Кольские ученые узнали, как на состав подземных вод влияет добыча полезных ископаемых в Ловозерских тундрах

Мы есть то, что мы едим, – считается, что так говорил еще Гиппократ. Но, пожалуй, в большей степени мы есть то, что мы пьем. Химические элементы, содержащиеся в воде, поступают в организм человека, накапливаются в растениях, которые затем употребляют в пищу. Словом, состав воды оказывает огромное влияние на здоровье человека. Охватившая весь мир пандемия коронавируса показала, что сохранение здоровья граждан никогда не должно выходить из фокуса внимания государства, так как оно является фактором социальной стабильности и благополучия.

Важная стратегическая задача — изучение миграции элементов в водной среде для выяснения их потенциальной опасности для живых организмов. В современном мире все больший вес в качестве микрозагрязнителей обретают редкоземельные элементы, особенно в регионах, где происходит добыча и переработка полезных ископаемых.

Водоемы Мурманской области слабо минерализованы, содержание органических веществ в них крайне мало. Население области привыкло считать все родники и горные речки региона по умолчанию чистыми и пригодными для питья. Но, к сожалению, с качеством воды на самом деле все не так благополучно.

Среди населенных пунктов региона по заболеваниям опорно-двигательного аппарата и мочекаменной болезни лидируют Кировск, Апатиты и Ловозерский район. Население этих мест пользуется водой, образующейся в пределах крупных щелочных массивов — Хибинского и Ловозерского. Эти породы содержат легко мигрирующие оксиды стронция и бария, оксиды редких земель, урана, тория и фтора. На водосборах этих территорий расположены горнодобывающие предприятия АО «Апатит», АО «СЗФК», ООО «Ловозерский ГОК».

От поверхностных вод питаются четыре питьевых водопровода Ловозерского района, водопровод Апатитов. Производимую в этих районах молочную продукцию потребляет население области, а в Ловозерском районе проживает 70 процентов коренных малочисленных народов Севера региона.

Ловозерский массив омывается двумя крупными озерами — Умбозером и Ловозером. С севера и юга его ограничивают заболоченные низменности с большим числом водоемов. Состав пород настолько сложный, что все промышленные перспективы этого места до сих пор не открыты, и его изучение продолжается. С одной стороны, открываются все новые месторождения и рудопроявления редкоземельных металлов, с другой – в связи с нерентабельностью прекращается добыча ранее используемых. К концу XX века многие производства были остановлены, а шахты затоплены. На склонах одной из самых высоких гор массива Аллуайв осталось множество заброшенных штолен.

В 2009 году в связи с прекращением откачки шахтных вод произошло затопление Умбозерского рудника. Вода заполняла нижние горизонты и выходила на поверхность по транспортным ходам, поступая в Умбозеро. Затопленными остались уникальные геологические памятники, в том числе известное геологам всего мира пегматитовое тело «Шкатулка».

Ученые из Института проблем промышленной экологии Севера Кольского научного центра изучили процессы миграции химических элементов в Ловозерском массиве в рамках системы «вода–порода–атмосфера». Результаты исследования были опубликованы в мартовском номере журнала Modeling Earth Systems and Environment.

Эта работа продолжает цикл исследований влияния химического состава горных пород на грунтовые воды, реки и озера. В результате одного из них были установлены причины некондиционности вод Хибинского массива и выявлены механизмы формирования состава подземных вод в действующих и проектируемом водозаборах.

В исследовании использовался метод термодинамического моделирования. Для этого авторы применили программный комплекс Selector. Для анализа отобрали пробы поверхностных вод из источников, используемых для питьевых нужд в селах Ревда и Ловозеро, подземных вод, пользующихся популярностью у жителей этих населенных пунктов, а также из других водоемов.

Исследователи использовали физико-химическую модель взаимодействия воды и твердого тела, адаптированную к условиям Мурманской области и позволяющую оценивать экологическую ситуацию при наличии природного или антропогенного воздействия. Она включает 42 независимых компонента от кислорода до лантана и 1062 зависимых компонента (435 – в водном растворе, 76 – в газовой фазе, в жидких углеводородах – 111, еще 440 – в твердой фазе, органических и минеральных веществах). Набор твердых фаз этой системы был сформирован на основе состава местных пород.

Полный гидрохимический анализ показал наличие в воде таких характерных для Ловозерского массива элементов, как уран, молибден, серебро, барий, ванадий, лантан, церий, цирконий. Необходимо помнить, что уран, барий и стронций могут замещать кальций в костях человека. По содержанию этих веществ исследованные воды относятся к опасным для здоровья человека, а большая концентрация фтора, серы и хлора в воде провоцирует более активное растворение токсичных элементов.

Компьютерное моделирование указало возможность присутствия в воде хрома, кобальта, ванадия, лантана, церия, циркония, бария, не обнаруживаемых ранее при отборе проб из-за отсутствия анализов на данные элементы или низкой концентрации элементов, ниже чувствительности прибора. Однако использование более современных методов анализа позволило их выявить в более поздних экспедициях. Анализ результатов свидетельствует о сопоставимости концентраций фторидов лантана и церия в природных водах и полученных в результате моделирования. Повышение степени взаимодействия «вода–порода» в результате перехода в раствор может ускорить растворение минералов и поступление в раствор элементов, влияние которых на здоровье человека еще не изучено.

Исследователи предупреждают, что питьевую воду необходимо взять под особый контроль, так как она содержит примеси, поступающие из затопленных шахт. Информацию о составе воды следует использовать для оценки здоровья населения региона. Результаты исследований будут полезны и промышленникам для планирования природоохранных и очистных мероприятий, и медикам для предотвращения угрозы здоровью людей.

КНЦ РАН

35 статей

Кольский научный центр Российской академии наук (бывший Кольский филиал Академии наук СССР) имени С. М. Кирова, объединение научных учреждений РАН на Кольском полуострове.

Показать больше