Лаборатория гидрогеологии и геоэкологии
	Зав. лабораторией д.г.-м.н. Плюснин Алексей Максимович

Лаборатория гидрогеологии была создана в 1980 г. с целью изучения условий формирования ресурсов и химического состава подземных вод Забайкалья, обоснования мелиорации земель, доочистки и захоронения сточных вод. Руководителем лаборатории был избран к.г.-м.н. И.М. Борисенко. С конца 80-х годов в лаборатории развивается геоэкологическое направление. После объединения с лабораторией рудообразования и техногенеза, начались исследования закономерностей миграции и концентрирования токсичных химических элементов в районах, разрабатываемых и законсервированных рудных месторождений, и лаборатория получает нынешнее название.

В составе лаборатории 20 сотрудников: 1 доктор наук, 10 кандидатов наук, 1 м.н.с. без степени, 5 инженерно-технических работника, 3 аспиранта.
Коллектив лаборатории гидрогеологии и геоэкологии: А.М. Плюснин - д.г.-м.н., зав.лаб.; С.Г. Дорошкевич - к.б.н., с.н.с.; О.К. Смирнова - к.г.-м.н., с.н.с.; З.И.Хажеева- к.ф.-м.н., с.н.с.; Б.В. Дампилова – к.х.н., н.с..; Д.И. Жамбалова - к.г-м.н., н.с.; Е.Г. Перязева - к.г.н., н.с.; А. В. Украинцев - к.г-м.н., н.с.; М.К. Чернявский - к.г.н., н.с.; В.В. Дабаева- к.г-м.н., м.н.с.; С.С. Санжанова - к.т.н., м.н.с.; Н.А. Ангахаева - м.н.с.; И.В. Бардамова – вед. инж.; А.В. Залуцкий – инж. 2 кат.; А.И. Иринчеева – инж. 2 кат.; Е.С. Кушеева – инж. лаб.; С.Г. Калашников - лаб.; Ю.С. Воронина – аспирант; Н.П. Новокрещенных – аспирант; Т.Н. Чередова – аспирант.

Трудовые будни лаборатории

Е.Г. Перязева, А.М. Плюснин, С.Г. Дорошкевич	А.В. Украинцев

И.В. Бардамова	С.С. Санжанова

• Закономерности формирования ресурсов и химического состава подземных и поверхностных вод,
• Особенности функционирования природных и техногенных геосистем горно-складчатых областей,
• Эволюция окружающей среды под воздействием природных и техногенных факторов,
• Научные основы рационального природопользования.

• полевые и опытно-экспериментальные работы,
• мониторинговые наблюдения,
• термодинамические расчеты,
• численное моделирование природных процессов.

Важнейшие результаты за 2018-2020гг.

1. Изучены условия образования минеральных сульфатно-натриевых озер Забайкалья. Установлено, что их образование связано с приносом сульфат-иона трещинно-жильными водами.

Сульфатные минеральные озера представляют собой уникальные природные образования. Они формируются в исключительных природных условиях. Для их образования необходимо сочетание нескольких факторов. В Западном Забайкалье озера этого химического типа образуются под воздействием разгрузки сульфатных натриевых подземных вод. В Баргузинской впадине (рис. 1) сульфатные озера образуются в результате разгрузки термальных трещинно-жильных вод, относящихся к сульфатному натриевому химическому типу. Этот тип вод формируется преимущественно в пределах Икатского хребта, ограждающего впадину с юго-востока.

Рис. 1. Космоснимок Алгинского термального источника и минеральных озер, связанных с его разгрузкой. Условные обозначения: 1- место разгрузки источника, 2- оз. Малое Алгинское, 3- оз. Большое Алгинское, 4 – оз. Гуджирчан.

Особенности микроэлементного состава озер непосредственно связаны с изначальным накоплением определенной группы химических элементов в термальных водах, состав которых формировался в процессе длительного взаимодействия с трещиноватыми породами при повышенной температуре. На заключительной стадии происходило концентрирование озерной воды, заключенной в бессточной котловине, в процессе испарения и вымораживания. Наиболее устойчивыми в растворе из микроэлементов оказались вольфрам и бор, которые присутствуют в виде вольфраматов и боратов натрия. Изначально высокие содержания вольфрама связаны с тем, что гидротермы взаимодействуют с шеелитовой минерализацией, которая установлена в Икатском хребте проводимыми здесь поисково-разведочными работами. Из других микроэлементов с высокими содержаниями нужно отметить фосфор и мышьяк, которые также мигрируют в анионных формах.

В Гусиноозерско-Оронгойской межгорной впадине сульфатное засоление подземных и поверхностных вод сформировалось под воздействием глубинных подземных вод из водоносных горизонтов юрских и меловых отложений. Образование сульфатных натриевых вод в этих водоносных горизонтах имеет длительную историю. Окисление сульфидных минералов, распределенных в эндогенных породах, несомненно, дает какой-то вклад в формирование сульфатных вод, но этот вклад в их образовании не является определяющим. Основная масса сульфат-иона связана с выщелачиванием его из карбонатитов, располагающихся в обрамлении впадины, где он присутствует в виде тенардита. Химический состав сульфатных озер Гусиноозерско-Оронгойской впадины характеризуется низкими содержаниями микроэлементов, так как вода, заключенная в озерах, имеет невысокую степень взаимодействия с породой.

Сульфатное засоление подземных и поверхностных вод сформировалось под воздействием разгрузки глубинных подземных вод из водоносных горизонтов юрских и меловых отложений. Изотопный состав серы относительно тяжелый – в Сульфатном озере достигает 15,4‰, в Белом – 15,9‰, в Степном – 12,3‰ ?34SCDT. Изотопный состав серы соответствует карбонатитам выявленным в кристаллическом обрамлении впадины. В барите карбонатитов Аршанского месторождения ?34SCDT составляет 13,0‰, в баритоцелестине – 13,2 ‰ . Эти изотопные отношения близки установленным значениям в воде сульфатных озер. Учитывая высокие содержания сульфатной серы в карбонатитах, можно предполагать их существенное воздействие на химический состав рассматриваемых подземных вод. Сульфаты натрия и калия до сих пор могут вымываться из карбонатитов атмосферными осадками, что доказано выщелачиванием их дистиллированной водой. За длительный период в раствор перешло большое количество сульфата, вероятно, часть его рассеялась. Но в мезозое в результате тектонических движений сформировались впадины и в них стали накапливаться минерализованные подземные воды с высоким содержанием сульфат-иона. Формированию подземного стока от мест расположения карбонатитов к центральной части впадины благоприятствовали сложившиеся тектонические условия, в том числе и широкое распространение поперечных разломов (рис. 2).

