The article presents the results of a two-year study of the composition of quarry waters at a gypsum deposit located in the Kholmogory District of the Arkhangelsk Region. Systematic monitoring included determining the physicochemical parameters in key process zones: the quarry water collector (sump) and the settling pond of the treatment facilities. To obtain the analytical base, standard methods were used: GOST 31957-2012, PNDF 14.1:2:4.157-99, and others. It was found that the dry residue indicator of water varies in the range of 1190—6700 mg/dm³ with pronounced seasonal dynamics: maximum in spring (March) and minimum in summer (June). The dominant component is sulfate ion (up to 3700 mg/dm³), which is typical for gypsum deposits. Exceedances of the maximum permissible concentrations for river waters used for fishery and/or drinking purposes were revealed for the content of sulfates and strontium, and occasionally for magnesium, iron, zinc, copper, cadmium and aluminum. Efficiency of treatment facilities was demonstrated, ensuring a reduction in pollutant concentrations to 29 %. The results are consistent with the data of other researchers, but demonstrate the specificity of the territory under consideration – increased content of sulfates and strontium and slow sedimentation of suspended matter. The obtained data are of interest to mining enterprises, environmental organizations and scientific institutions dealing with the problems of ecology of mining production.
gypsum quarry, quarry water, sulphates, strontium, environmental monitoring, treatment facilities
Введение
Карьерные воды, формирующиеся при разработке месторождений полезных ископаемых, являются одним из основных объектов, оказывающих возможное негативное влияние на компоненты окружающей среды. По этой причине предприятие по добыче гипсового камня в Архангельской области ведет постоянный мониторинг состава карьерных вод. Согласно утвержденному проекту на разработку месторождения гипса, недропользователь обязан контролировать только количество нефтепродуктов и взвешенных веществ. В случае же гипсовых месторождений на северных территориях особую значимость приобретает контроль содержания сульфатов, стронция, а также тяжелых металлов и взвешенных веществ, поскольку их повышенные концентрации могут оказывать негативное влияние на жизнедеятельность гидробионтов и качество поверхностных вод, используемых населением для хозяйственно-питьевых нужд (Сидкина, 2023). Целью данного исследования являлся анализ изменения состава карьерных вод на гипсовом месторождении за период с декабря 2022 по декабрь 2024 года. Основными задачами были следующие: сравнение качества карьерных вод до и после очистных сооружений, оценка сезонных колебаний основных компонентов состава воды, выявление влияния технологических процессов добычи гипса на состав воды, определение эффективности работы очистных сооружений. Актуальность исследования согласуется с результатами исследований последних лет (Caselle, 2022; Caselle, 2020; Al-Harthi, 2001), где отмечается необходимость разработки региональных нормативов для водных объектов. В частности, в методических работах ИМРГЭ 70-х годов XX века и в современных работах (Торосян, 2012) обоснована важность учета геохимических особенностей водных объектов промышленных районов.
Объект и методы исследования
Месторождение гипса расположено в Холмогорском районе Архангельской области и представляет собой типичное пластовое месторождение осадочных горных пород с горизонтальной залежью мощностью до 20 метров. Разработка карьера начата в 2008 году. Карьер включает один добычной и один вскрышной уступы, средней мощностью 7 метров. Химический (микроэлементный) состав полезного ископаемого представлен в таблице 1.
