» » Техногенные частицы в донных отложениях

Техногенные частицы в донных отложениях

Техногенные частицы в донных отложениях

На фото, сделанном при помощи сканирующего электронного микроскопа, вы видите сферическую частицу оксида никеля, содержащую также небольшое количествоо железа, хрома и кобальта. Это частица шлака — побочного продукта металлургического производства, в данном случае — медно-никелевого производства Кольской горно-металлургической компании. Ее нашли в современных донных отложениях озера Комсомольского, расположенного в центре Мончегорска в Мурманской области, в пяти километрах от медно-никелевого комбината. Комбинат здесь работает с конца 1930-х годов.


Техногенные частицы в донных отложениях

Вид на озеро Комсомольское в Мончегорске Мурманской области 27 июля 2018 года


И эта шлаковая частица, и другие подобные ей техногенные минеральные образования попадают в водные объекты, находящиеся вокруг металлургического производства, через воздух, снег или почву. Частицы имеют красивый округлый вид с узором (как на главном фото), но бывают и неправильной формы.


Техногенные частицы в донных отложениях

Шлаковые частицы неправильной формы из донных отложений озер Комсомольское и Нормальное, Мончегорск, Мурманская область


Исследования, аналогичные нашим, ранее уже проводили североамериканские ученые: они искали шлаковые частицы на территориях вокруг города Садбери в Канаде, в окрестностях Мончегорска и Никеля в России. Причем частицы из мончегорского снега они выделяли зимой 1995–1996 годов. Это значит, что в донные отложения озера Комсомольского могли попасть те же самые частицы, которые 25 лет назад находили в своих пробах канадцы. По крайней мере, диапазон размеров частиц совпадает — от нескольких микрометров до первых сотен.

В основном шлаковые частицы из донных отложений представлены оксидами железа с примесью кремния, алюминия, серы и тяжелых металлов — никеля, меди, кобальта, свинца, кадмия и других. Именно исследования тяжелых металлов, являющихся одними из самых опасных загрязнителей окружающей среды, в основном интересуют экологов. Дело в том, что в донных отложениях водных объектов тяжелые металлы могут находиться в разных формах (фракциях) — минеральных, формах, связанных с органическим веществом или с оксидами железа, подвижных и водорастворимых формах. Исследование связей загрязнителей с разными веществами дает представление об их опасности для водных обитателей (бентоса, планктона, рыб) и всей экосистемы в целом (см. статью Опасные связи, или Что нужно знать об экологии северных озер). Если же речь идет об использовании донных отложений озер в сельском хозяйстве или медицине, то анализ форм нахождения тяжелых металлов важен и с точки зрения их потенциального влияния на человека — через пищу или даже напрямую.

Многочисленные исследования озер на Севере России позволяют говорить о том, что наиболее распространненная форма нахождения тяжелых металлов в донных отложениях — минеральная. Однако в условно-чистых озерах, расположенных вдали от прямых источников антропогенных выбросов, металлы заключены в кристаллические решетки природных минералов, попавших в озера в результате выветривания горных пород территории водосбора. А в озерах городских территорий и промышленных зон потенциальные загрязнители связаны как с природными минералами, так и с техногенными минеральными образованиями — пылью, частицами кровель домов, дорожных покрытий и деталей автотранспорта, а также металлургическими шлаками. В отличие от природных минералов и их способности высвобождать тяжелые металлы, техногенные минеральные образования донных отложений изучены слабо, поэтому они представляют большой интерес для экологов, занимающихся исследованиями озерных экосистем и их современных состоянием.


Техногенные частицы в донных отложениях

Колонки донных отложений, собранные в озерах Мончегорска, на фоне дымящих труб Кольской ГМК


Чем же опасны найденные частицы? Считается, что шлаковые образования плохо растворимы в воде и тем более — в среде донных отложений в условиях pH, характерных для природных вод на Севере. Значение pH там равно семи или чуть ниже. Однако, как утверждает заведующий лабораторией разработки и внедрения процессов химической технологии Института химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. В. И. Тананаева КНЦ РАН, кандидат химических наук Александр Касиков, даже значения pH воды и донных отложений озер вблизи Мончегорска, равные 4,5–5, не дают активно расворяться подобным частицам. В этой связи неудивительно, что крупные частицы шлака были обнаружены и в отложениях озера Имандра, на берегу которого расположен Мончегорск, в 30 км от труб комбината. Вероятно, они попали туда с внутренними течениями этого крупнейшего озера Мурманской области. Таким образом, главной экологической опасностью шлаковых частиц, захороненных в донных отложениях озер, может быть их заглатывыние крупными беспозвоночными и рыбами, питающимися бентосом. Слевательно, несмотря на малую вероятность высвобождения тяжелых металлов из техногенных шлаков металлургического производства обратно в воду, часть загрязнителей теоретически может мигрировать дальше — через пищевые цепи живых организмов.