Рис. 2. Космоснимок участка расположения минеральных озер Белое и Степное. Условные обозначения: I – степные ландшафты микровпадины, II – лесостепные ландшафты кристаллического обрамления, III – разрывные нарушения, выявленные при дешифрировании космоснимков, IV – минеральные озера, V – русла рек.

Вероятно, сульфатно-натриевая фаза карбонатитов была обеднена микроэлементами и, несмотря на то, что в результате её растворения формировались высокоминерализованные растворы, они были бедны микроэлементами. Вода, заключенная в сульфатных озерах Сульфатное, Белое, Степное (см. рис. 2) наследует эту изначально низкую концентрацию микроэлементов. В озерах, хотя и происходило концентрирование растворенного вещества за счет процессов испарения и вымораживания растворителя, и постепенно сформировался очаг сульфатного засоления, содержание микроэлементов остался низким. Из микроэлементов относительно высокими содержаниями в сульфатных озерах выделяется только стронций и литий, которые, вероятно, изначально присутствовали в расплаве сульфатной фазы карбонатитов. По этой же причине в озерах обнаруживаются и высокие содержания магния. В озерах под воздействием испарения, вымораживания воды происходит концентрирование растворов и достигается равновесие относительно труднорастворимых соединений. Химический и рентгеноструктурный анализ донных отложений указывает на то, что при этом происходит высаживание различных карбонатных минералов. Проведенные расчеты термодинамических равновесий показали, что вода всех исследованных сульфатных озер находится в равновесии с такими карбонатными минералами, как доломит, стронцианит. В большинстве исследованных озер достигается насыщение кальцитом и магнезитом.
(Плюснин и др. Геология и геофизика, 2020, т. 61, № 8. DOI: 10.15372/GiG2019154).

2. На основе нового фактического материала по дешифрированию аэро- космоматериалов и определения химического состава воды и газа современными количественными методами анализа вещества предложена новая модель функционирования природной системы в бессточном урочище Нухэ-Нур Нижнего Куйтуна Баргузинской впадины.

Рис. 3. Схема формирования поверхностных вод урочища Нухэ-Нур 1 — коренные породы; 2 — песчано-глинистые отложения Нижнего Куйтуна; 3 — заключенная в озерах вода; 4 — поверхность промоин на склонах; 5 — уровень воды в озерах (а — в многоводный период, б — в засушливый); 6 — поток трещинно-жильных вод; 7 — движение атмосферных (а) и поверхностных (б) вод; 8 — движение инфильтрационных (а) и грунтовых (б) вод в толще пески.

Установлена роль разрывных нарушений в формировании ресурсов и химического состава вод, заключенных в озерах Нухэ-Нур и Саган-Нур (рис. 3). Их ресурсы в основном формируются в результате сосредоточенного стока инфильтрующихся через песчаные отложения атмосферных осадков, которые собираются со значительной части Нижнего Куйтуна. В южное озеро Нухэ-Нур по глубоко проникающим разрывным нарушениям разгружаются азотные термальные воды, которые придают специфический геохимический облик этому озеру (рис. 3). В результате активно протекающих процессов испарения и вымораживания происходит концентрирование растворов и трансформация химического состава воды озер по содовому направлению.
(Плюснин и др., География и природные ресурсы. 2020. № 3 (162). DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2020-3(89-97).

3. Установлены основные причины образования минерального содового озера Бормашовое, расположенного на побережье Байкала. Озеро не испытывает воздействия байкальской воды, так как располагается в изолированной котловине. Наклон фундамента, осадочных пород и поверхности Баргузин-Чивыркуйского перешейка, где располагается озеро, направлен в сторону Чивыркуйского залива (рис.4). Поверхностный сток в озеро Бормашовое происходит с очень малой территории, расположенной от него к югу. Питание озера осуществляется в основном за счет трещинно-жильных, грунтовых и атмосферных вод (см. рис.4). Под воздействием разгрузки трещинно-жильных и грунтовых вод в озере накапливаются биологически активные химические элементы. В летний период вода озера быстро и интенсивно прогревается, и зацветает. Зимой, в результате разложения органических остатков и отложений сапропеля, в озере создается избыточное давление углекислого газа, уменьшается рН среды, возрастает содержание кальция, карбонат-иона. При разрушении ледового покрова парциальное давление углекислого газа падает и происходит садка карбонатных минералов кальция и магния. В результате этого в озерной воде накапливается натрий и гидрокарбонат-ион, вода становится содовой. Так как в минеральном озере сформирована щелочная среда, в растворе устойчивы микроэлементы образующие в растворе анионы, среди них выделяются фосфор, бор, вольфрам.

Рис. 4. Космоснимок полуострова Святой Нос с Баргузин-Чивыркуйским перешейком с нанесенными разрывными нарушениями и местами опробования поверхностных и подземных вод. Условные обозначения: 1- изолиния абсолютных отметок 455,5 м, 2 – изолиния 456 м, 3 - разрывные нарушения, стрелкой показано направление падения сброса, 4 – предполагаемые разрувные нарушения, 5- абсолютные отметки поверхности, 6- выявленные проявления грязевого вулканизма, 7 – места образования пропарин во льду и выделения метана, 8- места отбора проб воды, газа (1-оз. Бормашовое, 2-оз. Арангатуй, 3- ист. Арангатуйский, 4- ист. Кулиные Болота, 5- ист. Змеиный).

Бормашовое озеро представляет собой уникальный водный объект, содержащий соленую воду, существующий длительное время всего в километре от Байкала. Его образование тесно связано с геологической историей развития Баргузин-Чивыркуйского перешейка.
(Plyusnin, XVI International scientific-practical conference, 2020 /Плюснин и др. Водные ресурсы, т.48, №2, 2021 с.1-13).

