GEOLOGIJA 45/2, 547–552, Ljubljana 2002
Vpliv rudarjenja in metalur{ke dejavnosti na kemi~no sestavo tal in podstre{nega prahu   v Me‘i{ki dolini
Influence of mining and metallurgy on chemical composition of soil and attic
dust in Me‘a valley, Slovenia
Robert ŠAJN Geolo{ki zavod Slovenije, Dimi~eva 14, 1000 Ljubljana, e-mail: robert.sajn@geo-zs.si
Klju~ne besede: geokemija, onesna‘enje, tla, prah, te‘ke kovine, Me‘i{ka dolina, Slovenija Key words: geochemistry, pollution, soil, dust, heavy metals, Me‘a valley, Slovenia
Kratka vsebina
Na osnovi primerjave vsebnosti kemi~nih prvin v tleh in v podstre{nem prahu sta na obmo~ju Me‘i{ke doline izlo~eni dve naravni geokemi~ni zdru‘bi. Prva izvira iz pre-perevanja predvsem metamorfnih kamnina (Al-Ba-Ce-Co-K-La-Li-Na-Nb-Rb-Sc-Th-Ti-V), druga (Ca-Mg), pa predstavlja obmo~ja izdanjanja karbonatnih kamnina. Ugotovljeni sta tudi dve antropogeno povzro~eni zdru‘bi: porazdelitev , ki je nastala zaradi pridobivanja svinca in cinka (Ag-As-Cd-Cu-Hg-Mo-Pb-S-Sb-Sn-Zn) ter porazdelitev, na katero je vplivala ‘elezarska dejavnost (Co-Cr-Cu-Fe-Mn-Mo-Ni-W). Na osnovi primerjave s tlemi so dolo~eni tudi nivoji kriti~ne onesna‘enosti podstre{nega prahu s te‘kimi kovinami.
Abstract
Based on comparison of distributions of determined elements in soil and attic dust two natural and two man-made (anthropogenic) geochemical associations were discovered in Me‘a valley. First natural geochemical association (Al-Ba-Ce-Co-K-La-Li-Na-Nb-Rb-Sc-Th-Ti-V) is influenced mainly by weathering of metamorphic rocks, the second (Ca-Mg) was determinate on area of carbonate rock outcrops. The man-made associations are a result of lead production (Ag-As-Cd-Cu-Hg-Mo-Pb-S-Sb-Sn-Zn) and iron production (Co-Cr-Cu-Fe-Mn-Mo-Ni-W). Based on soil comparison, critical level of heavy metals in attic dust were considered.
Uvod
Namen geokemi~nih raziskav na obmo~ju Me‘i{ke doline je nadaljnje preverjanje in uveljavljanje uporabe podstre{nega prahu kot vzor~nega sredstva za lo~evanje naravnih porazdelitev kemi~nih prvin od zgodovinsko povzro~enih antropogenih anomalij, predvsem v porazdelitvi te‘kih kovin v prostoru. V predhodnih geokemi~nih raziskavah (Šajn, 1999) je bila ugotovljena uporabnost podstre{nega prahu na obmo~ju celotne Slovenije. Uspe{en je bil tudi poskus sledenja ‘ivosrebrne avreole na obmo~ju Idrije (G o -sar et al., 2001, Gosar & Šajn, 2001) in ve~ desetletnega vpliva metalur{ke dejavnosti na obmo~ju Celja in okolice (Šajn, 2001).
Splo{ni opis raziskanega ozemlja
Raziskano ozemlje zajema pribli‘no 100 km2 in se vle~e od ^rne pa do Raven na Koro{kem
in zajema skoraj celotno dolino reke Me‘e v pasu {irokem 6 km (slika 1). Na raziskanem ozemlju je leta 2000 ‘ivelo po ocenah (http://www.sigov.si/zrs/leto00/34.htm) 23.000 prebivalcev, kar predstavlja skoraj 90 % celotnega prebivalstva {tirih koro{kih ob~in, ki jih je raziskava zajela.
