Понятие о экологических ситуациях.

Различные факторы техногенного воздействия приводят к нарушению естественного экологического состояния среды или к загрязнению ее компонентов, прежде всего почв, подземных вод и атмосферы.

Нарушенность природной среды обусловлена физическим (механическим, гидродинамическим и т.п.) воздействием на компоненты природных комплексов, при котором они деформируются и способствуют развитию неблагоприятных, часто опасных явлений. На примере систем разработки месторождений полезных ископаемых можно получить представление об основных процессах и явлениях подобного рода (табл. 4.4.).

Таблица 4.4.

Добыча полезных ископаемых и нарушенность природной среды

Системы разработки месторождений полезных ископаемых	Инженерно-хозяйственное воздействие на среду и его последствия	Геоэкологические процессы и явления
Открытые горные работы (карьеры)	Строительство карьеров, изменение напряженного состояния массива, создание отвалов пустой породы     Осушение карьеров, изменение режима подземных вод	Деформация в бортах карьеров: оползни, оплывины и др., изменение ландшафтов, деформации откосов, отвалов и подстилающих пород. Иссушение территории, активизация карста, фильтрационное уплотнение грунтов
Подземная (шахтная) разработка	Строительство шахт и других подземных выработок   Изменение напряженного состояния массива, создание отвалов пустой породы. Осушение месторождения, изменения режима и состава подземных вод   Вентиляция выработок     Изменение температурного режима	Деформация в горных выработках, карст, изменение мерзлотных условий Оседание земной поверхности и провалы на ней Иссушение территории, фильтрационное уплотнение грунтов, прорывы плавунов, активизация карстовых и суффозионных процессов. Активизация мерзлотных процессов   Активизация физико-химических процессов – окисление, выщелачивание
Извлечение полезного ископаемого скважинами – нефть, газ.	Изменение напряженного состояния массива Изменение гидрогеологических условий	Оседание и провалы земной поверхности Активизация карстовых процессов, загрязнение подземных вод
Подземная переработка полезного ископаемого (газификация угля, выплавка серы, выщелачивание солей)	Изменение напряженного состояния массива   Изменение гидрогеологических условий   Изменение температурного поля	Оседание и провалы земной поверхности   Оползневые деформации на склонах     Активизация карстово-суффозионных процессов

 

Изъятие и перемещение больших объемов горных пород обусловлено тем, что объемы полезного ископаемого по отношению к массам извлекаемой 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 объемы отвалов, которые в мировом масштабе равны для рудных ископаемых более 1200км³, нерудных около 100 и топливных около 300км³. Открытая разработка минерального сырья в среднем в 3-4 раза дешевле шахтной, поэтому доля карьерной добычи равна 70%. В среднем карьеры углубляются на 5-10м/год, их максимальные глубины равны 500-700м, высоты отвалов и терриконов часто превышают 100м. Таким образом, амплитуды техногенного рельефа приближаются к 1км. Открытыми разработками полезных ископаемых нарушены сотни тысяч гектаров земли, на которых образовались своеобразные карьерно-отвальные ландшафты.

Откачка воды из карьеров, необходимая для создания условий разработки месторождений, вызывает ряд сложных процессов на днищах и склонах карьеров. Снятие напряжения в породах (релаксация) при углублении карьеров приводит к образованию зон разуплотнения пород. В этих зонах увеличиваются трещиноватость или пористость, активизируются процессы растворения, суффозии, гравитационного смещения и оползания. Мощность зоны разуплотнения достигает в магматических породах 15м, в карбонатных 20-30м, а в песчаниках и сланцах 50м. Перечисленные выше процессы максимально проявляются в глинистых породах. Обнажение пород в стенах карьеров активизирует процессы их выветривания, которое по мере сноса материала может охватывать все новые объемы пород. Скорости техногенного выветривания пород - 0, 3-1, 7м/год, а его признаки иногда проявляются уже в первые дни. Выветривание и разуплотнение - активные факторы отступания и выполаживания стенок карьеров.

