3. Эколого-геохимические оценки состояния городов.

1. Выделяют карьеры; шахты и рудники с подземной добычей; отвалы горных выработок; различные фабрик и заводы; электростанции; гаражи, трамвайные и троллейбусные парки; автозаправочные станции и т.д.

2. Этажность домов, характер покрытия улиц, особенности транспорта и движения, направление, скорость ветра, плотность населения, водоснабжение и отопление

3. Техногенные аномалии, не связанные с какими-либо предприятиями

4. Состояние парков, стадионов, скверов, спортивных площадок, аллей т.д.

5. Источники радиационного, электромагнитного, шумового, теплового и других видов загрязнения.

6. Масштабы загрязнения атмосферы, поверхностных и подземных вод и классы водной миграци, почвы, растений.

7. Состояние полигонов ТБО и промышленных отходов.

8. Особенности сообществ растений и их сохранность

9. Окислительно-восстановительная обстановка, щелочно-кислотные условия и миграция ХЭ в почвах

10. Геоморфологические особенности территории

11. Минералого-геохимические особенности почвоподстилающих почвообразующих пород.

12. Медико-демографическая обстановка в городе.

13. Составляются частные и комплексные эколого-геохимические карты

Лекция 11

Горнопромышленные ландшафты

1. Горнопромышленные ландшафты

Разработка полезных ископаемых, инженерно-геологические работы вызывают наиболее глубокие изменения ландшафтов. Горные разработки приводят к нарушению залегания слоев, разрушению земной поверхности, изменению рельефа, естественных природных ландшафтов, нарушению земель пригодных для развития сельского хозяйства. Ощутимый ущерб наносят лесным массивам, пашням, промышленно-городским застройкам движения горных пород, трещины, обрушение кровли, проседания, провалы и другие негативные экзогенные геологические процессы. Горные разработки значительное негативное влияние оказывают на человека, животный и растительный мир. Следует отметить отрицательное влияние как самих горных выработок, так и сопутствующих им гидрогеологических (подтопление, затопление, образование воронок депрессии, напряженных зон в земной коре и т.д.) и инженерно-геологических (просадки, оседания земной поверхности, карст, суффозия и т.д.) процессов. Горные выработки служат причиной образования различных геофизических полей, патогенных зон.

Вопросы экогеохимии горнорудных районов в настоящее время находят широкое отражение в научной литературе в связи с все более возрастающими отрицательными воздействиями горного производства на окружающую среду. Долгое время правила и методы использования природных ресурсов при освоении месторождений полезных ископаемых преследовали цели обеспечения надежности работы горного производства, а вопросам рационального использования природных ресурсов и охраны ОС уделялось второстепенное внимание. Вместе с тем, в последние годы достаточно стремительно накапливается материал, разрабатываются методики, делаются различного характера обобщения по вопросам поиска наиболее выгодных путей существенного уменьшения ущерба от техногенного воздействия на природные комплексы.

Загрязнение включает в себя много разнообразных факторов, связанных таким количеством источников, что единственного и простого средства борьбы с ним быть не может. В каждом конкретном случае следует определить, вызывающий проблему загрязнитель, выяснить его источник, а затем разработать и внедрить приемлемую стратегию контроля. Это трудоемкая и сложная задача. Неудивительно, что, несмотря на все усилия и значительный прогресс в некоторых областях, здесь все же остаются огромные проблемы.

Экологическая ситуация на любой территории определяется:

1. Количеством и составом поступающих в окружающую среду (ОС) загрязнителей.

2. Площадью территорий, где сконцентрированы генераторы загрязняющих веществ.

3. Особенностями природных условий данного района.

4. Его географическим положением.

Экологическая ситуация вынуждает изучать минеральный состав, текстуру и структуру руд, содержание в них вредных элементов-примесей, рассеяние и миграцию элементов типоморфного для горнорудных районов комплекса в процессе разработки и переработки полезных ископаемых.

Основные экологические проблемы, связанные с техногенной геохимией можно рассмотреть в тех аспектах:

1. Проблемы, связанные с отработкой полезных ископаемых, перемещением горных масс, формированием отвалов, изменением рельефа поверхности земли.

2. Проблемы, связанные с переработкой полезных ископаемых, выбросами газообразных и твердых веществ в атмосферу, складированием и накоплением хвостов флотации.

3. Проблемы, связанные с техногенным изменением природного гидрогеологического, геохимического и биохимического режима, изменением состава и, вследствие этого возможностями использования шахтных и техногенных вод .

Указанные проблемы тесно переплетаются между собой и содержат ряд важных и сложных вопросов, ответы на которые не всегда очевидны и часто могут быть получены лишь после проведения специальных исследований.

