2809

духа и уровень шума, а также помогают улучшать микроклимат и прекрасно украшают ландшафт.

Однако определенные виды высших растений подвержены негативному действию атмосферных примесей. Проблема особенно остро выражена в городах с черной металлургией и производством стройматериалов, где характерной формой антропогенной нагрузки, оказывающей мощное негативное воздействие на вечнозеленые компоненты городских фитоценозов, является щелочной аэрозоль, представленный известью, доломитом, магнезитом, известняками [1–4].

В отличие от других аэрозолей, щелочной аэрозоль не сдувается ветром и не смывается осадками. После намокания и дальнейшего высушивания он образует твердую корку, которая механически препятствует росту растений. Соответственно, это ведет к снижению светопоглощения, ухудшению газообмена.

При взаимодействии атмосферной влаги с подобной коркой образуются щелочные растворы, которые вызывают ожоги покровных тканей растений, открывая путь для проникновения грибковой инфекции.

Все вышеперечисленное приводит к обильному хвойному опаду, характеризующемуся щелочной и слабощелочной реакциями. Поскольку вечнозеленые формы не способны обновлять хвою, то, сбросив ее, остаются такими навсегда и вскоре деградируют и погибают. Деградированные лесопосадки не способны осуществлять экологическое функционирование должным образом и не соответствуют архи- тектурно-планировочным требованиям.

Современное «зеленое» строительство является одним из основных мероприятий оздоровления городской среды, важнейшим методом реабилитации промышленных урбосистем, включающих в свою инфраструктуру предприятия черной металлургии.

Возникает необходимость оценки степени чувствительности вечнозеленых компонентов городского фитоценоза и выявления защитных механизмов у растений к данной форме антропогенной нагрузки, а также устойчивости пород деревьев.

Основными источниками щелочного аэрозоля служат технологические и неорганизованные выбросы цемзавода города Магнитогорска, технологические и неорганизованные выбросы агаповского ДОЗ, выбросы агломерационного производства, производство флюса, неорганизованные выбросы доменного производства.

81

Степень воздействия негативной нагрузки на городские фитоценозы с 2000 по 2012 год оценивали по щелочности снега согласно литературным данным (табл. 1) [5].

Таблица 1

Межгодовая динамика значений pH снега города Магнитогорска (по [5] с дополнениями)

Значения pH в 2005–2012 годах на остановке Химчистка снижались до 7,4–7,8, а значения биопоказателя возрастали до 3,6 см в 2005 г., до 7,3–8 см в 2012–2013 годах. Аналогичный характер динамики исследуемых параметров наблюдается вблизи Магнитогорского государственного технического университета (МГТУ) им. Г.И. Носова: pH в 2000 году составлял 8,0, а в 2005 – 6,8, в 2012 – 7,3; годичный прирост веток сосны обыкновенной в 2012 году составил 9,4 см, в 2013

– 9,2 см. Очевидно, что снижение pH снега, обусловленное сокращением пылевых выбросов «Магнитогорским металлургическим комбинатом» («ММК») щелочного аэрозоля, ведет к резкому увеличению годичного прироста веток сосны обыкновенной, что указывает на чувствительность исследуемого биопоказателя и исследуемой породы деревьев к действию щелочного аэрозоля [5].

Был измерен прирост веток сосны обыкновенной, произрастающей на территории города Магнитогорска.

Были получены следующие результаты (табл. 2): на всех исследуемых площадках в пределах Магнитогорска в 2002–2005 годах наблюдалось значительное снижение величины годичного прироста веток сосны обыкновенной (3,6–4,2 см – остановка Химчистка, Северный переход) по сравнению с величинами исследуемого показателя фоновой территории дома отдыха (д/о) «Кусимово» (9,5 см).

82

Таблица 2

Межгодовая динамика годичного прироста веток сосны обыкновенной в городе Магнитогорске

Наименьшие значения показателя характерны для площадки «Остановка Химчистка, Северный переход» в 2002 году, так как она находится в наибольшей близости к источнику щелочного аэрозоля – цементному заводу города Магнитогорска.

В 2005–2006 годах на цементном заводе Магнитогорска последовательно ввели в эксплуатацию современные электрофильтры, мощность которых на момент ввода в эксплуатацию составляла более 98 %. Снижение запыленности выбросов (в целом) и содержания в них щелочного компонента положительно отразились на величинах исследуемых показателей, что демонстрирует улучшение роста лесопосадок.

Таким образом, основным фактором пространственной динамики является удаленность от источника щелочного аэрозоля. Главной причиной, вызывающей деградацию сосны обыкновенной в Магнитогорске, является наличие щелочного аэрозоля. Ведущим фактором межгодовой динамики является мощность источника щелочного аэрозоля, т.е. количество пылевых выбросов.