Отток подземных вод к карьерам создает обширные депрессионные воронки (зоны снижения уровней водоносных горизонтов). Их диаметры достигают 15км, площади 200-300км, а снижение уровней подземных вод при откачках составляют 300-400м. Истощение грунтовых вод и осушение поверхностных горизонтов влияют на состояние почвенно-растительного покрова, поверхностный сток, то есть обуславливают общую трансформацию ландшафта. Помимо этого в случае наличия карбонатных пород значительно активизируются процессы карстообразования. Причины этого - вынос заполнителя и раскрытие карстовых полостей, нарушение равновесия в массивах пород. усиление вертикального водообмена. Наибольшей активностью отличаются процессы карстообразования в соленосных отложениях на месторождениях Солигорского горнопромышленного района. Проходка шахтных стволов и скважин приводит к соединению и перераспределению вод между ранее разобщенными водоносными горизонтами, к прорывам мощных потоков воды в туннели, забои, продуктивные пласты. Уплотнение пород под совместным влиянием осушения и веса массивных инженерных сооружений является причиной понижения поверхности на значительных площадках. Средние радиусы воронок прогибания равны 50-120м от периметров сооружений. Нагрузки от сооружений распространяются до глубин 50м и более.

Влияние техногенеза на рельеф является региональным фактором, охватывающим огромные площади. Это в основном нивелировка и моделирование поверхности земной коры в результате планировки застраиваемых площадей, сельскохозяйственной обработки и плоскостного смыва почв. На ограниченных площадях техногенное влияние приводит к увеличению дифференциации рельефа, созданию крупных форм. Сходные явления наблюдаются на территории Беларуси (Солигорский промрайон, Микашевичское и Глушковичское месторождения строительного камня, карьер по добыче доломитов «Руба» и др.)

Влияние инженерных комплексов на природную среду влечет за собой глубокую перестройку совокупности инженерно-геологических процессов (табл. 4.5.). При этом наблюдается активизация или проявление одних процессов и затухание или исчезновение других. Прежде всего меняется картина миграции веществ на поверхности грунтов, происходит изменение типа, направления и скорости их перемещения. Обнажение значительных площадей создает условия для активного плоскостного смыва, развития делювиальных процессов на месте слабых дефлювиальных. При значительных уклонах и благоприятных литологических условиях возникают предпосылки для появления промоин, а затем и оврагов. Подобные процессы особенно активны на стенках карьеров, склонах терриконов, откосов насыпей и дамб. Изменения водности, режима стока и мутности водотоков кардинально меняют характер русловых эрозионно-аккумулятивных процессов. Обезлесение и подрезка склонов на площадях горных рудников благоприятствует обвально-осыпным и лавинно-селевым процессам. Особенно активны склоновые смещения на отвалах, дамбах и терриконах в случае их сложения из глинистых грунтов.

Таблица 4.5.

Экологические процессы при строительстве и эксплуатации наземных сооружений

Геоэкологические процессы при строительстве	Действующие факторы - природные и вызванные инженерной деятельностью	Геоэкологические процессы при эксплуатации
1	2	3
Выветривание дна откосов строительных выемок	Климатические	Выветривание откосов постоянных выемок и материала сооружений
Разуплотнение    дна и откосов   строительных выемок	Напряженное состояние пород в массиве	Уплотнение пород оснований под нагрузкой сооружений
Гравитационные процессы в котлованах и на склонах, примыкающих к стройплощадке.	Сила тяжести	Наведенные землетрясения
Эрозия в водотоках, плоскостная       эрозия, насыщение массива пород водой	Поверхностные воды	Гравитационные процессы на склонах, примыкающих к сооружению, и в откосах постоянных выемок
Выщелачивание, фильтрационные деформации: суффозия, подземная эрозия, напорно- силовые деформации	Режим подземных вод, фильтрационный поток	Переформирование берегов водохранилищ, эрозия в каналах, подтепление, кольматация
Промораживание, растепление	Температурный режим массива пород под действием сооружений	Выщелачивание, подтепление, просадки, заболачивание, кольматация трещин и полостей
	Сейсмическое воздействие	Растепление и промораживание

 

Строительство линейных сооружений оказывает влияние на движение грунтовых вод, вызывает заболачивание и подтепление вдоль насыпей и трасс трубопроводов. В районах многолетнемерзлотных пород активизируются процессы растепления грунтов, солифлюкции, наледообразования, термокарста.

Непрерывное увеличение площадей нарушенных земель в районах добычи полезных ископаемых требует разработки оперативной и эффективной системы рекультивации. Мероприятия по восстановлению природного потенциала следует проводить с учетом зональных или поясных особенностей местности и биологического потенциала ландшафта, глубины и площади трансформации природной среды. Важно также целевое назначение рекультивации, то есть будущее использование земель - селитебное сельскохозяйственное, рекреационное. Зависимость мероприятий по рекультивации от конкретных условий связана с тем, что площади горнопромышленного освоения состоят из нескольких зон:

- очаговой зоны с необратимыми изменениями природной среды - это территория непосредственно промышленных объектов;

- сильного влияния с уничтожением растительности и нарушением водного режима, почв и грунтов, где восстановление затруднено, но возможно;

- среднего влияния с угнетением отдельных видов растительности, прежде всего мхов, лишайников и в меньшей степени травянистых и древесно-кустарниковых видов;

- слабого влияния с локальными и несущественными изменениями, мало отличными от фона.