Наблюдаются существенные часто необратимые изменения ОС в условиях все возрастающего антропогенного воздействия, требуются экстренные меры, направленные на снятие экологической напряженности.

Основными факторами антропогенного воздействия территории являются деятельность горнорудного комплекса, сельского хозяйства и транспортный комплекс.

Деятельность горнопромышленного комплекса приводт к изменениям почвенного покрова и поверхностных, подземных вод при добыче полезных ископаемых открытыми горными выработками (карьерами, отвалами, дренажными канавами), к изменению рельефа вследствие интенсивных горных работ, к химическому преобразованию литосферы и нерациональному использованию ресурсов полезных ископаемых.

Экологические проблемы, вызванные деятельностью горно-обогатительных фабрик, обусловлены как составом перерабатываемых руд и горных пород, так и технологией их добычи и обогащения.

Экологические проблемы повсеместно носят комплексный характер. Это заключается во включении в техногенные миграционные потоки всех основных цепей распространения загрязняющих веществ: воздушной (дробление, обогащение, хранение отходов) и водной (водоотведение, сток с хвостохранилищ, технологические стоки при обогащении). Для обогатительных фабрик с открытой разработкой особенно актуальны проблемы, касающиеся воздушной цепи.

Комплексные геохимические исследования по оценке состояния ОС месторождений показывают, что наиболее интенсивное загрязнение ОС связано со следующими миграционными цепями:

1. Пылевые выбросы при открытых горных разработках, загрязняющие атмосферный воздух и образующие, конкретные и значительные по площади геохимические аномалии в почвах.

2. Стоки водоотлива из подземных горных выработок, карьеров, образующие интенсивные и протяженные потоки рассеяния в водных системах.

3. Дефляция и размывание хвостохранилищ обогатительных фабрик, образующие интенсивные потоки рассеяния в водных системах и сравнительно локальные ореолы рассеяния в почвах.

4. Стоки обогатительных фабрик после очистных сооружений, загрязняющие водные системы.

5. Рассеяние рудного материала при транспортировке, загрязняющего почвы.

6. Организованные и неорганизованные выбросы в атмосферу при процессах обогащения.

7. Природные геохимические аномалии – вторичные ореолы рассеяния в почвах, потоки рассеяния в поверхностных водотоках, гидрогеохимические аномалии в подземных водах.

Впервые геохимический смысл преобразования природы человеком и его глобальный характер раскрыл В.И. Вернадский, подчеркивая возможность непредвиденных последствий воздействия человека на окружающую природную среду: «Лик планеты – биосфера – химически резко меняется человеком сознательно, и главным образом, бессознательно. Меняется человеком физически и химически воздушная оболочка суши, все ее природные воды».

Прикладные аспекты экогеохимии в районах с развитой промышленностью, разрабатывает геохимия техногенеза, определенная К.И. Лукашевым (1980) как раздел геохимии, изучающий роль техногенеза в геохимических процессах. Сам термин «техногенез», введенный в науку А.Е. Ферсманом (1934), имеет геохимический смысл. «Под техногенезом мы подразумеваем совокупность химических и технических процессов, производимых деятельностью человека и приводящих к перераспределению химических масс земной коры. Техногенез есть геохимическая деятельность человечества».

В.К. Лукашев (1987), наметил ряд прикладных аспектов геохимии техногенеза, рассматривая районы с горнорудной промышленностью.

Множество публикаций посвящено геохимическим аспектам техногенного загрязнения районов с развитой горнодобывающей промышленностью.

Проблемы использования природных ресурсов и охрана ОС при проведении открытых горных работ должны предусмотреть следующие задачи:

1. максимальное сохранение природного ландшафта;

2. рациональное землепользование, сокращение площади карьеров, отвалов, хвостохранилищ за счет перестройки горного производства;

3. комплексное использование всех видов полезных ископаемых горного объекта, включая вскрышные породы;

4. технология и режим горных работ должны исключить возможность возникновения нежелательных геологических процессов и явлений;

5. не допускать истощения ресурсов и загрязнения подземных вод, нарушения работы водозаборов;

6. проведение оптимальной рекультивации карьерных полей.

Нормальный атмосферный воздух содержит по объему: азота – 78,08 %, кислорода – 20,95 %, углекислого газа – 0,03 % и прочих газов – 0,94 %. В крупных промышленных районах в воздушный бассейн поступают пыль, сернистый ангидрит, окись углерода, сероводород, окислы азота и другие соединения, которые оказывают отрицательное влияние на окружающую среду.