4. Установлено, что при длительном хранении отходов горнодобывающего производства в поровых водах хвостохранилищ в значительной степени накапливаются редкоземельные элементы, их суммарное содержание достигают 4-5 мг/л.

Содержание лантаноидов в рудничных водах составляет только 24 мкг/л, в отстойниках, расположенных в бассейне р. Бом-Горхон их концентрация уже достигает 77 мкг/л, а в долине р. Зун-Тигня - 467 мкг/л. Наиболее высокие концентрации редких земель выявлены в техногенных водоемах, которые длительное время использовались для вторичной переработки песков. В рудничных водах (рис. 5) наблюдается увеличение концентрации редких земель по отношению к фоновым концентрациям в десятки и сотни раз, а в отходах переработки руд в тысячи раз.
(Plyusnin A., Smirnova O., Robinson P, WRI, 2019).

Рис. 5. Распределение концентрации лантаноидов в рудничных водах (а) и в отстойниках, вода которых использовалась для вторичной переработки песков (б), нормированных по содержанию их в озере Байкал.

Установлено, что в Джидинском хвостохранилище наблюдается обогащение поровых вод тяжелыми редкоземельными элементами, а на Бом-Горхонском легкими. Вероятно, на полученное соотношение, оказывает влияние не только природное распределение редких земель, но и степень взаимодействия воды с горными породами. Джидинское хвостохранилище имеет более длительную историю существования, поэтому под воздействием кислых растворов из вмещающих оруденение пород здесь выщелочено и накоплено в растворе больше тяжелых редкоземельных элементов. В хвостохранилище Бом-Горхонского ГОКа мы также наблюдаем относительное возрастание доли тяжелых редких земель при длительном хранении.

Экспериментальными исследованиями взаимодействия рудничных вод с известняком установлено, что формирующаяся твердая фаза состоит из аморфных и кристаллических новообразований, которые размещаются на поверхности известняка и в межзерновом пространстве. На высаживание твердых фаз определяющее влияние оказывает рН реагирующих с известняком растворов. Нам удалось проследить формирование твердых фаз с рН от 2,8 до 5,3. Среди новообразований доминирующую роль играют сульфаты. Особенно много образуется гипса. Этот минерал высаживается на поверхности известняка сплошным слоем (рис. 6). Аналогичным образом ведет себя флюорит, который образует чешуйки, располагающиеся близко друг к другу на значительной площади поверхности кальцита. Формирование этих соединений начинается в кислой среде и продолжается на протяжении всего времени взаимодействия воды с известняком.

Рис.6. Выделения гипса на поверхности кальцита. Здесь и на рис. 7, цифрами выделены места проведения анализа. Результаты анализа представлены в таблице 1.

По мере нейтрализации раствора в окружении зернистой массы гипса начинают формироваться выделения сульфата цинка. На рисунке (см. рис. 6) приведены фотографии новообразований сложного состава с высоким содержанием цинка (табл. 1). На этом же этапе взаимодействия известняка с кислыми поровыми водами происходит образование сульфатных соединений кадмия, которые фиксируются на рентгенограмме. В химическом составе формирующихся новообразований присутствуют натрий, магний, кремний.

По мере повышения значения рН из раствора начинает высаживаться железо в виде сульфита и карбоната, алюминий в виде алюмофторидов, силикатов. В составе этих новообразований присутствуют рудные элементы и редкие земли. Методом рентгенофазового анализа определено, что в новообразованиях присутствуют (Al2Pb9Sn9F42), K(AlFeLi)(Si3Al)O10(OH)F, KMg3(Si3AlO10)F2, (FeSO3), Fe6(OH)12(CO3); Nd2(CO3)3·8H2O, CaNd2S4.

В составе твердых образований (рис.7) обнаруживается медь, цинк, железо, марганец, алюминий (табл.2). Серы в твердых продуктах, высадившихся из раствора в слабо кислой среде, становится меньше. Фтор присутствует в значительных количествах, он, вероятно, связывается с формирующимися алюмосиликатами.

Рис. 7. Новообразования на поверхности известняка, сформировавшиеся в слабокислой среде при рН=5,3.

С повышением значений рН в результате реакции гидролиза из раствора начинают высаживаться гидроокислы железа и алюминия, совместно с ними удаляются тяжелые металлы и захватываются редкоземельные элементы. На электронном микроскопе обнаруживаются гидроокислы железа, содержащие в своем составе хром, алюминий и диспрозий.
(Плюснин и др., Геохимия, 2020, том. 65, №7, с. 711-728. DOI: 10.31857/S0016752520060102).

5. Проведено мониторинговое исследование формирования химического состава воды р. Модонкуль, протекающей на территории Джидинской природно-техногенной системы, на семи створах наблюдения (рис. 8.).

Рис. 8. Схема расположения створов отбора проб в р. Модонкуль.

Установлено, что природные фоновые воды р. Модонкуль в верховье у с. Холтосон пресные, гидрокарбонатные магниево- кальциевые с минерализацией 0,169-0,182 г/л, среднее 0,179 г/л, среднее рН равно 7,3 при вариации 7,1-7,6. Содержание фторид-иона - составляет 2,72 мг/л. Катионы и анионы в порядке убывания концентраций выстраиваются в следующие ряды Са2+ ? Mg2+ > Na++К+ и HCO3- > SO42- > Cl- , что характерно для природных речных вод, формирующих ресурсы в пределах магматических пород основного состава.

В формирование химического состава воды р. Модонкуль существенный вклад вносят водные массы притоков. Относительно фоновых условий минерализация воды после впадения рудничных вод шт. Западная возрастает в 3 раза, после впадения р. Инкур в 1,8 раз, в районе хвостохранилища (тчк. М6) в 4,7 раз, в районе дельтовой залежи хвостов переработки (М7) в 4,1 раза. Рост суммы солей в воде обусловлен резким увеличением содержания сульфат-иона и связанного с этим эквивалентного количества катионов. По профилю реки химический состав воды меняется от гидрокарбонатного магниево-кальциевого в верховье через сульфатный натриево-кальциевый и другие переходные разности к сульфатному магниево-кальциевому типу в устье (рис. 9.).

