ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ И ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ МЕТАЛЛОВ В ВОДАХ РАЙОНА ШАХТЫ «ЛЮПИККО-I» (ПИТКЯРАНТСКИЙ РУДНЫЙ РАЙОН, КАРЕЛИЯ)

© 2021 г. А. А. Конышев^1,*, Е. С. Сидкина^1,**,
Е. А. Солдатова¹, Е. В. Черкасова¹,
И. А. Бугаев¹, А. С. Торопов², Д. Н. Догадкин¹, И. Н. Громяк¹, И. Ю. Николаева²

¹Институт геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН,
ул. Косыгина, д. 19, Москва, 119991 Россия

²Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова,
Ленинские горы, д. 1, Москва, 119991Россия
*E-mail: icelopa@gmail.com
**E-mail: sidkinaes@yandex.ru

Поступила в редакцию 16.06.2021 г.
После доработки 16.06.2021 г.
Принята к публикации 12.08.2021 г.

Цель исследования природных вод района рудного поля Люпикко - изучение поведения химических элементов, в частности рудной специализации, форм их нахождения и осаждения. Предпринята попытка проследить влияние горных выработок на состояние природных водных объектов, поскольку локальный сток играет важную роль в формировании речного стока. Для этого были отобраны пробы воды из шахты «Люпикко-I» с разных глубин, закопушки в пределах шахтных отвалов, подотвального пруда и р. Ристиоя, а также две пробы отложений из закопушки и подотвального пруда. Результаты показывают повышенные содержания Fe, Zn, Ni, Co, Sr, Cd, U в водах района шахты «Люпикко-I» относительно значений геохимического фона. Пик концентраций этих металлов приходится на пробы воды, отобранные из закопушки, в то время как наиболее высокие их содержания определены в донных отложениях подотвального пруда. В речных водах концентрация металлов значительно ниже. Исследования показывают, что после активного растворения атмосферными осадками минералов отвалов в присутствии кислорода воздуха происходит сток в пруд с застойной водой, где происходит осаждение металлов в виде собственных минералов или вследствие сорбционных процессов. Можно сделать вывод, что пруд в данной системе выполняет роль приемника не только физического стока подотвальных вод, но и места протекания химических процессов самоочищения воды. Установлено, что органическое вещество гуминовой природы является доминирующим фактором накопления железа в изученных водах. Меньшая степень сродства с гумусовыми веществами отмечена для Ca, Mg, а также большинства рассмотренных микрокомпонентов.

Ключевые слова: поверхностные воды, подотвальная вода, загрязнение, термодинамическое моделирование, шахта, фульвокислоты, гуминовые кислоты, органоминеральные комплексы, вторичное минералообразование