Me‘i{ka dolina je v zgornjem delu vrezana med vzhodne Karavanke, v spodnjem pa v alpsko sredogorje. Ozka dolina se v zgornjem delu na dveh mestih nekoliko raz{iri, kar je omogo~ilo nastanek naselij ^rna na Koro{kem in Me‘ica. V spodnjem delu je Me‘a oblikovala do 1 km {iroko dolino, v kateri sta nastala Prevalje in Ravne na Ko-ro{kem, mesti, med katerimi danes ni prekinitve in jih lahko {tejemo v skupno urbano celoto (Linasi, 1993). Zgornji del doline prete‘no seka triasne apnence in dolomite severnega pasu Karavank, deloma v kanjon-ski obliki, spodnji del med Me‘ico in Ravnami pa je vrezan predvsem v metamorfne kamnine (Mio~ et al., 1983).
548
Robert Šajn
Sl. 1. Lega raziskanega obmo~ja z lokacijami vzor~enja tal in podstre{nega prahu Fig. 1. Researched area with soil and attic dust sampling locations
Iz leta 1665 so se ohranili prvi napisani dokumenti, ki omenjajo rudarjenje v Me‘i{ki dolini. Manj{i rudniki so bili raztreseni po vsej dolini in okolici. V @erjavu obratuje ena izmed topilnic svinca od leta 1746, kjer se je topilni{ka dejavnost dokon~no osredoto~ila v naslednjem stoletju ( S o u v e n t , 1994). O koro{kih topilnicah pi{e ‘e Agricola leta 1556 v svoji knjigi »De re Metallica«, kjer objavlja tudi sliko koro{ke topilnice. Obenem opisuje tudi koro{ki na~in pridobivanja svinca ( M o -h o r i ~ , 1978). Za~etki ‘elezarstva v Me‘i{ki dolini segajo v leto 1620, ko so v bli‘ini ^rne postavili talilni pe~i. V 18. stoletju so obratovale fu‘ine v ^rni, Me‘ici in Ravnah. Nadaljnji razvoj ‘elezarstva se je po letu 1835 osredoto~il na Prevaljah, po letu 1899 pa na Ravnah (Oder, 2001; Mohori~, 1954). Na Le{ah so leta 1818 za~eli kopati rjavi premog. Poleg Le{ sta takrat obratovala tudi premogovnika na Holmcu in pri Me‘ici ( M o -h o r i ~ , 1954).
Ve~stoletna rudarska in metalur{ka aktivnost je pustila hude posledice na okolje. Emisije ‘veplovega dioksida so nastale zaradi predelave svin~evih surovin po piro-metalur{kem postopku. Letna emisija SO je zna{ala   leta   1976   5.812   ton   ob   pridela2 vi
25.533 ton Pb, leta 1991 pa le 737 ton (15.876 ton Pb). Šele z gradnjo odpra{evalnega sistema v letih 1968-1978 so dokon~no omejili emisije prahu. Do takrat so na osnovi materialnih bilanc ocenili da je bila dnevna emisija prahu okrog 500 kg/dan (Souvent, 1994). V diplomski nalogi Souvent (1994) zaklju~uje da so povi{ane vsebnosti Fe, Mn, Cr, Ni, Mo, Cu in deloma Zn v tleh posledica vpliva @e-lezarne Ravne. V nadaljnjih raziskavah ( Š a j n et al., 2000; V r e ~ a et al., 2001) je ugotovljeno, da so povi{ane vsebnosti Pb in Zn v tleh gotovo rezultat vpliva me‘i{kega rudnika in topilnice. Za obe prvini je zna~ilno, da njune vsebnosti v tleh z globino mo~no vpadajo ter tudi, da so nekajkratno obogatene v vseh vzor~nih sredstvih na raziskanem ob-mo~ju glede na slovenska povpre~ja.