Гидрогеологические условия месторождения характеризуются приуроченностью к северо-западной части Северо-Двинского артезианского бассейна. Основными реками, расположенными рядом с участком исследования, являются Чуга и Позера — притоки нерестовой реки Пинега. Основными водоносными горизонтами и комплексами в районе работ являются: слабоводоносный верхнечетвертичный-современный комплекс; слабоводоносный уфимско-нижнеказанский водоносный терригенный комплекс; водоносная ассельско-сакмарская сульфатно-карбонатная серия; водоносная средне-верхнекаменноугольная карбонатная серия. Непосредственно в карьере существенную роль играют грунтовые воды четвертичных песчано-глинистых отложений и карстовые воды, приуроченные к карстовым пустотам и трещинам в толще гипсовых пород. Единый устойчивый водоносный горизонт, связанный с базисом разгрузки, лежит ниже подошвы гипсовой толщи (ниже абс. отм. +40 м). Встречающиеся на различных гипсометрических уровнях подземные воды связаны с локальными водоносными горизонтами, приуроченными к локальным системам трещин и карстовых полостей. Река Позера не является базисом разгрузки подземных вод. Базис разгрузки подземных вод связан с подземной рекой, проявлением которой на поверхности является расположенная в пределах участка работ карстовая долина. Монолитные гипсы имеют крайне низкую водопроводность (коэффициент фильтрации составляет тысячные доли метра в сутки). Геолого-гидрологический разрез представлен на рисунке 1.
Отбор проб осуществлялся во второй секции пруда-отстойника и в водосборнике карьера (зумпфе), расположенном на абсолютной отметке +52 метра. Глубина отстойника составляет около 4 метров, зумпфа — 2.5 метра. В зумпфе карьерные воды отстаивались и далее по системе карьерного водоотлива транспортировались в пруд-отстойник, состоящий из двух секций с площадью 600 и 1800 м2 (рис. 2). Очистные сооружения предназначены для очистки карьерных вод, загрязненных только нефтепродуктами и взвешенными веществами, методом отстаивания и фильтрования. Отстойник работает по принципу разделения веществ за счет разности удельного веса воды и нефтепродуктов и малых скоростей движения. При этом частицы веществ тяжелее воды выпадают в осадок, а нефтепродукты всплывают на поверхность воды. Количество точек и параметры отбора проб (одна точка приповерхностных вод) приняты согласно проекту разработки месторождения гипса. Продолжительность эксперимента — с декабря 2022 по декабрь 2024 года, ранее работы за контролем качества карьерных вод осуществлялась только по двум показателям (нефтепродукты и взвешенные) в рамках программы горно-экологического мониторинга промышленного предприятия. Данные по составу карьерных вод в начальный период разработки отсутствуют. Анализ проб карьерных вод проводился в аккредитованной лаборатории ФГБУ «ЦЛАТИ по СЗФО» «ЦЛАТИ по Архангельской области» с использованием следующих методов (табл. 2).
Отбор проб проводился с соблюдением следующих требований. Перед подготовкой к отбору проб открытый пробоотборник из нержавеющей стали ополаскивался анализируемой водой не менее трех раз, для хранения воды использовалась химически инертная посуда из полипропилена. Пробы на определение катионов подкислялись HNO3 до показателя pH менее двух. Для отбора использовалась поверхностная вода с глубиной забора 0.3—0.5 метров. Для транспортировки использовался переносной холодильный агрегат, позволяющий поддерживать температуру в режиме +4 °C.
Оценка качества карьерных вод выполнялась с использованием Приказа Минсельхоза России от 13.12.2016 № 552 (ред. от 13.06.2024) «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения» (табл. 3). Согласно имеющимся исследованиям А. И. Малова (Malov, 2025) водотоки района по условиям формирования состава воды подразделяются на гидрокарбонатно-сульфатно-кальциевого типа (Ca-HCO3-SO4) с минимальной минерализацией (М ~0.1 г/л) — моренные озера (Сенное и Карасиное) и водотоки, имеющие сульфатно-кальциевый состав (Ca-SO4) и промежуточную минерализацию (М 0.8—2.3 г/л) — карстовые озера и реки Позера и Чуга.
Динамика изменения состава карьерных вод за период 2023—2024 годы требовала анализа климатических характеристик (табл. 4).
Большое влияние на состав карьерных вод имеет также площадь атмохимического ореола загрязнения вокруг карьера. Согласно тому № 4 «Охрана окружающей среды» Проекта строительства карьера гипса на месторождении «Глубокое» в Холмогорском районе Архангельской области, максимальные концентрации загрязняющих веществ на границе санитарно-защитной зоны (СЗЗ) предприятия, расположенной в 500 м от границы горного отвода, приведены в таблице 5.
