Отрицательная форма рельефа образованная 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.
А. Денудационные – провалы.
Б. Аккумулятивные – шахтные отвалы.
3. Формы рельефа, обусловленные переработкой полезных ископаемых:
А. Аккумулятивные – внешние отвалы.
Некоторыми авторами сделана попытка классифицировать воздействие горного производства на окружающую среду. Японский учёный М. Накао разделяет негативное воздействие горного производства на окружающую среду на следующие группы:
1 – осадка земной поверхности вследствие образования подземных пустот и полостей, которые возникают при извлечении полезных ископаемых и откачке шахтных вод;
2 – ущерб сельскому хозяйству и рыболовству от воздействия откачанных шахтных вод;
3 – ущерб сельскому хозяйству и лесоводству от выделений газов, содержащих сернистые оксиды;
4 – ущерб живым существам, строениям и земельным угодьям вследствие образования терриконов, отстойников шахтных вод и складирования отходов.
Эта классификация является очень узкой и не отражает всех особенностей воздействия горного производства на окружающую среду.
Польские специалисты Е. Малара, Т. Скавина, и З. Боярский считают что это воздействие вызывают геомеханические, гидрологические, химические, физико-механические и термические измененияв окружающей среде.
Геомеханические изменения обусловлены:
1. Строительством карьеров, отвалов, отстойных водоёмов, различных насыпей и траншей.
2. Деформацией поверхности в результате ведения горных работ.
3. Хранением отходов обогатительных фабрик.
4. Монтажными работами, работой тяжёлого оборудования и др.
В результате этого воздействия происходят:
- изменения рельефа местности, геологической структуры массива горных пород, почвы и строительного полотна;
- механические повреждения почвы, ликвидация почвы и создание беспочвенных местностей;
- повреждения строительных объектов и инженерных сооружений.
Гидрологические изменения обусловлены:
1. Дренажным воздействием подземных и открытых горных выработок.
2. Деформацией поверхности в результате ведения горных пород.
3. Строительством карьеров, отвалов, водоёмов, различных насыпей и траншей.
4. Смещением русел рек, строительством водоёмов, перепадов и других гидротехнических сооружений.
5. Загрязнением вод.
6. Использованием подземных вод для различных целей.
7. Дренированием месторождений.
В результате этого воздействия происходят:
· изменения положения и движения уровня подземных вод и гидрографической сети;
· ухудшение качества вод мелкозалегающих водоносных горизонтов, геолого-инженерных условий строительного полотна, водного режима почвенного слоя;
· уменьшение ресурсов подземных вод;
· увеличение суффозии и механического уплотнения грунтов;
· изменения морфодинамического режима рек; создание пойм.
Химические изменения обусловлены:
1. Эмиссией газов и химически активной пыли.
2. Сбросом засоленных и загрязненных вод.
3. Воздействием токсичных компонентов, содержащихся в породных отвалах и хвостохранилищах.
В результате этого воздействия происходят: изменения состава и свойств атмосферного воздуха, вод и почвы.
Физико-механические изменения обусловлены:
1. Эмиссией пыли и аэрозолей.
2. Сбросами вод, загрязненных суспензией и гидрозолями.
В результате этого воздействия происходят:
· изменения состава и свойств атмосферного воздуха, вод и почв
Термические изменения обусловлены:
1. Загрязнением воздуха.
2. Сбросом подогретых вод.
3. Нагнетанием подогретых вод в массив горных пород.
В результате этого воздействия происходят: изменения качества атмосферного воздуха и водного бассейна.
В настоящее время месторождения твердых полезных ископаемых разрабатываются в основном тремя способами: открытым, подземным и геотехническим. В будущем значительные перспективы имеет подводная добыча полезных ископаемых со дна морей и океанов.
Академик Н.В. Мельников отмечал, что генеральным направлением развития горнодобывающих отраслей является обеспечение опережающего роста прогрессивного открытого способа добычи, на долю которого в производстве угля, руд и нерудного сырья приходится 75%. Подземным способом целесообразно добывать коксующиеся и ценные энергетические угли, залегающие на больших глубинах, железные и марганцевые руды, а также жильные руды цветных металлов, калийные соли и часть фосфатного сырья.
В современных условиях решение проблемы оптимизации воздействия горного производства должно основываться на следующих двух концепциях:
1. Интенсивный путь развития горнодобывающей промышленности (концепция интенсификации).
2. Единство проблем рационального использования и охраны недр и рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды (горно-экологическая концепция).
ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
План.
1. Ландшафт разработок полезных ископаемых.
2. Карьерно-отвальный ландшафт.
3. Каменоломный бедленд.
4. Терриконы.
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
| Основные факторы | Изменения |
| 1.Добыча полезных ископаемых открытым способом | Изменение рельефа местности (карьерные выемки, отвалы); механическое загрязнение почв на месте карьера и под отвалами породы; изменение направления и скорости протекания всех химических процессов; извлечение на поверхность токсичных соединений; резкое снижение уровня грунтовых вод; частичное осушение почв; загрязнение атмосферного воздуха пылью; нарушение растительного покрова, уничтожение мелких животных, изменение видового состава растений и животных. |
| 2.Добыча полезных ископаемых закрытым способом. | Изменение рельефа местности (терриконы, хвостохранилища, карст, оползни), оседание и сдвиг горных пород, подтопление территорий; химическое загрязнение почв, механическое загрязнение почв; истощение водоносных горизонтов и ухудшение качества подземных и поверхностных вод; снижение расхода малых рек; загрязнение атмосферного воздуха выбросами метана, оксидов углерода из горных выработок, газовыделение и горение отвалов, терриконов; газовые и нефтяные пожары, обогащение пыли рудными элементами; нарушение растительного покрова, гибель мелких животных под терриконами; изменение видового состава животных и растений. |