Materiali in metode
Na podlagi dosedanjih raziskav, predvsem pa zaklju~kov ( Š a j n et al., 2000; V r e ~ a et al., 2001), je izlo~eno obmo~je veliko okrog 100 km2, ki se vle~e od ^rne pa do Raven na Koro{kem (slika 1). Celotno ozemlje je bilo prekrito z raziskovalno mre‘o go-
Vpliv rudarjenja in metalur{ke dejavnosti na kemi~no sestavo tal in podstre{nega prahu …             549
stote 1 vzorca na km2. Na obmo~ju strnjenih urbanih con je bila vzor~na mre‘a zgo{~ena, tako da je med 4 rednimi to~kami dodana {e eno v sredi{~u kvadrata. Naklju~nost vzorcev iz dane populacije je zagotovljena z na-klju~no izbiro izhodi{~ne to~ke (Pirc, 1993). Na ta na~in je bilo dolo~enih skupno 115 vzor~nih to~k. Na vsaki to~ki je odvzet vzorec tal (0.5 cm) in podstre{nega prahu. Vzor~enje, priprava vzorcev in analitika je opravljena po ‘e uveljavljeni metodologiji (Šajn, 1999; Šajn, 2001).
Rezultati in razprava
Za oceno povezav med prvinami smo uporabili metodo faktorske analize vrste R ( Š a j n , 2001). Na ta na~in smo za~etno {tevilo obravnavanih kemi~nih prvin skr~ili na 4 spremenljivke, ki predstavljajo geokemi~ne zdru‘be prvin (tabela 1, slike 2 do 4). Porazdelitve dolo~enih geokemi~nih zdru‘b smo primerjali s povpre~jem vsebnosti prvin v podstre{nem prahu (Šajn, 1999) in v tleh (Andjelov, 1994, Pirc 1993) Slovenije.
Naravna porazdelitev kemi~nih prvin
Glavno geokemi~no zdru‘bo ponazarja faktor 1 (tabela 1), ki zdru‘uje visoke vsebnosti Al, Ba, Ce, Co, K, La, Li, Na, Nb, Rb, Sc, Th, Ti in V. Visoke vsebnosti navedenih prvin so zna~ilne za tla spodnjega dela Me-‘i{ke doline, nizke vsebnosti pa so vezane na podstre{ni prah. Njihova porazdelitev je posledica naravnih pojavov, kot so prepere-vanje metamorfnih in magmatskih kamnin. Primerjava kemizma tal Me‘i{ke doline s slovenskim povpre~jem (tabela 2, slika 2) je pokazala, da mediane prvin navedene geoke-mi~ne zdru‘be, z odstopanji, nihajo na nivoju slovenskega povpre~ja, vsebnosti prvin v podstre{nem prahu pa so za 50 % ni‘je (tabela 2; sliki 2 in 5).
Geokemi~na zdru‘ba Ca in Mg (faktor 4 v tabeli 1) ni tako mo~no izra‘ena v primerjavi s predhodno omenjeno. Lahko pa opazimo, da so najvi{je vsebnosti Ca in Mg tipi~ne za obmo~ja karbonatnih kamnin v zgornjem delu doline (slika 3). Vsebnosti Ca in Mg z izjemo vzorcev tal iz okolice Raven presegajo slovensko povpre~je za pribli‘no {tirikrat.