Согласно представленным данным, выбросы предприятия не оказывают влияние на состояние атмосферы территорий за границами СЗЗ. Максимальные концентрации загрязняющих веществ на границе нормативных СЗЗ предприятия определяются выбросами диоксида азота, которые составляют 0.76 ПДК и выбросами пыли неорганической 0.25 ПДК.
Результаты и обсуждение
Результаты измерения концентраций анализируемых макро- и микроэлементов в течение 2023—2024 годов показывают значительное превышение концентраций большинства элементов в 2023 году. Это обусловлено более высокими показателями производительности горных работ в 2023 году. Общий объем добытого гипсового камня в 2023 году на 7 % больше, чем в 2024; объем взорванной горной массы на 8 % выше в 2023 году. Данный факт подтверждает частичное техногенное воздействие на загрязнение карьерных вод. Естественной же причиной более высоких концентраций элементов в 2023 году является минимальный объем поступления вод в карьер, объем откачки в 2023 году на 19 % ниже, чем в 2024 году (121188 м3 — 2023, 144442 м3 — 2024). Исключением выступают взвешенные вещества, которые показывают противоположную динамику, обусловленную следующими причинами: меньший объём откачки вод означает снижение гидродинамической активности в карьере, что уменьшает эрозию пород и взмучивание донных отложений, тем самым снижает концентрацию ВВ; вторая причина — интенсивные осадки. Летние осадки в 2024 году были значительнее (июнь: 84 мм, июль: 107 мм), чем в 2023 (июнь: 60 мм, июль: 99 мм).
Увеличение осадков усилило поверхностный сток, что привело к большей эрозии почв и выносу взвешенных частиц в карьерные воды.
Основные компоненты состава карьерных вод
Взвешенные вещества
При анализе загрязнения сточных вод карьера взвешенными веществами отмечены зимние максимальные значения в декабре 2024 года как в зумпфе карьера (33.0 мг/дм³), так и в очистных сооружениях (24.9 мг/дм³). Минимальные же значения выявлены в летний период и колеблются в пределах 10 мг/дм³ в водосборнике карьера и 5.8—6 мг/дм³ в очистных сооружениях (рис. 3). Для сточных вод допустимая концентрация взвешенных веществ в соответствии с Приказом Минсельхоза России от 13.12.2016 № 552 (ред. от 13.06.2024) составляет 10 мг/дм³, при этом средняя концентрация взвешенных веществ на участке реки Северная Двина у с. Усть-Пинега составляет 5.3 мг/дм³ с максимумом в 23 мг/дм³ (Отчет о гидрохимических и экологических исследованиях, включая исследования на содержание микропластика, в устьевых участках рек Северная Двина и Онега и прибрежной территории Двинского залива Белого моря, проведенных в рамках проекта «Климатическая экспедиция», 2021*). Эффективность очистки в среднем варьируется около 29 %, что является низким показателем. Согласно проекту на разработку карьера, эффективность очистки от взвешенных веществ должна составлять около 90—95 %. Низкий показатель, полученный в рамках исследовательской работы, обусловлен изначально невысокими показателями взвешенных веществ в зумпфе (среднее — 16.3 мг/дм3, проектные значения — 100 мг/дм3).
Сухой остаток (минерализация)
Проведенные исследования выявили значительные колебания минерализации карьерных вод в течение двухлетнего периода наблюдений (табл. 6). Максимальные значения были зафиксированы в конце марта 2023 года в пруду-отстойнике (4600 мг/дм³) и в водосборнике карьера (6700 мг/дм³). Такие высокие показатели связаны в основном с минимальным поверхностным стоком (мерзлые грунты, снежный покров) и преимущественным поступлением подземных вод.
