A rudabányai meddőhányók felszíni és felszínalatti vizek minőségére gyakorolt hatásának vizsgálata Tóth Márton, Kovács Balázs Miskolci Egyetem, Környezetgazdálkodási Intézet 3515 Miskolc, Egyetemváros hgtoth@uni-miskolc.hu A Rudabányai-tó a volt külszíni fejtés bányagödrében jött létre, melyet több meddőhányó is határol. Ismeretes, hogy a vasérctelep képződése során nehézfémeket tartalmazó ércek is keletkeztek, melyeket a többi meddőanyaggal együtt a hányókban helyeztek el. Ezek a tóba mosódásukkal hatással vannak a tó vízminőségének alakulására. Munkánk során több mintavételi pontban, több mélységből vízmintát vettünk és elemeztünk 14-féle kémiai elemre. A mérések alapján megállapítottuk, hogy az egyes elemek koncentrációja a mélységgel együtt növekszik. 1 Bevezetés 1.1 Ércesedés, Bányászat Rudabánya Észak-Magyarország legöregebb polimetallikus ércesedésre települt bányája volt, melyet 1985-ben zártak be. Az érctelep a Jura korban képződött, amikor a mellétei-óceáni kéreg szubdukálódott a gömöri-szilicei kontinentális lemez alá. Az alábukást követő szigetívvulkanizmus során feltörő hidrotermák átitatták a triász dolomitot (Gutensteini Formáció) és mészkövet (Jósvafői Formáció), melyekben metaszomatózis útján létrejött az ércesedés (Szentpétery & Less, 1996). A folyamat során a dolomitot (CaMg(CO3)2) alkotó magnézium és kalcium, vasra cserélődött ki. Elsőször a sziderites és limonitos érctelep jött létre, melyet később egy másik hidrotermális oldat itatott át. Ennek következtében keletkeztek a rezet, ólomot, higanyt és a cinket tartalmazó ércek (Hartai, 2005). Mivel a bányászat csak a vasércek kitermelésre irányult, ezért az említett fémeket tartalmazó érceket is a meddőhányókban halmozták fel, ennek következtében igen magas koncentrációban vannak jelen. A bányászat felhagyása után az aktív vízszintsüllyesztés is abba maradt, ennek következtében a nagy bányagödörben a felszín alatti vizek összefolyásából és a csapadékból egy tó keletkezett. Ez a folyamat a kisebb bányagödrökben is megfigyelhető volt. Egy korábbi munkában 16 időszakos és állandó állóvíztest (Németh & Kovács, 2011) lett azonosítva a volt bánya területen. 1.2 Hidrológia, hidrogeológia A bánya területén csapadéktól függően, a karsztvizekre jellemző módon jut mélyebb szintekre a csapadék. Kisebb esőzés esetén a párolgás dominál. A területen megtalálható kőzetek a mészkő, az agyagpala, a homokkő, a pannon homok, az agyag és az oligocén márga, ennek megfelelően találunk jó, közepes és rossz vízvezető képességű kőzeteket. Összefüggő karsztvízrendszer nem alakulhatott ki, mert a jelentős tektonikai igénybe vétel miatt, a
dolomit és mészkő táblák feldarabolódtak és közéjük márga préselődött. A neogén összletben egymás után váltakozva találhatóak meg a vízvezető (homok), és vízzáró (aleurolit, agyag) kőzetek (Németh & Kovács, 2011). A területre lehulló éves csapadék átlagosan kb. 630-670 mm közé esik. Általában a legcsapadékosabb hónapok nyáron fordulnak elő, június és július környékén, amikor több mint 100 mm csapadék is hullhat, de előfordult már 250 mm mennyiségű csapadék is. A legkevesebb csapadék a téli hónapokra jellemző, 10 mm alatti érték, de még márciusban is előfordulhat ugyanezen minimális szint. A területet 3 vízfolyás szeli át, a Réti, Telekes és Ormos-patak (Németh & Kovács, 2011). A Rudabányai tó körül több meddőhányó is található, melyekből a csapadék által kilúgzott és bemosott nehézfémek hatással vannak a tó vízminőségére. Munkánkban egy korábbi