Лекция 12. Горнопромышленные ландшафты (стр. 1 )

Лекция 12.

Горнопромышленные ландшафты.

12.1 Антропогенные ландшафты, связанные с деятельностью промышленных предприятий. Добыча полезных ископаемых — один из наиболее мощных видов техногенеза. Его воздействие на природную среду возрастает и захватывает все большие территории. Велики площади почти полного уничтожения природных ландшафтов, занятые скважинами, шахтами, карьерами, отвалами пород, отходами первичного обогащения руд, угольными терриконами, транспортными магистралями и др. Здесь формируются особые техногенные ландшафтно-геохимические системы — горнопромышленные ландшафты (ГПЛ). Их основная геохимическая черта — слабоконтролируемое рассеяние больших масс веществ с аномально высоким содержанием элементов, которые, как правило, негативно воздействуют на ландшафт. Специфическая особенность ГПЛ — наложение техногенного загрязнения на природные геохимические аномалии — вторичные ореолы и потоки рассеяния месторождений в почвах, растениях, поверхностных и подземных водах. Известны города и рудничные поселки, располагающиеся непосредственно на месторождениях (например, кубинский г. Моа на ультраосновных породах с рудными концентрациями хрома и никеля).

Геохимическая характеристика ГПЛ приобрела особенно важное значение в связи с решением экологических задач. Она включает в себя сведения о распределении в ГПЛ химических элементов — загрязнителей Pb, Hg, Zn и других, данные о биогенной, водной, воздушной миграции и концентрации этих элементов, прогноз эволюции загрязнения. Необходимо оценивать и интенсивность миграции, для вод — с помощью коэффициента водной миграции. Рационально составлять и ряды водной миграции элементов.

Большое значение имеет выделение техногенных геохимических барьеров — механических, физико-химических и биогеохимических, на которых повышается концентрация элементов-загрязнителей. Подобные барьеры могут возникать стихийно, в ходе техногенной миграции, но могут создаваться и специально, с целью локализации загрязнения. Так, например, для многих ГПЛ характерны сильнокислые воды, образующие ручьи и грунтовые потоки. Если на их пути создать искусственный геохимический барьер из углекислой извести и других карбонатных материалов, то на таком щелочном барьере D1 будут концентрироваться Cu, Zn и другие тяжелые металлы-загрязнители. Искусственные геохимические барьеры могут относиться также к окислительному (А), сероводородному (B), глеевому (C), сорбционному (G) и другим классам. Существенно, что материал для создания техногенных барьеров может быть в самом ГПЛ в виде горных пород, почв, отходов производства и т. д. Задерживая загрязняющие элементы, геохимические барьеры являются важным фактором самоорганизации ГПЛ.

Как и в природных условиях, в районах развития горной промышленности рационально различать геохимические и элементарные ГПЛ. Выделение последних представляет определенные трудности, т. к. не ясно, можно ли относить к элементарным ГПЛ отдельные терриконы, здания шахт и т. д. Решение вопроса мы видим в использовании критерия “площадь выявления ландшафта”, предложенного для природных ландшафтов (гл. 1). Напомним, что согласно этому критерию элементарный ландшафт представляет собой такой компонент геохимического ландшафта, размеры которого хотя бы мысленно можно распространить на значительную площадь. В природном геохимическом ландшафте имеются и другие составные части, сама природа которых строго ограничивает их размеры — муравейники, болотные кочки, норы землероев, одиноко стоящие деревья и т. д. Эти компоненты именуются деталями ландшафта. С указанных позиций терриконы и отдельные строения будут деталями ГПЛ, а к элементарным ГПЛ относятся группы терриконов, искусственные насаждения (парки, рощи), “техногенные болота” и т. д.

Добыча полезных ископаемых — один из наиболее мощных видов техногенеза. Его воздействие на природную среду возрастает и захватывает все большие территории. Велики площади почти полного уничтожения природных ландшафтов, занятые скважинами, шахтами, карьерами, отвалами пород, отходами первичного обогащения руд, угольными терриконами, транспортными магистралями и др. Здесь формируются особые техногенные ландшафтно-геохимические системы — горнопромышленные ландшафты (ГПЛ). Их основная геохимическая черта — слабоконтролируемое рассеяние больших масс веществ с аномально высоким содержанием элементов, которые, как правило, негативно воздействуют на ландшафт. Специфическая особенность ГПЛ — наложение техногенного загрязнения на природные геохимические аномалии — вторичные ореолы и потоки рассеяния месторождений в почвах, растениях, поверхностных и подземных водах. Известны города и рудничные поселки, располагающиеся непосредственно на месторождениях (например, кубинский г. Моа на ультраосновных породах с рудными концентрациями хрома и никеля).

Геохимическая характеристика ГПЛ приобрела особенно важное значение в связи с решением экологических задач. Она включает в себя сведения о распределении в ГПЛ химических элементов — загрязнителей Pb, Hg, Zn и других, данные о биогенной, водной, воздушной миграции и концентрации этих элементов, прогноз эволюции загрязнения. Необходимо оценивать и интенсивность миграции, для вод — с помощью коэффициента водной миграции. Рационально составлять и ряды водной миграции элементов.

