CC BY
79
Ивашов П.В.
Институт водных и экологических проблем Дальневосточного отделения РАН, г Хабаровск
E-mail:[email protected]
УРОВНИ СОДЕРЖАНИЯ ОЛОВА В РАСТЕНИЯХ ЗОНЫ ХВОЙНОШИРОКОЛИСТВЕННЫХ ЛЕСОВ ЮГА ДАЛЬНЕГО ВОСТОКА РОССИИ
Изложены результаты опытно-методических биогеохимических исследований с целью установления уровней содержания олова в растениях зоны хвойно-широколиственных лесов юга Дальнего Востока России. Показано, что на месторождениях и рудопроявлениях касситерита, главного минерала олова, в растениях возникают ореолы рассеяния этого тяжелого металла, в пределах которых формируются биогеохимические аномалии, фиксирующие эпицентры размещения оловорудных залежей. Установлены особенности концентрации олова в органах и частях растений в зависимости от генетического типа оловорудной минерализации. Приведен список растений, накапливающих олово.
Ключевые слова: олово, месторождение касситерита, широколиственный лес.
Основой для установления уровней поглощения и накопления олова в органах и частях растений послужила биогеохимическая индикация рудной минерализации. Суть этого научного подхода, известного еще под названием биоге-охимического метода (Малюга, 1963) поисков руд любого металла заключается в выявлении биогеохимических аномалий, т. е. повышенных концентраций рудных химических элементов в растениях на том или ином полигоне геологопоисковых работ (Виноградов, 1954). Биогеохимические аномалии в произрастающих непосредственно над рудными залежами растениях зависят, с одной стороны, от геологических условий (генетический тип оруднения, минералогический и геохимический состав руд, уровень эрозионного среза рудной зины, форма рудных тел и т. д.), а с другой - от физиологических способностей растений к накоплению металла. Эти факторы определяют, насколько отчетливо и достоверно проявлена биогеохимическая аномалия, особенно ее контрасность, которую принято количественно оценивать с помощью коэффициента контрастности (КК) как отношения аномальных концентраций металла к его фоновому содержанию (Поликарпочкин и др., 1965).
Еще 50 лет назад как в отечественной, так и взарубежной геологической литературе сведения о содержании олова в растениях отсутствовали (Гинзбург, 1957). Более того, высказывались сомнения о возможности биогеохимичес-кого метода для поисков оловорудных месторождений, основанные на исключительной устойчивости касситерита - «оловянного камня» ^п02) - к процессам химического выветривания, т. е. трансформации в зоне гипергенеза
(Ферсман, 1959). В связи с этим биогеохимия касситеритовой формы олова, т. е. входящего в состав касситерита - главного минерала россыпных и коренных (первичных) оловянных руд, до последнего времени была фактически не изучена не только в России, но и в дальнем за-рубежьи (Davy, 1972).
Поэтому целью настоящего исследования было: установить уровни накопления олова в растениях в зоне хвойно-широколиственных лесов юга Дальнего Востока России в зависимости от минерально-геохимических особенностей оловорудной минерализации.
Материалы и методы
Для выявления уровней содержания олова в растениях были проведены опытно-методические биогеохимические исследования на ряде оловорудных месторождений и рудопроявления различных формационных и генетических типов (Радкевич, 1977): кварц-касситеритовый, суль-фидно-касситеритовый, сульфидно-станнино-касситеритовый, олово-полиметаллический, касситерит-скарновый, касситерит-пегматито-вый, касситерит-турмалиновый, касситерит-хлоритовый и др.
В России практически все разрабатываемые месторождения олова и перспективные на олово рудные площади находятся а Дальнем Востоке в пределах Тихоокеанского рудного пояса, поэтому именно здесь представляется возможным провести биогеохимические исследования по установлению уровней содержания олова в растениях, и как следствие - разработать нетрадиционные методы поисков новых месторождений олова на основе биогеохимичес-
кой индикации, особенно в границах фланговых зон разрабатываемых добывающей промышленностью объектов.
Все наши объекты биогеохимических исследований были расположены на территории Хабаровского и Приморского краев (Приамурье и Приморье), в зоне хвойно-широколиственных лесов (Колесников, 1969), что позволяет сравнить особенности поглощения растениями олова на полигонах, находящихся, в первом приближении, в одинаковых ландшафтно-климатических условиях юга Дальнего Востока России.
