Лекция 10. Тема « Экология ландшафта разработок полезных ископаемых».
1. Ландшафт разработок полезных ископаемых.
2. Карьерно-отвальный ландшафт.
3. Каменоломный бедленд.
5. Промышленный карст.
1. В современном процессе формирования рельефа человек является частью экзогенных факторов. Природные экзогенные факторы изменяют земную поверхность в течение длительного, но обозримого времени, подчиняясь общим для окружающей среды закономерностям: системности, ритмичности. Человек в течение короткого времени (дни, недели, год) создает новые формы рельефа. Рельефообразующая целенаправленная деятельность человека не подчинена общим закономерностям природы. Но созданные человеком в результате добычи полезных ископаемых как открытым, так и закрытым способами положительные (терриконы, отвалы) и отрицательные формы рельефа (карьеры, промышленный карст) в дальнейшем подвергаются воздействию экзогенных природных факторов. В свою очередь, вновь созданные формы рельефа, оказывают негативное влияние на все компоненты природного ландшафта: почвы, гидрологический режим, растительность, животный мир. Они начинают участвовать в геохимическом круговороте, изменяя его скорость, качественные и количественные характеристики. Поэтому можно говорить о возникновении антропогенных видов ландшафтов: карьерно-отвального ландшафта, каменоломного бедленда, терриконов, промышленного карста. Все вновь возникшие типы ландшафтов можно отнести к измененным и сильноизмененным ландшафтам с частично обратимыми и необратимыми изменениями естественных ландшафтов.
Добыча многих полезных ископаемых открытым (карьерным) способом приводит к образованию искусственных отрицательных форм рельефа различной формы и глубины.
2. Карьеры – выработанные в процессе открытых разработок месторождений полезных ископаемых пространства, характеризующиеся определенной площадью, глубиной, обводненностью, а также другими горномеханическими, геологическими и гидрологическими особенностями. Как правило, карьеры имеют крутые борта с уступами, высотой от 3 до 6,5м. Углы уступов откосов составляют 40-45º. По характеру нарушения и форме рельефа они могут быть террасированными, котлованообразными, западинообразными и другими. По глубине разработки их можно разделить на: глубокие, среднеглубокие и неглубокие.
При открытой и шахтной разработке месторождений создаются положительные формы рельефа в виде отвалов, которые состоят из неиспользованных, покровных пород. По характеру нарушения и форме рельефа отвалы различают: платообразные, близкие к уровню естественной поверхности, или средневысотные, платообразные террасированные и гребневидные. Свежие отвалы, которые еще не успели зарасти, да и старые, которые сложены токсичными породами, формируют оголенный тип местности. Эти отвалы, окрашенные в зависимости от состава пород, в разные тона, вносят дисгармонию в ландшафт и являются источником загрязнения окружающей среды.
3. Каменоломный бедленд – акультурный тип местности, возникающий на месте старых каменоломен. Он характеризуется сложной поверхностью – наличием неровных участков – днища карьера, останцев, наполовину разрушенных отвалов, иногда озер, бедной кустарниково-травянистой растительностью. От отвального типа ландшафта он отличается повышенной каменистостью, широким развитием плоских донно-карьерных урочищ, урочищ крутостенных обрывов, ограниченных небольшими участками отвальных комплексов. Длительное время здесь сохраняются абсолютно бесплодные, оголенные урочища. Длина такого типа ландшафта может быть внушительна — 200м и более метров.
4. К положительным формам рельефа антропогенного происхождения относятся терриконы, сложенные пустой горной породой, выданной на гора при добыче каменного угля шахтным способом. Линейные размеры этих новых форм рельефа бывают внушительных размеров — их высота нередко достигает 80м, протяженность -2 км.
Терриконы не только занимают определенную площадь, но и оказывают прямое негативное воздействие на окружающую среду. С 1 га поверхности террикона ветром сносится до 10 т пыли, водными потоками сносится около 35 т породы. В радиусе 500 метров от отвала почва утрачивает свои свойства до глубины 0,6 м. Деградация почвы и потеря плодородия наблюдается на расстоянии до 5 км. В ходе исследований, проведенных Макеевским НИИ, было выявлено, что горящий террикон за сутки выделяет в окружающую среду 150т двуокиси углерода, 10 т оксида углерода, 1,5 т двуокиси серы, 0,4т сероводорода, 0,1 т оксида азота.
