Екологично въздействие на минно - Geological Institute ...

БЪЛГАРСКА АКАДЕМИЯ НА НАУКИТЕ • BULGARIAN ACADEMY OF SCIENCESГЕОХИМИЯ, МИНЕРАЛОГИЯ И ПЕТРОЛОГИЯ • 37 • СОФИЯ • 2000GEOCHEMISTRY, MINERALOGY AND PETROLOGY • 37 • SOFIA • 2000Екологично въздействие на минно-добивната дейност –комплексно изследване в долината на Ерма река, Маданскируден районТомас Керестеджиян, Радостина Атанасова, Иван К. Бонев,Владимир Христов, Лиляна Юрукова, Васил Арнаудов,Александър Хаджиев, Ива Апостолова, Теньо МешиневKerestedjian, T., R. Atanasso va, I. K. Bon ev, V. Hristov, L. Yuru ko va, V. Arn audov,A. Hadjiev, I. Apostolo va, T. Meshin ev. 2000. Environmental impact of the mining activity – acomplex investigation in the Erma Reka valey, Madan ore district. – Geochem., Mineral. and Petrol., 37,111-126.Abstract. The Erma Reka valley – a representative mining lot, comprising all typical features of the miningenvironments in the area was chosen for comprehensive environmental status investigation. The resultsoutlined the major pollution sources – mining effluent and tailing material. The mean and maximum values ofeach pollutant and its mobility tendencies were determined quantitatively. The river and ground waters wereevaluated as unusable because of the natural Mn anomaly. The amounts of some heavy metals (Pb, Zn, Cu) inthe waters were also detected above but close to permitted values. The heavy metal concentrations in tailingmaterials and some soils are well above the permitted levels, but in currently insoluble forms. However, withthe termination of the mining activity, the acidification processes take over, and thus increase the mobility ofthese heavy metal pollutants. Wild plants in the area were found unusable for spices or medicine, butagricultural products possessed no affection. Extreme pollution values were also found in different riveralgae.Key words: environmental status, pollution, Erma RekaAddresses: T. Kerestedjian, R. Atanassova, I. K. Bonev, V. Hristov, V. Arnaudov, A. Hadjiev – GeologicalInstitute, Bulgarian Academy of Sciences, 1113 Sofia, Bulgaria; E-mail: thomas@geology.bas.bg;L. Yurukova, I. Apostolova, T. Meshinev – Institute of Botany, Bulgarian Academy of Sciences, 1113 Sofia,BulgariaКлючови думи: екологично състояние, замърсяване, Ерма рекаАдреси: Т. Керестеджиян, Р. Атанасова, И. К. Бонев, В. Христов, В. Арнаудов, А. Хаджиев –Геологически институт, Българска академия на науките, 1113 СофияЛ. Юрукова, И. Апостолова, Т. Мешинев – Институт по ботаника, Българска академия на науките,1113 СофияУводАлармиращите сигнали за негативнотоекологично влияние на минно-добивнитеработи у нас постъпват предимно отжурналистическите среди и по правило са111

базирани на отделни, не систематизиранианалитични резултати. Замисълът напредлаганото изследването беше да сеустановят реалните количествени параметрина замърсяването в тяхната взаимнаобвързаност и екологичното им поведениевъв времето и пространството – процеситена миграция и вторична акумулация назамърсителите. Да се установят основнитемеханизми на замърсяване и тяхната тежеств цялостната картина на екологичновъздействие. Изследването има моделенхарактер поради избора на типичен район,съчетаващ характерни за минно-добивнитерайони екологични условия. Така, основнитеполучени резултати и набелязанизависимости могат да служат като отправнаточка при проектирането на бъдещи помащабниизследвания на сходни миннирайони. Долината на малката планинскарека Ерма в Маданския руден районнапълно удовлетворява поставените изисквания.Съображенията определили изборани бяха: обозрим размер – около 12 km подолината на реката; наличие на всичкиосновни типове замърсители - рудници,рудни отвали, обогатителна фабрика,хвостохранилище; просто пространственоразпределение на обектите – по линията наречната долина, обуславящо възможносттаявленията да се разглеждат на профиленпринцип; стръмни склонове – ситуацияхарактерна за нашите минни райони,обуславяща ясна посока на движение назамърсяванията – отгоре надолу към речнатадолина и по течението на реката;социална значимост на замърсената среда –районът се намира в непосредственаблизост до гр. Златоград и реката преносителна замърсяванията преминава презнего. Допълнително съображение занаправения избор беше мнението на местнидлъжностни лица, че има голяма вероятностедин от рудниците в района, както иобогатителната фабрика да продължатработа, така че установения екологиченстатус на района ще е от значение забъдещите решения на местните власти. Заобоснована и всестранна екологична оценкаизследването беше извършено откомплексен колектив, включващ минералози,геохимици, хидрогеолози иботаници.Геоложка характеристика на районаи състояние на минно-добивнитеработиЕрма река протича в южната част наМаданския руден район и има субекваториалнаориентация, почти паралелнана държавната граница с Гърция. Долинатай се характеризира със силно разчлененпланински релеф и частично залесенисклонове. На север се огражда от вододелнотобило с река Гюдюрска, достигащодо абсолютна височина от 1302 m (Чуката),при рудник Мързян, а от юг - от билото с р.Малка, с височина до 1200 m (Рамадановачука), фиг. 1.Долината на реката е развита изцяловъв високометаморфните терени на Родопскиякристалинен комплекс, разкривайкитехните ниски нива, считани за автохтон(Ivanov, 2000): свитата на гранито-гнайситеи гранитизираните гнайси (Широколъшкасвита) и скалите на Върбовската свита.Най-ниско стратиграфско положениезаемат установените чрез сондиране серияна левкократните двуслюдени гнайси изалягащата под тях серия на мраморите.Неразкритият на повърхността мраморенмасив, чиято мощност в централните мучасти надхвърля 750 m, е наситен с високотемпературнитермални води, очертаващиЕрмореченската термална аномалия(Dontcheva-Katskova, Chiflidzhanov, 1990).Само в най-западните високи части надолината се разкриват и материали отЧепеларската пъстра свита с доста мощнимраморни прослойки.Оловно-цинковите жилни и метасоматичниорудявания на Маданския руденрайон са едни от най-големите рудниконцентрации на тези метали в Европа,интензивно разработвани през последните50 години. Орудяванията са привързани към6 основни стръмнозападащи рудоносни112

