Metadata: 1. Title of the manuscript: “Geochemical surface-water modification of Khibiny mountain massive with the beginning of a new mining enterprise”
- Authors: Dauvalter V.A.1, Sandimirov S.S.1, Denisov D.B.1, Dauvalter M.V.2, Slukovskii Z.I.1
-
Affiliations:
- Institute of the North Industrial Ecology Problems, Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences (INEP KSC RAS)
- Геологический институт Кольского научного центра РАН
- Issue: Vol 69, No 5 (2024)
- Pages: 477-494
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0016-7525/article/view/272974
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0016752524050057
- EDN: https://elibrary.ru/JBKADT
- ID: 272974
Cite item
Abstract
The article assesses the transformation of the chemical composition of surface waters in the southeastern part of the Khibiny mountain massif after the beginning of development of the Oleniy Ruchey apatite-nepheline ore deposit in 2012. The influence of the Oleniy Ruchey Mine was reflected in an increase in water mineralization (by an order of magnitude) and in a change in the ratio between the basic ions in water objects receiving runoff from mines, rock dumps and tailings, compared to watercourses not affected by the mining enterprise’s activities. Natural hydrocarbonate-sodium water composition with a mineralization of 10 mg/l was transformed into nitrate-sodium or sulfate-calcium. The content of nitrogen group compounds in the water of Lake Komarinoe, which receives wastewater from the tailings pond over the ten-year history of the mining and processing plant, has increased by two orders of magnitude, and the nitrate ion is part of the basic ions. The concentrations of other basic ions and mineralization in this lake increased by an order of magnitude, as well as the content of trace elements (Sr, F, Mo), which are part of the main rock-forming minerals of apatite-nepheline deposits. Increased mineralization (up to 260 mg/l), pH value (up to 10) and a modified chemical composition compared to background objects were noted in mine wastewater. They are characterized by a hydrocarbonate-sodium composition with a large proportion of nitrates and sulfates. Mine wastewater contains increased levels of compounds of nutrients, organic matter and a number of microelements (Al, Fe, Sr, Cu, Mn, Zn and Cr). It has been established that geochemical modifications in the quality of surface water have local characteristic and are typical for water objects receiving wastewater from a mining enterprise, in contrast to metallurgical plants, the atmospheric emissions of which have a polluting effect over tens and hundreds km.
Keywords
Full Text

About the authors
V. A. Dauvalter
Institute of the North Industrial Ecology Problems, Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences (INEP KSC RAS)
Author for correspondence.
Email: v.dauvalter@ksc.ru
Russian Federation, Akademgorodok, 14a, Apatity, Murmansk Region, 184209
S. S. Sandimirov
Institute of the North Industrial Ecology Problems, Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences (INEP KSC RAS)
Email: v.dauvalter@ksc.ru
Russian Federation, Akademgorodok, 14a, Apatity, Murmansk Region, 184209
D. B. Denisov
Institute of the North Industrial Ecology Problems, Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences (INEP KSC RAS)
Email: v.dauvalter@ksc.ru
Russian Federation, Akademgorodok, 14a, Apatity, Murmansk Region, 184209
M. V. Dauvalter
Геологический институт Кольского научного центра РАН
Email: v.dauvalter@ksc.ru
Russian Federation, ул. Ферсмана, 14, Мурманская обл., Апатиты, 184209
Z. I. Slukovskii
Institute of the North Industrial Ecology Problems, Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences (INEP KSC RAS)
Email: v.dauvalter@ksc.ru
Russian Federation, Akademgorodok, 14a, Apatity, Murmansk Region, 184209
References
- Алекин О.А. (1970) Основы гидрохимии. Л.: Гидрометеоиздат, 444 с.
- Анищенко О.В., Глущенко Л.А., Дубовская О.П., Зуев И.В., Агеев А.В., Иванова Е.А. (2015) Морфометрические характеристики и содержание металлов в воде и донных отложениях горных озер природного парка “Ергаки” (Западный Саян). Водные ресурсы 42 (5), 522–535.
- Базова М.М. (2017) Особенности формирования элементного состава вод Кольского Севера в условиях функционирования горнорудных производств. Геохимия (1), 92–106.
- Bazova M.M. (2017) Specifics of the elemental composition of waters in environments with operating mining and ore-processing plants in the Kola North. Geochem. Int. 55 (1), 131–143.