Терриконы и отвалы изменяют радиационный фон. На угольных шахтах Луганской области образовалось более чем 100тыс. м³ отходов с техногенно — увеличенной природной радиоактивностью, радиационные характеристики которых мало чем отличающихся от отходов уранодобывающей и ураноперерабатывающей промышленностей.
5.Разработка полезных ископаемых сопровождается откачкой подземных вод и образованием пустот, что в последствии в сложных геологических условиях приводит к серьезным изменениям в ландшафте и возникновению экзогенных геологических процессов: оползней и техногенного карста. Значительное осушение водоносных горизонтов приводит к фильтрации воды вниз. Это способствует проникновению химических веществ в вертикальные карстовые трещины и разъеданию карбонатных пород углекислым газом и угольной кислотой.
В пределах депрессионной зоны водозаборов, вблизи накопителей кислых стоков (хвостохранилищ), гидроотвалов, на промышленных площадках может развиваться активная деформация дневной поверхности вследствие образования суффозионно-карстовых воронок и западин.
В классификации техногенного ландшафта у Милькова Ф. отсутствует такой тип антропогенного промышленного ландшафта, как подтопление, широко распространенный в районах закрытия шахт.
При разработке месторождений шахтным способом существенно деформируется земная поверхность, изменяется гидрографическая сеть, нарушается гидрологический режим водоносных горизонтов. Результатом нарушения природного динамического равновесия водного баланса территории возникает и развивается подтопление земель грунтовыми водами.
Подтоплению подвергаются антропогенные ландшафты, так как естественные, как правило, в местах добычи полезных ископаемых отсутствуют.
Например, в Краснодонском районе в результате закрытия шахты им. С. Тюленина подтоплению подверглось 129 га, из которых 48га защищены дренажной системой. Закрытие шахты «Центральная Ирмино» вызвало поднятие уровня грунтовых вод и подтопление территорий городов Первомайска, Теплогорска, села Калиново.
Огромная экологическая проблема возникает с изменением естественных и антропогенных ландшафтов бытовыми и промышленными отходами. Особенно такая проблема характерна для крупных городов.
Как правило, мусороперерабатывающие и мусоросжигающие заводы отсутствуют в крупных городах Украины и все бытовые отходы из населенных пунктов вывозятся на свалки. Как правило, под полигоны отводят естественные депрессии — овраги. Поверхностные воды, стекая по полигону, загрязняются различными токсичными веществами и попадают в водоем, к которому приурочен овраг. Проблемой населенных пунктов является возникновение стихийных свалок в антропогенных созданных ландшафтах, чаще всего такие свалки возникают в черте населенных пунктов и лесополосах.
Существенно возрастает и накопление отходов энергетического, угледобывающего, углеперерабатывающего, машиностроительного комплексов, которые используют не совершенные технологии.
Таблица. Экологические последствия создания промышленных ландшафтов
Источник статьи: http://infopedia.su/3x30d4.html
Изменения природных ландшафтов при добыче полезных ископаемых
Регион Курской магнитной аномалии (КМА) представляет собой самый мощный в мире железорудный бассейн, простирающийся на территории трех субъектов Российской Федерации – Курской, Белгородской и Орловской областей. Интенсивное освоение запасов железистых кварцитов началось в 1950-е гг. В настоящее время горнодобывающая деятельность ведется в пределах четырех железорудных районов – Белгородском, Старооскольском, Новооскольском и Курско-Орловском. В пределах Белгородской области добыча железистых кварцитов осуществляется открытым карьерным способом в пределах Старооскольско-Губкинского ГДК и шахтным способом на Яковлевском руднике и на шахте им. Губкина. В настоящее время опытно-промышленная добыча богатой железной руды осуществляется на Больше-Троицком месторождении.
Практически при всех применяемых видах отработки геотехнологий на железорудных месторождениях КМА (исключение составляет лишь метод СГД) добыча сырья сопровождается широкомасштабными нарушениями естественных ландшафтов и геохимической ситуации в районах их разработки.