113

разломни зони със ССЗ (330-350 о )ориентировка и протежение до 10-15 km. Вюжна посока, именно в района на Ерма, тесе разклоняват и стават по-многобройни(Манев, Игнатовски, 1981). Пресечени иразместени са от ЗСЗ ориентирани безрудниразломни зони, също със значителнопротежение. Една от тези безрудни зони -Ермореченската (Кольковски, Манев, 1988),е развита по протежение на речната долина.Южните части на главните рудоносни зони,пресичащи напречно долината, оформятследните главни находища: Мързян (иМързян-юг), Стратиев камък, Шумачевскидол- Андроу, Ерма река, Метливко, Лайковчукар-юг, Юрукови колиби, Крив габър.Рудните тела имат жилна морфология,определяща се от характера на контролиращитеги интензивно раздробени тектонскиразломни зони. Жилите са с променливамощност, средно 1-2 m, но достигат в някоислучаи до десет и повече m, преминавайки впрожилково-щокверкови зони. Често сапроявени и субпаралелни второстепеннижили и апофизи. Орудяването е неравномерноразпределено в пространството.Добре орудени стръмнозападащи руднистълбове се редуват с по-слабо орудени ибезрудни участъци. Рудните агрегати сапредимно средно- до едрозърнести. Основнитерудни текстури са масивна, брекчиева,прожилкова, впръсната, ивичеста, друзова,кокардова и др.Значителни по мащаб, добре орудени,метасоматични скарново-рудни залежи саустановени чрез сондажни работи вдълбокозалягащите мрамори. Поради високитетемператури и сложни миннотехническиусловия, обаче засега техниятдобив е икономически неизгоден.Главните рудни минерали в находищатаса галенит, сфалерит, пирит, халкопирит,второстепенни - арсенопирит, тетраедриттенантит,пиротин, хематит, магнетит.Срещат се някои по-редки сулфосолни и др.минерали. Основните нерудни минерали сакварц, калцит и мангансъдържащи карбонати,рядко барит, дикит и др. Cфалеритътсъдържа Fe (до няколко %), Cd (постояннооколо 0,3-0,4%), малко Cu, Mn, Co, Ga, In.Галенитът на места е с повишени съдържанияна Ag, Bi, Sb, Te, Cd. Хидротермалнитеоколорудни изменения на вместващитегнайсови скали окварцяване, хлоритизация,серицитизация, каолинити-зация и пр., самного интензивно проявени и достигатзначителна мощност.Орудяванията в района са известниоще от древността, като добивни работи саизвършвани от тракийските племена. Встари изработки на р-к Мързян са открититасоски монети от ІІІ-І век пр. Хр.(Георгиев, 1987). В ново време интензивноторазработване на рудите започва след1956 г., първоначално в рудник Стратиевкамък, през следващите години и по другитерудни зони и находища, като участъци насъщия рудник, а по-късно и като самостоятелнирудници. През 1963 г. е пусната вексплоатация и обогатителната фабрикаЕрма, а по-късно - и хвостохранилищетокъм нея. Административно рудниците сапричислявани към ІІ рудоуправление наДържавното минно предприятие Горубсо, сцентър първоначално в с. Фабрика, а покъсно- в Златоград.Общото количество добита руда врайона на Ерморечието след 1956 г. е 16мил. т., с 550 x. т. метал Pb+Zn (Милев идр., 1996), при ниско средно металносъдържание: 1,81% Pb и 1,66% Zn. Порадиниски икономически показатели, през 1998г. добивните работи са спряни и всичкирудници са закрити. Някои от находищатаимат още достатъчно рудни запаси и(Мързян, Шумачевски дол - Андроу) ивероятно разработването им ще продължи.Извлечената от скалния масив руднамаса е с обем 6,5 мил. m 3 . Още няколко мил.m 3 е обемът на прокараната мрежа отдопълнителни минни изработки - галерии,шахти, камери.В зависимост от характера наорудяването, геоложката структура, околоруднитеизменения и минно-техническитеусловия, в добивните работи са прилаганиразлични системи на експлоатация - съсзапълнение, със слоево обрушаване и114

магазиниране.Известно е, че гнайсовите скали иматмного ниска ефективна порестост (под0,5%, Кольковски, Манев, 1988, 1996) и сапрактически водонепроницаеми. Миннитегалерии и отработените, минни пространстваобаче създават една субвертикалноразвита система от проводящи канали,дрениращи атмосферните и грунтови води.Така се създава възможност за взаимодействиена тези води с впръснатотосулфидно орудяване, съдържащо се вминните изработки и в скалното запълнение,и интензивно развитие на окислителнипроцеси.Понастоящем минните работи в някоиучастъци са достигнали до нива 300 m.Шахтите към отделните рудници са найнискитеточки, до които дрениращите севоди достигат, като от там чрез изпомпване,или чрез самостоятелен водоизлив, тедостигат до земната повърхност и презсистемата от стари галерии, почти линейноразположени по протежение на ССЗ (рядкои ССИ) рудоносни тектонски зони, събирадруга част от водите. Важно е да сеотбележи, че цялата тази дрениращасистема от напречни на реката канали,всъщност има само ограничен брой точки(около 5) на вливане в речното корито.Окислителни процеси, разбира се,протичат и на земната повърхност, врудничните отвали, които винаги съдържатвпръснати сулфиди. Тяхното положениеобаче също се определя от изходите настарите галерии. И водите, преминали презтях се включват в общата дрениращасистема.Методика на изследваниятаОпробванеОпробването беше извършено по профиленпринцип (фактически разклонена система отпрофили, по долината на р. Ерма река ивливащите се в нея потоци и рудничниотливи). Местата, където са събиранипробите (пунктове на пробовземане) бяхапривързани към 1:25000 генерал-щабнатопографска основа и опорен полигон отточки, засечени по спътникова пеленгация(фиг. 1). Използваният уред Garmin GPS-12(Geographic positioning system) има точност5 m, напълно достатъчна за целите наработата. Използването на този подходпозволи да бъде установено, че нивото нахвостохранилището е повишено спрямомомента на съставяне на картите, коетоводи и до съответни изменения наочертанията му. Ето защо, някои отпробните пунктове по периферията му,стоят извън положението фиксирано натопографска основата.Пунктовете бяха избирани в местата напредполагаема промяна на локалнитеусловия на замърсяване – изходи нагалерии, отвали, потоци и реки-преди и следместата на вливане (фиг. 1). Състоянието нахвостохранилището беше проследено понадлъжен профил докъдето беше възможнода се навлиза в него. Бяха събирани пробиот води, почви, речни отложения, хвост ирастителност. Опробването на почви и водибеше извършвано съгласно инструкция №РД-00-11 от 13 юли 1994 г., а на растителнитепроби съобразно методичнитеизисквания, изложени в Markert (1993).Общата минерализация на водите бешеопределяна на място с портативен измерителенуред.Подготовка на пробитеТвърда проба (почви, речни отложения,хвост). Твърдата пробата беше сушена при105 o С, смилана до едрина на частичките100% под 0,074 mm, след това разтваряна вподходяща киселинна смес.Растителни проби. Съгласно целитена изследването пробите не бяха мити сдестилирана вода или органичниразтворители, а само грижливо почистениот минерални частици и други органичнипримеси. След изсушаване и смиланепробите бяха подложени на вариант отмокро изгаряне на органичното вещество:Около 1 g растителен материал в абсолютносухо състояние се третира с 10 ml азотна115

