Реферат: Экологические аспекты геохимических исследований и добычи полезных ископаемых в Арктике

Бурное развитие промышленности в последнее столетие привело к глобальному загрязнению окружающей среды. В процессе извлечения и использования углей накапливаются огромные массы отходов, среди них вскрышные породы, шлаки, золы уноса, отходы обогащения и др. В среднем в России при добыче 1 т угля открытым способом образуется 5, а при добыче шахтным способом 0,4 т твердых отходов. Лишь незначительная часть отходов используется для хозяйственных нужд, главным образом в стройиндустрии. По разным оценкам, только золошлаковых отходов в России скопилось в отвалах более 2 млрд. тонн . Отвалы постоянно пылят, загрязняя окружающую среду. Однако накопление экологически опасных компонентов в окружающей среде зависит в большей степени не от количества и качества отвальных пород, а, в первую очередь, от состава топлива и технологии его сжигания на ТЭС.

В химическом составе неорганического вещества можно выделить две группы химических элементов. Это главные, или золообразующие элементы (SiO2, Al2O3, Fe2O3, K2Oи др.), и элементы примеси, составляющие обычно не более 1% от всего количества неорганического вещества, к которым относятся такие элементы, как Cl, F, Hg, As, Se и др. Среди элементов-примесей выделяется несколько групп, в том числе токсичные и потенциально-токсичные элементы.

Эти данные говорят о необходимости мониторинга и прогнозирования загрязнения окружающей среды токсичными элементами на основе всестороннего изучения, в первую очередь, их содержания, закономерностей распределения и условий концентрирования непосредственно в угольных пластах.

Арктическая часть Сибири и Дальнего Востока включает в себя Таймырский, Яно-Омолойский угольный бассейн, а также охватывает северные районы Тунгусского и Ленского угольных бассейнов. Материалом для настоящего исследования послужили угли Кокуйского и Каякского месторождений Тунгусского бассейна, Сырадасайского и Пясинского месторождений Таймырского бассейна, угли Омолойского месторождения Яно-Омолойского угольного бассейна, а также угли Жиганского месторождения Ленского угольного бассейна (таблица). Исследования основаны на результатах анализов 190 проб углей.

Опробование угля выполнялось бороздовым методом в крест простирания угольного пласта на угледобывающих предприятиях в закрытых и открытых горных выработках, в естественных обнажениях, а также по керну разведочных и поисковых скважин. Длина интервала опробования (секций) выбиралась в зависимости от мощности и сложности строения пласта и изменялась в среднем от 0,15 до 2,0 м. Отдельно изучались маломощные угольные пачки, разделённые прослоями породы.

В качестве основного метода для определения токсичных элементов-примесей в углях использовался многоэлементный инструментальный нейтронно-активационный анализ (ИНАА). Анализы были выполнены в Ядерно-геохимической лаборатории кафедры геоэкологии и геохимии Национального исследовательского Томского политехнического университета (аналитики А.Ф. Судыко и Л.В. Богутская). Лаборатория функционирует на базе исследовательского ядерного реактора ИРТ-Т НИИ ядерной физики при ТПУ. Определение токсичных элементов производилось из навесок угля массой 100-200 мг без предварительного озоления, т.к. последнее может приводить к потерям некоторого количества элементов. Также для определения содержания токсичных элементов широко применяли атомно-эмиссионный метод с индуктивно связанной плазмой (AS IСP) и атомно-абсорбционный метод с электротермической атомизацией. Эти исследования были выполнены в лаборатории ЗАО РАЦ «Механобр-Аналит», Санкт-Петербург. Среднее содержание токсичных элементов в углях рассчитывалось как средневзвешенное по мощности интервалов опробования.

На сегодняшний день в нашей стране нет государственных стандартов на содержание в углях токсичных элементов и не утверждён их перечень. В связи с этим, за основу взят набор токсичных элементов и ориентировочные ПДК для них.

В таблице приведены содержания токсичных элементов в углях изученных месторождений. Данные по содержанию Cr, Co, As, Sb, U, Th имеются по всем изученным месторождениям. Наиболее полная информация о содержании токсичных элементов-примесей имеется для месторождений Тунгусского угольного бассейна.

Хром. Наибольшую токсичность хром представляет в VI- и III-валентной форме. Кроме того, VI-валентный Cr намного опаснее, чем III-валентный. Даже незначительные концентрации этого металла в подвижной форме представляют серьёзную опасность для здоровья человека. Средние содержания Crв изученных углях изменяются от 10,5 г/т (Пясинское месторождение) до 147,4 г/т (Жиганское месторождение). В Жиганском месторождении отмечается единичная проба с аномальным содержанием, превышающим ПДК .

Кобальт. Кобальт относится к группе микроэлементов, которые являются жизненно необходимым для функционирования живых организмов. Вместе с тем, в избытке, как и многие другие элементы или более сложные вещества, он для организма токсичен и даже может быть губителен. Содержания элемента в изученных углях изменяются от 2 г/т (Пясинское месторождение) до 10,1 г/т (Каякское месторождение), при средних содержаниях в углях мира 5,1 г/т. Эти значения далеки от ПДК, равной 100 г/т.

