Изменения природных ландшафтов при добыче полезных ископаемых
Наиболее сильное влияние на природный ландшафт оказывают открытые, или карьерные, разработки полезных ископаемых, площадь которых постоянно растет. При современной технике глубина карьера может достигать 800 м, ширина карьерного поля — до 5 км, а для размещения вскрытых горных пород, отсыпаемых в отвалы, требуются площади, составляющие много тысяч гектаров. Предполагается, что к концу столетия удельный вес открытой добычи возрастет до 75—80%. Так как при открытых разработках создаются новые, принципиально отличные от прежних сочетания форм рельефа и поверхностных рыхлых пород, играющих главную роль в почвообразовании, можно утверждать, что происходит коренное изменение естественного ландшафта.
Полностью нарушается фундамент ландшафта — на поверхности оказываются новые глубинные породы с незначительной степенью выветренности и, как правило, низкой биогенностью. Происходит коренное изменение направления и скорости протекания всех химических процессов. Замедленные химические процессы, характерные для глубинных горных пород, при перемещении на поверхность резко меняют свой характер, что зачастую сопровождается образованием подвижных соединений, токсичных для растительности [5].
Как правило, такое полное преобразование состава поверхностных горных пород ландшафта является неблагоприятным, и по воздействию на биоценозы и почвы первоначальных ландшафтов открытые разработки могут быть приравнены к геологическим катастрофам. Частичное или полное уничтожение первичной растительности и почв вызывает резкое снижение биологической продуктивности ландшафтов.
Изменение химического равновесия в среде при горных разработках приводит к возникновению геохимических аномалий антропогенного происхождения, когда в горнопромышленных районах наблюдаются повышенные концентрации отдельных элементов и их соединений. Площади геохимических аномалий имеют тенденцию к увеличению по мере развертывания горнотехнических работ. В районах, где горные разработки ведутся на небольших территориях, такие аномалии могут не повлиять на общий круговорот веществ. Но при разработке ресурсов бассейнового распространения, площади залегания которых составляют сотни и тысячи квадратных километров, могут происходить региональные нарушения геохимического круговорота.
В районах обширных геохимических аномалий часто бывает угнетена растительность, плохо чувствует себя скот и наблюдаются другие отрицательные явления. В зависимости от природных факторов (климата, особенностей рельефа, почв, водного режима) и антропогенных (длительности добычи ископаемого, размеров месторождения, уровня технологии и культуры производства) их влияние может прослеживаться на расстоянии от 5—10 до 40—50 км. В результате горных разработок к 1980 г. на поверхность земли было вынесено более 1600 млрд м3 новых пород. Объемы пород, изымаемых человеком при горных разработках и образующихся естественным путем в результате накопления речных наносов, соответственно 40 и 13 млрд м3 в год.
Накопление на сравнительно ограниченных участках поверхности земли таких огромных масс твердого вещества вызывает изменение рельефа. Новый, техногенный рельеф характеризуется прежде всего изменением высотных отметок отдельных элементов, их строения, а также возникновением новых форм — карьеров, отвалов, терриконов, насыпных и намывных поверхностей и т.п. Одни из этих форм образуются в результате антропогенной денудации, т.е. разрушения и сноса горных пород. Как правило, это отрицательные формы рельефа. Другие — в результате процесса антропогенной аккумуляции, т.е. накопления твердого материала. Отвалы, образующиеся, например, при добыче каменного угля, по своим линейным размерам и по объему заключенных в них пород приближаются к таким природным образованиям, как небольшие сопки, холмы, кряжи.
Особенности возникающих форм техногенного рельефа определяются главным образом условиями залегания месторождения, которые диктуют применение той или иной системы вскрышных работ, и способами перемещения отработанных и пустых пород.
В зоне формирования нового рельефа усиливаются денудационные и стоковые процессы, возникают новые циклы эрозии.
Вогнутые формы рельефа становятся зонами аккумуляции, их поверхностный слой часто оказывается в условиях повышенного увлажнения. Неблагоприятным последствием активизации процессов смыва и размыва в обстановке пересеченного неорельефа является интенсивное заиливание водоемов.
Горные разработки приводят к серьезным изменениям и гидрологического режима территории. Сами карьеры расходуют огромное количество воды. Например, один из крупнейших карьеров в Северо-Чешском буроугольном бассейне потребляет 3,2 млн м3 воды в год, что составляет 0,7 м3 на 1 т добытого угля. Поэтому в районах действующих карьеров наблюдается истощение почвенно-грунтовых и поверхностных вод, которое прослеживается на площади, равной 25-кратной ширине карьера, в обе его стороны.
