Проект направлен на выявление антропогенной трансформации форм химических элементов в степных ландшафтах, подверженных воздействию горнорудного производства. В естественных условиях основными носителями многих металлов в почвах служат илистая и пылеватые фракции (с точки зрения гранулометрического состава), органическое вещество, гидроксиды Fe и Mn. Нейтральная реакция почв, тяжелый гранулометрический состав и высокая гумусированность определяют низкую подвижность металлов и металлоидов в черноземах, при этом на долю подвижных форм рудных элементов в их валовом содержании приходится не более 3-5%. Однако антропогенное загрязнение и поступление тяжелых металлов и металлоидов техногенного происхождения приводит к резкому увеличению концентрации их подвижных форм. В связи с этим важным представляется изучение трансформации соотношения основных фракций–носителей и форм тяжелых металлов и металлоидов по мере роста техногенного воздействия, выяснение природных и антропогенных факторов подвижности этих элементов, их фиксации и мобилизации, а также оценке опасности загрязнения сельскохозяйственной продукции при вовлечении этих территорий в
сельскохозяйственный оборот.
Территория Южного Урала характеризуется высокими естественными концентрациями меди, цинка, кадмия и ряда других металлов и металлоидов в географических компонентах. В этом регионе в течение многих десятилетий разрабатываются медноколчеданные месторождения, что
привело к загрязнению окружающей среды металлами и металлоидами, соединениями серы, а также к изменению физико-химических свойств почв и природных вод. Вместе с тем, Южный Урал обладает большим
сельскохозяйственным потенциалом. В почвенном покрове велика доля черноземов. В последние годы наблюдается тенденция роста площади сельскохозяйственных угодий. По официальным данным, на протяжении второго десятилетия XXI в. в Республике Башкортостан (РБ) и в Челябинской области (ЧО) отмечается рост значений сельскохозяйственных показателей.
Практическая значимость решения сформулированной проблемы заключается в выявлении последствий хозяйственной деятельности и их отделении от естественных свойств ландшафтов и их компонентов, изучении условий
повышения риска загрязнения продуктов питания и разработке рекомендаций по снижению транслокации металлов и металлоидов в разных ландшафтно-геохимических условиях.
Планируется использование комплекса современных методов изучения содержания и форм нахождения тяжелых металлов и металлоидов в компонентах ландшафтов, подверженных воздействию горнорудного производства. Будут исследованы почвы, донные осадки, растения и снежный покров. Будет задействован разносторонний набор аналитических методов для исследования элементного и минералогического состава образцов (почв, донных осадков, твердой фазы аэрозолей, выделенных из снега): масс-
спектрометрия с индуктивно связанной плазмой, микроскопия, рентгеноструктурный анализ. Исследование будет дополнено фазовым (последовательная химическая экстракция элементов), фракционным (изучение гранулометрических фракции – илистой, пылеватой, песчаной), покомпонентным (определение содержания элементов в гуминовых кислотах) анализом, результаты которых позволят судить о формах нахождения
металлов и металлоидов в почвах и донных осадках. Термодинамическое моделирование поможет дополнить и интерпретировать результаты аналитических исследований. Таким образом, научная новизна предлагаемого проекта заключается в комплексном химико-аналитическом и геохимическом изучении проблемы с применением современных методов и использованием системного подхода в интерпретации результатов.
Научный задел: руководитель обладает опытом проведения геоэкологических и биогеохимических исследований в Башкирском Зауралье (2010, 2014-2021 гг.), результаты работ исследовательской группы, в которую входит руководитель, изложены в публикациях 2015-2022 гг. (в том числе в перечисленных ниже публикациях за последние три года). По результатам исследований руководителем защищена кандидатская диссертация (2018 г.). В рамках проведенных ранее изысканий выявлено изменение вдоль градиента воздействия горнопромышленных объектов следующих показателей: содержания и подвижности металлов и металлоидов в почвах и донных осадках, распределения ряда элементов по гранулометрическим фракциям почвы, некоторых особенностей биогеохимического круговорота металлов в наземных и аквальных геохимических позициях. Начато исследование гуминовых кислот почв как носителей металлов. Имеются результаты двухгодичного цикла изучения снежного покрова. В распоряжении коллектива есть данные микроскопического анализа проб донных осадков и почв района исследований (Opekunov et al., 2021).
На данный момент сформулированы следующие научные положения, требующие дальнейших исследований и обоснования:
- на участках, подверженных антропогенному загрязнению, изменены содержания и соотношения химических форм элементов (в первую очередь Cu, Zn, Cd), увеличена подвижность этих элементов;
- данные изменения не одинаковы для перечисленных элементов. Например, для Cu относительно велика доля форм, ассоциированных с гумусовыми кислотами, однако на загрязненных участках ее содержание растет преимущественно за счет иных форм, сосредоточенных в более крупных пылеватых фракциях; доля подвижных форм Cu (извлекаемых ацетатно-аммонийным буфером) на импактных участках существенно возрастает, но она мала по сравнению со значениями этого показателя Zn и особенно Cd;
- растительный покров в естественных условиях стабилизирует запасы металлов в почве; на участках, испытывающих антропогенное загрязнение, стабилизирующее влияние в отношении, по крайней мере, некоторых ключевых элементов существенно ослаблено, либо даже имеется слабое дестабилизирующее влияние;
- способность почв к фиксации элементов уменьшена на подверженных загрязнению участках.
