Системы природопользования. Учебное пособие

Системы природопользования

ния магнетита, меди, никеля, платины, алмазов, апати та, нефелина, фосфора. Вторая закономерность обус

ловлена тем, что глубинные месторождения более диф ференцированы в пространстве, а приповерхностные часто представляют собой сочетания самых разных руд: вольфрама, висмута, серебра, барита, ртути.

Экзогенные (осадочные) месторождения очень тесно связаны с областями мощного осадконакопления на плитах платформ, в краевых прогибах и в совре менных морских и озерных бассейнах. С морскими отложениями связаны месторождения известняков, с

прибрежными и континентальными — угли, торф и песчано гравийные смеси, с озерными — соли. С мощ ными осадочными толщами связаны и месторождения горючих полезных ископаемых — нефти и газа.

Конкретные условия образования каждого месторож дения или их группы определяют такие особенности как площади и мощности залежей, их глубины, строение перекрывающих пород, обводненность, компактность или многослойность. Именно эти признаки в конечном счете влияют на запасы и качество минерального или органи

ческого сырья и предопределяют технологические схе мы разработки. Последовательность изучения месторож дений приводит к построению их моделей, причем точ ность и достоверность моделей увеличивается по мере повышения категории запасов (табл.2).

Таблица 2

С.А. Сладкопевцев

По существу системы природопользования начи нают работать при подготовке месторождений к эксп

луатации — шурфы и разведочные скважины, пробные откачки, вскрышные работы, прокладка коммуникаций.

Решая экологические проблемы горнодобывающих районов, исследователи во многом следуют общепри

нятым методикам изучения экологических систем. Это касается определения границ экосистем и зон их вза имодействия. Традиционно проводится сравнение фо нового состояния природной среды с техногенными нагрузками, сопоставление естественных и техноген

ных аномалий процессов и явлений, оценка их каче ственных и количественных изменений. Вместе с тем налицо специфика горнодобывающей промышленнос ти и экологических последствий ее развития. Это заг

рязнение природной среды углеводородами, глубокое проникновение в литосферу и кардинальные ее изме нения, густая сеть линейных техногенных аномалий, своеобразие многолетней динамики экосистем.

Комплексная оценка экологических ситуаций гор нопромышленных районов требует предварительного

покомпонентного анализа влияния на среду промыш ленных комплексов. При последующем суммировании изменений компонентов, которые будут различаться абсолютно и относительно в зависимости от техноло гии добычи, можно получить интегральные оценочные показатели.

3. 1. Влияние на атмосферу

Наиболее опасный и значительный вид атмосфер ного загрязнения в пределах горнодобывающих райо нов — выбросы углеводородов, сернистого газа, окис лов азота и углекислого газа на нефтегазовых промыс лах. Источниками дифференцированного в

пространстве и времени атмосферного загрязнения

являются скважины, нефтегазосборные пункты, факе

лы попутного газа.

Установлено, что над многими рудными месторож

дениями образуются ореолы повышенного содержания 12 металлов в атмосфере. Это результат транспирации

Системы природопользования

соединений растениями и образования газопаровых оболочек над рудными полями.

Проблемы улавливания и утилизации выбрасыва емых соединений (особенно опасны среди них окислы азота) решены неполностью и представляют значитель ный интерес для экологов. Значительные объемы ука

занных и других соединений выбрасываются также предприятиями, связанными с добычей угля и строй материалов (табл.3).

Таблица 3

С.А. Сладкопевцев

Второстепенными видами атмосферного загрязне ния являются пылевое и тепловое. Первое имеет место

на площадях открытых разработок, при вентиляции шахт, на терриконах и отвалах пустой породы. Второе характерно для мест сжигания больших объемов по путного газа и самовозгорания угля в отвалах.

3 . 2 . Влияние на гидросферу .

Основными видами влияния горнопромышленных

районов на водные объекты являются:

nизъятие значительных объемов воды из поверхно стных источников для закачки в нефтегазоносные пласты (в мировом масштабе многие миллиарды

тонн), а также для промышленного и бытового во доснабжения;

nвыбрасывание в водоемы загрязненных вод (мут ностью до 20 г/л) при откачках из шахт, скважин и карьеров;

nразнообразное минеральное и химическое загряз нение при выбросах и утечках нефти, фильтрации из отвалов, сбросе сточных вод;

nнарушение режима стока и питания водоемов в связи с трансформацией ландшафта — изменени

ем свойств почвогрунтов, сведением растительно

сти, осушением болот, нарушением криолитологи ческой обстановки.

Из нефтепродуктов, загрязняющих водоемы, весь ма опасен диоксин — хлоросодержащий углеводород.