Сульфат-ион (SO42–)
Концентрация сульфатов как основного компонента растворяющихся пород также была максимальна в карьерных водах в «особый» период конца марта 2023 года (рис. 3). Она достигала 3700 мг/дм³, что значительно превышает предел растворимости сульфатов в пресной воде. Поэтому в отстойнике произошло быстрое их осаждение с образованием труднорастворимых соединений кальция. В растворенном же состоянии осталось 1430 мг/дм³, что соответствует их равновесному содержанию. Эта концентрация является также средней концентрацией сульфатов в карьерных водах за весь период наблюдений. При этом нижний диапазон колебаний достигал 75 мг/дм³ также в «особый» период апреля 2024 года, когда за месяц выпало 103 мм атмосферных осадков и произошло интенсивное разбавление карьерных вод. По содержанию сульфатов карьерные воды превышают ПДК (100 мг/дм³), однако это связано с природными условиями района месторождения, к которым адаптирована биота, а население минерализованную до 1.5—3 г/дм³ речную воду не использует для питья. Соглас-
но ранее проведенным исследованиям по влиянию разработки месторождения гипса на состав природных вод, фоновая концентрация сульфат-иона в ближайших реках и озерах колеблется в пределах от 30 до 1430 мг/дм³ (Наход, 2024).
Кальций (Ca²+) и магний (Mg²+)
Динамика содержания кальция в карьерных водах демонстрирует ярко выраженную сезонную зависимость (рис. 3). В весенний период (март) наблюдались максимальные концентрации, достигающие 790—890 мг/дм³, что коррелирует с показателями концентрации сухого остатка. Общим фактором, повышающим концентрацию, являются подземные воды при минимальном поверхностном стоке. В летний период (июнь—август) концентрации снижались до 50 мг/дм³ вследствие осаждения карбонатов при повышении температуры. В целом содержания кальция в водосборнике варьировались от 50 до 890 мг/дм³ (среднее — 608 мг/дм³), в пруде-отстойнике — 50—790 мг/дм³ (среднее — 617 мг/дм³).
Содержание магния изменялось в пределах 9.9—53 мг/дм³ (рис. 3). Источниками поступления его в сточные воды являлись процессы выщелачивания приповерхностных карбонатов, химического выветривания глинистых минералов в отвалах вскрышных пород, а также поступление с подземными водами из нижележащих горизонтов. Можно выделить зимний максимум с концентрацией магния 29.6—53 мг/дм³; летний минимум 9.9—25 мг/дм³ — за счет разбавления атмосферными осадками; осенний рост до 25—40 мг/дм³. Пространственное распределение фиксируется следующим образом: водосборник: 9.9—51 мг/дм³ (среднее — 34.1), пруд-отстойник: 27.3—53 мг/дм³ (среднее — 40.9). Также нужно отметить, что в 11 % проб выявлено незначительное превышение ПДК (40 мг/дм³). При этом максимальное значение, равное 53 мг/дм³, отмечалось в декабре 2022 года.
Сравнительный анализ Ca2+ и Mg2+ показал, что более стабильное поведение присуще магнию, данный элемент имеет меньшую амплитуду сезонных колебаний. Соотношение между элементами Ca/Mg изменялось от 5:1 до 35:1, при этом минимальные значения характерны для зимнего периода, максимальные наблюдались летом.
Микрокомпоненты
Стронций (Sr)
Стронций (рис. 3) в карьерных водах месторождения представлен преимущественно в виде свободных ионов Sr2+ (85—92 % от общего содержания), что характерно для сульфатных вод гипсовых месторождений. Можно выделить два основных источника поступления. Это природный источник, а именно изоморфное замещение кальция в кристаллической решетке гипса (CaSO4·2H2O ® SrSO·2H2O), и выщелачивание включений целестина (SrSO4). Также возможно растворение включений стронцианита. Ко второму источнику относится влияние техногенных факторов: вымывание остатков использованных взрывчатых веществ (нитрат стронция) и химическое выветривание отвальных пород.