киселина 65% и 5 ml дестилирана вода впродължение на 12 часа. Мокрото изгарянепродължава на водна баня с последователноприбавяни порции от водороден прекис допълното разлагане на материала. Следвафилтриране, разреждане с дестилирана водадо 50 ml. Съхраняването на пробите сеизвършва в полиетиленови шишета вхладилник.Аналитични методиВсички проби, след обработка поустановените методики, бяха анализираниза 19 важни елемента, по атомни емисионниспектри в аргонова индуктивно свързанаплазма (AES ICP). Използвана бешеапаратура SPECTROFLAM на SPECTROANALYTICAL INSTRUMENTS в оторизиранаталаборатория на МГУ, София.Прецизността на анализа бе контролирана сизползуване на празни проби (нули) ирастителен стандарт CRM 281 (райграс) истандарт на мъхове.Някои от водните проби бяхадопълнително анализирани с мокър химиченанализ за Cl, F, PO 4 , SO 4 , HCO 3 , CO 3 иNO 3 ., както и pH, твърдост, окисляемост,минерализация, сух остатък и метасилициевак-на.Нормативна база за оценка нарезултатитеНормите за допустимо съдържание натежки и токсични елементи в почви сасъгласно:1. олово, мед, цинк, арсен (Държавенвестник, бр. 36, 1979 г.);2. кадмий, хром и живак (Инструкция заопределяне на вида и степента назамърсяването на земеделските земи поземлища и режима на тяхното ползване,Министерство на земеделието, 1994 г.), взависимост от активната реакция на почвата(pH) във водна суспензия.Категоризиране на водите, за замърсяванес тежки метали от рудодобива, енаправено съгласно Наредба №7/08.08.86 г.за показатели и норми за определянекачеството на течащите повърхностни води,както следва: водоприемник първа категория– водоем, използван за централноводоснабдяване; водоприемник вторакатегория – водоем използван за неорганизиранобитово-питейно водоснабдяване;водоприемник трета категория – водоем,неизползван за питейно водоснабдяване, носе явява място за къпане и организираноразвъждане на риба.В нашата страна липсват ПДК завидовете от естествената растителност. Потази причина за биоиндикацията назамърсяването бяха използувани надеждниконтроли от фонови (относително антропогеннонеповлияни) условия или литературниданни за конкретния растителен вид присходни условия на естествено илипромишлено замърсяване.РезултатиВодни пробиПо време на двете командировки, проведенипрез май и юли 1999 г., в 35-те изследванипункта бяха взети общо 45 бр. водни проби,като на 15 от тях беше направен и пъленхимичен анализ. Резултати от анализите насъдържания на Pb, Zn, Cu, Cd, Fe и Mn сапредставени фиг. 2. Резултатите от полевитенаблюдения и анализите показват следното:Повърхностните води в проучваниярайон се различават по химичен състав.Планинските потоци, чийто води не сасмесени с руднични са хидрокарбонатнокалциевипо тип с обща минерализацияоколо 0,25 g/l. Надолу по течението на р.Ерма река, след смесването на водите £ стези от рудниците Мързян, Стратиев камъки Ерма река, както и на самите рудничниводи общата минерализация се изменя от0,40-0,50 до 1,74 g/l (води от р-к Стратиевкамък). По химичен състав водите саразнообразни: сулфатно-хидрокарбонатнокалциеви,сулфатно-калциеви, сулфатнокалциево-магнезиеви,сулфатно-магнезиевокалциеви.Йонната сила на водите в районае от около 300 до над 4500 µS (п. 9), т.е. по116

Фиг. 2. Обобщени диаграми на съдържанията на основните замърсители във водите от пунктовете наопробване по нелинеен профил от фиг.1. Стойностите на ПДК (хоризонталната пунктирна линия) саза водоприемници ІІ категория. В диаграмите стойностите под абцисата обозначават липса нааналитични данни, за разлика от нулевите стойности, където анализът е показал стойност подопределяемия минимумFig. 2. Summarized diagrams of main pollutant contents in water samples along the non-linear profile on Fig.1. Maximum allowed concentrations (horizontal dashed line) are given for II quality class. Missing data areshown negative, unlike zero values representing analyses below detecting limitсъдържание на соли рудничните води сехарактеризират като слабо минерализирани,а водите на р. Ерма река и р. Голяма рекакато пресни. pH на опробваните води отрайона навсякъде е близко да неутрално илислабо алкално: от 7,4 до 8,9, с изключениена рудничните води от дълбокитехоризонти, изпомпвани в пункт 18, къдетоpН е 3,4.Замърсяване на водите по елементиОлово, Pb. За разглеждания район саустановени концентрации на Pb, превишаващипределно допустимите концентрации(ПДК) и за трите категории водисамо в пункт 18. Към ІІІ категория, поотношение на оловото, се отнасят водите отпунктове 7, 9, 11, 13, 23, 24. Останалитеводи, които са изследвани, се отнасят към ІІкатегория. Тези сравнително високи концентрации,без съмнение, са свързани срудничните води и отпадните води отфлотационната фабрика, които са обогатенис олово от добивания в рудниците попоречието на р. Ерма река галенит (PbS).Тревожно е, че в р. Голяма река, в117