vízminőség vizsgálatot (Németh & Kovács, 2011) folytattunk és bővítettünk ki térben. Célunk az oldott nehézfém koncentrációk vertikális és horizontális változásának vizsgálata volt. 2 Anyag és módszer 2.1 Mintavétel Összesen 9 mintavételi pontot jelöltünk ki, melyek közül 5 a tó sekélyebb DNy-i, 4 a mélyebb ÉK-i felébe esett (1. ábra). A mintákat a felszínről, 5 m és 10 m mélyről vettük a legtöbb pont esetében. Az 1-es, 2-es, 3-as, 6-os mintavételi pontban a fenék mélysége kisebb volt, mint 10 m, így ezekben a pontokban csak a felszínről és 5 m-ről vettünk mintát. A 8-as pontban, a tó legmélyebb pontjában a felszínről, 5 m-es, 15 m-es és 25 m-es mélységből vettünk mintát. 1. ábra A Rudabányai-tó fenékmélység változása (bal) (Németh & Kovács, 2011) és a mintavételi pontok (jobb) 2.2 Elemzés A megvett mintákat 4 órán belül laborba szállítottuk és hűtőben tartósítottuk a vizsgálatokig. Az elemtartalom vizsgálatot egy UniCam 929-es AA spektrofotométerrel végeztük 14 elemre (Ca, Mg, Na, K, Fe, Mn, Cu, Hg, Pb, Zn, Cd, Co, Cr, Ni), melyek közül a Na és a K elemeket
AES módszerrel mértük. Ezek közül csak 10 elem vizsgálati eredményét mutatjuk be, mert a Cd, Co, Cr és Ni esetében a mért koncentrációk kisebbek voltak a műszer érzékelési határánál. A Hg, Pb és Cu esetében is az érzékelési határ körül alakultak a mért koncentrációk, viszont egyes mérési pontokban meghaladták azt. A műszer érzékelési határai a 14 elemre a következők: Ca-0,015 mg/l, Mg-0,003 mg/l, Na-0,013 mg/l, K-0,012 mg/l, Fe- 0,06 mg/l, Mn-0,029 mg/l, Cu-0,041 mg/l, Hg-2,7 mg/l, Pb-0,1 mg/l, Zn-0,013 mg/l, Cd- 0,032 mg/l, Co-0,081 mg/l, Cr-0,05 mg/l, Ni-0,063 mg/l. 3 Eredmények Az elemanalízis előtt megmértük a minták ph-ját is. Ennek az eredményét az 1. táblázatban foglaltuk össze. Látható, hogy a tóban a kémhatás a mélység növekedésével egyenes arányban csökken. Ezek a mérési eredmények megegyeznek a korábbi, 2010-2011-es mérésekkel, amit a 2. táblázat mutat be (Németh & Kovács, 2011). 1. táblázat A vízminták ph-ja az egyes mintapontokban Mintapont Vízfelszín 5 m 10 m 15 m 20 m 25 m Fenék mélység (m) 1 8,05 7,69 - - - - 3-4 2 8,09 7,73 - - - - 7 3 8,08 7,75 - - - - 7 4 8,14 7,87 7,65 - - - 10 5 8,11 7,77 7,64 - - - 10 6 8,12 7,74 - - - - 7 7 8,11 7,70 7,49 - - - 10 8 8,13 7,71-7,50-7,34 30 9 8,14 7,74 7,58 - - - 10 2. táblázat 2010 nyarán és 2011 tavaszán mért kémhatás (Németh & Kovács, 2011) Vízfelszín 10 m 20 m 30 m Nyár 8,27 7,63 7,47 7,56 Tavasz 8,08 7,25 7,51 7,37 A Ca (2. ábra), Mg (3. ábra), Na (4. ábra) és K (5. ábra) elemek koncentrációi messze a műszer érzékelési határa felett alakultak. Egybevéve az összes mintapont, összes mintázott mélységét a kalcium koncentrációja 70-80 mg/l, a magnézium koncentrációja 425-475 mg/l, a nátrium koncentrációja 9,5-10,5 mg/l, a kálium koncentrációja 5-5,5 mg/l között változott. E négy elem esetében elmondható, hogy a koncentrációik a tó minden pontjában hasonló érték körül alakulnak. A vas (6. ábra), mangán (7. ábra) koncentrációja 0,06-0,11 mg/l és 0,05-0,65 mg/l között változott. A mangán esetében látható, hogy a tó legmélyebb pontján 15 m-es, 25 m-es mélységben jelentősen megugrik a koncentrációja. A vas esetében nem tapasztalható kiugró érték. A réz (8. ábra), higany (9. ábra) koncentrációja 0,002-0,035 mg/l és 0,005-1,25 mg/l között alakult. A mért koncentrációk mindkét fém esetében rapszodikusan váltakoznak a különböző