Наши исследования выявили четкую пространственную дифференциацию распределения содержаний стронция. Так, для водосборника карьера получены следующие данные: среднегодовая концентрация — 4.1 мг/дм³, при этом максимальное значение (7.4 мг/дм³) отмечается в декабре 2022, а минимальное значение (1.6 мг/дм³) — в апреле и июне 2024 года. Пруду-отстойнику соответствуют следующие показатели: среднегодовая концентрация в размере 3.9 мг/дм³; максимальное значение (8 мг/дм³) отмечается в декабре 2022, а минимальное значение (1.1 мг/дм³) — в июне 2024 года. Сезонная динамика стронция в целом коррелирует с динамикой сульфатов. Минимальные значения (1.1—1.6 мг/дм³) в летний период связаны с разбавлением карьерных вод атмосферными осадками, активностью водной растительности и усилением сорбционных процессов.
По содержанию стронция карьерные воды превышают ПДК (0.4 мг/дм³), однако это связано с природными условиями района месторождения. Исследования прошлых лет показали, что фоновые значения концентрации стронция в ближайших водотоках составляют в среднем 2.92 мг/дм³ с ростом до 6.4 мг/дм³ (Наход, 2024).
Алюминий
Динамика содержания алюминия в карьерных водах показала сложную зависимость от сезонных и технологических факторов (рис. 3). Максимальная концентрация 0.68 мг/дм³ (17 ПДК для рыбохозяйственных водоемов) была зафиксирована в декабре 2022 года. Она существенно превышает концентрации алюминия в речных водах в естественном состоянии и связана с техногенным воздействием. Кроме того, могли сыграть дополнительную роль и процессы подкисления среды в зимний период наряду с увеличением подвижности Al3+ при низких температурах. К 2024 году содержание алюминия снизилось до 0.028 мг/дм³, что ниже ПДК.
Железо (Fe), медь (Cu), цинк (Zn), свинец (Pb)
В карьерных водах железо показывает следующие зависимости: максимальная концентрация 0.41 мг/дм³ была зафиксирована в июле 2023 года в пруде-отстойнике, зимой наблюдалось снижение концентрации до 0.014 мг/дм³ вследствие замедления химических и биологических процессов, ослабления фильтрации из болот и осаждения в виде гидроксидов (рис. 3). Также надо отметить, что наличие проб с превышением ПДК было зафиксировано трижды: в декабре 2022 г. (0.127 мг/дм³), июле 2023 г. (0.41 мг/дм³) и июне 2024 г. (0.33 мг/дм³) при норме 0.1 мг/дм³.
Нужно отметить, что повышенные содержания железа в воде могут привести к его осаждению, а осадки железа могут откладываться на дыхательных жабрах рыб, что приводит к сокращению биоразнообразия. Кроме того, наблюдалась смертность икры ручьевой форели и кижуча, покрытой частицами железа (Bury, 2011). Избыточное содержание железа может вызвать и гистопатологию печени и почек, снизить скорость роста и повысить смертность речных обитателей (Desjardins, 1987).
В то же время высокие концентрации железа до 0.4—0.8 мг/дм³ характерны для небольших северных рек с болотным питанием. Это объясняется высоким сродством Fe с органическим веществом по сравнению с другими металлами. Благодаря этому железо сохраняется в поверхностных водах не только при низких значениях Eh < 0 и pH < 7, но и в слабощелочной окислительной обстановке. При этом Fe2+ окисляется до Fe3+ и образует устойчивое комплексное соединение с фульвокислотой, способное противостоять гидролизу (Malov, 2023).