взети в 30 пункта по долината на р. Ермарека до вливането £ в р. Гюдюрска и подолината на р. Голяма река до гр. Златоград.В някои от пунктовете са взети ианализирани проби от различни дълбочини.Анализирани са 23 почвени проби,предимно от пунктове близки до руслото нареките (пунктове 7, 27-35 и др.), както итакива, взети по склоновете на речнитедолини (пунктове 1, 2, 3, 5, 8, 11). Къмпочвените проби се отнасят и 4 броя взети внепосредствена близост до речните брегове.Съществен дял в тях има седиментнатасъставка (пунктове 7, 9, 22). Типичнитеречни отложения са представени от 15проби, взети в пунктове 12, 15, 18-27.Замърсяване на почви и отложения поелементиОлово, Pb. Във всички анализирани проби сизключение на контролната проба в пункт 5(59 mg/kg) оловото има високи съдържания(107 mg/kg до 3,01%). В 50% отизследваните проби съдържанието на оловое над 1000 mg/kg, средно съдържание 5550mg/kg. Най-ниски са концентрациите му впробите от почви, взети по склоновете на р.Ерма река и р. Голяма река (54-1632 mg/kg).Обикновeно в пробите от повърхностнияслой (до 5 cm) на изследваните почви имапо-високи съдържания на Pb, Zn, Cu,отколкото в пробите взети на дълбочина 8-12 cm от същите места (пунктове 1, 1 а , 2, 2 а ,3, 4). Съдържанието на Pb нараства в някоипочви взети от пунктове в обсега нарудодобив (галерии, шахти), в пробите свисоко съдържание на седиментен материалпод флотационната фабрика, в близост доруднични табани, изливи на води от галериии шахти и от хвостохранилището. Високиконцентрации на олово са установени и вняколко почвени проби, развити предимнопо амфиболити и биотит-амфиболовишисти. Тези проби с pH > 7,5 (табл. 1) иматот 2 до 45 пъти по-високи съдържания на Pbот ПДК, което е 80 mg/kg. За киселитепочви с pH 4,5-6, които преобладават врайона, особено в ниските части наТаблица 1. pH на почви от района на р. ЕрмарекаTable1. pH values of soils from Erma RekaПроба 1 1a 2 2a 3 4 7 10NpH 8,09 8,0 7,79 7,79 8,02 8,0 7,7 7,75долините, ПДК е още по-ниско (30-60mg/kg).Цинк, Zn. Съдържанието му е също многовисоко. То варира от 104 mg/kg (почвенапроба от пункт 5) до 2,13% (отложение отпункт 12). В повечето проби Zn има повисокисъдържания от Pb, свързано и с повисокатаму разтворимост. Концентрациятаму е най-висока в отложенията, където тя секорелира с концентрациите на Pb, Cu, As иCd. Съдържанието на Zn в отложенията сеизменя в интервала 2200 mg/kg - 2,13%;средно за 15 проби то е 4500 mg/kg.Съдържанието на Zn в почвенитепроби е в границите 104-3200 mg/kg, средносъдържание за 23 проби 830 mg/kg. Всмесените почвени проби със значителноучастие на седиментни материали среднотосъдържание на Zn (4 проби) е 3570 mg/kg.Съдържанието на Zn в 8 почвени проби,всички с pH > 7,7 е в интервала 271-4665mg/kg, което е 4 до 58 пъти по-високо отПДК (< 80 mg/kg).Мед, Cu. Съдържанието на Cu варира втвърде широки граници - от 29 до 1723mg/kg, т. е. различава се близо 60 пъти, ноконцентрациите му са относително понискиот тези на Pb и Zn, тъй като руднитеминерализации, които са основният източникна замръсяване на почвите в района сапредимно оловно-цинкови. Най-високисъдържания на Cu има в отложенията (1595mg/kg в пункт 19 и 1723 mg/kg в пункт 65), анай-ниски - в някои почви при р-к Мързян(пунктове 1, 2, 3, 29-33 mg/kg), както и вконтролната проба от пункт 5 (27 mg/kg).Съдържанието на Cu в повечето от почвенитепроби с измерено pH > 7,5 (табл. 1)са по-ниски от ПДК (270-280 mg/kg), илималко по-високи за пробите от пунктове 7 и119