В равнинных областях часто возникает заболачивание.
И, наконец, в районах с большим числом шахт в реки сбрасываются миллионы кубических метров шахтных вод. По некоторым данным, доля шахтных вод в реках отдельных горнопромышленных районов доходит до 55—70%, т.е. значительно превышает объем грунтового и атмосферного питания.
Одним из наиболее неблагоприятных последствий добычи и переработки полезных ископаемых является загрязнение природной среды — почвогрунтов, природных вод, атмосферы — продуктами выветривания глубинных пород и промышленными выбросами, терриконов и пр.
Специфическая особенность размещения предприятий горной промышленности заключается в том, что они могут создаваться только там, где имеются залежи полезных ископаемых.При этом горные предприятия обычно являются основой для образования крупного производственного комплекса из предприятий различных отраслей промышленности со сложной инфраструктурой. В связи с этим нагрузки на окружающую среду увеличиваются.
Общая площадь земельных участков, используемых предприятием за весь срок его существования, составляет общий земельный отвод. В ходе строительства, эксплуатации и реконструкции предприятия величина земельного отвода может изменяться как в сторону увеличения при получении в пользование новых земель, так и в сторону уменьшения при возвращении землепользователям неиспользованных и рекультивированных площадей и земельных участков, надобность в которых миновала.
В земельном отводе выделяются следующие группы участков, предназначенных:
·для производства собственно горных работ; такие участки
·предоставляются во временное пользование, кроме площадей под внешние отвалы и хвостохранилища, которые в основном передаются в долгосрочное пользование;
·для размещения основных технологических и вспомогательных промсооружений, в том числе очистных и водозаборных сооружений, водохранилищ, базисных и расходных складов взрывчатых материалов, внутриплощадочных коммуникаций и т.д., объектов инфраструктуры; такие земельные участки, как правило, предоставляются горным предприятиям в постоянное или временное долгосрочное пользование;
·для размещения гражданских и жилых зданий, строительства поселков горных предприятий или
·зданий и сооружений для нужд горных предприятий на существующих территориях; такие земельные участки предоставляются в постоянное пользование;
·для размещения различного рода коммуникаций (линейных сооружений): железных и шоссейных дорог, линий электропередачи, связи, газо-, нефте- и водопроводов, канализации и пр.; такие земельные участки в зависимости от назначения коммуникаций и сроков их эксплуатации передаются в постоянное или временное пользование.
Ареал отрицательного воздействия горного предприятия на окружающий ландшафт значительно превышает площадь земельного отвода, что ухудшает экологическую обстановку в районе горного предприятия.
Воздействие горного производства на земли (ландшафт) можно разделить на прямое и косвенное.
К прямым относят воздействия, приводящие к нарушению почвенного покрова, изменению облика территорий, сокращению площадей сельскохозяйственных и лесных угодий, уничтожению растительного покрова или миграции животных: строительство карьеров и разрезов, возведение отвалов, сооружение хвосто- и водохранилищ, строительство промышленных и гражданских зданий, прокладка дорог и других видов коммуникаций, деформации земной поверхности в зоне горных выработок, особенно при подземном способе разработки. Прямое воздействие приводит к образованию нового техногенного ландшафта в зоне влияния горного производства.
К косвенным относят воздействия, приводящие к ухудшению состояния и плодородия земель, условий произрастания растений и обитания животных: изменение состояния и режима грунтовых вод в связи с осушением месторождений, осаждение пыли и химических соединений из выбросов в атмосферу, инфильтрация загрязненных или минеральных вод через дамбы и основания хвосто- и водохранилищ, вынос и осаждение продуктов эрозии нарушенных земель, подтопление и заболачивание участков земель с близко расположенным уровнем грунтовых вод при деформациях земной поверхности в зоне подземных горных работ, ухудшение качества вод и режима поверхностных водоемов и водотоков. Косвенное воздействие может привести к деградации природного ландшафта.
Характеристика прямого воздействия горного предприятия на земли составляется на основе материалов текущего учета состояния земель и их периодической инвентаризации.
Характеристика косвенного воздействия основывается на определении размеров территории, подверженной этому воздействию, степени изменения состояния и качества почв, снижения продуктивности сельскохозяйственных и лесных угодий, изменения качества их продукции.