Tabela 1: Dominantne vrednosti rotiranih faktorskih obremenitev (n=221)
Table 1: Characteristic values of rotated factor loadings (n=221)
	Fl	FZ	F3	F4	Kom
Ce	0,91				94
La	0,90				90
Sc	0,90				94
Th	0,89				95
Al	0,88				96
Ti	0,88				89
Li	0,86				86
Nb	0,85				83
V	0,84				82
Rb	0,81				89
Na	0,75				68
K	0,66			-0,59	82
Co	0,65		0,64		88
Ba	0,60	-0,55			68
Sb		0,89			94
As		0,88			78
Pb		0,87			93
Cd		0,87			94
Zn		0,81			85
Ag		0,79			86
Sn		0,74			83
S	-0,55	0,67			83
Hg		0,64			58
Mo		0,62	0,59		86
Cu		0,60	0,59		80
Cr			0,93		88
Ni			0,90		88
W			0,82		77
Fe			0,68		72
Mn	0,51		0,63		68
Mg				0,89	88
Ca				0,72	85
Var	35	26	15	8	84
F1 ... F4 – Faktorske obremenitve; Factor
loadings Kom        – Komunalnost v %; Communality in %
Var          – Varianca v %; Variance in %
Antropogeno povzro~ene porazdelitve kemi~nih prvin
Geokemi~no anomalijo, povzro~eno s pridobivanjem svinca nakazuje statisti~ni faktor 2 (tabela 1, slika 3), ki zajema visoke vsebnosti Ag, As, Cd, Cu, Hg, Mo, Pb, S, Sb, Sn in Zn. Vsebnosti prvin v podstre{nem prahu za nekajkrat presegajo tiste v tleh. Vsebnosti prvin geokemi~ne zdru‘be se spreminjajo glede na vzor~no sredstvo in oddaljenost od vira onesna‘enja (tabela 1, sliki 3 in 5). Vsebnosti na{tetih prvin v tleh spodnjega dela Me‘i{ke doline nihajo na nivoju slovenskega povpre~ja, v tleh iz okolice Me-‘ice @erjava in ^rne pa prese‘ejo slovensko
550
Robert Šajn
Sl. 2. Skupna porazdelitev kemi~nih prvin (Ce, La, Sc, Th, Al, Ti, Li, Nb, V, Rb, Na, K, Co in Ba), ki izvirajo iz preperevanja metamorfnih in magmatskih kamenin v podstre{nem prahu (zgoraj)
in tleh (spodaj)
Fig. 2. Common distribution of chemical elements (Ce, La, Sc, Th, Al, Ti, Li, Nb, V, Rb, Na, K, Co in Ba), issuing from weathering of metamorphic and igneous rocks in attic dust (above)
and soil (below)
Sl. 3. Skupna porazdelitev kemi~nih prvin (Sb, As, Pb, Cd, Zn, Ag, Sn, S, Hg, Mo in Cu), ki so posledica pridelave svinca in cinka v podstre{nem prahu (zgoraj) in tleh (spodaj)
Fig. 3. Common distribution of chemical elements (Sb, As, Pb, Cd, Zn, Ag, Sn, S, Hg, Mo in Cu), issuing from lead and zinc production a lead and zinc in attic dust (above) and soil (below)
Vpliv rudarjenja in metalur{ke dejavnosti na kemi~no sestavo tal in podstre{nega prahu …             551
Tabela 2. Povpre~ja kemi~nih prvin v vzor~nih sredstvih na obmo~ju Me‘i{ke doline
Table 2. Averages of chemical elements in sampling materials in Me‘a valley
	Slo-T	Rav-T*	Mei-T*	Slo-P	Rav-P*	Mei-P*
Al	6,9	7,5	5,1	2,5	3,5	1,9
Ca	0,78	1,0	5,3	7,6	5,2	6,4
Fe	3,8	4,1	2,8	1,7	3,6	IV.'
K	1,4	2,0	1,2	1,1	1,3	1,0
Mg	0,83	1,1	2,7	1,5	1,2	1,7
Na	0,47	0,75	0,38	0,33	0,43	0,29
P	0,063	0,17	0,18	0,25	0,33	0,31
S	-	0,050	0,10	-	3,4	3,5
Ti	0,36	0,30	0,25	0,14	0,14	0,10
Ag	<0,50	0,12	0,14	<0,50	0,86	0,80
As	<5,0	16	16	11	25	34
Ba	360	577	322	319	149	355
Cd	0,50	0,96	2,6	1,2	7,3	15
Ce	-	67	48	-	35	21
Co	26	17	11	6,0	11	6,7
Cr	88	113	70	53	215	65
Cu	23	46	32	51	113	96
La	30	36	26	13	19	12
Li	-	55	37	-	24	14
Mn	902	1069	908	477	1102	514
Mo	<2,0	2,2	3,1	2,0	15	9,1
Nb	6,0	7,8	7,2	4,0	4,9	3,1