Отбор проб растений проводился по общепринятой методике (Грабовская, Астрахан, 1963), в частности по сетке профилей от 10 x 20 до 20 x 40 м в зависимости от рудных тел и залежей. На каждом пункте опробования (условный квадрат 5 x 5 м) в отдельные пробы отбирались по возможности органы и части всех растений. Деревья: листья (хвоя), ветви, древесина, кора; кустарники: листья, ветви, ствол, корни; травы и мхи - надземная часть. Отобранные пробы растений просушивались до воздушно-сухого состояния, затем в лабораторных условиях озо-лялись в муфельной печи при температуре 450о С. Содержание олова в золе проб определялось атомно-абсорбционным и эмиссионным спектральным анализами с чувствительностью на олово 0,0001 мас.%.
Результаты и их обсуждение
Проведенные исследования показали, что все вышеотмеченные типы оловорудной минерализации, выходящей на дневную поверхность или перекрытой наносными рыхлыми образованиями (отложениями), фиксируются количественным содержанием олова в золе растений. При значительной мощности покровных отложений, когда корневая система растений не достигает непосредственно оловорудной залежи, биогеохимические аномалии олова образуются за счет диффузионного (капиллярного) подтока к корням растений грунтовых вод, содержащих ионы этого металла.
Установлено, что фоновые (за пределами оловорудных тел) содержания олова в золе растений равны 0,001%, а повышенные (аномальные) концентрации значительно варьируют (от 0,002 до 0,3%), что соответствует значениям КК от 2 до 300 единиц. Следовательно, содержание олова в золе растений выше 0,001% можно рассматривать как
свидетельство возможной оловянной минерализации на том или ином поисковом полигоне.
На кварц-касситеритовом рудопроявле-нии, где оловянная минерализация представлена тонкодисперсным касситеритом, в золе осок установлена наибольшая величина KK биогеохимических аномалий - до 300 единиц, что в 600 раз превышает мировой кларк олова в растениях 0,0005% по А.П. Виноградову (1954). На этом объекте (полигоне) уровень содержания олова в золе растений достигает 0,3%.
На месторождении сульфидно-касситерито-вого типа, в рудах которого касситерит представлен крупными кристаллами, наибольшие содержания олова в кустарниках, травах, и зеленых мхах достигают только 0,01-0,04%, с KK до 10-40 единиц. Следовательно, биогеохимические аномалии на оруднении с крупнокристаллическим касситеритом менее контрастны, чем на вышеотме-ченном объекте с тонкодисперсным касситеритом.
На участке сульфидно-станнино-кассите-ритовой минерализации, где кроме касситерита руды содержат незначительную примесь другого минерала олова - станнина (Cu2FeSnS4), величина KK биогеохимических аномалий олова колеблется от 30 до 40 единиц. Наибольшее содержание этого металла - до 0,04% отмечено в золе зеленого мха - политри-хума обыкновенного.
На олово-полиметалиическом рудопроявле-нии с незначительной касситеритовой минерализацией максимальное содержание олова (0,003% и KK = 3) обнаружено в спирее средней и малине сахалинской. Для этого рудопроявления характерен незначительный эрозионный срез, т. е. на дневную поверхность выходят верхние слабо минерализованные горизонты оруднения. Однако и здесь оловорудная минерализация четко фиксируется по содержанию олова в золе растений.
Высокие значения KK - до 50 единиц характерны для биогеохимических аномалий на оруднении касситерит-скарнового типа, минерализация которого представлена только касситеритом. Зона оруднения перекрыта делювиальными отложениями мощностью до 2-4 м, тем не менее био-геохимические аномалии четко выражены. Так, содержание олова в полыни Аржи, кровохлебке аптечной, клевере люпиновидном, вике приятной, папоротнике орляке, осоке пузыреватой достигает 0,004 - 0,05%. По-видимому, в зоне гипергенеза касситерит этого типа оруднения быстрее хими-
чески разлагается за счет угольной кислоты и других неорганических кислот, образующихся при химическом выветривании рудовмещающих известняковых пород (Ферсман, 1959).