mintapontokban. Ezeknél a mélységgel folyamatosan növekvő koncentráció sem figyelhető meg. A legmagasabb réz koncentráció a 7. pontban, a higany esetében az 5. pontban mérhető. Az ólom (10. ábra), cink (11. ábra) koncentrációja 0,03-0,14 mg/l és 0,04-0,1 mg/l között alakult. Az ólom esetében a magasabb koncentrációk a tó DNy-i sekélyebb részében mérhetők az 1. és 2. mintázási pontokban, míg a cink esetében a 8. pontban a tó legmélyebb pontjában. 2.ábra Ca koncentráció változása a 3.ábra Mg koncentráció változása a 4.ábra Na koncentráció változása a 5.ábra K koncentráció változása a
6.ábra Fe koncentráció változása a 7.ábra Mn koncentráció változása a 8.ábra Cu koncentráció változása a 9.ábra Hg koncentráció változása a
10.ábra Pb koncentráció változása a 11.ábra Zn koncentráció változása a 4 Következtetések A kalcium, magnézium, nátrium, kálium, vas, mangán és cink esetében megfigyelhető, hogy a koncentrációk a mélységgel együtt növekednek. A réz, higany és az ólom esetében ez nem mondható el a méréseink alapján, melynek oka az lehet, hogy olyan kicsi koncentrációban vannak jelen a tó vizében, hogy nem mutathatók ki pontosan az alkalmazott analitikai módszerrel (UniCam 929 AAS). Amennyiben a tó legmélyebb pontjában lévő 8. mintapontot vesszük alapul és összevetjük a felszíni és a 25-es mélységben mért koncentrációkat láthatjuk, hogy a kalcium koncentráció 75,83 mg/l-es értékről 83,10 mg/l-es értékre, a magnézium koncentráció 435,6 mg/l-es értékről 486,9 mg/l-es értékre, a nátrium koncentráció 9,86 mg/l-es értékről 10,6 mg/l-es értékre, a kálium koncentráció 4,94 mg/l-es értékről 5,56 mg/l-es értékre, a vas koncentráció 0,086 mg/l-es értékről 0,108 mg/l-es értékre, a mangán koncentráció 0,084 mg/l-es értékről 0,640 mg/l-es értékre, a cink koncentráció 0,056 mg/l-es értékről 0,105 mg/l-es értékre növekszik. Az oldott nehézfém koncentrációk növekedése jól korrelál a ph érték csökkenésével, ugyanis a környezet savasodásával fokozódik a nehézfémek mobilitása, vízoldhatósága. Összevetve a 6/2009. (IV. 14.) KvVM EüM FVM együttes rendeletben foglalt, felszíni vizekre vonatkozatott szennyezettségi határértékeket a mért értékekkel, láthatjuk, hogy a higany (határérték=0,001 mg/l) és ólom (határérték=0,01 mg/l) koncentrációk meg haladják azokat. A mangán és a cink esetében még megfigyelhető, hogy a tó ÉK-i felében magasabb koncentrációk mérhetők, mint a DNy-i sekélyebb részen. A 12. ábrán csak a felszínen mért koncentrációk láthatók, viszont a magasabb mangán és cink koncentrációk 5 és 10 m-es mélységben is megfigyelhetők a tónak ezen a felén. Mivel a tó sekély és mély részén mért
értékek közötti különbségek nagyobbak a műszer érzékenységi határánál, ezért kizárható, hogy mérési pontatlanságból adódnak. 12. ábra A Mn (bal) és Zn (jobb) koncentrációjának változása a vízfelszíni mintákban 5 Köszönetnyilvánítás A tanulmány/kutató munka a Miskolci Egyetemen működő Fenntartható Természeti Erőforrás Gazdálkodás Kiválósági Központ TÁMOP-4.2.2/A-11/1-KONV-2012-0049 jelű KÚTFŐ projektjének részeként az Új Széchenyi Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. 6 Irodalom Hartai, É., (2005) Teleptani alapismeretek, Egyetemi jegyzet. Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, Miskolc, 62 p. Németh, Á., Kovács, B., (2011) A rudabányai bányató hidrológiai és hidrogeológiai viszonyainak vizsgálata, Uni-Flexys Egyetemi Innovációs Kutató és Fejlesztő Közhasznú Nonprofit Kft., Miskolc, 56 pp. Szentpétery, I., Less, Gy., (2006) Az Aggtelek-Rudabányai-hegység földtana, Magyar Állami Földtani Intézet, Budapest, 92 p.