- Барабанов А.В., Калинина Т.А., Киселев А.А., Краснобаев А.И. (1999) Гигант в Хибинах. М.: Руда и металлы, 288 с.
- Бородина Е.В., Бородина У.О. (2019) Формирование химического состава озерных вод особо охраняемых территории Горного Алтая на примере бассейна р. Мульты. Водные ресурсы 46 (4), 405–416.
- Даувальтер В.А., Даувальтер М.В. (2019) Экологическое состояние подземных вод Восточного рудника АО “Апатит”. Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН 16, 131–135.
- Даувальтер В.А., Даувальтер М.В. (2020) Гидрохимический режим озера Комариное, Хибинский щелочной массив, Мурманская область. Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН 17, 158–162.
- Даувальтер В.А., Кашулин Н.А. (2015) Влияние деятельности горно-металлургических предприятий на химический состав донных отложений озера Имандра, Мурманская область. Биосфера 7 (3), 295–314.
- Даувальтер М.В., Даувальтер В.А., Денисов Д.Б., Слуковский З.И. (2021) Загрязнение горного озера стоками апатит-нефелинового производства. Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН 18, 150–154.
- Даувальтер В.А., Денисов Д.Б., Дину М.И., Слуковский З.И. (2022а) Биогеохимические особенности функционирования малых арктических озер Хибинского горного массива в условиях изменения климата и окружающей среды. Геохимия 67 (6), 559–575.
- Dauvalter V.A., Denisov D.B., Dinu M.I., Slukovskii Z.I. (2022a) Biogeochemical Features of Functioning of Small Arctic Lakes of the Khibiny Mountains under Climatic and Environmental Changes. Geochem. Int. 60 (6), 560–574.
- Даувальтер М.В., Даувальтер В.А., Сандимиров С.С., Денисов Д.Б., Слуковский З.И. (2022б) Гидрохимический мониторинг поверхностных вод в зоне влияния деятельности ГОК “Олений Ручей”. Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН 19, 80–85.
- Даувальтер В.А., Денисов Д.Б., Слуковский З.И. (2022в) Влияние стоков апатит-нефелинового производства на биогеохимические процессы в арктическом горном озере. Геохимия 67 (10), 1013–1028.
- Dauvalter V.A., Denisov D.B., Slukovskii Z.I. (2022c) Impact of Wastewaters from Apatite–Nepheline Production on the Biogeochemical Processes in an Arctic Mountain Lake. Geochem. Int. 60 (10), 1014–1028.
- Даувальтер В.А., Сандимиров С.С., Денисов Д.Б., Даувальтер М.В., Слуковский З.И. (2023) Эколого-геохимическая оценка снежного покрова в районе воздействия апатит-нефелинового производства Кольского полуострова. Геохимия 68 (12), 1312–1328.
- Dauvalter V.A., Sandimirov S.S., Denisov D.B., Dauvalter M.V., Slukovskii Z.I. (2023) Ecological and Geochemical Assessment of Snow Cover in the Area Affected by the Apatite–Nepheline Production of the Kola Peninsula. Geochem. Int. 61 (12), 1308–1322.
- Дину М.И., Баранов Д.Ю. (2022) Роль органических веществ гумусовой природы в формировании равновесных форм элементов в водах озер Кольского полуострова: экспериментальные исследования и расчетные результаты. Геохимия. 67 (1), 57–68.
- Dinu M.I., Baranov D.Y. (2022) Role of humic organic compounds in controlling equilibrium speciation of elements in lakes in the Kola Peninsula: experimental and computation results. Geochem. Int. 60 (1), 67–77.
- Кашулин Н.А., Денисов Д.Б., Сандимиров С.С., Даувальтер В.А., Кашулина Т.Г., Малиновский Д.Н., Вандыш О.И., Ильяшук Б.П., Кудрявцева Л.П. (2008) Антропогенные изменения водных систем Хибинского горного массива (Мурманская область). Апатиты: Кольский научный центр РАН. Т. 1 250 с. Т. 2 282 с.
- Кашулин Н.А., Сандимиров С.С., Даувальтер В.А., Кудрявцева Л.П., Терентьев П.М., Денисов Д.Б., Валькова С.А. (2010) Аннотированный экологический каталог озер Мурманской области (Восточная часть. Бассейн Баренцева моря). В 2 ч. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, Ч. 1 249 с. Ч. 2 128 с.