Немаловажно и то, что наблюдается положительная динамика значений годичного прироста веток сосны обыкновенной за период с 2002 по 2014 год, что может быть связано с сокращением пылевых выбросов в ОАО «ММК».

83

В городах с черной металлургией и производством стройматериалов в пределах области распространения щелочного аэрозоля не рекомендуется сажать сосну обыкновенную.

Список литературы

1.Коробова Н.Л. Аэробиологический мониторинг: методы визуальной биоиндикации загрязнения атмосферы // Инженерная экология. – 2010. – № 2. – С. 56–60.

2.Кочкешова Т.В., Миронов О.А., Коробова Н.Л. Лесопосадки

городов Южного Урала как биомониторы NO2 выхлопов автотранспорта // Экологические системы и приборы. – 2004. – № 4. – С. 13–15.

3.Дончева А.В., Казаков Л.К., Калуцков В.Н. Ландшафтная индикация загрязнения природной среды. – М.: Экология, 1992. – 256 с.

4.Коробова Н.Л. Мониторинг кислотно-основного состояния почв. – Магнитогорск: Изд-во Магнитогор. гос. техн. ун-та, 2000. – 55 с.

5.Экологическая оценка щелочности снега г. Магнитогорска / О.Ф. Дробный, В.Д. Черчинцев, А.Н. Коробова, Ю.А. Сафронова, Е.Г. Шавернева, Н.Л. Коробова // Инженерная экология. – 2002. – № 6. –

С. 33–40.

Об авторах

Ворсин Виктор Сергеевич – аспирант кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, e-mail: polyneutron@yandex.ru.

Коробова Нелли Леонидовна – доктор технических наук, профессор кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, Магнитогорский государственный технический универси-

тет им. Г.И. Носова, e-mail: nelli-korobova@mail.ru.

84

УДК 504.064.2

М.Ф. Гайдай

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕРРИКОНИКОВ НА ОБЪЕКТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Представлено описание террикоников, их химический и минералогический составы. Дана оценка влиянию террикоников на объекты окружающей среды на примере Гремячинского района Пермского края (Кизеловский угольный бассейн). Приведены материалы, отражающие последствия водной и ветровой эрозий, которым подвержены данные отвалы. Изложены основные возможные направления снижения негативного экологического воздействия террикоников на окружающую среду путем их рекультивации и использования в качестве сырья для производства строительных материалов.

Ключевые слова: терриконики, загрязнение окружающей среды, рекультивация, эрозия, Кизеловский угольный бассейн.

M.F. Gayday

THE RESEARCH OF IMPACT OF SPOIL HEAPS

ON THE ENVIRONMENT

The article describes the spoil heaps, and their chemical and mineralogical composition. The estimation of the impact of spoil heaps on the environment on the the example Gremyachinsk district of the Perm region (Kizel coal basin). Presents materials reflecting the effects of water and wind erosion, which spoil heaps are susceptible to. This article states basic directions for reduction of the negative ecological impact of spoil heaps on the environment. It describes spoil heap revegetation technology. It offers a method which provides a practical use for spoil heaps by means of the production of construction materials.

Keywords: spoil heaps, environmental pollution, revegetation, erosion, Kizel coal basin.

Терриконики представляют собой искусственные насыпи из пустых пород, извлеченных при подземной разработке месторождений полезных ископаемых, в первую очередь угля. Террикониками также называют насыпи из отходов обогащения угля и породы от работ по

85

восстановлению аварийных выработок. Их разделяют по форме на платообразные, хребтовидные и конические (рис. 1).

Рис. 1. Разновидности террикоников: а – конические; б – хребтовидные; в – платообразные

Среди минералов, присутствующих в составе террикоников, по количеству преобладают кварц (30–40 %) и полевые шпаты (25–35 %). Помимо них, в их составе присутствуют такие глинообразующие минералы, как иллит, каолинит, а также корунд магнетит, гематит [1]. Химический состав террикоников представлен в таблице.

Химический состав террикоников

В составе террикоников в зависимости от горно-геологических условий местности, в которой ведется добыча полезных ископаемых, также могут присутствовать оксиды металлов: Ti, Zn, Pb, V, Mo, Ni и др.

Зачастую терриконики в процессе старения подвергаются самовозгоранию. Данный процесс обусловлен высоким содержанием в их составе угольных частиц, количество которых может достигать в некоторых случаях 30 %. В ходе высокотемпературных процессов горения и тления цвет террикоников изменяется с черного на красно-кирпич- ный, что обусловливает общепринятые названия террикоников: «черные» – до самовозгорания и «красные» – после.