10, съответно 427 mg/kg и 301 mg/kg.Трябва да се има предвид, обаче, че закисели почви, с по-ниско pH - 4,5-6 каквитоса почвите развити по гнайси с гранитовсъстав, стойностите на ПДК са значителнопо-ниски (25-120 mg/kg).Кобалт и никел, Co и Ni. И двата елементаимат сравнително невисоки концентрации визследваните почвени и седиментни проби.Съдържанията на Co са в границите 8-72mg/kg, средно 17 mg/kg, което е близко докларка на елемента за различни метаморфнискали (гнайси, шисти) в земната кора и не серазличава съществено от съдържанието му вподобни скали от Родопската област. Нямасъществени различия между съдържаниетона Co в отложенията и почвите от изучаваниярайон. Очевидно, основният източникна Со в района на р. Ерма река са скалнитеразновидности определящи петро-графскияоблик. Същите изводи се налагат и заразпределението на Ni, чиито съдържанияварират твърде слабо, от 15 до 88 mg/kg,средно съдържание 27 mg/kg. Те са съизмеримисъс съдържанията на елемента вамфиболити и амфибол-биотитови гнайси ишисти в Родопите и са по-ниски от кларкаму в различни шисти и гнайси в земнатакора (68 mg/kg).Арсен, As. Това е елемент, който е опасензамръсител на почвите в райони, където сеексплоатират богати на As рудни минерализации.Съдържанието на As в анализиранитепроби варира от < 1 mg/kg до 429mg/kg. Разпределението му е неравномерно.Най-ниски са концентрациите на As впочвените проби, които се отличават и сотносително най-ниски съдържания на Pb,Zn и Cu (пунктове 1, 2, 3, 5, 8, 14, 27, 28,31), а най-високи в отложенията с високисъдържания на Zn > Pb > Cu (пунктове 9, 12,18, 19, 21-24, 30). Най-високо е съдържаниетона As в пункт 22, който се отличава ис най-високи съдържания на Fe 8,7% и S10,5%; очевидно As е свързан с високисъдържания на арсенопирит, арсеновисулфосоли или As-съдържащ пирит,натрупани в началото на хвостохранилището.Тук трябва да се има предвид ифакта, че в определени периоди от времефлотационната фабрика е обработвала ируди от други минни участъци в района идори импортни руди.Кадмият, Cd, е един от силно токсичнитеелементи, който е характерен за цинковитерудни минерализации. Съдържа-нието муварира значително - от 1,4 до 129 mg/kg,средно съдържание 17 mg/kg. Най-ниски Cdконцентрации имат почвените проби отсклоновете на речните долини (1,7-8 mg/kg),както и пробата от пункт 28 (1,4 mg/kg), носамо в 6 проби концен-трацията му е понискаот ПДК за почви с pH > 7. Значителнопо-високи са съдържа-нията на Cd вотложенията, особено в пунктовете: 12 (подр-к Стратиев камък), 19 (под флотационнатафабрика), 22 (началото на хвостохранилището),25 (под стената на хвостохранилището),30 (след сливането на р.Гюдюрска и р. Ерма река). Високитесъдържания на Cd (28-129 mg/kg), средносъдържание за 42 проби 17 mg/kg, корелиратс високи съдържания на Zn (3775mg/kg-2,13%) и са свързани със сфалеритоватаминерализация.Желязо, Fe. Съдържанието на Fe в почвитезависи от много фактори, но преди всичкоот субстрата, върху който се развиват. Найчестообщите проби на различни почви отРодопската област съдържат Fe в границите2-4,5%. Съдър-жанието на Fe в почвенитепроби от района на р. Ерма река варират винтервала 1,4-5,2%, средно съдържание за23 проби - 2,9%. Относително по-високо есъдържа-нието на Fe в отложенията - от 1,5до 7,3%, средно 3,7%, както и в почвенипроби с висок дял на седиментен компонент- Fe 2,7-8,7%, средно 5,5%. По-високитеконцентрации на Fe се дължат на присъствиетона сулфиди, главно на пирит (±арсенопирит).Манган, Mn. Съдържанието на Mn в почвитеи отложенията са повишени, но не в такавастепен както на тежките метали Pb, Zn и Cu.Почвените проби съдържат Mn от 519 до3960 mg/kg, средно съдържание 1425 mg/kg,което е по-високо от средното съдържаниена елемента в български почви (850 mg/kg).120

и 8032 mg/kg, средно съдържание 3140mg/kg. Тези повишени концентрации седължат очевидно на Mn, свързан сорудяването, но поведението му е различноот това на останалите метали. Това сеобяснява с факта, че минерализациите снай-високо съдържание на Mn (скарните) непредставляват промишлен интерес и сеизземват само ако попаднат в обсега натехнологичните работи.Антимон, Sb. Различията в съдържанията наSb, при сравнително ниски концентрации визследваните проби, са значителни, от < 1mg/kg до 33 mg/kg. Кларкът на Sb в гнайси ишисти е 1,5 mg/kg, а в карбонатни скали0,15-0,2 mg/kg. Съдържанието на Sb впочвените проби варира между < 1 mg/kg и6,6 mg/kg, средното съдържание заизследваните проби е 2,6 mg/kg, малко повисоко,но близко до кларка (1,5 mg/kg) наматрицата, върху която лежат анализиранитепроби. Съдържанието на елементав отложенията взети от речните русла ибрегове се изменя от < 1 до 33 mg/kg,средно съдържание 6 mg/kg, което е 2 пътипо-високо отколкото в почвените проби.Приблизително 6 mg/kg е средното съдържаниена Sb в смесените почвени проби съсзначително участие на седиментенкомпонент.Молибден, Mo. Съдържание на Mo над определяемияминимум (1 mg/kg) е установено в24 от изследваните проби. То се изменя от 1до 6,7 mg/kg, средно 2,8 mg/kg. Среднотосъдържание на Mo за цялата съвкупност отанализирани проби е 1,6 mg/kg, което е понискоот кларка на елемента (2,6 mg/kg) вгнайси и различни шисти. Най-високи сасъдържанията на Mо (3,5-6,7 mg/kg) вотложения от руслото на р. Ерма река. Но ив някои почвени проби (при р-к Мързян),развити върху руднични отвали има същоповишено съдържание (1,8-3,6 mg/kg).РастенияВ началото на вегетационния период (4-6май) и неговия максимум (21-23 юли 1999г.) нивото на замърсяване в района беоценено с използуването на следнитебиомонитори:- от водорасли - зелени (Chlorophyta,Ulothrix subtis главно) и кремъчни (подотделBacillariophytina от Chrysophyta),- от зелени мъхове - Hypnum cupressiformeHedw., Brachythecium rivulare B.,S.&G.,- от семенните висши растения:Tussilago farfara L. (подбел) - най-честосрещан вид в района,Mentha arvensis L. (полска мента), M. spicataL. (обикновена мента),Satureja pilosa Vel. (влакнеста чубрица), S.montana L. (планинска чубрица),Plantago lanceolata L. (ланцетолистенживовляк),Stellaria media (L.) Vill. (средна звездица),Equisetum arvense L. (полски хвощ),Agrostis capillaris L. (обикновена полевица),и единични проби от:Lycopersicum esculentum Mill. (домат),Capsicum annuum L. (пипер).Изборът на тези опробвани видове заакумулативна биоиндикация се извършвашена място.Измерените стойности сочат, чебиоакумулацията на микроелементите енай-висока в групата на зелените икремъчните водорасли, следват зеленитемъхове и най-ниска е при семенните висширастения.При водораслите тя достига до 6,8%Zn, 1,9% Mn, 1,7% Pb, 40 mg/kg As, 16mg/kg Sb и т. н. Сравнението на натрупванетона макро и микроелементи въввидовете водорасли от р. Ерма река и р.Голяма река може да се обобщи по следнияначин: 1) Всички елементи са в по-голямоколичество (до 5 пъти при As) в зеленитеводорасли (изключение са съдържанията наелементите Mn, Cd, Na и Ca). 2) Кремъчнитеводорасли акумулират по-малки количествав р. Голяма река. Разликите са значителнипо отношение на елементите Cu, As и Sb -10 пъти и Bi - 5 пъти. Изключение сасcдържанията на Zn, Mn, Cd, Ca. 3) Вгрупата на Chlorophyta през пролеттанатрупването на Sb е 3 пъти повече, докато121