Высокие концентрации вредных примесей в атмосфере могут сохраняться на больших территориях сравнительно продолжительное время. Такая обстановка возникает обычно при определенных метеорологических условиях и специфическом рельефе местности.

Пыль в зависимости от природы вещества, из которого она состоит, подразделяют на металлическую, минеральную и смешанную. Пыль может быть ядовитой, содержащей ртуть, свинец, хром, марганец, мышьяк, сурьму и др. Неядовитая пыль, хотя и не содержит ядовитых веществ, но ее большая концентрация наносит значительный вред здоровью. Длительное пребывание в запыленной атмосфере приводит к специфическим профессиональным заболевания, например, силикоз – одно из тяжелейших заболеваний, вызванное большой концентрацией двуокиси кремния в пыли. Не только химический и минеральный состав обуславливает вредность пыли. Большое значение имеет крупность пыли и уровень запыленности. Наиболее опасными считаются пылинки размерами менее 2 мкм.

Токсичность пыли в карьерах возрастает от массовых взрывов при выделении окиси углерода, окислов азота и ахромина.

Воздушная среда горнорудных районов содержит десятки химических веществ, обладающих разной степени токсичности и разнообразным биологическим действием.

В глубоких карьерах смесь газов автомобильных выбросов и минеральной пыли формирует так называемый «карьерный смог».

Целесообразно рассматривать карьер (отвал) как мощный источник загрязнения атмосферы, функционирование которого имеет вероятный характер сложной большой системы, охватывающей элементы и оборудование карьера, метеорологические условия.

В горнопромышленных районах режим и циркуляция ветров очень сложны, изменчивы и практически изучены мало. В общем, можно отметить, что изменения температуры в горнопромышленном районе отличается от изменения температуры в окружающей местности, так как карьеры и отвалы, различные сооружения изменяют тепловой режим приземного слоя воздуха. Они также являются источником тепла, над ними могут создаваться восходящие потоки значительной мощности, усиливающие вертикальную диффузию загрязнителей.

Основными источниками вредных выбросов в атмосферу являются: при добыче руд – взрывные работы, дробильное отделение, печь обжига извести, на ремонтно-механическом заводе – сталеплавильные печи, бегуны смешивания, термопечи, котельные установки.

Воздушные массы подхватывают выбросы и переносят в зависимости от направления ветра или в сторону города, или на определенные расстояния от города, где они вместе с осадками попадают в земельные угодья, коллективные сады, поверхностные воды, вызывая несомненно, изменения в геохимических, гидрохимических показателях почв и водных объектов.

Промышленные источники загрязнения – это вымывание, осаждение пыли, газов, дымов осадками из атмосферы, сбросы шахтных вод, воды горно-обогатительных предприятий, вымывание водами из промышленных отвалов и складов хвостов обогащения, транспорт, хозяйственно-бытовые стоки.

Все проблемы загрязнения внутренних вод в горнорудных районах связаны с техногенным изменением природного гидрогеологического, геохимического и биогеохимического режима, изменением состава и, вследствие этого, возможностями использования вод.

Геохимия поверхностных и подземных вод – важнейший экологический фактор, поскольку их химический состав оказывает прямое воздействие на живые организмы.

Загрязненная промышленными стоками воды не пригодна для большинства видов ее использования. Кроме того, она наносит ущерб природной среде. В загрязненной воде гибнут многие представители животного и растительного мира. Загрязненная промышленными сбросами природная вода содержит многие вещества, отрицательно действующие на здоровье человека. По Саету Ю.Е., Ревич Б.А. и др. (1983) и Бортниковой С.Б. (1996) для водостоков в зонах влияния ГОКов отмечается резкое повышение содержания Na, K, N, фосфатов (влияние бытовых стоков), взвешенных веществ, кальция и хлоридов. Высокие содержания хлоридов и кальция связаны с использованием хлорной извести при очистке жидкой части хвостов от флотореагентов. Такие же содержания нефтепродуктов и различных веществ, применяемых в качестве агентов флотационного обогащения. Для районов ГОКов характерны резкие пространственно-временные изменения кислотно-щелочных условий поверхностных вод.

Особую опасность представляют кислые рудничные воды. Например, в районах медно-цинкового сульфидного оруденения в Калифорнии в результате естественного вышелачивания руд рН вод снижается до 5-7. Эти воды выносят часть рудных компонентов в природные водотоки.

Возрастной «шлейф» от отработки месторождений в водах тянется на десятки лет/

В эстуарии Гоннел (Великобритания) служившем примемником сточных вод свинцового рудника до 1885 года, донные отложения до 1979 года являлись источником загрязнения водной фазы и биоты.