- Кашулин Н.А., Беккелунд А., Даувальтер В.А., Петрова О.В. (2019) Апатитовое горно-обогатительное производство и эвтрофирование Арктического озера Имандра. Арктика: экология и экономика 35 (3), 16–34.
- Легостаева Я.Б., Гололобова А.Г., Попов В.Ф., Макаров В.С. (2023) Геохимические свойства и трансформация микроэлементного состава почв при разработке коренных месторождений алмазов в Якутии. Записки Горного института 260, 212–225.
- Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Каган Л.Я. (1997) Горные озера как индикаторы загрязнения воздуха. Водные ресурсы 24 (5), 600–608.
- Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Ильяшук Б.П., Каган Л.Я., Ильяшук Е.А. (2000) Палеоэкологическая реконструкция антропогенной нагрузки. ДАН 370 (1), 115–118.
- Моисеенко Т.И., Даувальтер В.А., Лукин А.А., Кудрявцева Л.П., Ильяшук Б.П., Ильяшук Е.А., Сандимиров С.С., Каган Л.Я., Вандыш О.И., Шаров А.Н., Шарова Ю.Н., Королева И.М. (2002) Антропогенные модификации экосистемы озера Имандра. М: Наука, 487 с.
- Моисеенко Т.И., Разумовский Л.В., Гашкина Н.А., Шевченко А.В., Разумовский В.Л., Машуков А.С., Хорошавин В.Ю. (2012) Палеоэкологические исследования горных озер. Водные ресурсы 39 (5), 543–557.
- Мироненко В.А., Мольский Е.В., Румынин В.Г. (1988) Изучение загрязнения подземных вод в горнодобывающих районах. Л.: Недра, 279 с.
- Мироненко В.А., Мольский Е.В., Румынин В.Г. (1989) Горнопромышленная гидрогеология. М.: Недра, 287 с.
- Пашкевич М.А., Алексеенко А.В., Нуреев Р.Р. (2023) Формирование экологического ущерба при складировании сульфидсодержащих отходов обогащения полезных ископаемых. Записки Горного института 260, 155–167.
- Плюснин А.М., Воронина Ю.С., Украинцев А.В., Чернявский М.К., Перязева Е.Г., Чебыкин Е.П. (2023) Загрязнение атмосферы от хранилищ отходов добычи и переработки вольфрам-молибденовых руд. Геохимия 68 (12), 1295–1311.
- Plyusnin A.M., Voronina Yu.S., Ukraintsev A.V., Chernyavskii M.K., Peryazeva E.G., Chebykin E.P. (2023) Atmospheric Pollution from a Storage of Tungsten–Molybdenum Ore Mining and Processing Wastes. Geochem. Int. 61 (12), 1293–1307.
- Семячков А.И., Почечун В.А., Семячков К.А. (2023) Гидрогеоэкологические условия техногенных подземных вод в объектах размещения отходов. Записки Горного института 260, 168–179.
- Сулименко Л.П., Кошкина Л.Б., Мингалева Т.А., Светлов А.В., Некипелов Д.А., Макаров Д.В., Маслобоев В.А. (2017) Молибден в зоне гипергенеза Хибинского горного массива. Мурманск: Изд-во МГТУ, 148 с.
- Ферсман А.Е. (1968) Наш апатит. М.: Наука, 136 с.
- Чукарева М.А., Матвеева В.А. (2018) Современное гидрохимическое состояние гидроэкосистем, находящихся под техногенным влияние АО “Апатит”. Водные ресурсы 45 (6), 685–690.
- Шаповалов Н.А., Полуэктова В.А., Городов А.И., Крайний А.А., Винцковская И.Л., Рядинский М.М. (2015) Отечественные фосфорсодержащие пав-активные собиратели комплексного обогащения апатит-нефелиновых руд. Фундаментальные исследования. (2–8), 1689–1693.
- Яковенчук В.Н., Иванюк Г.Ю., Пахомовский Я.А., Меньшиков Ю.П. (1999) Минералы Хибинского массива. М.: Земля, 326 с.