през лятото натрупването на Bi е над 5пъти, натрупването на Mn е над 4 пъти ипри Ca е над 3 пъти. Тези разлики не бихамогли да се дължат на евентуална сезоннадинамика в организмите, а по-скоро могатда са следствие от промените във водниярежим и дънните отложения. Отбелязанатависока срещаемост на водораслите в р.Голяма река от пролетта към лятото можеда се приеме като положително явление, тъйкато в техните тъкани се фиксират огромниколичества от тежките метали и другитоксични елементи от водната среда.Концентрациите установени във водораслитеса в интервалите от количества на As,Cd, Cu, Pb, Ni и Zn характерни за пресноводнирастителни видове, публикувани отMoore & Ramamoorthy (1984).На второ място по биоакумулация наелементи са зелените мъхове, които отразяватсамо атмосферното замърсяване.Hypnum cupressiforme в пункт 5, избран законтролен, показва концентрации на тежкиелементи по-ниски от средните за чистирайони в Европа (Ruhling, Steinnes, 1998) иза България (Yurukova, 2000). Същият видот р-к Мързян (пункт 3) натрупва повечеоколо 400 пъти Zn, над 200 пъти Cu, над иоколо 100 пъти Ni, Mn, As, Co и Cd.Макроелементите също са акумулирани впо-големи количества. В района на р-кСтратиев камък (пункт 10) този бриофитима максимално съдържание на Pb - над 200пъти, на Fe - около 100 пъти, на Al - почти50 пъти, Sb - над 15 пъти повече в сравнениес контролата.Другият апробиран вид бриофитBrachythecium rivulare има сходен катионнообмененкапацитет. Абсолютната стойностна акумулацията на олово в него е поголямав сравнение с предходния вид мъх -1203 mg/kg (пункт 10).Висши растения. Контролните образциот надземната фитомаса от мента иматниско съдържание на макро и микроелементис изключение на Sb, който в тозипункт има максимум - 1,9 mg/kg. В сравнениес контролата, най-висока акумулацияна Pb (54 пъти), Fe (19 пъти), Al (14 пъти),Zn и Cd (по около 8 пъти), Cu (3 пъти), Co иAs е установена в пункта до стената нахвостохранилището (пункт 26). Следващ понатрупване на елементи във видовете ментае пункта в началната част на хвостохранилището(пункт 22) - Mn до 10 пътиповече, Cd и S по 5 пъти. Максималносъдържание на Zn и Bi се наблюдават в тозибиомонитор западно от гр. Златоград (пункт32). Минимални концентрации са установенив ментата от пункта под хвостовияколектор (пункт 27). Данни за сезоннотоизменение в акумулацията има само за единпункт (2). Всички елементи с изключение наCa и Pb количествено преобладават презпролетта, като най-силно е изменението приZn и Cd - близо 30 пъти. В един отпунктовете (пункт 4) може да се сравниакумулацията в надземната и подземнатафитомаса на вида. Макроелементите K, Ca,P и S, както и As, Fe и Bi са в по-големиколичества в надземните части (максималнодо 3 пъти), съдържанията на Mg, Co, Al, Ni,Cu, Zn и Pb са еднакви или сходни, докатоколичествата на Mn, Fe (незначително), Cdи Na (до 3 пъти) се фиксират в кореноватасистема.Видовете чубрица са представенимного слабо. Ca, K, S, Sb и Bi (максималнодо 2 пъти) се натрупват повече в надземнитечасти, останалите елементи - в подземнатафитомаса, като максималната разлика еустановена при кадмия (7 пъти) и Pb (4пъти).Ланцетолистният живовляк е събиран в3 пункта през пролетта. Най-голямо натрупванена почти всички елементи в надземнатаму фитомаса е установено в пункт 18,докато Pb има максимум в тази фракция впункт 22, а Na - съответно в пункт 1.Сравнението на акумулация на елементи внадземната и подземната фитомаса показва,че по-високите концентрации, особено нагрупата тежки метали са локализирани вкорените. Максималните стойности на Zn -838 mg/kg в надземните части и 1477 mg/kgв подземната фитомаса доказват, чеоснователно този вид се предлага забиоиндикатор на Zn.122