Рис. 9. Трехкомпонентные диаграммы макросостава реки Модонкуль. Химический тип воды: I – гидрокарбонатный магниево-кальциевый, II – сульфатно-гидрокарбонатный натриево-кальциевый, III – сульфатный магниево-кальциевый.

Впадение в реку Модонкуль ручья из штольни Западная (М2) приводит к снижению содержания Fe в 4,5 раза, а концентрация Mn, Ni, Cu, Zn, Pb возрастает в 2-3,5 раза, Cd – в 5 раз. Это связано с тем, что в речной воде, в отличие от штольневой воды, повышенная щелочность и содержание растворенного кислорода, что приводит к окислению растворенного двухвалентного железа и осаждению в виде гидрооксидов. После впадения р. Инкур рост концентрации растворенных тяжелых металлов составил 1,2-1,5 раза относительно фона. В устье реки растворенные концентрации Fe, Pb, Ni возрастают в 1,1-1,3 раза, а содержания Mn, Zn, Cu, Cd – в 4-7 раз в сравнении с верховьем.

Установлен рост концентрации тяжелых металлов во взвеси реки Модонкуль относительно фоновых условий в 2-7,5 раз. Наибольший рост концентрации во взвеси характерен для Fe, Zn, Pb. После впадения рудничной воды и ручья Инкур взвешенная форма миграции многих тяжелых металлов в реке Модонкуль становится доминирующей.
(Khazheeva et.al., Water 2020, 12(4), 979. doi:10.3390/w12040979).

Взвешенные вещества представлены агрегатами мелких глинистых образований, частицами рудных компонентов, сульфатными солями тяжелых металлов, инертной пылью и органическими включениями в виде микроскопических водорослей. Размер дисперсных частиц может меняться при внешнем воздействии, они распадаются на более мелкие образования. После обработки рудничной воды ультразвуком размеры 70% диспергированных частиц становятся 10-50 мкм, а размеры остальных частиц становятся сопоставимыми с радиусами гидратированных ионов (< 1 мкм).

Исследовано их поведение при взаимодействии с известняком. Установлено, что при взаимодействии с известняком происходит укрупнение частиц, мигрирующих в твердой фазе. Результаты дисперсного анализа известняка месторождения Зун-Нарын до и после взаимодействия с рудничной водой представлены на диаграмме (рис. 10).

Рис. 10. Дисперсный анализ известняка месторождения Зун-Нарын до и после взаимодействия с рудничной водой штольни Западная; I процентное распределение частиц известняка, Ir процентное распределение частиц известняка после взаимодействия с рудничной водой.

Увеличение размеров частиц происходит в результате образования основных карбонатов тяжелых металлов, сорбции мелкими фракциями известняка гидратированных ионов тяжелых металлов. В результате содержание тяжелых металлов в рудничной воде снижается: Zn в 1,8 раза, Cu в 32 раза, Pb в 4 раза. (Бардамова, https://elibrary.ru/item.asp?id=35231790).

6. Впервые получены экспериментальные данные о влиянии на здоровье атмосферной пыли, образующейся на территории лежалых отходов обогащения руд Джидинского вольфрамомолибденового комбината.

Исследования биодоступности атмосферной пыли проведено в образцах пыли, отобранных в пяти районах г. Закаменска непосредственно находящихся в зоне влияния хвостохранилищ Джидинского вольфрамомолибденового комбината (рис. 11).

Рис. 11. Космический снимок территории размещения отходов переработки руд в окрестностях г. Закаменск с местами отбора образцов пыли.

Содержание химических элементов определено в образцах пыли и в ее «вдыхаемой» фракции со средним аэродинамическим диаметром <10 мкм. Химический состав пыли представлен в основном Si, Fe, Al и Ca (рис. 12, А); из микроэлементов – Mn, U, Zn, Pb, Ba, Sr, Cd и Cu (рис.12, С). Элементный состав «вдыхаемой» фракции пыли существенно отличается от такового атмосферной пыли в целом – максимальные содержания отмечены для Na и Si (рис.12, В), Cu, Pb, Cr, U и V (рис.12, D).

Рис. 12. Макро- (А, B) и микро- (C, D) компонентный состав атмосферной пыли (в среднем 1) и ее фракции <10 мкм (2).

В экспериментах по воздействию пыли на мышей, проведенных в университете Нью-Мексико, показано, что вдыхаемая фракция пыли со средним аэродинамическим диаметром <10 мкм, вводимая способом ротоглоточной аспирации, вызывает легочное воспаление и системную сосудистую дисфункцию. Выявлена прямая корреляционная зависимость между концентрацией свинца и кадмия во вдыхаемой фракции пыли и воспалением легких.
(Smirnova et.al., Cardiovascular Toxicology. https://doi.org/10.1007/s12012-019-09507-y).

Система почва-растительность в техногенных условиях

7. Проведена оценка состояния почв и растительности на участке разгрузки кислых рудничных вод сульфидно-вольфрамового месторождения с общей минерализацией до 4153 мг/дм3. Почвы и растения территории по показателю суммарного загрязнения (30-60 и 34-614, соответственно) относятся к сильно загрязненным (рис. 13). Приоритетными загрязнителями для почв являются Zn, Cu и Cd, для растений – Zn и Cd.
(Дорошкевич и др., Экология и промышленность России, https://elibrary.ru/item.asp?id=29453060).

Рис.13. Показатель суммарного загрязнения почв и растений на участке разгрузки рудничных вод.

8. Получены новые данные о трансформации почв под воздействием отходов переработки руд Джидинского вольфрамомолибденового комбината. Выявлено влияние техногенеза на микроморфологическое строение почвы, выражающееся в увеличении плотности микроагрегатов, количестве железистых новообразований и доли аутигенных минералов. Накопление потенциально опасных химических элементов в верхних органогенных горизонтах почв связано с образованием металлоорганических соединений, в нижних – железистых соединений.