Значительной токсичностью обладают бензол, хлоро

форм, этилен, ксилол, толуол. Соединения, относящи еся к нафтанам, очень подвижны и стойки к окисле нию. Они образуют пленки в доли микрона, что позво

ляет одной тонне нефти покрывать площадь в 12 кв.

км. По рекам пленки распространяются на сотни ки

лометров. Процесс нефтяного загрязнения водной сре

ды сложный и включает следующие составляющие: фо тоокисление и испарение нефти, биохимическая дег

радация, выпадение в донные отложения, сорбция планктоном и взвесями, рассеивание в водной среде,

14 вынос водотоками. Этот процесс надлежит изучать и

Системы природопользования

Даже небольшие концентрации нефти в воде спо собны погубить многие виды животных и рыб. Для взрослых особей рыб опасно содержание нефти 10 мг/ л, а для икры 0,1 — 0,01 мг/л. Наибольшему нефтяному

и другим видам загрязнения подвержены водные мас сы океана на путях транспорта нефти, а также аквато

рии активной добычи полезных ископаемых: моря Северное, Каспийское, Красное; заливы Финский,

Персидский (рис.1 и 2).

Морская вода способна постепенно очищаться от

нефти при испарении легких фракций и оседании на дно тяжелых. Однако масштабы и опасность загрязне 16 ния заставляет активно использовать искусственные

Системы природопользования

методы очистки. К механическим средствам очистки относятся суда сборщики. Биологические методы осно

ваны на использовании морских организмов, разлага ющих и уничтожающих нефть. Разбрызгивание специ альных связующих химических веществ приводит к образованию резинообразных корок, способных погло

щать нефть и препятствовать ее растеканию.

3 . 3 . Влияние на биосферу

Техногенная нарушенность растительного покро ва на территориях горнодобывающих комплексов име ет весьма различные формы и охватывает значитель ные площади. Основные ее виды следующие:

Уничтожение и угнетение вблизи очагов газового загрязнения атмосферы. На нефтегазовых промыслах в радиусе первых сотен метров от факелов раститель ность может полностью уничтожаться, а в радиусе первых километров подвергается угнетению от тепло вого влияния и осаждения токсичных соединений из атмосферы;

Гибель и угнетение при разливах и утечках нефте

продуктов. В первую очередь при этом страдают ли

шайники, затем травянистые растения и в меньшей степени кустарники и древесные. Основные послед ствия нефтяного загрязнения — задержки фаз вегета ции, снижение потенциала восстановления;

Угнетение на площадях сброса пластовых вод с

повышенной минерализацией, а также богатых щело чами и органикой сточных бытовых вод;

Нарушение и перестройка фитоценозов в зонах подтопления и заболачивания или, напротив, при ис

сушении на площадях депрессионных воронок; Повреждение и уничтожение растительности при

пожарах, строительстве, выпасах и лесоразработках. Устойчивость растительных сообществ снижается

при переходе от дренированных залесенных площадей

к заболоченным. Болотные комплексы могут сохранять

свою структуру при осушении, но быстро разрушают ся в условиях подтопления. Особенно подвержены

разрушению грядово мочажинные верховые болота, 17

С.А. Сладкопевцев

которые обладают весьма малой ”экологической амп литудой” уровней воды равной 5–10 см.

Снижение устойчивости растительности при дви жении от таежных систем к тундровым обусловлено снижением в этом направлении объемов фитомассы от 2000 до 50 ц/га и продуктивности от 50–70 до 10 ц/

га/год. Лесные фитоценозы поглощают до 400 кг. сер нистого газа на 1 га, а тундровые лишь 16–18 кг.

Снижение устойчивости растительного покрова к техногенным нагрузкам при движении от дренирован ных площадей к заболоченным и от таежных к тундро

вым обусловило расширение зон деградации расти тельности вблизи инженерных сооружений. Напри мер, зоны нарушения вдоль трасс трубопроводов в лесной зоне не превышают первых десятков метров, а

в тундре достигают ширины 3 км. И сопровождаются сильным заболачиванием почвогрунтов.

Изученность углеводородной газоустойчивости растений в настоящее время недостаточно. Вместе с тем выяснено, что растения вцелом обладают неплохи ми газопоглотительными свойствами, могут приспосаб

ливаться к содержанию в них углеводородов. В част ности, естественными концентрациями углеводородов для липы являются 3.3–16.5 мг/м3 для ели 4.7–9.2, березы 2.2–5.5, осины 1.6–3.7 и луговых растений 1.1–1.8 мг/м3. Чрезмерная загазованность атмосферы приводит к усыханию крон деревьев. На стволах уве личивается количество мхов и лишайников, а на листь

ях — грибов.