За индикация на Cd, Pb и Zn успешноможе да се използува звездицата, но видовеот този род бяха намерени само за 5 пробиот различни месеци и без повторение попунктове. Все пак ще отбележим, че звездицатанатрупва 7,2 mg/kg Cd и 115 mg/kg Pbдо шахта между пункт 9 и пункт 10, или чеакумулацията на Cd е 26 mg/kg до р-кМързян през пролетта. Високи са иконцентрациите през лятото в пункт 18: Cd -12 mg/kg, Zn - 1117 mg/kg, Pb - 87 mg/kg.И при полският хвощ се потвърждава,че през пролетта концентрациите на тежкиметали в надземната фитомаса на биомонитораса по-високи. В пункт 22 - началнатачаст на хвостохранилището, в която хвощъти подбелът са единствени видове върхуформираща се твърда повърхност, натрупванетов сравнение с контролния пункт епо-голямо 8 пъти за Mn, по 5 пъти за Pb, Zn,Ni, Bi, 4 пъти за As, 3 пъти за Co.В единственият представител на житните- обикновената полевица от пункт 27акумулираното количество на Pb е 646mg/kg, на Zn - 815 mg/kg, на As - 8,1 mg/kg,на Cd - 8,9 mg/kg, т. е. твърде високисъгласно нормалните интервали публикуваниот Kabata-Pendias & Pendias (1989).Подбелът е единствения вид, койтоможеше да бъде намерен в по-голям бройпунктове, особено през лятното събиране напроби. Недостатък обаче е фактът, че нямадостатъчно надеждна контрола за сравнение,т. е. в пункт 5 този вид не бе открит.Границите на вариране на концентрациитена основните макро и микроелементив листата на подбела са най-големи прицинка, оловото, арсена (без да се включваекстремно високата стойност на кадмияпрез май в пункт 11 - 801 mg/kg). В найтесендиапазон са концентрациите на макроелементитеK, Ca, Mg, S. И през пролетта ипрез лятото максималната акумулация наZn, Pb, Cu и Ni е в пунктовете до р-кМързян, докато тази на As, Co и S в пункт22. Повечето тежки метали и токсичниелементи имат минимални количества влистата на подбела от пункт 4, пункт 16 ипункт 29. Сезонните изменения са противоречивив различните пунктове. В един оттях - пункт 22 концентрацията на тежкитеметали (без Cd), токсичните елементи, кактои макроелемента фосфор намалява втечение на вегетационния период. Сравнениетона акумулацията на елементи внадземната и подземната фитомаса наподбела може да се обобщи по следнияначин: Листата натрупват повече калций исяра (до 5 пъти), Fe, Mn, Co (до 3 пъти), К,Mg, Mo, Cd, As, Al, Ni и Zn през лятото.Корените съдържат незначително по-големиколичества от Pb, Cu, P и Na.Образците от плодовете на едногодишнитезеленчукови култури домат ипипер бяха събрани в пункт 34 - югоизточноот г. Златоград, в градинка между шосето иреката. Хигиенните норми за пределнодопустими количества от замърсители всушени зеленчуци (Наредба №5, 1984) са Al- 200, As - 5, Cd - 0,30, Cu - 50, Pb - 4,0 и Zn- 50 mg/kg. Акумулираните количества ванализираните проби са с много по-нискистойности особено по отношение натоксичния арсен в двата вида зеленчук иалуминия в пипера (разлика над 1 порядък).Единствено кадмият се натрупва в малкопо-голямо количество (0,4 mg/kg) отнормата, която е обаче много близка доопределяемия минимум на този елемент (0,2mg/kg) по приложения аналитичен подход.По време на двете изследваниярудниците и флотационната фабрика не саработили, поради което получените даннимогат да се считат за занижени.ЗаключениеРезултатите от проведените изследвания наводите в проучвания района са близки илиот един порядък. Установените разликиотдаваме на разреждането на повърхностнитеводи от паднали валежи и откраткотрайната работата на флотационнатафабрика преди провеждане на второтоопробване. За да се направи коректноизследване за влиянието на валежите, кактои на други фактори на замърсяване (режимна работа на рудниците, флотационната123

фабрика и пр.) е необходимо да се правятсезонни водорежимни наблюдения илимониторинг на някои от пунктовете.Настоящото проучване дава само еднамоментна “снимка” на замърсяването наповърхностните води в района.Установени са огнища на замърсяване(пунктове 8, 9, 18) на водите с тежкиметали, където съдържанието на последнитее десетки и стотици пъти над пределнодопустимите концентрации за третакатегория. Това са руднични води, които неса меродавни за целия район, но даватпредстава за екстремалните стойности приизточниците на замърсяване.След промишлената зона (рудници,флотационна фабрика и хвостохранилище)съдържанието на тежки метали е значителнопо-ниско, но са тревожни високитеконцентрациите на Mn, които и при гр.Златоград са в пъти над ПДК за ІІІкатегория, т. е. водите на р. Голяма река неса годни за никакви цели. Сравнителновисоки остават съдържанията на Pb, Zn и Cdпри гр. Златоград, като водите на реката сасъответно ІІ или ІІІ категория. В случая еналице не само отделно, но и интегриранонеблагоприятно въздействие на тежкитеметали Mn, Pb, Zn и Cd, които имат високиконцентрации и в речните води.Водоизточниците в терасите на рекитеЕрма река и Голяма река, чиито води са вхидравлична връзка с речните, са прякозастрашени от замърсяване. Необходимо еспешно да се направят анализи за определянеколичеството на тежки метали в тях.При констатиране на концентрации наддопустимите за питейно-битово водоснабдяване,да се забрани използването им.Анализът на получените резултати засъдържанието на тежки метали в почви иотложения от района на р. Ерма река и р.Голяма река до гр. Златоград, показваголяма степен на замърсяване на седиментния(наносен) материал (до 3% Pb,2,1% Zn, 1723 mg/kg Cu, 429 mg/kg As, 129mg/kg Cd) в руслата на реките, особено вместата, където има изливи на рудничниводи, води дрениращи руднични отвали(под р-к Стратиев камък), под флотационнатафабрика при р. Ерма река, като и вгорната част на хвостохранилището и подстената му. Почвените проби в тези места, вблизост до речните брегове са също силнозамърсени. Също така и почвите, в коитозначителен дял има седиментния материал,или са развити върху насипна рудничнамаса (пунктове 1, 2, 14) имат относителновисоки, превишаващи ПДК, съдържания наPb, Cu, Zn, Cd. С изключение наконтролната почвена проба в пункт 5,всички останали почвени проби иматконцентрации съществено надвишаващиПДК за Cd, докато Cu иAs превишават ПДКсамо в 17% от тях.Очевидно почвите в местата,прилежащи непосредствено до бреговете нар. Ерма река, р. Гюдюрска (в долното итечение) и р. Голяма река, съдържат високиконцентрации на тежки метали, коитоприсъстват засега само като минералнипримеси, но са потенциално опасни заселскостопанските дейности (растениевъдство,скотовъдство). По-високо разположенитепочви, по склоновете на речнитедолини, които са доста стръмни, сапрактически незамърсени, но могат даповишат значително във времето съдържаниетона тежки метали, в резултат главно наветровата ерозия на рудничните отвали,отложенията на реките и хвостохранилището,особено в сушеви години.Биоиндикацията в изследвания райондоказва замърсяване с тежки метали итоксични елементи. Атмосферното замърсяване,оценено чрез сухо (аерозоли) имокро (валежи) отлагане в зелени мъхове, врайона на р-к Мързян е много високо поотношение на елементите - цинк, мед,никел, манган, арсен, кобалт и кадмий.Въздушната среда около р-к Стратиев камъке силно обогатена с олово, желязо,алуминий и антимон. Необходимо е да сеима предвид, че нивото на замърсяване е повисокопрез пролетта. Въз основа наполучените резултати за висшите растенияпрепоръчваме да не се използуват медицинскитерастения - мента, чубрица, хвощ,124