На редкометалльном (литий, рубидий, цезий) рудопроявлении пегматитовой формации с незначительной примесью касситерита (кас-ситерит-пегматитовый тип оруднения) содержание олова в дубе монгольском, чубушнике токолистном, шпороцветнике вырезном и кочедыжнике горотчатом составляет 0,0005 - 0,002%. Хотя контрастность биогеохимических аномалий здесь не очень велика (значения КК не превышают 2 единицы), зона оруднения четко отбивается по содержанию олова в растениях.
На рудопроявлении касситерит-турмали-нового типа (при полном отсутствии во вмещающих породах и рудах других минералов олова) установлены биогеохимические аномалии этого металла с КК до 20-30 единиц. Максимальное содержание олова здесь отмечено в золе древесных растений - ели аянской, пихты белокорой, березы манчьжурской с концентрацией 0,02 - 0,03%. Кроме того, до 0,002 - 0,003% олово обнаружено в золе осоки ланцетной, зеленых мхов, папоротников. Следовательно, в данном случае мономинеральное касситерито-вое оруднение сопровождается достаточно заметными биогеохимическими аномалиями не только в деревьях, но и в травах с КК до 2-3 единиц.
Показательны также результаты биогеохи-мической индикации оруднения касситерит-хлоритового генетического типа. Здесь рудная зона находится в районе с абсолютными отметками рельефа 700 - 800 м, на склоне с крутизной 15 - 30о. Участок покрыт 3-5 метровым слоем делювиально-пролювиальных глыбовых и щебнистых образований. Наибольшее содержание олова на полигоне установлено в древесных растениях: ели аянской до 0,01%, пихте белокорой до 0,02%, лиственнице даурской до
0,03% с КК 10-30 единиц.
Приведенные данные результатов исследований на разных полигонах однозначно подтверждают то, что биогеохимической индикацией может быть обнаружено оловянное оруднение любого генетического типа, и об этом свидетельствуют вышеприведенные уровни содержания олова в растениях.
Обобщение результатов изучения уровней содержания олова в золе растений на оловоруд-
ных месторождениях и рудопроявлениях в зоне хвойно-широколиственных лесов юга Дальнего Востока России позволили выявить виды, органы и части растений, способные накапливать олово в повышенных количествах.
В целом проанализированные 467 проб растений с полигонов биогеохимических исследований по содержанию олова условно были разделены на три группы: 1) 0,0005 - 0,003% - 388 проб (83,09% от общего числа проб 467), 2) 0,004 - 0,01% - 50 проб (10,70%), 3) 0,02 - 0,3% - 29 проб (6,21%). Такое условное ранжирование было сделано для того, чтобы иметь представление о числе проб растений с повышенными, обычными и минимальными содержаниями олова в рассматриваемой общей совокупности проб.
Максимальное содержание олова в золе растений Дальневосточного региона по нашим данным составляют 0,3% и зафиксированы лишь в едниничных пробах мхов и трав. Минимальные содержания на уровне мирового кларка олова в растениях по А.П. Виноградову (1954). Органы и части растений, в золе которых содержится 0,003 - 0,3% олова, можно отнести к высокочувствительным биообъектам-индикаторам этого металла.
Среднее содержание олова в органах и частях растений различных таксонов (ярусов растительности) следующее (мас.%, в скобках количество проб): деревья: хвоя(листья) - 0,0074 (34), ветви - 0,0017 (48), кора - 0,0028 (50), древесина - 0,0062 (69); кустарники: листья - 0,0014 (30), ветви - 0,0024 (23), ствол - 0,0009 (18), корни - 0,0042 (56); травы (надземная часть) -0,0073 (101); мхи (надземная часть) - 0,0115 (38). Таким образом, мхи, травы, хвоя, листья и древесина деревьев, а также корни кустарников -органы и части растений с наибольшими уровнями содержания олова.
В целом таксоны растений в сторону увеличения уровней содержания олова составляют ряд: кустарники-деревья-травы-мхи.
Выводы
Опыт проведения биогеохимических исследований на оловорудных месторождениях и рудопроявлениях разного генетического типа на юге Дальнего Востока России позволяет сделать следующие выводы.
1. Природная оловорудная минерализация касситеритового, сульфидно-касситеритвого и
3. Благодаря высокой чувствительности растений к поглощению олова, биогеохимическая индикация позволяет произвести ревизию отработанных оловорудных зон и площадей, считавшихся, по данным других поисковых методов, малоперспективными, и тем самым заново оценить возможность обнаружения новых оловорудных месторождений на юге Дальнего Востока России.