Локальные нарушения естественных ландшафтов также происходят и в районах разработки общераспространенных полезных ископаемых. Однако большое количество и широкое распространение карьеров по разработке общераспространенных полезных ископаемых могут существенно влиять на общий фон естественных ландшафтов. Исследование механизмов трансформации ландшафтов в зависимости от объемов добычи полезного ископаемого и видов применяемых геотехнологий их отработки представляет актуальную проблему.
Горнорудная промышленность является одним из наиболее мощных факторов антропогенного воздействия на ландшафт. Различают прямое и косвенное воздействие горного производства на природные ландшафты. Прямое влияние состоит в разрушении и преобразовании ландшафтов процессами техногенной денудации и аккумуляции, происходящими непосредственно при горнодобывающей деятельности [4, 8].
Косвенное влияние на ландшафты наблюдается при организации и эксплуатации компонентов инфраструктуры, обеспечивающей горное производство. Это, прежде всего, энергетические объекты, перерабатывающие предприятия, транспортные сети, связь, объекты водоснабжения и водоотведения, рабочие поселки, нередко агропромышленные предприятия и комплексы, иные объекты, необходимость которых диктуется особенностями технологии горного производства.
Косвенное воздействие горнодобывающих предприятий состоит в загрязнении природных объектов токсичными выбросами и выпусками, загрязнителями, рассеивающимися при дефляции отвалов, эксплуатации энергетических объектов, предприятий металлургического передела добываемого сырья. Длительное или интенсивное воздействие на природные почвенно-растительные компоненты ландшафта вызывает их полную деструкцию и последующую активизацию природных экзогенных процессов, водной или ветровой эрозии, приводящих в первую очередь к нарушению земель, а в дальнейшем полному преобразованию существовавших ранее ландшафтов и потере ими прежней биологической продуктивности. Однако фактическое начало нарушения природных ландшафтов происходит до организации горного предприятия, еще на стадии производства геологоразведочных работ.
Активная горнодобывающая деятельность на территории КМА привела к интенсивному и коренному преобразованию существующих естественных ландшафтных комплексов. Проведенные нами ландшафтные исследования в зоне влияния Староосколько-Губкинского горнодобывающего комплекса позволили выделить три вида техногенной трансформации природных ландшафтов:
а) трансформации, вследствие которых происходят необратимые изменения в структуре ландшафтов и формирование вновь образованного техногенного ландшафта;
б) трансформации, вызывающие временные изменения в структуре ландшафта, при этом сохраняется способность ландшафта к восстановлению прежних признаков после прекращения трансформирующего воздействия;
в) трансформации, не сопровождающиеся изменением структуры ландшафта, при этом сохраняется потенциальная способность ландшафта к выполнению своих первоначальных функций, изменению, как правило, подвергаются биотические компоненты.
В результате в горнопромышленных районах формируются новые по своему генезису, структуре и функционированию техногенные ландшафты, которые в своем развитии проходят две основные фазы – техногенного формирования и посттехногенного развития. В техногенную фазу происходит формирование своеобразной каркасной (литогенной) основы: рельеф и его основные характеристики, горные породы с их вещественным составом и свойствами. В посттехногенную фазу развития ландшафта происходит постепенное преобразование литогенной основы посредством естественных ландшафтообразующих факторов. И, как следствие этого, техногенный ландшафт постепенно трансформируется в природно-техногенный ландшафт.
Техногенез в Старооскольско-Губкинском горнопромышленном районе КМА как фактор преобразования природных систем (в том числе геологической среды) в настоящее время приобрел не только локальное, но и региональное значение.
При рассмотрении карьерно-отвального комплекса как рукотворного геохимического ландшафта обнаруживается ряд несоответствий его строения и функционирования по сравнению с природным геохимическим ландшафтом. Геохимическим центром карьерно-отвального ландшафта выступает днище карьера – самый пониженный элемент рельефа. Из него производится вынос вещества в виде вывозимой с породой руды и поступающих при взрывах в атмосферу аэрозолей. Встречные потоки, обусловленные поверхностным и подземным стоками, не компенсируют отчуждение веществ, поэтому карьер в процессе эксплуатации углубляется и расширяется. Пространственная смена комбинаций форм движения материи в карьерно-отвальном ландшафте противоположна таковой в естественном ландшафте – от центра к периферии ослабляется значение физической и химической форм движения материи и усиливается значение биологической формы движения, которая присутствует лишь на зарастающих растительностью поверхностях отвалов. Главным фактором, определяющим основные направления техногенных ландшафтно-геохимических процессов, является техника (носитель миграционных потоков), а вспомогательными факторами – вода и живое вещество, представленное формирующимися на отвалах и хвостохранилищах молодыми биогеоценозами.
