2. (57). Проблемы охраны недр. Негативные изменения геологической среды. Геоэкологическая оценка территории. Инженерно-экологические изыскания в процессе проведения экологической экспертизы.

Открытая добыча связана с формированием значительного по размерам отвального хозяйства. Так называемые пустые породы образуют отвалы, значительные площади земель, в том числе и сельскохозяйственных, пахотных. Процессы ветровой и вод­ной эрозии на отвалах вызывают деградацию растущих вблизи карьеров лесов, в результате выбросов большого количества пыли падение урожайности сельхозугодий, создают неблагоприятные условия для проживания людей вблизи такого горнодобывающего предприятия.

Пользование недрами для разработки месторождений, полезных иск. требует применения наиболее рациональных эффективных методов извлечения из недр основных и совместно с ними залегающих полезных ископаемых. Наряду с расширенной масштабов применения открытого способа добычи угля, руд черных и цветных металлов, агрохимического сырья большое внимание уделяется совершенствованию систем подземной добычи. Десятки миллионов тонн угля теряются в отвальных породах, которые образуются на разрезах и шахтах. В нашей стране на Коркинском разрезе (Челябинская область) более 30 лет работает гид­равлический крутонаклонный сепаратор, позволяющий извлекать из отвальных углистых пород разреза ежегодно более 250 тысяч тонн угля. В настоящее время такие установки работают в Подмосковном бассейне и других. Применение установок на угольных разрезах и шахтах позволяет существенно снизить себестоимость добываемого угля и повысить степень извлечения угля из недр при добыче. На рудниках и шахтах при подземном способе добычи широко используются системы закладки выработанного пространства. Применение закладочных комплексов позволяет в 3—5 раз снизить потери руды в недрах, улучшить качество добываемого сырья, в несколько раз снизить трудовые затраты.

Значительные резервы имеются для повышения качества и производительности работ в связи с применением прогрессивных методов добычи — кучного и подземного выщелачивания, позволяющих отрабатывать запасы бедных, хвостов обогащения.

Территория России подвергается в различных регионах воздействию самых разнообразных природных и антропогенных процессов. Часть из них носит скрытый характер (колебания земной поверхности), другие процессы имеют четко выраженную негативную направленность по отношению к экосистемам. Нарушения поверхности литосферы приводит к активизации опасных стихийных явлений.

Негативные изменения геологической среды.

Действие гравитации - отвалы, оползни, лавины.

Действие подземных вод - карст (явление, возникающее в растворимых природными водами горных породах (воронки, проваливание почвы)), суффозия (вынос мелких минеральных частиц и растворенных веществ водой, фильтрующейся в толще горных пород)

Действие ветра - развеивание песков, пыльные бури.

Промерзание и протаивание горных пород - трещинообразование, наледеобразования.

Многофакторное воздействие - физ., хим., биол. выветривание, загрязнения почв, грунтов, грунтовые воды, проседание земной поверхности, нарушение водного баланса.

Инженерно-экологические изыскания выполняются для экологического обоснования проектирования и реконструкции жилой застройки и средозащитных мероприятий. Они должны обеспечивать: комплексную оценку современного экологического состояния компонентов природной среды (атмосфера, гидросфера, педосфера, литосфера, биосфера) влияющего на комфортность условий проживания; разработку мероприятий по предотвращению негативных экологических последствий освоения территории; сохранность природных, археологических, архитектурно-исторических памятников, являющихся народным достоянием.

Результаты инженерно-экологических изысканий используются при разработке проектов детальной планировки и генеральных планов развития и реконструкции городских территорий. Инженерно-экологические изыскания выполняются по специальной программе, которая должна содержать данные об экологической изученности участка, сведения о существующих источниках загрязнения компонентов природной среды, сведения о степени экологического риска, обоснование состава и объекта работ и методику их проведения.

В состав инженерно-экологических изысканий входят:

- сбор, обработка и анализ материалов о состоянии компонентов природной среды и источников загрязнения; рекогносцировочное обследование участков с выявлением локальных источников загрязнения

- геоэкологическое опробование почвогрунтов, поверхностных и подземных вод, приповерхностной атмосферы

- радиационная и радоновая съемка

- определение физических полей (тепловое, электромагнитное, шум, вибрация)

- лабораторные исследования

- камеральная обработка материалов и составление заключения.