Показатели по меди (рис. 3) имели следующие закономерности: максимальное значение в 0.071 мг/дм³ отмечалось в пруде-отстойнике, минимальное значение 0.001 мг/дм³ — в водосборнике карьера. При оценке сезонных колебаний можно выделить весенний пик (0.006—0.009 мг/дм³), обусловленный выносом элемента с талыми водами, после которого следует летний минимум (0.002—0.008 мг/дм³), связанный с сорбционными процессами, и постепенный осенний рост (0.006—0.007 мг/дм³), связанный с усилением процессов выщелачивания. Аналогичная ситуация характерна и для цинка, и для свинца (рис. 3). Практически все пробы не соответствовали требованиям к содержанию меди в водоемах, используемых для рыбохозяйственных целей (ПДК 0.001 мг/дм³). Восемь проб не соответствовали требованиям по содержанию цинка (ПДК 0.01 мг/дм³) и 3 пробы — по содержанию свинца (ПДК 0.006 мг/дм³). А. И. Малов и другие (Malov, 2023) показали, что доминирующей формой меди в поверхностных водах региона является CuCO30, тогда как цинк мигрирует преимущественно в свободной ионной форме Zn2+.
В целом природу Sr, Fe и макрокомпонентов можно определить как литогенную, для остальных элементов преобладают антропогенные источники. В процессе горных работ на гипсовом месторождении используются бурение, взрывные работы, процессы дробления гипсового камня, отгрузка и транспортировка продукции. При этом образуется мелкая гипсовая пыль, которая поглощает подвижные формы тяжелых металлов, а затем оседает, образуя ореол загрязнения вокруг карьера.
Статистический анализ полученных показателей
Для определения зависимостей между элементами были определены основные статистические показатели, построены гистограммы распределения, проведен корреляционный и факторный анализы, выделены взаимосвязи между элементами и факторы, влияющие на распределение элементов. Не учитывались следующие элементы: кадмий, кобальт, никель, свинец, хром, нефтепродукты и мышьяк — по причине недостаточного количества проб для статистического анализа. В большей части элементов ввиду небольшой выборки (количество наблюдений меньше 30) не удаётся определить принадлежность к нормальному или логнормальному распределению. Для Mn, Cl, Mg, Ca, HCO3 и сухого остатка удалось выделить значения мод. Ни одно из значений средних и медиан не сопоставимо с модами, исходя из чего становится очевидным невозможность оценить распределения как нормальные. Все значения асимметрии и эксцесса противоречат необходимым условиям для нормального распределения. По значениям асимметрии и эксцесса можно предположить для меди и калия логнормальное распределение. Для более точного определения распределения визуально были построены гистограммы. Было определено оптимальное количество классов по формуле Стержесса (5 бинов) и построены гистограммы для 5 бинов по каждому элементу. Исходя из визуальной проверки можно сказать о том, что оценить закон распределения каждого из элементов невозможно. Никаких закономерностей не выделяется, для этого необходимо большее количество данных.
Следующим этапом анализа стала оценка корреляционной матрицы (табл. 7), в которой был выбран ряд значений, которые являются значимыми. Из них были выбраны пары элементов, у которых коэффициент корреляции выше 0.87 (сильная связь при r = 0.6); для них построены диаграммы рассеяния по содержаниям (рис. 4). Для слабых связей коэффициент корреляции составил 0.58, для средних — 0.72 и для сильных — более 0.86. Схема связей представлена на рисунке 5.
Итоговым анализом статистических данных явился факторный анализ, в рамках которого была сформирована таблица факторов (табл. 8). Анализ ее позволил установить, что первый фактор вносит 32 % общей доли дисперсии и является значимым для натрия, стронция, магния, кальция, гидрокарбонатов и сухого остатка — для всех элементов влияние прямое и значение фактора положительное. Этот фактор отражает природные процессы формирования химического состава карьерных вод за счет растворения карбонатных и сульфатных пород. В этот фактор можно включить также сульфаты и цинк, которые показывают максимальные значения 0.59 и 0.56 соответственно при факторе № 1. Источником цинка является органоминеральный и торфяной почвенные горизонты, в которых происходит образование его устойчивых соединений с органическими веществами (Иванищев, 2022). Таким образом, поверхностные стоки являются преобладающим фактором переноса элементов. Объемы откачки карьерных вод по годам представлены в таблице 9.