Таким образом, карьерно-отвальный ландшафт характеризуется сочетанием двух комплексов ландшафтно-геохимических процессов – техногенного с ведущей ролью антропогенной миграции химических элементов (вывоз веществ из карьера) и природно-техногенного с ведущей ролью естественной миграции элементов, обусловленной гравитационным перераспределением веществ и их биологическим круговоротом. В карьерно-отвальном ландшафте направления техногенной и природной миграции химических элементов противоположны.
Как отмечают О.Н. Толстихин, В.Ф. Попов (2000), даже при крайней степени изменения горнопромышленных ландшафтов в них не происходит полного уничтожения природной основы. В частности, сохраняются зональные климатические характеристики, сохраняются геолого-структурные особенности литогенной основы ландшафтов, тенденции развития тех или иных экзогенных процессов, которые могут ослабевать или, наоборот, усиливаться в новых условиях трансформированного рельефа [9].
Воздействие на ландшафты открытых горных работ проявляется в коренном переустройстве рельефа с образованием техногенных отрицательных (денудационных) и положительных (аккумулятивных) форм.
К положительным формам рельефа, образующимся в результате открытых горных работ, относятся отвалы. По отношению к контуру карьера их подразделяют на внутренние и внешние.
Отрицательными формами рельефа, остающимися после открытых разработок, являются карьеры, траншеи и канавы, весьма различные по своим параметрам.
Карьер охватывает собой совокупность горных выработок, образованных при добыче полезного ископаемого открытым способом. Форма карьеров определяется условиями залегания полезного ископаемого и геометрией разрабатываемого пласта или рудного тела.
Нарушенные горными разработками земли представляют собой склоновые поверхности различной формы и ориентировки, увенчанные гребнями или конусами, существенно отличающиеся по ряду своих свойств от естественных.
Интенсивное развитие горнодобывающей промышленности в регионе КМА и расширение сферы ее воздействия с каждым годом усиливает ее влияние на состояние геологической среды. Это проявляется как в изменении геологического строения районов добычи железорудного сырья, так и в активизации различных геодинамических процессов, обусловленных техногенным воздействием на литосферу.
Наиболее широко на железорудных месторождениях представлены геомеханические явления. К ним относятся: сдвижение горных масс, обрушения, обвалы, осыпи, горные удары, оползни, сели, эрозия, дефляция, суффозия, прорывы плывунов, крип и др. [5].
Образование, характер и интенсивное проявление геомеханических явлений обусловлено тремя основными следствиями горных работ: перемещением горных масс, изменением местного базиса эрозии и разрушением горных массивов, минеральных агрегатов и индивидов с образованием дисперсных обломочных фракций с большой удельной поверхностью.
Формирование карьерно-отвального комплекса сопровождается существенным изменением рельефа. В геосистеме именно рельеф осуществляет дифференциацию вещества и энергии. С ним связаны и климатические особенности, и почвы, и растительность. Рельеф оказывает большое влияние на формирование стока поверхностных и подземных вод. Для экологической оценки окружающей среды это обстоятельство имеет большое значение.
Распространение на относительно ограниченной территории горного отвода техногенного рельефа (отвалы и карьеры) обусловливает широкое распространение активных неравновесных склонов. В техногенной геосистеме они выполняют две основные функции: поставляют обломочный материал и сортируют его по весу, размеру и форме обломков [7].
В результате полевых наблюдений и анализа разновременных аэрофотоснимков был сделан вывод о затухании эрозии в системах балок, где базис эрозии значительно повышен за счет намыва продуктов обогащения руды в хвостохранилища. К таким балкам относятся Чуфичева, где формируется хвостохранилище Лебединского и Стойленского ГОКов, а также Березовый Лог, где сформирован и рекультивирован гидроотвал. Напротив, активизация эрозии приурочена к зонам трещиноватости оврагов и балок, бортам карьеров, узлам пересечения разломов. Зоны и узлы активизации довольно уверенно дешифрируются по фотографическим материалам.