Билет №34

1. (28). Методы изучения процессов трансформации веществ в почвах. Теория и практика применения лизиметрических методов в экологии. Особенности использования хроматографических методов в экологических исследованиях.

Методы изучения процессов трансформации веществ в почвах.

Методы учета первичной продукции (количество органического вещества, образованного экологической системой за один год и не использованного при дыхании) следующие:

1. Метод парных площадок: учитывает запасы фитомассы, определяется степень разложения опада. По балансовым уравнениям рассчитывается первичная продукция;

2. Метод учета массы отмирающих вегетативных органов – листьев и корней. Зная динамику этих процессов, можно рассчитать и массу первичной продукции – прирост биомассы;

3. Метод минимальной оценки основан на прибавлении к максимальному запасу зеленой фитомассы доли растительного опада.

4. Метод последовательного суммирования прироста биомассы.

Для оценки первичной продукции подземной части фитомассы пока еще не разработано надежных методов. Так же слабо разработан метод оценки масштаба и качественного состава корневых выделений.

Методы оценки интенсивности трансформации растительных остатков и опада. Широко используются лабораторные и полевые наблюдения. В первом случае опад локализуется на поверхности почвы или породы в специальных сосудах. При заданных режимах температуры и влажности за конкретный ннтервал времени рассчитывается степень трансформации органических веществ опада. y = m_тр / m_{исх *} 100, где m_тр – трансформированная масса; m _исх – исходная масса воздушно-сухих растительных остатков. В полевых условиях конкретные массы растительных остатков сначала помещают в мешочки капрона, а затем размещают в нишах того или иного генетического горизонта почвы без защитного покрытия. Наиболее полную информацию о природе и интенсивности процесса трансформации свежих и гумифицированных остатков можно получить методом сорбционных лизиметров. В данном случае оценивается не только общая потеря массы растительного опада, но и диагностируются новообразованные жидкие и газообразные продукты, улавливаемые специальными сорбентами. Закладывая сорбционные лизиметры в разных генетических горизонтах почв можно получить информацию о скорости и направленности превращения опада растений. Основным методом изучения биогенного круговорота веществ долго оставался зольный анализ компонентов экосистемы, позволяющий получить статическую картину распределения конкретного химического соединения в растениях и фитоценозах, а затем воссоздать модель самого круговорота как динамического процесса без изучения его в натурной обстановке.

Недостатками зольного анализа являются: не учитывается прижизненные процессы поглощения, выделения и смыва веществ атмосферными осадками с вегетативных органов, не оценивается масса мобильных веществ, вовлекаемая в круговорот из мобилизированного гумуса почвы, не учитывается форма миграции веществ.

В настоящее время биогенный круговорот веществ изучают с помощью фитотронов и передвижных экологических комплексов. В лабораторных условиях моделируют различные почвенно-экологические процессы, используя следующие вегетационные методы: изолированного питания, стерильных культур, светлых и темных сосудов.

Понятие биологического круговорота строго применимо для процессов, протекающих в живых организмах(отток в веществ из одних органов в другие и обратно), следовательно, биологический круговорот реализуется на организменном уровне. Поскольку круговорот веществ в реальных экосистемах состоит из биологических круговоротов биогенных и биофильных химических элементов, абиотической миграции, то круговорот веществ более правильно называть экосистемным (биогенным). Критериями, характеризующими биогенный круговорот веществ являются скорость и период круговорота.

Теория и практика применения лизиметрических методов в экологии.

Основные положения, определяющие сущность метода сорбционных лизиметров:

• конструктивные особенности с.л.

• сорбенты, применяемые при решении конкретных экспериментальных задач

• схема и методы фракционирования ВОВ или металлоорганических комплексов

• идентификация органических веществ в растворах

• расчёт величин масштаба миграции веществ, коэффициентов мобилизации и миграции

• Экологические функции ВОВ

• гидрохимические

• биогеохимические

• педогенные (гумусообразование, формирование почвенного профиля)

ВОВ – важнейший и специфичный фактор, позволяющий раскрыть некоторые экологические функции подзолистых почв и других составляющих геохимических ландшафтов.