Большое значение имеет выделение техногенных геохимических барьеров — механических, физико-химических и биогеохимических, на которых повышается концентрация элементов-загрязнителей. Подобные барьеры могут возникать стихийно, в ходе техногенной миграции, но могут создаваться и специально, с целью локализации загрязнения. Так, например, для многих ГПЛ характерны сильнокислые воды, образующие ручьи и грунтовые потоки. Если на их пути создать искусственный геохимический барьер из углекислой извести и других карбонатных материалов, то на таком щелочном барьере D1 будут концентрироваться Cu, Zn и другие тяжелые металлы-загрязнители. Искусственные геохимические барьеры могут относиться также к окислительному (А), сероводородному (B), глеевому (C), сорбционному (G) и другим классам. Существенно, что материал для создания техногенных барьеров может быть в самом ГПЛ в виде горных пород, почв, отходов производства и т. д. Задерживая загрязняющие элементы, геохимические барьеры являются важным фактором самоорганизации ГПЛ.

Как и в природных условиях, в районах развития горной промышленности рационально различать геохимические и элементарные ГПЛ. Выделение последних представляет определенные трудности, т. к. не ясно, можно ли относить к элементарным ГПЛ отдельные терриконы, здания шахт и т. д. Решение вопроса мы видим в использовании критерия “площадь выявления ландшафта”, предложенного для природных ландшафтов (гл. 1). Напомним, что согласно этому критерию элементарный ландшафт представляет собой такой компонент геохимического ландшафта, размеры которого хотя бы мысленно можно распространить на значительную площадь. В природном геохимическом ландшафте имеются и другие составные части, сама природа которых строго ограничивает их размеры — муравейники, болотные кочки, норы землероев, одиноко стоящие деревья и т. д. Эти компоненты именуются деталями ландшафта. С указанных позиций терриконы и отдельные строения будут деталями ГПЛ, а к элементарным ГПЛ относятся группы терриконов, искусственные насаждения (парки, рощи), “техногенные болота” и т. д.

12.2.ГПЛ нефтяных, угольных и газоносных месторождений

Добыча и использование горючих полезных ископаемых — наиболее интенсивный источник загрязнения окружающей среды. В районах добычи угля, нефти и газа на 1 км2 поверхности суши приходится сотни и тысячи тонн органических и минеральных загрязняющих веществ (). При добыче угля и нефти по сравнению с рудами металлов в биосферу поступает больше углерода, азота, серы, калия, мышьяка, алюминия, кадмия, титана, марганца, молибдена, кобальта, лития, свинца, фтора, брома и других элементов.

Нефтегазоносные бассейны. Загрязнение нефтью и нефтепродуктами стало одной из наиболее острых экологических проблем, приобрело региональный и даже глобальный масштабы. Загрязнение окружающей среды нефтью происходит при ее добыче и транспортировке. Западно-Сибирский, Волго-Уральский, Прикаспийский нефтегазоносные бассейны занимают огромные площади, а транспортировка нефти носит уже трансконтинентальный характер. На суше основные очаги загрязнения связаны с нефтепромыслами, занимающими десятки и сотни квадратных километров.

Внутри промыслов центрами формирования техногенных потоков являются эксплуатационные скважины. Особенно сильное загрязнение происходит при авариях на скважинах и нефтепроводах. Кроме районов нефтедобычи техногенное загрязнение происходит в местах переработки и потребления нефти и нефтепродуктов, которые приурочены к промышленным районам. составил карту техногенного давления нефти на территорию СССР и показал, что модули техногенного давления изменяются от менее 5 т/км2 в Средней и Восточной Сибири, на Дальнем Востоке до 100—200 т/км2 и более на Урале, в Поволжье, Донбассе и Подмосковье. Значительное загрязнение нефтью морей и океанов происходит в результате аварий буровых платформ и танкеров.

В районе нефтепромыслов основными загрязнителями являются сырая нефть, высокоминерализованные нефтяные и сточные воды, продукты сжигания попутных газов (, ). Техногенное воздействие самой нефти на ландшафты определяется токсичностью ее основных компонентов. Среди них особо опасны для микроорганизмов, водорослей, почвенных животных, растений легкая, наиболее подвижная фракция, состоящая из метановых, циклических (нафтеновых и ароматических) углеводородов. Ароматические углеводороды (арены) — наиболее токсичные компоненты нефти. Моноядерные арены типа бензола оказывают быстрое токсичное действие. Влияние голоядерных полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) ведет к более отдаленным экологическим последствиям, включая канцерогенные. Наиболее распространенному представителю канцерогенных ПАУ 3,4-бензпирену уделяется большое внимание при оценках и мониторинге окружающей среды (, , и др.).

Среди тяжелых неуглеводородных компонентов нефти преобладают смолы и асфальтены, воздействие которых заключается главным образом в изменении водно-физических свойств нефтезагрязненных почв и пород (цементация порового пространства и т. п.), а также сернистые соединения (сероводород, меркаптаны, сульфиды, свободная сера и др.). Особенно токсичы сероводород и меркаптаны. Во многих нефтях повышено содержание микроэлементов — ванадия, никеля, кобальта, свинца, меди, урана, мышьяка, ртути, молибдена. Наиболее распространены ванадий и никель, входящие в состав смол и асфальтенов.