подбел, живовляк по целия изследванпрофил и особено в близост до хвостохранилищетои р-к Мързян.Единичните анализи на зеленчуковикултури (югоизточно от гр. Златоград) недават основание за тревога относно тяхнатабезопасна консумация.Изложеното до тук дава отговори напоставените в началото на изследванетовъпроси: кои са елементите замърсители,кои са конкретните източници назамърсяване в изследвания район, какви саабсолютните стойности на замърсяването икак се изменят във времето и пространството,как замърсяването се разпределя вотделните компоненти на околната среда икои са най-застрашените пунктове от гледнаточка на стопанската дейност и здравето нажителите в района. В допълнение бихмеискали да отбележим, че получените резултативодят до един парадоксален на пръвпоглед извод: Прекратяването на миннодобивните работи води до значителноповишаване на екологичния риск.Аргументите за това твърдение са следните:1) Водите, които бавно се дренират презизоставените минни изработки иматдостатъчно време за разтваряне на тежкитеметали и концентрациите им са десетки идори стотици пъти по-високи от тези наводите, които се изпомпват ежедневно. Товаявление е основният фактор за замърсяванена повърхностните и грунтови води визследвания район.2) Контрастните различия между концентрациитена някои елементи във водите итвърдите компоненти на средата сочаттяхното присъствие в трудно разтворимиминерални форми. Особено добре това личипри арсена. Тази благоприятна ситуация,обаче, приключва с прекратяването наработата на флотационната фабрика, коятоизхвърля алкални разтвори (варуване).Оттук нататък киселинните дъждове иособено разлагането на сулфидите в хвостаи речните отложения (с образуване на сярнакиселина) водят до вкисляване на субстратаи рязко увеличение на разтворимостта натежките метали и арсена. Ето защо,арсеновото замърсяване на почвите иотложенията е “бомба със закъснител”,чието въздействие тепърва се очаква. В помалка,но опасна степен това важи и затежките метали.Относно моделното значение наизследването, трябва да се отбележи, четова твърдение има известни ограничения,като:1) Мангановата природна аномалия е характерназа Маданския район, но не може да сепренесе директно като характеристика къмдруги минни райони.2) Алкалната аномалия също остава характернасамо за района. Рудничните води надруги места са като правило кисели, и товавероятно ще промени общата картина назамърсяването.3) Практически липсващото As замърсяванена водите вероятно не може да се пренеседори в съседни участъци от Маданскиярайон. Индикация за това е екстремалнатастойност (макар под ПДК) на As идващ отрудник Гюдюрска в съседната долина.Благодарности. Изследването стана възможноблагодарение на средствата по фонд Структурнаи технологична политика, предоставени от МОН.ЛитератураГеоргиев, Г. К. 1987. Полезните изкопаеми отвремето на траките. С., БАН, 134 с.Инструкция № РД-00-11 на Министерство наЗемеделието. 1994. Информационен бюлетин,27, 5-63.Кольковски, Б., Д. Манев. 1988. Маданско руднополе. В: Оловно-цинковите находища вБългария. С. , Техника, 37-64.Манев, Д., П. Игнатовски. 1981. Геоложкистроеж на Ермореченския район, Маданскорудно поле. Минералообр. проц. и мин. нах.,14-15, 76-88.Милев, В., В. Станев, В. Иванов. 1996.Статистически справочник за добититеруди в България през периода 1878-1995 г. С.,Земя 93, 196 с.Наредба №5. 1984. - Държавен вестник, 39, 478-483.Наредба №7. 1986. - Държавен вестник, 96, 6-8.Dontcheva-Katskova, K., T. Chiflidzhanov. 1990. Ageological construction in the depth of the Erma125

Reka sector, Madan ore field. In: GeologicaRhodopica, 2 nd Hellenic-Bulgarian Symposium,409-420.Ivanov, Z. (ed.). 2000. Structure, Alpine evolutionand Mineralizations of the Central RhodopesArea (South Bulgaria). Guide to excursion B,ABCD-GEODE, Workshop, S., 6-18.Kabata-Pendias, A., H. Pendias. 1989. Traceelements in soils and plants. CRC Press. BocaRaton, Florida. 315 p.Kolkovski, B., S. Dobrev, P. Petrov, D. Manev.1996. Geology, mineralogyand genesis ofMadan ore field. In: Plate Tectonic Aspects ofthe Alpine Metallogeny in the Carpatho-BalkanRegion. Proc. Ann. Meeting – Sofia, UNESCOIGCP Рroject N 356, vol. 2, 157-173.Manev, D., N. Katzkov, V. Milev, D. Malinov, N.D. Arvanitidis, D. C. Constantinides, E.Dimadis, N. Romaidis, N. Favas. 1990. Acomperison between Madan (Bulgaria) andThermes (Greece) ore fields: Geology andMetallogenesis. In: Geologica Rhodopica, 2 ndHellenic-Bulgarian Symposium, 399-408.Markert, B. (ed.). 1993. Plants as biomonitors.Indicators for heavy metals in the terrestrialenvironment. VCH-Publisher, Weinheim.Moore, J. W., S. Ramamoorthy. 1984. Heavy metalsin natural waters. New York, Springer-Verlag,284 p.Rosler H. J., H. Lange. 1965. GeochemischeTabellen, Leipzig, Verlag, 193-199 p.Ruhling, A., E. Steinnes (eds.). 1998. Atmosphericheavy metal deposition in Europe 1995-1996. -Nord, 15, 66 p.Yurukova, L. 2000. First bryomonitoring inBulgaria. Sofia.Приета на 19. 12. 2000 г.Accepted December 12, 2000126