4. Установленные достаточно высокие уровни концентрации олова в растениях лесной зоны Дальневосточного региона России свидетельствуют о том, что этот тяжелый металл, вероятно, не является токсичным и не оказывает отрицательного воздействия на растительные организмы, как считалось ранее (Тиссен, 1954).
5. Биогеохимическая индикация олова может найти широкое применение для оценки техногенных аномалий этого металла при контроле (биогеохимическом мониторинге) загрязнения окружающей среды в местах разработки оловорудных месторождений и переработки оловорудного минерального сырья.
20.01.2011
Список литературы:
1. Виноградов А.П. Поиски рудных месторождений по растениям и почвам // Труды Биогеохимической лаборатории АН СССР. М.: Изд-во АН СССР, 1954. Вып. 10. С. 3-27.
2. Гинзбург И.И. Опыт разработки теоретических основ геохимических поисков руд цветных металлов. М.: Геосгеолтехиз-дат, 1957. 300 с.
3. Грабовская Л.И., Астрахан В.Д. Биогеохимические и геоботанические исследования при поисках редкометалльных месторождений. М.: Геосгеолтехиздат, 1963. 64 с.
4. Колесников Б.П. Растительность // Южная часть Дальнего Востока. М.: Наука, 1969. С. 206-250.
5. Малюга Д.П. Биогеохимический метод поисков рудных месторождений: (принцип и практика поисков). М.: Изд-во АН СССР, 1963, 264 с.
6. Поликарпочкин В.В., Поликарпочкина РТ., Абрамов И.И. Ореолы рассеяния в растениях на рудных месторождениях Восточного Забайкалья // Вопросы геохимии изверженных горных пород и рудных месторождений Восточной Сибири. М.: Наука, 1965. С. 242-270.
7. Радкевич Е.А. Металлогенические провинции Тихоокеанского рудного пояса. М.: Наука, 1977, 176 с.
8. Тиссен С. Геохимические и фитобиологические связи в свете прикладной геофизики // Геохимические методы поисков рудных месторождений. М.: Изд-во Иностр. лит., 1954. С. 325-372.
9. Ферсман А.Е. Избранные труды. М.: Изд-во АН СССР, 1959. Т. 5. 859 с.
10. Davy R. Geochemical prospecting for tin // Amdel. Bull. 1972. №14. P. 33-52.
Сведения об авторе:
Ивашов Петр Васильевич, старший научный сотрудник Института водных и экологических проблем Дальневосточного отделения Российской академии наук, кандидат геолого-минералогических наук 680000, г. Хабаровск, ул. Ким-Ю-Чена, 65, e-mail: [email protected]
UDC 550.7 Ivashov P.V.
Institute of Water and Ecological Problems DVO RAS, Khabarovsk E-mail: [email protected]
TIN CONTENT LEVELS IN PLANTS OF CONIFEROUS-BROADLEAVED FORESTS IN SOUTH FAR EAST OF RUSSIA
The results of experimental-methodic research of possibilities of biogeochemical indication of tin mineralization of different genetic type in the East of Russia south forest territory are given. Haloes of tin dispersion appear on cassiterite ore-displays and deposits within which high-contrast biogeochemical anomalies corresponding epicenters of tin-ore bodies location are fixed. The peculiarities of tin concentration in plant parts and organs were determined depending on genetic type of tin mineralization. The lists of tin-accumulating pants are given. Key words: accumulation of tin by plants, tin mineralization, biogeochemical anomalies.
других генетических типов, как правило, фиксируется биогеохимическими аномалиями в растениях. Высокие значения коэффициентов контрастности (KK) биогеохимических аномалий олова характерны для тех рудопроявлений, оловянное оруднение которых полностью представлено касситеритом, несмотря на его исключительную устойчивость к процессам трансформации (выветривания в зоне гипергенеза). При этом наибольший уровень содержания олова в золе растений достигает 0,3 мас.%, что в 600 раз больше мирового кларка олова в растениях по А.П. Виноградову (1954).
2. Исходя из установленных уровней содержания олова в растениях, применение биогеохи-мической индикации оловорудной минерализации может быть успешным как на стадии рекогносцировочной оценки перспектив оловоносно-сти того или иного района, так и при детальных поисках при обнаружении отдельных рудных тел и жил, особенно на флангах уже известных эксплуатируемых оловорудных месторождений.