Теоретически обоснован метод сорбционных лизиметров с целью оптимизации функционирования при изучении масштаба абиогенной миграции ВОВ и их состава в почвах таёжно–лесной зоны.

Разработан и рекомендуется для практического использования модифицированный метод сорбционных лизиметров, предназначенный как для оценки абсолютного (возможного) масштаба мобилизации ВОВ из различных растительных материалов, так и для установления их компонентного состава.

При проведении экологического мониторинга территорий таежных биогеоценозов и агроландшафтов (оценка качества и свойств природных вод, гумусового состояния пахотных почв, диагностика процессов миграции и мобилизации тяжёлых металлов, радионуклидов и других токсикантов) целесообразно учитывать сезонные процессы мобилизации ВОВ (масштаб и их состав), а также особенности почвенно–геохимической миграции веществ в сопряжённых ландшафтах.

Лизимитрический метод позволяет исследовать комплексное воздействие факторов природной среды на состояние и вещ. состав почв, растений и грунтовых вод. Он позволяет макс. приблизить к естествен. условиям исследование почвен. процессов. Собственно лизиметр позволяет определить только инфильтрацию (сток, филь трат).Сорбционные лизиметры (хромотографические колонки) применяются для изучения миграции водорастворимых веществ и некоторых металлорганических соединений. В сорбционных лизиметрах концентрирование осуществляется в течение периода опыта (сезон, год). В лаборатории остается элюировать сорбированные вещества и изучить их состав и св-ва соответствующими методами.

Среди сорбентов ионообменные смолы.

+ возможность изучения процессов трансформации и миграции веществ;установление масштаба и форм миграции; исследование динамики продуктов почвообразования; маневренность и техничность и простота метода позволяет организовать стационарное наблюдение.

- неизвестный источник мобильных в-в; сорбенты могут влиять на состав и св-ва в-в; масштаб не полностью отражает специфику процессов трансформации.

Особенности использования хроматографических методов в экологических исследованиях.

ХМ разработал русский ботаник М.С. Цвет. При пропускании экстракта из зелёных листьев растений через колонку, заполненную тонкодисперсным порошком кальцита и промывании петролейным эфиром он получил ряд параллельных окрашенных зон, что свидетельствовало о наличии в исходном экстракте нескольких веществ. Этот метод М.С. Цвет назвал хроматографией.

Основу хроматографии составляет сорбция веществ в динамических условиях аналитического опыта. В простейшем виде она реализуется в лабораторном эксперименте путём инфильтрации изучаемого природного раствора (пигментов листьев растений, болотных вод, водных вытяжек из лесных подстилок, дождевых и талых вод) через хроматографическую колонку со слоем целевого (частичного) сорбента. Вследствие различной сорбируемости компонентов той или иной смеси при вертикальном нисходящем перемещении раствора происходит их разделение по длине слоя сорбента за счёт многократного повторения элементарных актов сорбции–десорбции и различной сорбируемости компонентов смеси.

В принципе общая задача хроматографии состоит в необходимости определения исходного компонентного состава веществ и их концентраций на основе изучения распределения индивидуальных веществ или химических элементов по слою поглотителя.

В ландшафтах сорбция реализуется как самопроизвольных процесс концентрирования молекул, ионов и ассоциатов молекул (например, гумусовых веществ) на поверхности раздела фаз гетерогенных систем или в объёме поглотителя – почв, донных осадков.

В природе все процессы так или иначе протекают в направлении рассеивания тепла, энергии и масс веществ. Сорбция, напротив, связана с накоплением известной массы веществ (химических элементов), в результате чего эти элементы утрачивают свою миграционную способность на некоторый интервал времени. Сорбция – процесс экзотермический, значит при повышении температуры (летний сезон) величина сорбции веществ в почвах будет снижаться. В осенне–ранневесенний период, напротив, водорастворимые органические вещества активно мигрируют и сорбируются почвенными соединениями.