Рекультивация отвалов должна проводиться с учетом их состава путем выбора наиболее устойчивых для конкретного случая растений. Основные виды очищения почв, загрязненных нефтью - аэрация, улучшение состава поглощающего комплекса, активная фитомелиорация. Важную роль играет внесение фосфорных удобрений, известкование. Не рекомендуется внесение органики, которая увеличивает дефицит кислорода. Сжигание и захоронение нефти также увеличивает сроки очищения почв.

Разработка экологобезопасных технологий добычи, транспорта и переработки полезных ископаемых, мероприятий по охране и рекультивации природных комплексов требует организации экологического мониторинга, т.е системы регулярных наблюдений за состоянием природной среды. Служба мониторинга базируется на материалах отражающих современное состояние компонентов природной среды, функционирование всех элементов промышленных комплексов, опыт и перспективы освоения месторождений.

Загрязнение природной среды, в отличие от нарушенности, редко бывает «физиономичным», то есть внешне заметным. Поэтому для его обнаружения и оценки используются главным образом аналитические, полевые или лабораторные методы. Основные пути загрязнения горных пород и подземных вод идут от внешних оболочек Земли: атмосферы, поверхностных вод, почв и даже растительности. Реже загрязнение непосредственно попадает на значительные глубины (закачка газов, воды, буровых растворов или поверхностно-активных веществ, захоронение отравляющих веществ или радиоактивных отходов). В целом пространственно-временные  закономерности распределения загрязнителей в породах очень сложны, так как имеет место совокупное влияние многих источников воздействия, а так же миграция загрязнения, зависящая от геологических и гидрогеологических условий территории и от характера подземного сооружения (шахты, скважины, хранилища). На региональном уровне загрязнение литосферы во многом зависит от фонового состояния внешних оболочек. На локальном уровне наибольшее значение имеет воздействие крупных промышленных комплексов, городов, объектов складирования или захоронения отходов. Заслуживают внимания и локальные зоны загрязнения, связанные с трубопроводами и с транспортными коммуникациями.

На территориях, где находятся предприятия горнодобывающего комплекса, наблюдается активное поступление в атмосферу, а затем и в геологическую среду углеводородов и пылеватых частиц. Окислы серы и азота, образующие в атмосфере кислоты, способствуют повышенному закислению почв и грунтов. Для выбросов химических предприятий характерно значительное содержание аммиака, хлора сероуглерода, сероводорода, а также таких высокотоксичных соединений как пятиокись ванадия, ацетон, толуол, бензол. Через сточные воды от химических предприятий в геологическую среду попадают фенол, анилин и металлы - медь, цинк, ванадий, никель.

Почвы и поверхностные отложения в нефтедобывающих районах подвергаются воздействию многих загрязнителей, среди которых одним их основных является нефть Загрязненные нефтью почвы испытывают сложные необратимые изменения. В почво-грунтах возрастает общее количество органического углерода, битуминозных веществ и полициклических ароматических углеводородов. Ухудшение водно-воздушного режима идет за счет диспергирования частиц грунта и гидрофобных свойств нефти. Уменьшается содержание водно-растительных углеводородов, водно-растительного органического вещества, свободных гуминовых кислот. В то же время общие запасы органического вещества, тип гумуса и его распределение по профилю меняются мало. Важные последствия нефтяного загрязнения - битуминизация, изменение почвенного поглощающего комплекса, внедрение ионов натрия и развитие солонцового процесса Хозяйственное использование почв, загрязненных нефтью, возможно только через 15-20 лет. Среди других загрязнителей почвы и грунтов можно назвать тяжелые металлы, соединения серы, фосфора, азота. При этом одни из них обладают пониженной миграцией, накапливаются в подстилке и верхних горизонтах - металлы, соединения фосфора, органические компоненты, пыль, а другие мигрируют по профилю почвы достигая горизонтов подземных вод - например, соединения азота и серы.

Бурение скважин при разведке и эксплуатации месторождений сопровождается сооружением котлованов-отстойников, где накапливаются отходы    бурения - нефтепродукты, химреагенты, минеральные соли. Загрязняя поверхность, эти соединение фильтруются в грунты и путем горизонтальной миграции могут распространяться на большие расстояния.

 

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: