В статье рассматриваются механизмы миграции и иммобилизации металлов в почвах субарктики Западной Сибири в результате загрязнения при разработке месторождений углеводородного сырья. Исследования базируются на результатах анализа 106 проб почв и почвенных растворов на содержание металлов (Na, Ca, K, Fe, Mn, Cd, Cr, Zn, Sr, Cu, Ni, Ba, Pb, Co, V), а также нефтяных углеводородов в почве, отобранных на месторождениях и фоновых участках Надым-Пур-Тазовского междуречья. На основе геохимических данных проведено статистическое моделирование с использованием методов многомерной статистики. На первом этапе выполнены факторизация данных и интерпретация факторов с выявлением основных источников загрязнения, к которым отнесены буровые шламы, пластовые воды и работа автотранспорта. Дискриминантный анализ позволил сгруппировать пробы по характеру воздействия. Многомерный дисперсионный анализ дал возможность выделить ведущие факторы потенциала подвижности металлов в почвах, использованных при выполнении множественного регрессионного анализа (МРА) в качестве предикторов. МРА выявил основные механизмы мобилизации металлов в раствор: конкурентная сорбция (Mn, Sr, Co, Pb, Cr, Ca, Ba, Zn), ионная сила раствора (Na, Mn, Zn), подщелачивание почв (Cr, V) и гидрофобизация нефтяными углеводородами (Sr, Zn). Установлено, что иммобилизация наиболее эффективна в процессах ионообменной сорбции на аморфных оксигидроксидах Fe (Na, Ca, Mn, Sr, Zn), Mn (Ba, Co, Cr, Pb), органическом веществе гумусового ряда (Sr, Ba). Дана подробная характеристика поведения металлов в условиях загрязнения. Показано, что латеральная миграция металлов в изученных условиях составляет 150-200 м. Проведены оценка достоверности множественных регрессионных моделей и внутренняя валидация на экспериментальных данных. На основе анализа механизмов мобилизации и иммобилизации металлов даны рекомендации по снижению миграционного потенциала поллютантов.
Использование природоподобных технологий активно внедряется в различные сферы деятельности человека. Очистка сточных вод горнопромышленного производства – одна из них. В работе на основе многолетних исследований воздействия разработки Сибайского медноцинковоколчеданного месторождения выполнена оценка эффективности геохимических барьеров по очистке воды от Cu, Zn, Cd на р. Карагайлы, используемой для стока подотвальных и карьерных вод. В основу исследований положены результаты определения содержания металлов в воде и донных осадках, форм металлов и величины pH. С использованием дискриминантного анализа выделены четыре гидрогеохимические обстановки, обусловленные изменением системы водопользования в течение последних 20 лет, показаны механизмы формирования и разрушения геохимических барьеров. Статистическое моделирование процессов перевода металлов в твердую фазу и осаждения на дно выполнено на основе многомерно-регрессионного анализа. Осаждение Cu вызвано адсорбцией свежеобразованными гидроксидами Fe, в меньшей степени – выпадением в составе сульфатов при повышении щелочности воды. Проявлен антагонизм к гидроксидам Mn, обусловленный разными физико-химическими условиями их осаждения. Механизмы аккумуляции Zn обусловлены, в большей мере, фазовыми переходами в составе сульфатов при повышении pH c образованием собственных минеральных фаз. Вторым менее значимым механизмом выступает адсорбция на свежеобразованных гидроксидах Mn, что соответствует представлениям о близких условиях осаждения гидроксидов металлов. Поведение Cd отражает промежуточные между Cu и Zn условия осаждения в реке. В одинаковой степени механизмами аккумуляции выступают гидроксиды Fe и водные сульфаты, но отсутствует антагонизм к Mn. Выполненная оценка эффективности геохимических барьеров в очистке речных вод свидетельствует о перспективности использования природоподобных технологий in situ в водотоках, каналах и других системах отведения воды. Разработанные статистические модели могут быть использованы при постановке экспериментальных исследований и проектировании искусственных геохимических барьеров.
На основе комплексных исследований территории разработки Сибайского медно- колчеданного месторождения установлены особенности изменения химического состава природных вод, показана специфика техногенной миграции рудных элементов в донных осадках реки и в почвах, а также вовлечения тяжелых металлов в биогеохимический круговорот. Выявлена степень трансформации природных геохимических процессов в условиях техногенеза. Определены ориентировочные размеры техногенных ореолов и потоков рассеяния рудных металлов. Даны рекомендации, направленные на снижение техногенной миграции элементов.
