Раздел 2. Техногенные изменения геологической среды

ЛЕКЦИЯ 3

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОГО И ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

В классификационном ряду факторов окружающей среды, по А.Г. Воронову выделяются: 1) абиотические (климатические, эдафизические, орографические), 2) биотические (фитогенные, зоогенные, антропогенные) и 3) собственно антропогенные (техногенные) факторы. Особенно активно на окружающую среду влияют антропогенные факторы. Они могут загрязнять атмосферу, изменять ландшафт и рельеф, нарушать гидрологический режим, уничтожать почвы, отрицательно воздействовать на геоботанические условия и т.д.

Каждый фактор можно экологически исследовать отдельно, а могут совместно исследоваться и группы факторов. Так, среди факторов окружающей среды, влияющих на живые организмы, особую группу составляют к л и м а т и ч е с к и е или погодные условия. Приспособление живых особей к климатическим факторам изучается экологической биоклиматологией, рассматривающей, например, излучение в окружающей среде и адаптацию к этому излучению организмов, или воду и её влияние на организмы, давление, ветер и их взаимодействие на организмы и т.д.

Геологическая и окружающая среды могут нарушаться под воздействием различных факторов. Из п р и р о д н ы х наиболее разрушительными являются землетрясения, наводнения, ураганные бури, мощные грозовые (электрические) разряды, падение на Землю крупных метеоритов и др. Из т е х н о г е н н ы х факторов весьма разрушительны и экологически опасны крупные катастрофические события – ядерные взрывы, массовые взрывы при сооружении крупных строительных и добычных объектов, взрывы и пожары при несчастных случаях, связанных с разрушением экологически опасных ядерных, химических, газовых и других объектов (взрыв на Чернобыльской АЭС, заражение фенолом питьевых вод в г.Уфе, взрыв газопровода, пожар и железнодорожное крушение с человеческими жертвами в Башкирии и др.).

Изменения геологической и окружающей сред под воздействием горнодобывающей и геологоразведочной деятельности человека нередко характеризуются необратимыми преобразованиями природной среды. Эти преобразования могут выразиться в формировании искусственных отложений горных пород, проседании ландшафта окружающей земной поверхности, изменении режима подземных вод и в других негативных явлениях, соизмеримых по объемам и масштабам с естественными геологическими процессами – эрозией, размывом и сносом почв и грунтов вследствие изменения базиса эрозии, карстообразованием и др.

При добыче полезных ископаемых и г/р работах выделяются три вида техногенного воздействия на природную (геол.) среду:

• пунктуационные,

• линейные,

• площадные.

Пунктуационные видытехногенного воздействия могут быть вызваны применением технических средств и сооружений разведочных и горнодобычных комплексов, ограниченных по площади распространения (опытные карьеры, котлованы, отдельные разведочные и добычные шахты и шурфы и т.д.). Пунктуационные виды техногенного воздействия обычно ведут к изменению, каких либо отдельных компонентов геологической и окружающей среды.

К линейным видамтехногенного воздействия относятся разведочные и горно-добычные сооружения, имеющие линейно-полосовую конфигурацию размещения (разведочные траншеи, канавы, протяженные штольни и штреки, подъездные пути, трубопроводы, газо - магистрали и др.).

Площадные видытехногенного воздействия имеют место при эксплуатации крупных комплексных и горнодобычных сооружений, что вызывает необходимость выполнения ареальных бульдозерных и экскаваторных расчисток, площадной раскорчевки лесных угодий под строительство, осушения значительных участков, прилегающих к опытно-эксплуатационным и промышленным карьерам и т.д.

Линейные и площадные техногенные воздействия могут привести к комбинированному изменению многих компонентов геологической и окружающей среды. Научное обоснованное предвидение отрицательных последствий необходимо для рационального природопользования.

Кроме того, по А.В. Седову, воздействия на окружающую и геологическую среду могут быть прямыми и косвенными.

К прямым изменениям относятся те, которые происходят непосредственно в пределах геологической или окружающей среды, акосвенно – те, которые происходят в зоне влияния данной среды, подвергающейся техногенному воздействию.