Ni	46	46,6	31	27	76	31
Pb	34	135	408	145	1241	3749
Rb	-	119	87	-	65	44
Sb	<5,0	2,1	3,1	<5,0	15	34
Sc	13	14	9,2	4,0	6,4	3,9
Sn	<2,0	5,6	4,8	11	27	32
Sr	82	91	81	119	125	104
Th	11	11	7,1	4,0	4,6	2,7
U	-	2,9	2,7	-	1,9	1,7
V	113	128	91	58	72	41
W	-	1,9	1,0	-	12	2,3
Y	15	11	13	8,0	8,9	7,9
Zn	104	257	402	286	1136	1099
Zr	46	33	36	18	27	18
Hg	160	140	146	1075	636	787
Slo-T Slovenska povpre~ja vsebnosti prvin v tleh; Slovenian averages of elements in soil; n = 817 (Andjelov, 1994); Hg, n = 119 (Pirc, 1993)
Rav-T Povpre~ja vsebnosti kemi~nih prvin v tleh (0-5 cm) na obmo~ju Prevalj in Raven na Koro{kem; Averages of chemical elements in soil (0-5 cm) in Prevalje and Ravne na Koro{kem area; n=53
Me‘-T Povpre~ja vsebnosti kemi~nih prvin v tleh (0-5 cm) na obmo~ju Me‘ice, @erjava in ^rne; Averages of chemical elements in soil (0-5 cm) in Me‘ica, @erjav and ^rna area; n=62
Slo-P Slovenska povpre~ja vsebnosti prvin v podstre{nem prahu; Slovenian averages of elements in attic dust; n = 41 (Šajn, 1999)
Rav-P Povpre~ja vsebnosti kemi~nih prvin v podstre{-nem prahu na obmo~ju Prevalj in Raven na Koro{kem; Averages of chemical elements in attic dust in Prevalje and Ravne na Koro{kem area; n=53 Me‘-P Povpre~ja vsebnosti kemi~nih prvin v podstre{-nem prahu na obmo~ju Me‘ice, @erjava in ^rne; Averages of chemical elements in attic dust in Me‘ica, @erjav and ^rna area; n=53
Povpre~ne vrednosti Al, Fe, K, Mg, Na, P, S in Ti so v %, Hg v mg/kg, preostalih prvin pa v mg/kg; Average values of Al, Fe, K, Mg, Na, P, S and Ti are in %, Hg in mg/kg, remaining elements in mg/kg
*Upo{tevana so vplivna obmo~ja za posami~ni vzorec; The influence areas of samples were considered
povpre~je za pribli‘no {tirikrat. Antropo-gena narava navedenih prvin je opazna zlasti v podstre{nem prahu. Vsebnosti v Me‘i{ki dolini prese‘ejo slovensko povpre~je tudi za ve~ desetkrat (sliki 3 in 5). Na obliko avreole onesna‘enja mo~no vplivajo morfologija, nadmorska vi{ina in verjetno lokalni vetrovi. Najvi{je vsebnosti omenjenih prvin so vezane na tla in zlasti podstre{ni prah okolice @erjava in ^rne (slika 3). Glavni vzrok nastanka geokemi~ne anomalije pa je bilo taljenje svin~eve rude od sredine 17. pa do devetdesetih let prej{njega stoletja
Geokemi~no zdru‘bo Co-Cr-Cu-Fe-Mn-Mo-Ni-W ponazarja faktor 3 (tabela 1). Zanimivo je, da navedene prvine v tleh ne ka-‘ejo obogatitev glede na slovensko povpre~-je, vsebnosti v podstre{nem prahu pa povpre~je prese‘ejo za okrog {tirikrat (sliki 4 in 5). Obmo~je visokih vsebnosti Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni in W v podstre{nem prahu zajema celoten spodnji del Me‘i{ke doline predvsem pa okolico Prevalj in Raven. Z na~rtom vzor~enja ni zajet vzhodni konec avreole onesna‘enja (slika 4). Izvor visokih vsebnosti navedenih prvin je, glede na obliko avreole, nekdanja in sedanja metalur{ka dejavnost.
Zahvale
Raziskavo je financiralo Ministrstvo za {olstvo, znanost in {port RS. Zahvaljujem se vsem, ki so sodelovali v raziskavi, predvsem pa Koro{cem, ki so nam dovolili vzor~enje na svojih podstre{jih in v vrtovih.