В Старооскольско-Губкинском горнопромышленном районе выявлена активизация карстово-суффозионных процессов. Собственные наземные наблюдения и разрозненные фондовые данные позволяют сделать вывод, что в результате увеличения площади и глубины депрессионной воронки, суффозионно-карстовые процессы несколько оживились.
Наблюдаемое расширение площадей с развитием процессов заболачивания связано как с увеличением водопритока из карьеров, так и с заполнением Старооскольского водохранилища.
Таким образом, геодинамические процессы представляют собой естественную реакцию природной системы на техногенное воздействие и в некоторых случаях существенно влияют на результаты хозяйственной деятельности в горнодобывающих районах [6].
Детальный анализ современной ландшафтно-функциональной структуры Старооскольско-Губкинского ГДК дает представление о соотношении видов земель, входящих в зону непосредственного воздействия горной добычи. В общей структуре КМА на долю техногенно преобразованных земель приходится лишь 0,4 % общей площади, в то время как на территории зон открытых разработок эта цифра гораздо выше. Так в 20 км зоне влияния Старооскольско-Губкинского промышленного узла техногенные ландшафты занимают более 3 % территории, в совокупности с высокой степенью распаханности и заселенности (под пашнями 62,1 % территории и под населенными пунктами 8,9 %) в целом, общий ландшафтный рисунок образуют техногенные, агроландшафты и селитебные ландшафты. Нарушенные земли подвержены интенсивной водной и ветровой эрозии, что представляет экологическую опасность для окружающих естественных и сельскохозяйственных угодий, селитебных территорий. Формируются чуждые для зоны экотопы, которые заселяются преимущественно сорными и адвентивными видами. На долю естественных экосистем в этом районе приходится около 25 % территории, это преимущественно лесные, овражно-балочные и пойменные ландшафты.
В Белгородской области в настоящее время разрабатывается свыше 300 карьеров ОПИ. Прогнозные запасы мела, глин и песка практически не ограничены и распространены по всей территории области.
В связи с принадлежностью территорий, на которых ведется добыча, к различным единицам ландшафта, имеют место определенные особенности воздействия открытой разработки на окружающую среду. Более 50 % карьеров первоначально располагались на склонах балок и оврагов, а затем, углубляясь и расширяясь, стали захватывать пахотные угодья. Примерно 25 % карьеров располагается в поймах рек и около 20 % – в оврагах и балках [1].
Существенным недостатком разработки месторождений ОПИ является негативное влияние на окружающую среду. К основным видам воздействия малых карьеров относят: изъятие значительных земельных площадей, выступающих в качестве сельскохозяйственных угодий, а также являющихся местообитанием различных представителей фауны; загрязнение воздушной среды, почвенного и растительного покрова прилегающих территорий; изменение рельефа территории, ее гидрогеологических условий, загрязнение близлежащих водоемов сточными водами.
Перечисленные отрицательные явления сопровождают и добычу ОПИ на территории Белгородской области, особенно не в столь далеком прошлом. На значительной части карьеров горные работы ведутся на ценных пахотных землях практически без снятия плодородного слоя чернозема. Многие карьеры интенсивно подрабатывают лесные и кустарниковые насаждения; в результате из зоны производственной деятельности вытесняется местный животный мир. Зачастую добыча ОПИ велась без дополнительных мер по осушению и водоотведению, практиковался сброс загрязненных вод в местную речную сеть. На бывших колхозных карьерах допускались бесконтрольные нарушения пологих склонов, что ускоряло процессы оврагообразования. Остаточные карьерные выемки на отработанных участках месторождений часто превращались в места несанкционированных свалок бытовых и промышленных отходов [3].
Подводя итог, можно заключить, что высокая степень сельскохозяйственной освоенности территории Белгородской области и интенсивная горнодобывающая деятельность способствуют деградации и коренной трансформации естественных ландшафтов районов размещения горнодобывающих комплексов, где основным восстановительным процессом можно считать самозаростание отработанных карьерных выемок и отвалов [2]. В связи с этим актуальным остается вопрос о разработке долгосрочной, постоянно действующей программы рекультивационных мероприятий на нарушенных землях.
Исследование выполнено при поддержке Гранта РФФИ 16-35-00422 «Оценка техногенной трансформации ландшафтов в зоне влияния активно разрабатываемых месторождений полезных ископаемых КМА».
Источник статьи: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36249