Прямыеизменения выражаются, например, в нарушении поверхности территории, что напрямую зависит от параметров объектов разведки или добычи (месторождения, рудной зоны, рудного тела); это приводит к появлению отвалов пустых пород, терриконов, котлованов и др. сооружений или хранилищ отходов производства. Прямые изменения могут выражаться также в загрязнении водоемов, вызванным непосредственным сливом ГСМ и др. загрязняющих веществ, буровым шламам, материалом отстойников и др.

К косвеннымизменениям природной среды относятся загрязнение почв и подземных вод, активизация и возникновение локальных геодинамических процессов в зоне влияния разведочных, горнодобычных и перерабатывающих промышленных комплексов или непосредственно на сопредельных элементах геологической и окружающей среды. Значительный ущерб причиняет сдвижение грунтов и, как следствие, образование мульд проседания и провалов поверхности в стороне от мест непосредственного размещения разведочных и горнодобычных объектов (пример метро г. Екатеринбурга). Нарушениегидрогеологического режимавследствие проходки подземных разведочных выработок, карьеров, добычи п. и. может привести к существенному изменению режима поверхностного стока вод, заполнению ими карьеров и образованию антропогенных озер.

Функционирование геологоразведочного и горного производства приводит к многим нарушениям элементов биосферы. Сокращается растительный покров, наносится эстетический ущерб окружающей среде. Увеличивается поступление воды в русла потоков, происходит переуглубление русел, увеличивается эрозия берегов, уменьшается питание грунтовых вод.

Лекция 4. Техногенная миграция элементов.

Физическое и химическое загрязнение.

К проявлениям техногенеза можно отнести: а) переход химических элементов, их соединений и групп в подвижную форму, б) миграцию элементов, в) осаждение химических элементов и соединений [на геохимических барьерах] и г) образование в связи с этим аномальных концентраций элементов и соединений.

Переход в подвижную форму у разных по химическим свойствам соединений осуществляется различно: газы регулярно поступают в атмосферу из глубинных уровней земной коры (радон и гелий) или высвобождаются из пород и почв, где они были сорбированы, под влиянием повышения температуры; водные растворы перемещаются в литосфере под действием гравитационных сил и перепада давления, а растворенные в них соединения – также и под влиянием диффузии.

Миграция элементов. Все процессы техногенной миграции можно четко разделить на две большие группы: в основе своей унаследованные от биосферы , хотя и претерпевшие изменения; чуждые биосфере, не имевшие в ней сколько-нибудь существенного развития и даже вообще не существовавшие ранее в биосфере и находящиеся в существенном противоречии с природными условиями.

Техногенная миграция параллелизуется с крупными группами техногенных воздействий. Таких крупных групп обособляется две:

1. Типы воздействия, связанные преимущественно с изъятием вещества.

2. Типы воздействия, связанные преимущественно с поступлением - привносом веществ в природную среду в процессе производства.

Как же идет эта миграция? В коренных породах существует определенная специализация. Для элементов здесь характерны, например: для свинца – месторождения в соответствующих рудных районах; ртути – крупные ртутоносные зоны такие, как горно-алтайские, кадмия – рудные районы с интенсивной Zn –колчеданной минерализацией, например Урал. Это первое звено в цепи миграции.

Водная миграция «свободная» – осуществляется в водах циркулирующих на континентах в реках и внутренних водоёмах. Главное значение имеет поверхностный и подземный стоки. Вокруг рудников и горнорудных предприятий рудничные воды минерализованы относительно сильно: в Мончегорском районе степень их минерализации изменяется в пределах от 0,6 до 3,8 г/л, особенно высокие концентрации характерны для никеля.

Миграция в атмосфере. Природная: поступление в атмосферу с парами воды очень мелких частиц аэрозолей самого разного состава, поступающих из литосферы газов – углеводородов, гелия, радона, СО₂ и др. Основная масса тяжелых металлов, участвующих в атмосферной миграции, содержится в аэрозолях, кроме Hg, As, Se, Sb, и мигрирует в виде паров. Установлено, что 80-90% тяжелых металлов, содержащихся в аэрозолях, связано с частицами размера около 1 микрона. Время пребывания таких частиц в атмосфере приблизительно пять суток, а наиболее мелкие частицы выпадают на землю через три недели. Аэрозоли наиболее обогащены (относительно) кадмием, а также Pb и Sn.