Техногенные частицы в донных отложениях

Сферическая частица шлака (оксид железа с примесью кремния, алюминия и магния) с характерным узором из донных отложений озера Имандра Мурманской области


Кроме шлаковых частиц, где превалирует оксид железа, в донных отложениях озер вблизи Мончегорска можно также обнаружить частицы, целиком состоящие из никеля и меди или оксидов и сульфидов этих металлов с небольшой примесью свинца, цинка, серебра, мышьяка и селена. Чаще всего это пыли (брызги), образующиеся в результате переработки медного, никелевого или медно-никелевого сырья, или, проще, частицы перерабатываемой руды. Эти частицы обычно меньше шлаковых, и поэтому их самые мелкие представители, вплоть до наноразмерных, могут перемещаться по воздуху на большие расстояния, исчисляемые сотнями километров. Правда, частицы меньше микрометра уже довольно тяжело распознать с помощью электронного микроскопа, но масс-спектральный анализ общего содержания никеля и меди в донных отложениях лесных озер на севере Карелии дает основание полагать, что медно-никелевое производство в Мончегорске влияет на условно-чистые водоемы соседнего региона России.


Техногенные частицы в донных отложениях

Техногенная частица из донных отложений озера Нюдъявр (Мончегорск) с содержанием никеля от 84 до 94% и окисленной внешней оболочкой


Кстати, растворимость частиц руды в водной среде выше, чем растворимость шлаковых образований. Особенно это относится к оксидам меди — они обнаруживаются в снеге, но затем практически исчезают в донных отложениях, что связано с тем, что они растворяются и связываются с органическим веществом донных отложений озер. Никель также высвобождается из частиц, но с органикой связывается хуже, чем медь, поэтому исследования показывают, что этот тяжелый металл имеет высокую долю в подвижной форме в донных отложениях озера Комсомольского и других подобных водоемов. Этот факт делает никель более опасным загрязнителем озер вблизи металлургического производства, чем медь и железо, из которых преимущественно состоят частицы шлака.

фото Захара Слуковского из статьи Z. I. Slukovskii et al., 2020. Geochemistry features of sediments of small urban arctic Lake Komsomolskoye, Murmansk region. Изображения частиц получены в Институте геологии Карельского научного центра РАН на грант РНФ.

Захар Слуковский

31 август 2021 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Цветные кратерные озера

На фото вы видите три цветных озера, расположенных на вершине вулкана Келимуту на острове Флорес в Индонезии...

Мелкие частицы меди опаснее крупных

Чем более мелкие частицы меди попадают в почву, тем проще меди перейти из этих частиц в растения.

Лед озера Байкал настолько прозрачен, что выглядит как гигантские необработанные алмазы

Озеро Байкал является крупнейшим в мире пресноводным озером по объему, самым глубоким озером в мире и считается самым старым озером в мире.

Объяснено формирование уникальных минералов на берегах озер Зауралья

Новые исследования ученых позволили получить новую информацию о формировании магнезиальных карбонатов в прибрежных зонах озер Зауралья.

Раскрыта причина древней климатической катастрофы

Ученые раскрыли причины ранее необъяснимой климатической катастрофы на Земле, которая произошла более 14 миллионов лет назад.

Медно-никелевые трубы

Медно-никелевые трубы используется в судостроительных инженерных коммуникациях, с морской водой, для изготовления конденсаторов и теплообменников для паровых турбин, функционирующих, при высоких
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Иммерсивная выставка Клода Моне – полное погружение в мир великого импрессионистаВ 2023 году NASA запустит в космос новый луноход VIPER. Чем он займется?Ядерная ракета Vasimr доставит людей на Марс за один месяц. Опасна ли она?Фрэнк Вулворт, создатель ценников и супермаркетовРазработан самый маленький летательный аппарат. Для чего он нужен?Японское кафе прославилось на весь мир туалетом в аквариуме«Капли дождя» Самуэля Сальседо в парке города ЭтретаРоб Ричи — художник-гиперреалист