Мышьяк. Этот элемент, как и хлор, - технологически вредный компонент энергетических углей , помимо этого он несёт в себе огромную опасность как высокотоксичный компонент и относится к веществам первого класса опасности.Среднее содержание мышьяка наиболее максимально в углях Пясинского месторождения и достигает 20,8 г/т. Содержания ниже предела обнаружения отмечаются в углях Жиганского и Каякского месторождений. Содержания элемента в изученных углях существенно ниже ПДК.

Сурьма. Это элемент второго класса опасности, он присутствует в живых организмах, однако физиологическая и биохимическая его роли не выяснены. Накапливаясь в ряде случаев в опасных концентрациях, сурьма может создавать определенные экологически проблемы. Доля энергетики в антропогенной эмиссии этого элемента в атмосферу при сжигании углей весьма значительна и составляет 80 % . Во всех изученных месторождениях, за исключением Каякского, содержание сурьмы ниже её средних значений по миру .Содержаний выше ПДК в изученных углях не отмечается .

Уран и торий. Реальную опасность для здоровья может представлять лишь твердофазная эмиссия радиоактивных элементов, т.е. уран и торий в тончайшей фракции уноса, проскочившей системы очистки дымовых газов, способной попадать в легкие .По данным Юдовича при сжигании углей для бытовых целей содержания Uвыше кларковых в 3-4 раза уже могут представлять опасность для здоровья людей, а опасные концентрации тория в углях для промышленного сжигания составляют около 35 г/т. Исследуемые угли характеризуются околокларковыми содержаниями U и Th, за исключением Жиганского месторождения, в котором содержание Th достигает 32 г/т.

Содержания токсичных элементов в углях изученных месторождений не превышают ПДК для углей, за исключением Жиганского месторождения, в котором отмечаются повышенные концентрации Cr и Th. Возможным источником этих и других литофильных элементов в месторождении является так называемый «редкоземельный пояс Верхоянья», протягивающийся от Приморской низменности до хребта Сетте-Дабан . Однако следует отметить низкий уровень изученности содержания элементов-примесей в углях,в связи с малой представительностью опробования. Для четырех из шести изученных месторождений имеются данные не по всем элементам. Для получения достоверной информации об уровне экологической опасности углей Арктической части Сибири и Дальнего востока необходимо провести дальнейшие исследования, следует детально опробовать, как угли, так и продукты их сжигания[4].

Еще один хороший пример учета экологических аспектов при добычи полезных ископаемых это разработка апатит-нефелиновых месторождений на Кольском полуострове. В пределах месторождений ведется мониторинг поверхностных вод. В процессе проведения режимных наблюдений производился отбор воды из поверхностных водотоков и водоемов. При выполнении полного химического анализа в отобранных пробах воды определяеются физические свойства - вкус, запах, цветность, мутность.

При разработке месторождений актуальной проблема загрязнения водоносных горизонтов, имеющих тесную связь с поверхностными водами (отстойники, отвалы). Загрязнение поверхностных и гидравлически связанных с ними подземных вод F.[5]

Заключение

Процесс разработки месторождений сопровождается большим количеством выбросов в атмосферу и сбросов в морскую среду, что значительно повышает экологические риски в условиях Арктики. Чем старее месторождение, тем большее количество сопутствующей (нефтесодержащей) воды и образующихся остатков породы с высоким содержанием нефтепродуктов и химикатов в них образуется. В настоящее время не существует совершенной системы очистки воды и масс породы.

Совершенно очевидно, что Арктический сегмент Земли в будущем станет главным объектом пополнения запасов нефти и газа для государств региона. Поэтому интерес арктических стран к разработке природных ресурсов Арктики будет только возрастать и, по прогнозам экспертов, борьба между ними за эти ресурсы в будущем обострится. Это связано и с глобальным потеплением, и с истощением месторождений в других частях Земли.

Всемирный фонд дикой природы (WWF) считает, что на нашей планете существуют места, которые ни при каких обстоятельствах нельзя подвергать риску загрязнения в результате разлива нефти из-за их особой природной ценности и уязвимости. Ни один оператор, ведущий разработку нефтяного месторождения, не может на 100% гарантировать отсутствие разливов нефти.[4]

Именно поэтому экологи считают, что на добычу полезных ископаемых в Арктике следует ввести запрет, по крайней мере, до тех пор, пока не появятся технологии ликвидации аварий.

Список использованных источников

1 http://www.edu.severodvinsk.ru/after_school/2012/work/bogdanov/ minerals.html

http://biofile.ru/geo/23536.html

3 http://neftynik.ru/ekologicheskie-aspekty-izucheniya-i-osvoeniya-neftegazovyx-resursov-kontinentalnogo-shelfa/

Россия в Арктике. XXI век: среда обитания, общество, освоение: материалы I Всероссийской молодёжной конференции, 14-15 июня 2012 г. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. - 236 с.

Золотова Е. Ф.. Асс Г. Ю. Очистка воды от железа, марганца, фтора, сероводорода. М., Стройиздат, 1975. - 176с.