- Banda K., Mulema M., Chomba I., Chomba M., Levy J, Nyambe I. (2023) Investigating groundwater and surface water interactions using remote sensing, hydrochemistry, and stable isotopes in the Barotse Floodplain, Zambia. Geology, Ecology, and Landscapes. https://doi.org/110.1080/24749508.2023.2202450.
- Camarero L., Rogora M., Mosello R., Anderson N.J. (2009) Regionalization of chemical variability in European mountain lakes. Freshwater Biol. 54 (12), 2452–2469.
- Carvalho F., Schulte L. (2021) Reconstruction of mining activities in the Western Alps during the past 2500 years from natural archives. Sci. Total Environ. 750, 141208.
- Dauvalter V.A., Dauvalter M.V., Slukovskii Z.I. (2020) The dynamics of the chemical composition of surface water in the zone of influence of North-West Phosphorous Company JSC. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 539, 012026.
- Dauvalter V., Slukovskii Z., Denisov D., Guzeva A. (2022) A Paleolimnological Perspective on Arctic Mountain Lake Pollution. Water14 (24), 4044.
- Delile H., Blichert-Toft J., Goiran J.-P., Keay S., Albarède F. (2014) Lead in ancient Rome’s city waters. Proceed. NAS USA 111, 6594–6599.
- Durali-Mueller S., Brey G.P., Wigg-Wolf D., Lahaye Y. (2007) Roman lead mining in Germany: its origin and development through time deduced from lead isotope provenance studies. J. Archaeol. Sci. 34, 1555–1567.
- Edmondson J.C. (1989) Mining in the later Roman Empire and beyond: continuity or disruption? J. Roman Stud. 79, 84–102.
- Islam K., Murakami S. (2021) Global-scale impact analysis of mine tailings dam failures: 1915–2020. Global Environ. Change 70, 102361.
- Jung M.C. (2001) Heavy metal contamination of soils and waters in and around the Imcheon Au–Ag mine, Korea. App. Geochem. 16 (11–12), 1369–1375.
- Jung M.C., Thornton I. (1996) Heavy metal contamination of soils and plants in the vicinity of a lead-zinc mine, Korea. App. Geochem. 11 (1–2), 53–59.
- Jung M.C., Thornton I. (1997) Environmental contamination and seasonal variation of metals in soils, plants and waters in the paddy fields around a Pb–Zn mine in Korea. Sci. Tot. Environ. 198 (2), 105–121.
- Kashulin N.A., Dauvalter V.A., Sandimirov S.S., Terentjev P.M., Koroleva I.M. (2008) Catalogue of lakes in the Russian, Finnish and Norwegian Border Area. Jyvaskyla, Finland: Kopijyva Oy, 313 p.
- Kidder J.A., McClenaghan M.B., Leybourne M.I., McCurdy M.W., Pelchat P., Layton-Matthews D., Voinot A. (2022) Hydrogeochemistry of porphyry-related solutes in ground and surface waters; an example from the Casino Cu–Au–Mo deposit, Yukon, Canada. Geochemistry: Exploration, Environment, Analysis 22 (2), geochem2021–058.
- Killick D., Fenn T. (2012) Archaeometallurgy: the study of preindustrial mining and metallurgy. Annu. Rev. Anthropol. 41, 559–575.
- Krause, E.F. (1973) Taxicab geometry. The Mathematics Teacher, 66 (8), 695–706.
- Lee C.G., Chon H.-T., Jung M.C. (2001) Heavy metal contamination in the vicinity of the Daduk Au–Ag–Pb–Zn mine in Korea. App. Geochem. 16 (11–12), 1377–1386.
- Lloyd S.P. (1982) Least squares quantization in PCM. IEEE Transactions on Information Theory, 28 (2), 129–137.
- MacQueen J. (1965) Some methods for classification and analysis of multivariate observations. In Proceedings of the Fifth Berkeley Symposium on Mathematical Statistics and Probability (Eds. Le Cam L.M., Nyeman J.). Berkeley: University of California, 281–297.
- Martínez Cortizas A., López-Merino L., Bindler R., Mighall T., Kylander M. (2013) Atmospheric Pb pollution in N Iberia during the late Iron Age/Roman times reconstructed using the high-resolution record of La Molina mire (Asturias, Spain). J. Paleolimnol. 50, 71–86.