С целью изучения микроструктуры террикоников были выполнены снимки с увеличением при помощи электронного микроскопа

86

модели S-3400N фирмы HITACHI. Предварительно терриконики измельчались до фракции менее 0,63 мм. На рис. 2 и 3 представлены соответственно микроструктуры террикоников: «черных» – шахты им. В.И. Ленина и «красных» – шахты «Коспашская», расположенных в Кизеловском районе Пермского края.

Химический состав террикоников может значительно изменяться даже в пределах одного отвала, однако оксиды металлов присутствуют в их составе в значительном объеме в подавляющем большинстве случаев. Именно данным фактом обусловлена неизбежность загрязнения почвы, расположенной как непосредственно под террикониками, так и на значительно расстоянии вокруг них. Действующим нормативным документом СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200–03 «Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов» регламентированы ориентировочные размеры санитарнозащитных зон, учитывающие условия эксплуатации, характер и количество выделяемых в окружающую среду загрязняющих веществ. Для террикоников, на которых проведены мероприятия по подавлению самовозгорания, размер санитарно-защитной зоны составляет 300 м, а в случае, если данные мероприятия не проведены, – 500 м.

Таким образом, терриконики исключают из хозяйственного оборота потенциально пригодные для хозяйственной деятельности человека земли, делают невозможным их использование в полезных целях: для строительства, сельского хозяйства, садоводчества. Учитывая, что зачастую терриконики расположены в границах населенных пунктов или на прилегающих к ним территориях, их негативное влия-

87

ние распространяется и на экономическую сферу жизнедеятельности человека, а также на здоровье населения.

Терриконики в значительной степени подвержены ветровой

иводной эрозии. Ветровое воздействие приводит к выдуванию и развешиванию мелких частиц пустой породы, содержащихся в них. Попадая в плодородные слои прилегающей к терриконикам почвы, данные частицы загрязняют и засоряют ее. Они не только оказывают механическое воздействие, препятствуя произрастанию растительности, но и под влиянием влаги, попадающей в почву с осадками, вступают в физикомеханические реакции. Пагубные последствия таких реакций, приводящие к деградации растительного слоя, а иногда и к его полному уничтожению, обусловлены химическим составом террикоников. Снизить ветровые воздействия на терриконики возможно путем придания им округлой или овальной формы, которая будет исключать резкие перепады в угловых и краевых частях. Особое значение играет форма верхней части терриконика, поскольку именно здесь возникают наибольшие ветровые воздействия.

Водная эрозия террикоников является следствием воздействия атмосферных осадков. В результате в окружающую среду выносятся значительные объемы пустой породы, содержащей в своем составе загрязняющие вещества. Масштаб воздействия атмосферных осадков на терриконики является существенным из-за того, что на них без специальных мероприятий по рекультивации произрастание растительности сильно затруднено и сведено к минимуму. В итоге происходит разделение частиц по крупности, и более мелкие частицы вымываются

ивыносятся на близлежащие к терриконикам территории. Временные водные потоки, образующиеся на склонах шахтных отвалов, попадают на прилегающую к терриконикам территорию, при этом происходит

унос несвязанных частиц почвы, разрушение плодородного слоя и раскрытие нижележащих слоев. По данным [2], в непосредственной близости от 45 из 84 (53 %) шахтных отвалов, расположенных на территории Кизеловского, Чусовского, Губахинского и Гремячинского районов Пермского края (Кизеловский угольный бассейн), выявлено наличие деградированных земель, обусловленное кислыми стоками с террикоников и водной эрозией.

88

В непосредственной близости от террикоников зачастую образуются места сбора поверхностных вод, обусловленные рельефом местности (рис. 6). Вода в них загрязнена, имеет рыжий цвет из-за повышенного содержания железа и иных химических элементов.

Рис. 6. Места сбора поверхностных вод близ террикоников шахты «Таежная» в Гремячинском районе Пермского края

Анализ проб воды, взятой из мест сбора поверхностных вод близ террикоников шахты «Таежная» в Гремячинском районе Пермского края, показал повышенное содержание в ней сульфатных, натриевых, кальциевых ионов. В пробах присутствовало повышенное содержание железа на фоне общей сверхнормативной минерализации с содержанием солей до 5 г/л.

Помимо прочего, терриконики являются одним из основных источников загрязнения атмосферного воздуха угледобывающих районов. Они являются источниками пылеобразования, а та их часть, которая подвержена горению, загрязняет атмосферу продуктами горения. Горящие терриконы являются крупными источниками пыле- и парогазовых выбросов. В основном это водяной пар, который образуется при испарении и возгонке попадающих в зону горения атмосферных осадков, а также при высвобождении поровой и связанной воды минералов и пород. Однако, наряду с водными парам, выделяются серная кислота (сульфат-ион), углекислота, двуокись азота (нитрат-ион).

90