Второй фактор является значимым для алюминия, марганца и меди. В него также можно включить цинк и железо. Этот фактор, по всей видимости, отражает смешанное влияние природных и антропогенных источников.
От третьего фактора и далее значимых нагрузок нет. Суммарная доля дисперсии около 70 % приходится на 3 фактора, исходя из чего они были выбраны единственно значимыми и были далее проанализированы с построением диаграмм рассеяния (рис. 6). При анализе диаграммы рассеяния химических элементов по факторам 1 и 2 видно, что ни один из них почти не влияет на калий. Также можно заметить, что для фактора 1 имеется слабое отрицательное значение для взвешенных веществ и общего железа. На остальные элементы влияние положительно. Диаграмма рассеяния химических элементов по факторам 1 и 3 показывает, что для фактора 3 почти нет влияния меди и марганца. На графике визуализировано наибольшее влияние для фактора 3 по хлору и общему железу, а наименьшее — для взвешенных веществ.
Выводы
Целью исследования являлся анализ изменения состава карьерных вод на гипсовом месторождении за период с декабря 2022 по декабрь 2024 года. Исследование выявило значительные сезонные колебания: весенние максимумы минерализации и сульфатов (до 6700 и 3700 мг/дм³ соответственно) действительно обусловлены преобладанием подземного питания при минимальном поверхностном стоке, а летнее снижение (например, кальция до < 50 мг/дм³ в июне 2024 г.) — разбавлением атмосферными осадками. Это подтверждается климатическими данными: экстремальные осадки в апреле 2024 г. (109 мм против 13 мм в 2023 г.) объясняют аномально низкие значения сульфатов (85 мг/дм³) в этот период. Преимущест-
венное поступление вод в водосборник карьера осуществлялось благодаря подземному питанию. В карьерных водах обнаружено периодическое превышение предельно допустимых концентраций стронция, магния, железа, цинка, меди, кадмия и алюминия. Это требует усиленного контроля и возможной корректировки технологических процессов добычи гипсового камня. Очистные сооружения продемонстрировали низкую эффективность, снижая концентрацию взвешенных веществ на 29 %, но основной причиной этого являются невысокие показатели взвешенных веществ в карьерных водах.
Корреляционный и факторный анализы позволили установить, что первый фактор вносит 32 % общей доли дисперсии и является значимым для натрия, стронция, магния, кальция, гидрокарбонатов и сухого остатка, цинка и железа. Этот фактор отражает природные процессы формирования химического состава карьерных вод за счет растворения карбонатных и сульфатных пород. Второй фактор (21 % общей доли дисперсии) является значимым для алюминия, марганца и меди. Этот фактор, по всей видимости, отражает смешанное влияние природных и антропогенных источников. Корреляционный анализ (например, сильная связь Ca—HCO3, r = 0.91) указывает на литогенное происхождение макрокомпонентов (кальций, магний, гидрокарбонаты), тогда как техногенное влияние более выражено для алюминия (пик 0.68 мг/дм³ в 2022 г.) и тяжёлых металлов (медь, цинк), связанных с гипсовой пылью от взрывных работ. Антропогенный вклад на гипсовом месторождении может возникать за счет мелкой гипсовой пыли, которая поглощает подвижные формы тяжелых металлов, а затем оседает, образуя ореол загрязнения вокруг карьера.
Таким образом, хотя сезонные закономерности и природная обусловленность сульфатов/стронция доказаны убедительно, межгодовые различия требуют более глубокого наблюдения с учётом гидроклиматических условий. Полученные данные могут быть использованы для оптимизации системы экологического мониторинга, совершенствования технологий очистки карьерных вод, учитывающих специфику северных месторождений.
