Наночастицы вокруг нас

На экологическое состояние нашей планеты все активнее влияют техногенные наночастицы, но их образование, воздействие на окружающую среду и возможности практического использования изучены очень мало. Ведущие специалисты Института проблем комплексного освоения недр РАН под руководством академика К.Трубецкого наметили приоритетные направления исследований в этой области.

Естественная биота Земли всегда существовала в присутствии минеральных наночастиц, порожденных вулканической деятельностью, эрозией почв и горных пород, частицами морской соли. Эти объекты размером от 1 до 1000 нм участвуют во многих сложных физико-химических процессах в природных системах. Но по мере развития технократической цивилизации появляются новые, не природные источники минеральных наночастиц. Интенсивность этих источников сопоставима с природной и постоянно растет. Темпы увеличения добычи полезных ископаемых на каждого жителя Земли составляют примерно 10% в год и значительно опережают темпы роста народонаселения.

Ежегодно на поверхность земли выносится не менее 900 млрд. тонн горных пород различного состава, которые при разрушении образуют неисчислимое количество наночастиц. Примером интенсивного образования тонкодисперсных частиц может служить разрушение угольного пласта при ведении горных работ. В процессе разработки насыщенного метаном угольного пласта в нем возникают деформации, в результате которых образуются зоны высокодисперсного угля. Их объем не превышает нескольких процентов, однако в этих зонах угольный пласт становится нестабильным. Иногда часть пласта самопроизвольно разрушается и газо-угольную смесь выбрасывает в горные выработки. В результате внезапного выброса угля и газа гибнут люди и страдает горное оборудование.

Минеральные наночастицы возникают также при разрушении скальных массивов пород (в этом случае их объем не превышает долей процента). Но основными источниками свободных наночастиц ученые считают процессы бурения и взрывной отбойки. При бурении в нанофракцию переходит до 2% разрушенного материала. При промышленных взрывах доля наночастиц может составлять несколько процентов от отбитой породы. Как бы то ни было, при любых способах разработки полезных ископаемых высокодисперсные частицы породы попадают в горные выработки, где они представляют опасность для здоровья людей.

Из других источников поступления наночастиц в окружающую среду исследователи отмечают «хвостохранилища» — склады отходов обогатительных фабрик. В процессе переработки рyду на фабриках измельчают до микронных размеров. Фракции размером менее 10 мкм составляют для некоторых видов руд пятую часть отходов. Эти отходы заполняют огромные пространства, а воздушные потоки уносят пыль в атмосферу.

Проблема техногенных наночастиц находится пока на стадии накопления информации и поиска новых идей. На этом этапе ученые определяют три приоритетных направления работ. Необходимо изучить условия образования, перемещения и хранения наночастиц, их роль в техно-природных процессах, которые происходят при разработке полезных ископаемых, а также пути создания новых нанотехнологий с использованием техногенных минеральных наночастиц.