DOI: 10.31857/S0869780921060035

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Букаты М. Б. Разработка программного обеспечения для решения гидрогеологических задач // Известия Томского политехнического университета. 2002. Т. 305. Вып. 6: Геология, поиски и разведка полезных ископаемых Сибири. С. 348-365.
2. Булах А.Г., Франк-Каменецкий В.А. Геологическая экскурсия в окрестности Питкяранты. Петрозаводск: Госкарелиздат, 1961. 105 с.
3. Бычкова Я.В., Стародымова Д.П., Шайхутдинова К.В., Дягилева Д.Р. и др. Особенности химической подготовки проб донных отложений для мультиэлементного анализа методом ИСП-МС // Вестник Московского университета. Серия 4 Геология. 2020. № 4. С. 45–54.
4. Волошин А.В., Пахомовский Я.А. О стокезите из гранитных пегматитов Кольского п-ова и скарноидов Карелии (Питкяранта) // Тр. Минералогического музея. Вып. 35. Новые Данные о Минералах СССР. М.: Наука, 1988. С. 36–39.
5. Духовский А.А., Артамонова Н.А., Иванова Э.И., Никифоров И.О. Объемная модель Салминского массива гранитов рапакиви и закономерности размещения оруденения // Отечественная геология. 1994. № 4. С. 24–32.
6. Конышев А.А., Сидкина Е.С., Солдатова Е.А., Догадкин Д.Н., Громяк И.Н. Особенности поведения химических элементов в системе вода-порода района разрабатываемого карьера бутового камня в Питкярантском рудном районе (Карелия) // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. № 332. С. 7–19. DOI: 10.18799/24131830/2021/3/3098
7. Ларин А.М. Граниты рапакиви и ассоциирующие породы. СПб.: Наука, 2011. 402 с.
8. Литвиненко А.В., Богданова М.С., Карпечко В.А., Литвинова И.А., Филатов Н.Н. Водные ресурсы Карелии: основные проблемы рационального использования и охраны // Тр. Карельского НЦ РАН. 2011. № 4. С. 12–20.
9. Литвиненко А.В., Филатов Н.Н., Лозовик П.А., Карпечко В.А. Региональная экология: эколого-экономические основы рационального использования водных ресурсов Карелии // Инженерная экология. 1998. № 6. С. 3–13.
10. Методы геохимического моделирования и прогнозирования в гидрогеологии / [С.Р. Крайнов, Ю.В. Шваров, Д.В. Гричук и др.]; Под ред. С.Р. Крайнова. М.: Недра, 1988. 252 с.
11. Нефедов Е.И. Берборит, новый минерал // Доклады АН СССР. Серия геологическая. 1967. № 174. С. 189–192.
12. Томилина О.В., Паламарчук С.Ф., Яхнин Э.Я., Егоров А.И. Комплект карт геохимической основы государственной геологической карты Российской Федерации // Геохимическое картирование севера европейской территории России в рамках международной программы «Экогеохимия Баренцева региона» и проведение опережающего этапа составления геохимических основ Госгеолкарты-1000 третьего поколения на листы Р-35, 36. Т. 2: Отчет о научно-исследовательской работе / отв. исп. В.А. Чекушин. СПб., 2004. 146 с.
13. Торопов А.С., Солдатова Е.А., Рихванов Л.П. Формы миграции радионуклидов (U и Th) в природных водах в различных геохимических условиях на основе расчетных и экспериментальных данных // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. № 331. С. 7–21. DOI: 10.18799/24131830/2020/12/2935
14. Courtijn E., Vandecasteele C., Dams R. Speciation of aluminium in surface water // Sci. Total Environ. 1990. V. 90. P. 191–202. DOI: 10.1016/0048-9697(90)90193-X
15. Dinu M.I., Shkinev V.M. Complexation of metal ions with organic substances of humus nature: methods of study and structural features of ligands, and distribution of elements between species // Geochemistry Int. 2020. Vol. 58. P. 200–211. DOI: 10.1134/S0016702920020032
16. Ephraim J.H., Allard B. Metal ion binding by humic substances / Grenthe I., Puigdomenech I. (eds.) // Modelling in Aquatic Chemistry. Paris, OECD, Nuclear Energy Agency, 1997. P. 207–244.
17. Jordan R.N., Yonge D.R., Hathhorn W.E. Enhanced mobility of Pb in the presence of dissolved natural organic matter // J. Contam. Hydrol. 1997. Vol. 29. P. 59–80. DOI: 10.1016/S0169-7722(96)00087-3
18. Konyshev A.A., Sidkina E.S., Cherkasova E.V., Mironenko M.V., Gridasov A.G., Zhilkina A.V., Bugaev I.A. Migration forms of heavy metals and chemical composition of surface waters in the “Arsenic” shaft area (Pitkäranta Ore District, South Karelia) // Geochemistry Int. 2020. Vol. 58. P. 1068–1074. DOI: 10.1134/S0016702920090050
19. Larin A.M. Ore mineralisation / Haapala I., Ramo O.T., Salonsaari P.T. (eds.) // Salmi Batholith and Pitkaranta Ore Field in Soviet Karelia. Espoo, Finland, University of Helsinki, 1991. P. 19–34.
20. Lepokurova O.E., Ivanova I.S. Geochemistry of iron in organogenic water of Western Siberia, Russia // Proc. Earth Planet. Sci. 2014. Vol. 10. P. 297–302. DOI: 10.1016/j.proeps.2014.08.068
21. Rose A.L., Waite T.D. Kinetics of iron complexation by dissolved natural organic matter in coastal waters // Mar. Chem. 2003. Vol. 84. P. 85–103. doi: 10.1016/S0304-4203(03)00113-0
22. Savichev O., Soldatova E., Rudmin M., Mazurov A. Geochemical barriers in oligotrophic peat bog (Western Siberia) // Appl. Geochemistry. 2020. Vol. 113. 104519. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2019.104519
23. Soldatova E., Sidkina E., Sun Z. Thermodynamic modeling of aqueous migration of chemical elements in irrigation water // E3S Web Conf. 2020. Vol. 222. 05022. DOI: 10.1051/e3sconf/202022205022
24. Trüstedt O. Die Erzlagerstätten von Pitkäranta am Ladoga-See // Bull. la Comm. Géologique Finlande 1907. Vol. 19. P. 243–244. (in German)