1. GN 2.1.5.1315-03. Hygienic standards. Maximum permissible concentrations (MPC) of chemical substances in water of drinking and cultural-domestic water use objects. Ministry of Health of Russia. Moscow, 2003, 56 p. (in Russian)
2. Zykova E. N. Features of heavy metal accumulation in soils of the Severodvinsk industrial region. Proceedings RAS. Geographical series, 2008, No. 6, pp. 63—69. (in Russian)
3. Ivanishchev V. V. Zinc in nature and its importance for plants. Proceedings of Tula State University. Earth Sciences, 2022, No. 2. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/tsink-v-prirode-i-ego-znachenie-dlya-rasteniy (date of access: 07/09/2025). (in Russian)
4. Nakhod V. A., Malov A. I., Druzhinin S. V. Study of the influence of gypsum deposit development on the composition of natural waters. Successes of modern natural science, 2024, No. 4, pp. 56—63; URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=38249 (date of access: 14.06.2025). (in Russian)
5. Order of the Federal Agency for Fisheries No. 20. On approval of water quality standards for fishery water bodies, including standards for maximum permissible concentrations (MPC) of harmful substances in waters of fishery water bodies. Moscow, 2010. (in Russian)
6. Popova L. F., Vasyuk K. S., Vasilyeva A. I., Repnitsyna O. N., Bechina I. N., Usacheva T. V. Ecological-analytical assessment of soil pollution by heavy metals in cities of Arkhangelsk industrial agglomeration. Fundamental Research, 2012, No. 11(3), pp. 731—734. (in Russian)
7. Sidkina E. S., Toropov A. S., Konyshev A. A. Geochemical features of natural waters in building stone quarries of the Pitkyaranta District (Karelia). Bulletin of Tomsk Polytechnic University, 2023, No. 4. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/geohimicheskie-osobennosti-prirodnyh-vod-karierov-stroitelnogo-kamnya-pitkyarantskogo-rayona-kareliya (accessed: 27.05.2025). (in Russian)
8. Torosyan V. F., Torosyan E. S. Criteria for Environmental Assessment of Water Bodies in Mining Regions. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2012, No. 7. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/kriterii-ekologicheskoy-otsenki-sostoyaniya-vodnyh-obektov-gornopromyshlennyh-rayonov (accessed: 27.05.2025). (in Russian)
9. Al-Harthi A. Environmental impacts of the gypsum mining operation at Maqna area, Tabuk, Saudi Arabia Environmental Geology 2001, Vol. 41, P. 209—218. https://doi.org/10.1007/s002540100384
10. Bury N., Boyle D., Cooper C. A. Iron // Fish Physiology: Homeostasis and Toxicology of Essential Metals. Vol. 31, Part A. Academic Press, 2011. P. 201—251.
11. Caselle C., Baud P., Kushnir A. R. L., Reuschlé T., Bonetto S. M. R. Influence of water on deformation and failure of gypsum rock // Journal of Structural Geology. 2022. Vol. 163. P. 104722. DOI:https://doi.org/10.1016/j.jsg.2022.104722
12. Caselle C., Bonetto S., Comina C., Stocco S. GPR surveys for the prevention of karst risk in underground gypsum quarries // Tunnelling and Underground Space Technology. 2020. Vol. 95. P. 103137. DOI:https://doi.org/10.1016/j.tust.2019.103137
13. Desjardins L. M., Hicks B. D., Hilton J. W. Iron catalyzed oxidation of trout diets and its effect on the growth and physiological response of rainbow trout // Fish Physiology and Biochemistry. 1987. Vol. 3. P. 173—182.
14. Malov A. I., Nakhod V. A., Druzhinin S. V. Impact of gypsum mining on the environment in the northern taiga. Environ. Earth Sci. 2025, 84, 73.
15. Malov A. I., Sidkina E. S., Cherkasova E. V. The influence of DOC on the migration forms of elements and their sedimentation from river waters at an exploited diamond deposit (NW Russia) // Water. 2023. Vol. 15. P. 2160.
16. Yakovlev E. Yu., Druzhinina A. S., Zykova E. N., Zykov S. B., Ivanchenko N. L. Assessment of heavy metal pollution of the snow cover of the Severodvinsk industrial district (NW Russia) // Pollution. 2022. Vol. 8, No. 4. P. 1274—1293.