- Martínez Cortizas A., López-Merino L., Bindler R., Mighall T., Kylander M. (2016) Early atmospheric metal pollution provides evidence for Chalcolithic/Bronze Age mining and metallurgy in Southwestern Europe. Sci. Total Environ. 545–546, 398–406.
- McConnell J.R., Wilson A.I., Stohl A., Arienzo M.M., Chellman N.J., Eckhardt S., Thompson E.M.; Pollard A.M., Steffensen J.P. (2018) Lead pollution recorded in Greenland ice indicates European emissions tracked plagues, wars, and imperial expansion during antiquity. Proc. Natl. Acad. Sci. 115, 5726–5731.
- Merrington G., Alloway B. (1994). The transfer and fate of Cd, Cu, Pb and Zn from two historic metalliferous mine sites in the UK. App. Geochem. 9(6), 677–687.
- Moiseenko T.I., Kudryavtseva L.P., Rodyushkin I.V., Dauvalter V.A., Lukin A.A., Kashulin N.A. (1995) Airborne contaminants by heavy metals and aluminium in the freshwater ecosystems of the Kola subarctic region (Russia). Sci. Tot. Environ. 160/161, 715–727.
- Mosello R., Lami A., Marchetto A. et al. (2002) Trends in the chemical composition of high altitude lakes selected for the MOLAR project. Water Air Soil Pollut. 2, 75–89.
- Nauwerck A. (1994) A survey on water chemistry and plankton in high mountain lakes in northern Swedish Lapland. Hydrobiologia 274, 91–100.
- Pacheco F.A.L., do Valle Junior R.F., de Melo Silva M.M.A.P., Pissarra T.C.T., de Souza Rolim G., Carvalho de Melo M., Valera C.A., Moura J.P., Sanches Fernandes L.F. (2023) Geochemistry and contamination of sediments and water in rivers affected by the rupture of tailings dams (Brumadinho, Brazil). App. Geochem. 152, 105644.
- Preunkert S., McConnell J.R., Hoffmann H., Legrand M., Wilson A.I., Eckhardt S., Stohl A., Chellman N.J., Arienzo M.N., Friedrich R. (2019) Lead and antimony in basal ice from Col du Dome (French Alps) dated with radiocarbon: a record of pollution during antiquity. Geophys. Res. Lett. 46, 4953–4961.
- Renberg I., Wik-Persson M., Emteryd O. (1994) Pre-industrial atmospheric lead contamination detected in Swedish lake sediments. Nature 368, 323–326.
- Renberg I., Bindler R., Brännvall M.L. (2001) Using the historical atmospheric lead-deposition record as a chronological marker in sediment deposits in Europe. The Holocene 11, 511–516.
- Romesburg C.H. (1984) Cluster Analysis for Researchers. Belmont, CA: Lifetime Learning Publications, 334 p.
- Santolaria Z., Arruebo T., Urieta J.S., Lanaja F.J., Pardo A., Matesanz J., Rodriguez-Casals C. (2015) Hydrochemistry dynamics in remote mountain lakes and its relation to catchment and atmospheric features: the case study of Sabocos Tarn, Pyrenees. Environ. Sci. Pollut. Res. 22, 231–247.
- Shotyk W., Krachler M. (2004) Atmospheric deposition of silver and thallium since 1237014C years BP recorded by a Swiss peat bog profile, and comparison with lead and cadmium. J. Environ. Monit. 6, 427–433.
- Standard method for examination for water and wastewater (1999) 20-th Edition (Eds. Clescerl L.S., Greenberg A.E., Eaton A.D.). Washington: American Public Health Association USA, 2671 p.
- Tornimbeni O., Rogora M. (2012) An evaluation of trace metals in high altitude lakes of the Central Alps. Present levels, origins and possible speciation in relation to pH values. Water Air Soil Pollut. 223 (7), 1895–1909.
- Ward J.H. Jr. (1963) Hierarchical Grouping to Optimize an Objective Function. J. Amer. Statistic. Associat.58, 236–244.
- Weiss D., Shotyk W., Appleby P.G., Cheburkin A.K., Kramers J.D. (1999) Atmospheric Pb deposition since the Industrial Revolution recorded by five Swiss peat profiles: enrichment factors, fluxes, isotopic composition, and sources. Environ. Sci. Technol. 33, 1340–1352.
Supplementary files
