Bi с током растворов, движущихся к листьям, имеет тенденцию накопления в них. Судя по полученным данным, D. zawadskii, вероятно, относится к безбарьерным относительно накопления висмута, а G. Verum (L.) – к барьерным видам растений.

Выводы

1. Впервые выполнено сравнительное изучение содержания висмута в почвах и в органах D. zawadskii и G. Verum (L.) различных частей Шерловогорского рудного района, представляющих собою различные месторождения. Содержание висмута в почвах, техноземах и растениях на порядки превышает соответствующие его кларки. Источниками висмута в ландшафте района являются висмутин, бисмутит, рузвельтит и самородный висмут, а также глинистая составляющая рыхлого материала продуктивных на ювелирные камни полостей в жильных телах.

2. В результате экспериментов показано, что поступление висмута в почвенный горизонт возможно за счет циркуляции грунтовых вод с pH 7,2.

3. Максимальное накопление висмута типично для корней и листьев изученных растений, а минимальное – в стеблях и генеративных органах. Установлена нечеткая тенденция возрастания содержания висмута в растениях от содержания его в почве и техноземах, но функциональной зависимости между этими величинами при сравнении для отдельных растений не проявляется. Это подтверждает и сравнение коэффициентов биологического накопления висмута в конкретных индивидах и их группах во взаимосвязанных пробах «почва – растение» для других растений.


Библиографическая ссылка

Юргенсон Г.А., Горбань Д.Н. ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВИСМУТА В ПОЧВАХ, ТЕХНОЗЁМАХ И РАСТЕНИЯХ ШЕРЛОВОГОРСКОГО РУДНОГО РАЙОНА // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2017. – № 7-1. – С. 111-116;
URL: https://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=11704 (дата обращения: 23.01.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074