Вследствие прямого и косвенного воздействия горных работ на земли (ландшафты) возникают следующие неблагоприятные экологические факторы: сокращение площадей природных и культурных (прямых) антропогенных ландшафтов, водная и ветровая эрозии, разрушение почвенной структуры, минерализация, засоление, интоксикация, переувлажнение (заболачивание, подтопление), иссушение, уплотнение, карстообразование, увеличение электромагнитного поля и радиоактивного фона, изменение микроклимата и т.д.
О негативном воздействии горных предприятий на ландшафт свидетельствуют следующие данные.
Наибольшие нарушения земной поверхности происходят при открытом способе разработки месторождений полезных ископаемых, на долю которого в СССР приходилось более 75 % объема горного производства. При добыче 1 млн. т железной руды нарушается от 14 до 640 га земель, марганцевой руды – от 76 до 600 га, угля – от 2,6 до 43 га, руд для производства минеральных удобрений – от 22 до 97 га, при добыче 1 м нерудного сырья – от 1,5 до 583 га. По мере исчерпания запасов осваиваются месторождения с более сложными горно-геологическими условиями разработки, что приводит к дальнейшему увеличению землеемкости горного производства.
Значительные площади нарушаются при подземной добыче полезных ископаемых, при строительстве инженерных коммуникаций. Так, в среднем по угольной промышленности бывшего СССР в результате деформаций земной поверхности шахтных полей и размещения породных отвалов нарушалось 4,4 га на 1 млн т добытого угля. При строительстве 1 км.нитки магистрального трубопровода нарушается до 4 га. земель.
Горнотехническая деятельность способствует образованию техногенного ландшафта с контрастными формами рельефа. В зависимости от масштаба воздействия изменения природных ландшафтов в основном локальны, и только в таких крупных горнопромышленных районах, как Донбасс, Кривбасс, КМА, изменения приобретают региональный характер.
По оценкам специалистов в ближайшее время только в 13 штатах США, расположенных к западу от бассейна р. Миссисипи, проседанию земель над выработанными угольными пластами будет подвержено около 133 км2 поверхности. В округе Белмонт (США) с территорией 137тыс.га карьерами и отвалами занято 80 тыс.га, представлявшими довыполнения рекультивации экологическую пустыню.
В ходе добычи и переработки полезных ископаемых происходит большой геологический круговорот, в который вовлекаются различные системы. Вследствие этого оказывается большое воздействие на экологию региона добычи, и такое воздействие влечет за собой негативные последствия.
Отрицательные последствия добычи полезных ископаемых
Масштабы добычи полезных ископаемых велики – в расчете на одного жителя Земли в год добывается до 20 тонн сырья, из которых менее 10% переходит в конечный продукт, а остальные 90% – отходы. Кроме того при добыче происходит значительная потеря сырья примерно 30 – 50%, что говорит о неэкономности некоторых видов добычи, особенно открытого способа.
Россия является страной с широко развитой добывающей отраслью, имеет месторождения основных сырьевых ресурсов. Вопросы негативного влияния добычи и переработки сырья очень актуальны, поскольку эти процессы затрагивают все сферы Земли:
- литосферу;
- атмосферу:
- воду;
- животный мир.
Влияние на литосферу
Любой способ добычи предусматривает выемку руды из земной коры, что приводит к образованию полостей и пустот, нарушается целостность коры, увеличивается трещиноватость.
В результате этого растет вероятность обвалов, оползней, разломов близлежащей к руднику территории. Создаются антропогенные формы рельефа:
- карьеры;
- отвалы;
- терриконы;
- овраги.
Такие атипичные формы имеют большие размеры, высота может достигать 300 м, а протяженность 50 км. Насыпи образуются из отходов переработанного сырья, на них не растут деревья и растения – это просто километры непригодной территории.
Список городов пострадавших от последствий промышленного производства
В ходе добычи каменной соли, при обогащении сырья, образуются галитовые отходы (на одну тонну соли приходится три–четыре тонны отходов), они твердые и нерастворимые, а дождевые воды переносят их в реки, которые часто используются для обеспечения питьевой водой населения близлежащих городов.
Решить экологические проблемы, связанные с возникновением пустот, можно путем заполнения отходами и переработанным сырьём оврагов и выемок в земной коре, образованных в результате добычи. Также необходимо совершенствовать технологию добычи, чтобы сокращать выемку пустой породы, это может в значительной мере уменьшить количество отходов.
Многие породы содержат несколько видов полезных ископаемых, поэтому возможно совмещать добычу и переработку всех компонентов руды. Это не только экономически выгодно, но и благоприятно повлияет на окружающую среду.