Общие признаки угнетения растений вблизи ис точников промышленных выбросов — сокращение фитомассы и проективного покрытия, обеднение видо вого состава прежде всего за счет низших растений, а затем хвойных и лиственных, ухудшение санитарного

состояния деревьев.

Морские экосистемы подвергаются многосторон нему влиянию, связанному с загрязнением океана уг

леводородами, пестицидами, токсичными металлами и

долго живущими радионуклидами с периодом полурас пада от десятков до миллионов лет. Загрязнители наи

18 более активно влияют на бентос (прикрепленные ко дну

Системы природопользования

организмы). Снижается улов рыбы в основном за счет проходных видов, сокращается численность и видовой

состав фитопланктона. Вместе с тем при загрязнении прибрежных морских территорий фосфатами и нитра тами отдельные виды фито и зоопланктона получают чрезмерное распространение (так называемые эвриби

онтные или устойчивые к загрязнению среды). Это ведет к эвтрофикации вод, нарушению трофических связей и снижению общей продуктивности животного и расти тельного мира океана. Весьма опасно также бактериаль ное загрязнение, широкое распространение патогенных

энтеробактерий. Последний вид загрязнения наиболее характерен для изолированных частей океана — бухт, заливов, а также для участков поступления в океан сто ков суши. Морские организмы активно аккумулируют

тяжелые металлы и таким образом способствуют прояв лению процессов биоседиментации этих соединений. Наибольшую роль в этих процессах играют планктон ные организмы, а также донные растения.

Расчеты показывают, что результатом глобального загрязнения Мирового океана производственными

отходами является снижение первичной продукции не менее чем на 10%. Общие потери могут достичь 20 млн.т. живого вещества в год, включая массу промыс ловых рыб.

3. 4. Влияние на литосферу

Верхние слои литосферы, включая почвенный по

кров, представляют собой наиболее сложный компо

нент природной среды с точки зрения нарушенности и загрязнения в сфере влияния горнодобывающих отраслей промышленности. С одной стороны, на состо янии литосферы отражаются любые техногенные из менения внешних оболочек Земли — атмосферы, гид

росферы и биосферы. С другой стороны, велико и

многообразно прямое промышленное влияние на гео

логическую среду. Основные виды техногенного вли

яния на литосферу следующие:

Механическое изъятие или перемещение пород в процессе разведки и добычи полезных ископаемых, а 19

С.А. Сладкопевцев

также строительства и эксплуатации инженерных со оружений;

Изменение гидрогеологической обстановки при откачке, закачке, дренаже или подтоплении;

Загрязнение почвогрунтов нефтепродуктами, тяже лыми металлами, кислотами, приводящее к засолению,

оглеению, резким изменениям кислотности или щелоч ности.

Активизация или возникновение различных инже нерно геологических процессов — плоскостного смы ва, оврагообразования, ветровой эрозии, суффозии,

карста, уплотнение и разуплотнения грунтов, обваль но оползневых, просадочных и криогенных явлений.

Изъятие и перемещение больших объемов горных пород обусловлено тем, что объемы полезного ископа

емого по отношению к массам породы невелики. Для железа и алюминия это 15–30%, свинца и меди — примерно 1%, серебра и олова — 0.01%, а для золота и платины — 0.00001%. В связи с этим внушительны объе мы отвалов, которые в мировом масштабе равны для рудных ископаемых более 1200 км3, нерудных около 100 и топливных около 300 км3. Открытая разработка

минерального сырья в среднем в 3–4 раза дешевле

шахтной. Поэтому доля карьерной добычи равна 70%.

В среднем карьеры мира углубляются на 5–10 м/год, их максимальные глубины равны 500–700 м, а высоты отвалов и терриконов превышают 100 м. В настоящее время лишь в одном Донецком бассейне насчитывает

ся более 1500 терриконов. Таким образом, амплитуды

техногенного рельефа приближаются к 1 км. Откры тыми разработками полезных ископаемых нарушены сотни тысяч гектаров земли, на которых образовались своеобразные карьерно обвальные ландшафты. Совре менные драги перерабатывают продуктивные горизон

ты пород на глубины до 50 м. Ежегодно техногенные

ландшафты промышленных зон расширяются на 35–

40 тыс. га.

Откачка воды из карьеров, часто необходимая для

создания условий разработки месторождений, вызыва ет ряд сложных процессов на днищах и склонах карь

20 еров. Снятие напряжения в породах (релаксация) при