Literatura
A n d j e l o v , M. 1994: Rezultati radiometri~nih in geokemi~nih meritev za karto naravne radioaktivnosti Slovenije. – Geologija 36, 223-248, Ljubljana.
Gosar, M. & Šajn, R. 2001: Mercury in soil and attic dust as a reflection of Idrija mining and mineralization (Slovenia). – Geologija 44, 137-159, Ljubljana.
L i n a s i M . 1993: Me‘i{ka dolina. V: Enciklopedija Slovenije, 7. – Mladinska knjiga,120-122, Ljubljana.
M i o ~ , P., @ n i d a r ~ i ~ , M., J e r { e , Z., F e r j a n ~ i ~ , L., P l e n i ~ a r , M., R i j a v e c , J., H i n t e r l e c h n e r - R a v n i k , A., O r e h e k , A. & Š r i b a r , L., 1983: Osnovna geolo{ka karta SFRJ v merilu 1:100.000, list Ravne na Koro{kem (karta in tolma~). – Zvezni geolo{ki zavod, Beograd.
552
Robert Šajn
Sl. 4. Skupna porazdelitev kemi~nih prvin (Mo, Cu, Mn, Co, Cr, Ni, W in Fe), ki so posledica delovanja ‘elezarne v podstre{nem prahu (zgoraj) in tleh (spodaj)
Fig. 4. Common distribution of chemical elements (Mo, Cu, Mn, Co, Cr, Ni, W in Fe), issuing from ironworks activity in attic dust (above) and soil (below)
M o h o r i ~ , I. 1954: Industrializacija Me‘i{ke doline. – Zalo‘ba Obzorja, 315 str., Maribor.
M o h o r i ~ , I. 1978: Problemi in dose‘ki rudarjenja na Slovenskem: zgodovina rudarstva in to-pilni{tva v stoletju tehni~ne revolucije. Knjiga 1, Osnove rudarskega dela. – Ljudska pravica, 281 str., Ljubljana.
Oder, K. 2001: @elezarna Ravne. V: Enciklopedija Slovenije, 15. – Mladinska knjiga, 295-296, Ljubljana.
Pirc, S. 1993: Regional geochemical surveys of carbonate rocks; final report; USG Project Number: JF 881-0. – Poro~ilo, Knji‘nica Odseka za geologijo, NTF, 30 str., Ljubljana.
S o u v e n t , P. 1994: Rudnik Me‘ica neko~, danes in jutri.V: A. Lah (ed.), Okolje V Sloveniji. – Zbornik, Tehni{ka zalo‘ba Slovenije, 533-541, Ljubljana.
Souvent, P. 1994: Pedolo{ke, geokemi~ne in mineralo{ke preiskave tal v okolici ‘elezarne Rav-
ne. – Diplomsko delo, Knji‘nica Odseka za geologijo, NTF, 115 str., Ljubljana.
S o u v e n t , P. 1994:Rezultati pedolo{kih, geo-kemi~nih in mineralo{kih raziskav tal v okolici ‘elezarne Ravne. – Rudarsko-metalur{ki zbornik 42, 179-192, Ljubljana
Statisti~ni urad R Slovenije 2001: Statisti~ni letopis 2000, pregled po ob~inah. – Spletna stran (http:// www.sigov.si /zrs /leto00 /34.htm).
Šajn, R. 1999: Geokemi~ne lastnosti urbanih sedimentov na ozemlju Slovenije. – Geolo{ki zavod Slovenije, 136 str., Ljubljana.
Šajn, R., Gosar, M. in Bidovec, M. 2000: Geokemi~ne lastnosti tal, poplavnega sedimenta ter stanovanjskega in podstre{nega prahu na ob-mo~ju Me‘ice. – Geologija 43, 235-245.
Vre~a, P., Pirc, S. & Šajn, R. 2001: Natural and anthropogenic influences on geochemistry of soils in barren and mineralized carbonate terrains. – Journal of Geochemical Exploration 74, 99-108, Amsterdam, London, New York.