Еще одним негативным последствием, связанным с добычей полезных ископаемых является загрязнение ими близлежащих сельскохозяйственных почв. Это происходит во время транспортировки. Пыль разлетается на многие километры и оседает на поверхности почвы, на растениях и деревьях.
Таблица образования галитовых отходов при добывании каменной соли
Многие вещества могут выделять токсины, которые затем попадают в пищу животным и человеку, отравляя организм изнутри. Часто вокруг магнезитовых месторождений, которые активно разрабатываются, наблюдается пустошь в радиусе до 40 км, почва меняет щелочно-кислотный баланс, и растения перестают расти, а близлежащие леса погибают.
В качестве решения этой проблемы экологи предлагают размещать перерабатывающие сырье предприятия вблизи места добычи, это также позволит сократить транспортные расходы. Например, располагать электростанции вблизи угольных месторождений.
Ну и, наконец, добыча сырья значительно истощает земную кору, с каждым годом уменьшаются запасы веществ, руды становятся менее насыщенными, это способствует большим объемам добычи и переработки. Как следствие – рост объемов отходов. Решением этих проблем может стать поиск искусственных заменителей природных веществ и их экономное потребление.
Добыча соли шахтным способом
Влияние на атмосферу
Колоссальные экологические проблемы оказывает добыча полезных ископаемых на атмосферу. В результате процессов первичной обработки добытых руд в воздух выбрасываются большие объёмы:
- метана,
- оксидов
- тяжелых металлов,
- серы,
- углерода.
Созданные искусственные терриконы постоянно горят, выбрасывая в атмосферу вредные вещества – угарный газ, углекислый газ, сернистый газ. Такое загрязнение атмосферы приводит к увеличению уровня радиации, изменению температурных показателей и увеличение или уменьшения осадков.
Промышленность и транспорт основные источники загрязнения атмосферы
Во время добычи в воздух попадает большое количество пыли. Ежедневно на прилегающие к карьерам территории падает до двух килограмм пыли, в итоге почва остается погребенной под полуметровым слоем на долгие годы, а часто навсегда, и, естественно, теряет свое плодородие.
Решением данной проблемы является использование современного оборудования, снижающего уровень выбросов вредных веществ, а также использование шахтного способа добычи вместо открытого.
Влияние на водную среду
В результате добычи природного сырья сильно истощаются водоемы как подземные, так и поверхностные, осушаются болота. При добыче угля осуществляется откачка подземных вод, которые располагаются вблизи месторождения. На каждую тонну угля приходится до 20 м3 пластовых вод, а при добыче железных руд – до 8 м3 воды. Откачка вод создает такие экологические проблемы, как:
Кроме нефтяных пятен на поверхности воды, есть и другие угрозы для озер и рек
- образование депрессионных воронок;
- исчезновение родников;
- высыхание малых рек;
- исчезновение ручьев.
Поверхностные воды страдают от загрязнений в результате осуществления процесса добычи и переработки ископаемого сырья. Так же как и в атмосферу, в воду попадает большое количество солей, металлов, токсических веществ, отходов.
В результате этого гибнут микроорганизмы, живущие в водоемах, рыба и прочая живность, человек использует загрязненную воду не только для своих хозяйственных нужд, но и в пищу. Предотвратить экологические проблемы, связанные с загрязнением гидросферы можно путем сокращения сбросов сточных вод, уменьшения расходов воды при добыче продукции, заполнением образованных пустот водой.
Этого можно добиться, совершенствуя процесс добычи сырья, использованием новых разработок в области машиностроения для добывающей отрасли.
Влияние на животный и растительный мир
Во время активной разработки крупных месторождений сырья радиус загрязнений близлежащих почв может составлять 40 км. Почва подвержена различным химическим изменениям, в зависимости от вредности перерабатываемых веществ. Если в землю попадает большое количество токсических веществ, на ней гибнут и не растут деревья, кустарники и даже трава.
Почва не пригодная для выращивания растений, загрязненная деятельностью промышленной добычи
Следовательно, нет пищи для животных, они либо гибнут, либо ищут новые места для обитания, происходит миграция целых популяций. Решением этих проблем должно быть снижение уровня выбросов вредных веществ в атмосферу, а также компенсационные меры по восстановлению и очищению загрязненных территорий. К компенсационным мерам относится удобрение почв, высадка лесов, организация пастбищ.
При разработке новых месторождений, когда снимается верхний слой грунта – плодородный чернозем, его можно транспортировать и распределять на бедных, истощенных местах, вблизи уже неактивных рудников.