На основании полученных результатов возможно прогнозирование содержания рудных и сопутствующих элементов в компонентах среды, соотношения их химических форм, способности к транслокации.
Публикации:
Opekunova M., Opekunov A., Somov V., Kukushkin S., Papyan E. 2020. Transformation of metals migration and biogeochemical cycling under the influence of copper mining production (the Southern Urals). Catena. Vol. 189. 104512. https://doi.org/10.1016/j.catena.2020.104512.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0341816220300618?via%3Dihub
Opekunov A.Y., Opekunova M.G., Janson S.Y., Bychinskii V.A., Somov V.V., Kukushkin S.Y., Papyan E.E., 2021. Mineral and geochemical characteristics of soils and bottom sediments in the area affected by mining dumps (a case study of the Sibay ore deposit). IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 817. 012078. DOI 10.1088/1755-1315/817/1/012078.
https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/817/1/012078/meta
Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Сомов В.В., Кукушкин С.Ю., Папян Э.Э. Миграция химических элементов в системе "почва-растение" и ее изменение под влиянием горнорудного производства (Сибай, Башкортостан) // Степи Северной Евразии: материалы 9-го международного симпозиума. Оренбург: Оренбургский государственный университет, 2021. С. 620-626. ISBN 978-5-7410-2603-8. http://steppeforum.ru/sites/default/files/sbornik.pdf
Сомов В.В., Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю., Рюмин А.Г., Чуков С.Н. Гуминовые кислоты степных почв как фактор миграции химических элементов в районе разработки медноколчеданного месторождения (Южный Урал) // Экологическая безопасность в условиях антропогенной трансформации природной среды. Сборник материалов всероссийской школы-семинара, посвященной памяти Н.Ф. Реймерса и Ф.Р. Штильмарка. Под ред. С.А. Бузмакова. Пермь, 2022. С. 555-559. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48665266
Сомов В.В., Опекунова М. Г., Опекунов А. Ю., Кукушкин С. Ю. Роль растительного покрова в стабилизации биогеохимического круговорота микроэлементов в зоне влияния горнодобывающего предприятия // Международная научно-практическая конференция "Закономерности трансформации экологических функций геосфер крупных горнопромышленных регионов" (17-19 ноя. 2020). Воронеж: Издательство «Истоки», 2020. С. 85-89. http://www.geol.vsu.ru/ecology/Science/Conference/2020/Ecotransform2020.pdf
Сомов В.В., Опекунова М.Г., Опекунов А.Ю., Кукушкин С.Ю. Биогеохимический подход к изучению аэротехногенного загрязнения аграрных ландшафтов в зоне влияния горнорудных предприятий // Аграрные ландшафты, их устойчивость и особенности развития: сб. науч. тр. по материалам Междунар. науч. экол. конф. / сост. Л.С. Новопольцева; под ред. И.С. Белюченко. – Краснодар: КубГАУ, 2020. – С. 275-279. http://is.nkzu.kz/publishings/%7BE03F56A7-A5B7-4065-BBF1-D58F30716A9D%7D.pdf
Opekunov A., Opekunova M., Kukushkin S., Somov V., Spasskij V., Yaskevich E. Transformation of the acid mine drainage composition of the Sibay chalcopyrite deposit on the geochemical barriers of the river system / Mine Water: Technological and Environmental Challenges. Proceedings of International Mine Water Association Conference 2019, (15-19 July 2019, Perm, Russia) / Ed. E. Khayrulina, C. Wolkersdorfer, S. Polyakova, A. Bogus; Perm State University, Perm, 2019. P. 445-450. http://i.uran.ru/nasledie/content/proceedings-of-the-imwa-2019-conference-mine-water-technological-and-ecological-challenges
Опекунов А.Ю., Опекунова М.Г., Кукушкин C.Ю., Спасский В.В., Яськевич Е.В., Аржанцева З. Ю., Сомов В.В. Анализ накопленного экологического ущерба в речных системах на территории Сибайского медноколчеданного месторождения // Сергеевские чтения. Эколого-экономический баланс природопользования в горнопромышленных регионах: сборник научных трудов (по материалам годичной сессии Научного совета РАН по проблемам геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии (2-4 апреля 2019 г.) Перм. гос. нац. исслед. ун-т. – Пермь, Вып. 21, 2019. С. 349-354. https://www.elibrary.ru/item.asp?id=37276459