Техногенная атмосферная миграция. Главным источником техногенного загрязнения атмосферы являются предприятия металлургической и обрабатывающей промышленности, урбанизированные зоны и наземные испытания ядерных зарядов. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду через атмосферу происходит интенсивно. В составе аэрозолей городского района в среднем на тяжелые металлы приходится 10% массы. Расстояния, на которых фиксируются следы пылевой техногенной миграции, составляют десятки километров.

Ещё одна форма миграции металлов в атмосфере – со снегом. В городе в снеговой воде общая минерализация увеличивается в 500 раз, рН достигает 9, содержание химических элементов: S – 1500 раз, Ca – в 600, хрома - в 60, ртути – в 10 раз.

ФИЗИЧЕСКОЕ И ХИМИЧЕСКОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ

Загрязнение природной среды. Появление в природной среде новых компонентов, вызванное деятельностью человека или какими-либо грандиозными природными явлениями (например, вулканической деятельностью), характеризуют термином загрязненность. В общем виде загрязненность – это наличие в окружающей среде вредных веществ, нарушающих функционирование экологических систем или их отдельных элементов и снижающих качество среды с точки зрения проживания человека или ведения им хозяйственной деятельности. Этим термином характеризуются все тела, вещества, явления, процессы, которые в данном месте, но не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, появляются в окружающей среде и могут выводить ее системы из состояния равновесия.

Экологическое действие загрязняющих агентов может проявляться по-разному, оно может затрагивать либо отдельные организмы (проявляться на организменном уровне, либо популяции, биоценозы, экосистемы и даже биосферу в целом).

На организменном уровне может происходить нарушение отдельных физиологических функций организмов, изменение их поведения, снижение темпов роста и развития, снижение устойчивости к воздействиям иных неблагоприятных факторов внешней среды.

На уровне популяций загрязнение может вызывать изменение их численности и биомассы, рождаемости, смертности, изменения структуры, годовых циклов миграций и ряда других функциональных свойств.

На биоценотическом уровне загрязнение сказывается на структуре и функциях сообществ. Одни и те же загрязняющие вещества по-разному влияют на разные компоненты сообществ. Соответственно меняются количественные соотношения в биоценозе, вплоть до полного исчезновения одних форм и появления других. Изменяется пространственная структура сообществ, цепи разложения (детритные) начинают преобладать над пастбищными, отмирание – над продукцией. В конечном счете происходит деградация экосистем, ухудшение их как элементов среды человека, снижение положительной роли в формировании биосферы, обесценение в хозяйственном отношении.

Различают природное и антропогенное загрязнения. Природное загрязнение возникает в результате естественных причин – извержения вулканов, землетрясений, катастрофических наводнений и пожаров. Антропогенное загрязнение – результат деятельности человека.

В настоящее время общая мощность источников антропогенного загрязнения во многих случаях превосходит мощность естественных. Так, природные источники окиси азота выбрасывают 30 млн. т азота в год, а антропогенные – 35-50 млн. т; двуокиси серы, соответственно, около 30 млн. т и более 150 млн. т. В результате деятельности человека свинца выпадает в биосферу почти в 10 раз больше, чем в процессе природных загрязнений.

Загрязняющие вещества, возникающие в результате деятельности человека и их влияние на среду очень разнообразны. К ним относятся: соединения углерода, серы, азота, тяжелые металлы, различные органические вещества, искусственно созданные материалы, радиоактивные элементы и многое другое.

Так, по оценкам экспертов, в океан ежегодно попадает около 10 млн. т нефти. Нефть на воде образует тонкую пленку, препятствующую газообмену между водой и воздухом. Оседая на дно, нефть попадает в донные отложения, где нарушает естественные процессы жизнедеятельности донных животных и микроорганизмов. Кроме нефти, значительно возрос выброс в океан бытовых и промышленных сточных вод, содержащих, в частности, такие опасные загрязнители, как свинец, ртуть, мышьяк, обладающие сильным токсичным действием. Фоновые концентрации таких веществ во многих местах уже превышены в десятки раз.