В микростроении аллювиальных болотных почв Джидинского рудного узла выявлены общие характерные особенности, отражающие их генезис (рис. 14). Наличие хорошо сортированных окатанных, полуокатанных и угловатых зерен минералов и обломков горных пород отражает приуроченность этих почв к почвам аллювиального ряда горных районов. Доминирующая роль в формировании почв принадлежит почвенному криогенезу (полигональные структуры, криогенная микроагрегация, криотурбация). Гумификация растительных остатков выражена слабо – растительные остатки средней и сильной степени разложенности, ожелезнены; обугленные растительные остатки. Минеральные новообразования, являющиеся признаком гидроморфных почв, представлены: железистыми пятнами, микроортштейнами, мелкими железисто-марганцевыми конкрециями, сплошными и фрагментарными железистыми пленками по поверхности и трещинам зерен минералов и обломков горных пород.

Рис.14. Характерные особенности микростроения почв природных и геотехногенных ландшафтов Джидинских месторождений (ник. //): а – форма зерен минералов и горных пород; б – полигональная структура агрегатов; в – криогенная микроагрегация; г – криотурбация; д – растительные остатки: ожелезненные средней и слабой степени разложенности, обугленные; е – железистые пятна, железистые пленки по поверхности и трещинам зерен скелета.

Отходы Джидинского вольфрамово-молибденового комбината в течение длительного времени перекрывающие почвы оказали влияние на ее микростроение (рис. 15): увеличилась плотность сложения микроагрегатов, возросло количество железистых хлопьев и микроортштейнов, появились сплошные железистые пленки по поверхности зерен скелета. Данные изменения отмечаются во всех генетических горизонтах почв; вниз по почвенному профилю увеличивается интенсивность проявления признаков ожелезнения. В минеральном составе почв техногенных ландшафтов Джидинского вольфрамового месторождения в сравнении с минеральным составом почв фоновых природного участка выявлены некоторые особенности: отмечено большее количество зерен выветрелого мусковита, выветрелого биотита, гидроокислов железа и рудных минералов.

Рис. 15. Микроструктура глеевого горизонта аллювиальных болотных почв: 1-природный участок поймы ручья Барун-Нарын, 2-техногенные ландшафты Джидинского месторождения; (а, б) – плотность микроагрегатов (ник. Х); (в, г) - железистые новообразования (ник. //).

Погребенные почвы участка бывшего отвала насыпных хвостохранилищ, характеризуются высоким содержанием Cd, Zn, F, Mo, Cu, Ni, As, Co, Pb; бывшего гидротвала – Cd, Pb, Zn, Ni, Cu, F, Mo, Co. Накопление потенциально опасных химических элементов в верхних органогенных горизонтах погребенных почв связано с образованием металлоорганических соединений; в нижних горизонтах – железистых соединений. Интенсивность загрязнения почвы зависит от продолжительности хранения, состава и содержания элементов в лежалых отходах обогащения руд.
(Doroshkevich et.al., Lessovaia Lecture Notes in Earth System Sciences, 2019).

9. Установлено, что лесные пожарища длительное время представляют опасность для здоровья населения. В результате после пожарного разрушения обгоревшей растительности, пожарища поставляют в атмосферу мелкие высокотоксичные частицы (рис. 16). Основная масса частиц имеет микронные (<0,5 мкм) размеры. Дисперсные частицы, в основном, состоят из углерода, как в виде сажи, так и в составе органических веществ. Также присутствуют частицы минерального происхождения, которые были вовлечены пожаром в интенсивную миграцию при сгорании почв, они содержат Si, Al, Fe, Co, Cu, Zn.

Рис. 16. Распределение дисперсных частиц по размерам на 0,1 мм2 площади электронных снимков.

Выделено две формы частиц: 1) состоящие из отдельных зерен, 2) состоящие из ассоциации более мелких частиц, скрепленных в единое целое. Частицы, представленные отдельными зернами, состоят либо преимущественно из углерода (рис. 17), либо имеют алюмосиликатный состав. Алюмосиликатные частицы на пожарищах часто выступают в качестве центров агрегации частиц органогенного происхождения.

Рис. 17. Частица в виде отдельного зерна, характерная для снежного покрова лесных пожарищ и ее EDX-спектр.

В снежном покрове пожарищ и окружающих территорий углеродистые частицы широко представлены фракцией околомикронного размера. Судя по морфологии, они сформированы по конденсационно-коагуляционному механизму в момент пожара (рис. 18).

Рис. 18. Углеродистые конденсационно - коагуляционные частицы околомикронного размера.

Подобные частицы фиксировались нами в снежном покрове в районах пожарищ на протяжении четырех лет после пожара. Несмотря на кажущуюся хрупкость, они проявляют устойчивость длительное время и активно участвуют в воздушной миграции. Эти частицы образуют очень своеобразную группу и по размеру, и по морфологии, и по химическому составу, они способны переноситься на большие расстояния и в момент пожара, и в после пожарный период.
(Ukraintsev et.al. Applied Geochemistry. 2020-11, Crossref DOI link: https://doi.org/10.1016/J.APGEOCHEM.2020.104723).

10. Установлено значимое влияние лесных пожаров на гидрологический и гидрохимический режим рек, водосборы которых подвергались пирогенным повреждениям (рис. 19). На пожарищах наблюдается усиление эрозионных процессов. В воде рек повышается кислотность, возрастает минерализация и увеличивается содержание гидрокарбонат-иона. Изменения в химическом стоке связаны с разложением пирогенно поврежденного органического вещества.

Рис. 19. Временные посты наблюдения в водосборном бассейне р. Брянка с учетом лесопожарной обстановки в 2013-2014 гг, pH и общая минерализация воды на всех пунктах по данным весенних наблюдений 2014 и 2015 гг.

Исследования снежного покрова на пирогенно поврежденных лесных территориях показали, что в первую зиму после прохождения крупных пожаров минерализация снежного покрова значительно повышается, что приводит к увеличению химического стока с пострадавшей территории. Более напряженная лесопожарная обстановка летом 2014 года обусловила повышенное содержание загрязняющих компонентов в снежном покрове зимой 2014-2015 гг. по сравнению с зимой 2013-2014 гг., что привело к повышенному химическому стоку в реки весной 2015 года. Изменение показателя pH в сторону кислой реакции и одновременное повышение концентрации гидрокарбонат-иона в речных водах согласуются с результатами анализа снежного покрова в первый послепожарный год.

Устойчивое ежегодное увеличение числа пожаров в районе с 2013 г. также привело к повышению содержания большинства определяемых микроэлементов в речной воде. Характерная особенность содержания микроэлементов в речной воде исследуемой системы – сезонная динамика. Наблюдаются повышенные концентрации большинства микроэлементов в образцах, отобранных весной, по сравнению с образцами, отобранными в осенний период. По-видимому, это связано с высокой десорбирующей способностью талой воды, влияние которой на формирование потоков рассеяния некоторых элементов хорошо изучено.

Рассматривая химический состав речной воды с учетом различной напряженности лесопожарных периодов, можно отметить, что содержание микроэлементов в воде растет с увеличением пирогенной поврежденности водосборов. Наблюдаемое с 2012 г по 2015 г ежегодное увеличение числа пожаров привело к повышению химического стока как весной с талыми водами, так и осенью.
(Украинцев et.al.. Водные ресурсы, 2019, № 1. – С.14-23. DOI: 10.31857/S0321-059646114-23).

Проекты, гранты, конкурсы, хоздоговора

Госбюджетный проект «Взаимодействие в системе вода-порода-органическое вещество в природных и техногенных обстановках Байкальского региона», № гос. рег. АААА-А17-117021310076-3 (научный руководитель д.г.-м.н. Плюснин А.М).

РФФИ № 16-05-01041_а (2016-2018 гг.) «Геоэкологические аспекты миграции химических элементов в природно-техногенных ландшафтах сульфидсодержащих месторождений Забайкалья» (руководитель к.г.-м.н. Смирнова О.К.).

РФФИ № 18-45-030003_р_а. (2018-2020 гг.) «Влияние разгрузки трещинно-жильных вод на химический состав поверхностных вод Байкальской рифтовой зоны» (руководитель д.г.-м.н. Плюснин А.М.).

Хоздоговор № 098/212 с АО «Хиагда» «Разработка программы мониторинга поверхностных и подземных вод в местах перехода линейных сооружений через водотоки и местах возможного негативного влияния на них стоков от проливов и утечек из трубопроводов на месторождениях Хиагдинского рудного поля» (руководитель д.г.-м.н. Плюснин А.М.).

Экспедиционные работы

Для проведения полевых работ в период 2018-2020 гг. создавался Гидрогеологический отряд. География работ отряда включала в себя территорию Республики Бурятия, Забайкальский край и Монголию (рис. 20-21).

Проведено опробование углекислых минеральных вод, разгружающихся в водосборном бассейне р. Тиссы (ист. Сариктинский, Тиссинский) и в пределах Тункинской долины (Нилова Пустынь, Вышка, Хонгор-Уула, Аршан). Так же было проведено измерение радона в источниках.

В пределах Даурской области холодных углекислых и радоновых вод обследован ряд холодных углекислых источников (Маректинский, Хульский, Погроминский, Дабан-Горхонский, Хурэтинский). На территории Забайкальского края проведено опробование углекислых минеральных источников Дарасун, Кука, Шиванда, Ямаровка, Молоковка на макро- и микрокомпонентный состав воды, общую органику, твердофазную экстракцию органических соединений, органические кислоты, микробиологию, пробы газа на изотопию азота, углерода, общий состав. В Монголии обследованы водоемы в пределах зон воздействия месторождения бурого угля Баганур и медного месторождение Ою-Толгой.

Рис. 20. Полевые работы на оз.Котокель и оз.Байкал

Для установления влияния разгрузки трещинно-жильных вод на гидрохимический режим поверхностных водоемов и водотоков было проведено маршрутное обследование оз. Котокель и оз. Бормашевое с измерением на месте рН, минерализации, поверхностной и глубинной температур с точностью до сотых градуса. Отобраны пробы придонной воды. Проведено опробование и измерение параметров руч. Горячинского от места выхода термальной воды до впадения его в Байкал. Проведено опробование азотных термальных источников Баргузинской долины (Гусихинский, Алгинский, Кучигер, Умхэй, Алла) на твердофазную экстракцию органических соединений для определения состава растворенных органических веществ, изотопию стронция и изотопный состав газа (изотопия азота, углерода, общий состав газа).

Рис. 21. Полевые работы в Окинском и Баунтовском районах

Премии и награды

Дорошкевич С.Г. Почетная грамота Президиума Сибирского отделения РАН от 08.02.2018 г.

Плюснин А.М. Диплом за активное участие в проведении экспертизы и конкурсного отбора экспонатов специальной экспозиции «Инновационный клуб» Международного военно-технического форума «АРМИЯ-2018».

Плюснин А.М. Лауреат Государственной премии Республики Бурятия в области науки и техники за 2019 г по номинации «Естественные и технические науки» за цикл научно-исследовательских работ «Разработка научных основ использования и охраны водных ресурсов Республики Бурятия».

Защита диссертаций

Дабаева В.В. Кандидатская диссертация «Формирование химического состава подземных и поверхностных вод на территории разработки вольфрамовых месторождений Забайкалья», специальность 25.00.07 – гидрогеология, защищена 22 марта 2019 г, Диссертационный совет Д 003.022.01 при Институте земной коры СО РАН.

Международное сотрудничество

1. В лаборатории проводится международное сотрудничество и выполнение научных исследований по Соглашению между Геологическим институтом СО РАН (Россия), Юго-Западным исследовательским центром (США) и Университетом штата Нью-Мексика (США) о научно-техническом сотрудничестве при проведении исследований воздействия горнодобывающей промышленности на состояние окружающей среды в Восточной Сибири, Монголии и Юго-Западной части США.
Координаторы: Плюснин А.М., зам. директора, зав. лаб. (ГИН СО РАН), Пол Робинсон (научный руководитель Юго-Западного исследовательского центра, США).
Предмет соглашения: Изучение воздействия действующих горнодобывающих предприятий и рекультивированных земель на состояние окружающей среды и здоровье населения; разработка методов очистки сточных вод и способов безопасного хранения твердых и жидких отходов.
В рамках Соглашения с 04 по 15 августа 2018 года д.г.-м.н. А.М. Плюснин и к.г.-м.н. О.К. Смирнова участвовали в полевой экспедиции в Монголию в составе группы специалистов и общественных деятелей из России, Монголии и Соединенных штатов Америки (рис.22). Поездка была организована Юго-Западным научным и информационным центром США в рамках 11-ой Международной программы “Water and Mining Exchange”. Цель поездки – обмен опытом в сфере методов сохранения окружающей среды и управления качеством водных ресурсов в районах разработки полиметаллических, угольных и урановых месторождений, энергетических комплексов и плотин.

Рис. 22. Опробование ручья, дренирующего отвалы буроугольного месторождения Баганур (А) и обсуждение экологических проблем, связанных с разработкой месторождения Ою Толгой на берегу р.Дукат.

2. Смирнова О.К. - член JAGOD (международная ассоциация по генезису рудных месторождений).

Список основных публикаций за 2018-2020 гг.

• Зонхоева Э.Л. Природные цеолиты Забайкалья: свойства и применение. Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2018. – 192 с.
• Плюснин А.М. Геолого-гидрологическая практика на восточном побережье Байкала: учеб.- метод. пособие. – Улан-Удэ. Изд-во ВСГУТУ, 2020, 76 с. Усл. печ. л. 8,83. Тираж 150 экз. ISBN 978-5- 901331-18-1

• Будаев Р.Ц., Плюснин А.М., Кононов Е.Е. Геоморфолог Даши-Дондок Базарович Базаров — исследователь Забайкалья //География и природные ресурсы. - 2018. - №3. - С. 193-195. DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2018-3(193-195)
• Гордиенко И.В., Гороховский Д.В., Смирнова О.К., Ланцева ВС., Бадмацыренова Р.А., Орсоев Д.А. Джидинский рудный район: геологическое строение, структурно-металлогеническое районирование, генетические типы рудных месторождений, геодинамические условия их образования, прогнозы и перспективы освоения //Геология рудных месторождений. - 2018. - Т.60. - № 1. - С. 3-37. DOI: 10.7868/S001677701801001X
• Дамбинова Е.Ц., Банзаракцаева Т.Г., Данилова Э.В., Чернявский М.К. Макро- и микроэлементный состав воды холодного источника Буксыхен (Баргузинская котловина) //Вестник Бурятского государственного университета. Серия: Химия. Физика. - 2018. – Вып. 1. - С. 38-42. DOI: 10.18101/2306-2363-2018-1-38-42
• Хажеева З.И., Плюснин А.М. Современное состояние воды озера Гусиное (Западное Забайкалье) //Водные ресурсы - 2018. - Т.45, - №1, - С. 68-74. DOI: 10.7868/S032105961801011X
• Хажеева З.И., Санжанова С.С. Химический состав сточных вод очистных сооружений и снижение подвижности тяжелых металлов в результате известкования иловых осадков //Вода: химия и экология. - 2018. - №7-9. - С. 69-74.
• Чернявский М.К., Плюснин А.М., Дорошкевич С.Г., Будаев Р.Ц. Рекреационно-бальнеологические особенности северно-восточной части Баргузинской котловины //География и природные ресурсы. - 2018. - № 2. – С. 63-72 DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2018-2(63-72).
• Gordienko I.V., Gorokhovsky D.V., Smirnova O.K., Lantseva V.S., Badmatsyrenova R.A., Orsoev D.A. Dzhida ore district: geology, structural and metallogenic regionalization, genetic types of ore deposits, geodynamic conditions of their formation, forecast, and outlook for development //Geology of Ore Deposits. - 2018. - Т. 60. - № 1. – С. 1-16 DOI: 10.1134/S1075701518010038
• Ripp German S., Smirnova Olga K., Izbrodin Ivan A., Lastochkin Eugeny I., Rampilov Mikhail O. and Posokhov Viktor F. An Isotope Study of Dzhida Mo-W Ore Field (Western Transbaikalia, Russia) //Minerals. – 2018 – Vol. 8(12)/ - PP. 546 DOI:10.3390/min8120546.
• Khazheeva Z.I., Plyusnin A.M. Current State of Water Resources of Gusinoe Lake (Western Transbaikalia) //Water Resources. - 2018. – Vol.45(1). - PP. 104-110. DOI: 10.1134/S009 780 781 801 0116.
• Fedotov Petr S., Dzhenloda Rustam Kh., Dampilova Bayarma V., Doroshkevich Svetlana G., Karandashev Vasily K. Unexpected behaviour of Zn, Cd, Cu and Pb in soils contaminated by ore processing after 70 years of burial //Environmental Chemistry Letters. – 2018. - V. 16. - № 2. PP.637-645 DOI: 10.1007/s10311-018-0710-2.
• Дабаева В.В., Плюснин А.М. Экспериментальное исследование взаимодействия кислых поровых вод Джидинского хвостохранилища с известняком. //Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География, геоэкология. – 2017. - №4. - С.65-75. http://www.vestnik.vsu.ru/pdf/geograph/2017/04/2017-04-07.pdf
• Лаврентьева Е.В., Раднагуруева А.А., Банзаракцаева Т.Г., Базаров С.М., Бархутова Д.Д., Ульзетуева И.Д., Чернявский М.К., Кабилов М.Р., Хахинов В.В. Филогенетический анализ микробного мата в горячем источнике Гарга (Байкальская рифтовая зона) и разнообразие природных пептидаз //Вавиловский журнал генетики и селекции. – 2017. - Т. 21. - № 8. - С. 959-563 DOI: 10/18699/VJ17/319.
• Дорошкевич С.Г., Чернявский М.К. Содержание и распределение химических элементов в системе "вода-почва-растение" Алгинского гидроминерального комплекса (Западное Забайкалье) //Вестник Воронежского государственного университета. Серия: География. Геоэкология. – 2018. - № 4. – С.15-25. https://elibrary.ru/item.asp?id=36662900
• Дампилова Б.В., Зонхоева Э.Л. Исследование природных лантансодержащих цеолитов методом растровой электронной микроскопии //Сорбционные и хроматографические процессы. - 2019. - Т. 19. - № 2. - С. 192-199 DOI: 10.17308/sorpchrom.2019.19/738.
• Дампилова Б.В., Зонхоева Э.Л. Равновесие и кинетика сорбции ионов лантана на природных цеолитах. //Сорбционные и хроматографические процессы. - 2019. - Т. 19. - № 3. - С. 325-333 DOI: 10.17308/sorpchrom.2019.19/749.
• Дампилова Б.В., Зонхоева Э.Л. Исследование природных лантансодержащих цеолитов методом ИК-спектроскопии //Сорбционные и хроматографические процессы. - 2019. - Т. 19. - №1. - С. 52-58 DOI: 10.17308/sorpchrom.2019.19/648
• Doroshkevich S.G., Smirnova O.K., Sheshukova A.A. Soils of Technogenic Landscapes from Tungsten Mine: Micromorphological Structure, Mineral and Chemical Compositions // Processes and Phenomena on the Boundary between Biogenic and Abiogenic Nature», Editors (view affiliations) Olga V. Frank-Kamenetskaya, Dmitry Yu. Vlasov, Elena G. Panova, Sofia N. Lessovaia Lecture Notes in Earth System Sciences / Springer, 2019. – РР. 435-455. DOI: 10.1007/978-3-030-21614-6_24.
• Zippa E., Plyusnin A., Shvartsev S. The chemical and isotopic compositions of thermal waters and gases in the Republic of Buryatia, Russia //16th International Symposium on Water-Rock Interaction. E3S Web of Conferences, 98, 01055 / Scopus: Les Ulis EDP Sciences. 2019. DOI:.10.1051/e3sconf/20199801055.
• Плюснин А.М., Хажеева З.И., Санжанова С.С., Перязева Е.Г., Ангахаева Н.А. Сульфатные минеральные озера Западного Забайкалья: условия образования, химический состав воды и донных отложений //Геология и геофизика. – 2020. – Т. 61. – № 8. – С. 1055-1073. DOI: 10.15372/GiG2019154.
• Plyusnin A., Smirnova O., Robinson P. Storage and processing of acid waste waters of mining enterprises //16th International Symposium on Water-Rock Interaction. E3S Web of Conferences, 98, 01055 /Scopus: Les Ulis EDP Sciences. 2019. DOI: 10.1051/e3sconf/20199801041.
• Санжанова С.С., Хажеева З.И. Влияние рудничных стоков штольни и притока Инкур на химический состав реки Модонкуль //Проблемы региональной экономики. - № 3. - 2019. - С. 42-46. DOI: 10.24411/1728-323X-2019-13042.
• Украинцев А.В., Плюснин А.М., Чернявский М.К. Воздействие лесных пожаров на состояние рек Заиграевского района Республики Бурятия //Водные ресурсы. – №1. –2019. – С.14-23. DOI: 10.31857/S0321-059646114-23.
• Ukraintsev A.V., Plyusnin A.M., Chernyavskii M.K. Effect of Forest Fires on the State of Rivers in Zaigraevskii Raion, the Republic of Buryatia //Water Resources. – 2019. - Vol. 46. - №. 1. - PP. 11–18. DOI: 10.1134/S0097807818050226.
• Zychowski K.E., Wheeler A., Sanchez B., Harmon M., Steadman Tyler C.R., Herbert G., Lucas S.N., Ali A.?M., Avasarala S., Kunda N., Robinson P., Muttil P., Cerrato J.M., Bleske B., Smirnova O., Campen M.J. Toxic Effects of Particulate Matter Derived from Dust Samples Near the Dzhidinski Ore Processing Mill, Eastern Siberia, Russia //Cardiovascular Toxicology. – 2019. – 19(5). – PP. 401-411. DOI: 10.1007/s12012-019-09507-y.
• Юргенсон Г.А., Филенко Р.А., Смирнова О.К. Ферримолибденит в отвале молибденовой руды Бугдаинского месторождения (Восточное Забайкалье) //Минералогия техногенеза. - 2019. - № 20. - С. 142-150 https://elibrary.ru/item.asp?id=39384817
• Плюснин А.М., Дабаева В.В., Жамбалова Д.И., Перязева Е.Г., Ташлыков В.С. Редкие земли в поверхностных и подземных водах на территории размещения вольфрамдобывающего производства Забайкалья //Геохимия. – 2020. - Т. 65. - №7. - С. 711-728. DOI: 10.31857/S0016752520060102.
• Plyusnin А.M., Dabaeva V. V., Zhambalova D. I., Peryazeva E. G., Tashlykov V. S. Rare Earth Elements in Surface and Groundwaters in the Area of a Tungsten-Mining Enterprise in Transbaikalia, Russia. //Geochemistry International. – 2020. - V. 58. - №. 7. PP. 850–865. DOI: 10.1134/S0016702920060105
• Солодухина М.А., Дорошкевич С.Г. Почвы степных ландшафтов Шерловогорского рудного района (Восточное Забайкалье) //Геосферные исследования. - 2019. - № 4. - С. 24-34 DOI: 10.17223/25421379/13/3.
• Khazheeva Z.I., Plyusnin A.M., Smirnova O.K., Peryazeva E.G., Zhambalova D.I., Doroshkevich S.G., Dabaeva V.V. Mining Activities and the Chemical Composition of R. Modonkul, Transbaikalia //Water. – 2020. – Vol.12(4). - PP. 979/ DOI: 10.3390/w12040979.
• Плюснин А.М., Перязева Е.Г., Чернявский М.К., Жамбалова Д.И., Будаев Р.Ц., Ангахаева Н.А. Генезис воды и растворенных веществ содовых озер Нижнего Куйтуна Баргузинской впадины //География и природные ресурсы. – 2020. - №3. - С. 89-97. DOI: 10.21782/GIPR0206-1619-2020-3(89-97).
• Перязева Е.Г., Плюснин А.М., Жамбалова Д.И. Гидрологические и гидрохимические особенности формирования поверхностных вод междуречья. Олокит-Тыя-Холодная (Северное Прибайкалье) //География и природные ресурсы. - 2020. - №4. - С. 105-114.
• Ukraintsev A.V., Plyusnin A.M., Zaikovskii V.I. Morphology and chemical composition of dispersed particles in the snow cover of burnt forest areas in Western Transbaikalia (Russia) //Applied Geochemistry. – 2020. – Vol. 122. – PP. 104723. DOI: 10.1016/j.apgeochem.2020.104723.
• Хажеева З.И., Санжанова С.С. Формирование химического состава воды реки Модонкуль в условиях дренажного рудничного стока //Горный информационно-аналитический бюллетень. 2020. - №6. - С. 56-66. DOI: 10.25018/0236-1493-2020-6-0-56-66.