Основные виды метаморфизации экосистем в горнопромышленных районах Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

------------------------------------ © Н.И. Г рехнев, 2007

УДК 622.004.67 Н.И. Грехнев

ОСНОВНЫЕ ВИДЫ МЕТАМОРФИЗАЦИИ ЭКОСИСТЕМ ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫХ РАЙОНОВ

Минеральный потенциал Дальневосточного региона реализуется преимущественно за счет разработки месторождений цветных и редких металлов (олово, свинец, вольфрам, цинк, и др.), горно-химического сырья (флюорит, боросисликаты, бруситы), каменных и бурых углей и драгоценных металлов (золото, платина, серебро). Развитие минерально-сырьевого комплекса в регионе обусловило интенсивное техногенное воздействие на природную среду.

В целях удешевления горнопромышленного производства разработка месторождений ориентирована, как правило, на проведение открытых работ, что существенно усложняет экологические последствия горного производства. В виду низкого уровня диверсификации производств показатель использования промышленных отходов в хозяйственных целях невысок (в среднем менее 10 %), в связи с чем происходит накопление огромных объемов вскрышных пород и хвостов обогащения. Для их складирования отчуждаются значительные площади ценных сельскохозяйственных земель, особенно при освоении золотороссыпных месторождений, площади которых ежегодно только по Хабаровскому краю составляют более 50 тыс. га. Металлургический передел добываемых руд в регионе развит незначительно, с преобладанием аффинирования золота при золотоизвлекательных фабриках, и поэтому не несет масштабного техногенного воздействия на окружающую среду.

Многолетняя практика экологических исследований по изучению характера и интенсивности техногенного воздействия горного производства окружающую среду (ОС) показывает, что постановку этих исследований рационально приурочивать к отдельным этапам освоения месторождения, названных нами минеральными производствами (МП) [1]. Необходимость такого совмещения диктуется

спецификой и интенсивностью воздействия техногенных факторов каждого МП выборочно, на отдельные компоненты ПС, с образованием различных по объему и составу типов производственных отходов, спецификой их влияния на изменение почвенного покрова, поверхностных и подземных вод и формированием определенной зональности в образовании техногенных геохимических аномалий. Все это ведет к формированию различных типов горного техногенеза, что отражается в виде различных преобразований природных и природно-техногенных систем. Горно-эколо-гическая характеристика отдельных МП, включающая источник воздействия, основные виды промышленных отходов, процессы и факторы техногенного воздействия, типы метаморфизации компонентов ОС и виды экологического ущерба приводится в таблице.

Добыча рудной массы, или функционирование собственно горнодобывающего производства (ГДП), сопровождается осуществлением различных производственных операций и сводится к различным видам нарушений ОС и ущербам природных ресурсов:

- механическому нарушению геологической среды, ее механических свойств, целостности литогенного субстрата и почвеннорастительного покрова;

- уничтожению или безвозвратному отчуждению земель (в т.ч. сельскохозяйственных) карьерами и провалами в пределах шахтных полей, под размещение производственных и хозяйственнокоммунальных объектов, отвалы вскрышных и рудовмещающих пород и некондиционных руд;

- нарушению или трансформации гидросети и других гидрогеологических и гидрологических систем;

- нарушению или уничтожению местных биогеоценозов и природных экосистем в целом.

Экономическая значимость потребляемых природных ресурсов ранжируется по их прямой ценности, в стоимостных или условных единицах, однако их истощение приводит к снижению показателя экологического потенциала (емкости) экосистемы. На начальном этапе освоения месторождения, как правило, отмечается прямая связь между интенсивностью разработки, объемами потребления сопряженных ресурсов и факторами техногенного воздействия на ПС, поэтому основные виды экологического ущерба оказываются направленными на механическое (обломочное, пылевое), реже химическое загрязнение почв и открытых водных бас-

сейнов, нарушение источников и изменение режима подземных вод; долговременное изъятие из оборота земель сельскохозяйственного назначения, снижение их плодородия и т.д., что неизбежно приводит к изменению средообразующей роли этих компонентов в рассматриваемой экосистеме.

Повышенным источником загрязнения атмосферного воздуха и почвенно-растительного покрова при отработке месторождений открытым способом являются технологические способы добычи рудной массы (буро-взрывные работы, работа механизмов и транспортных средств и др.). Среди указанных процессов по пылевыде-лению особо следует отметить буро-взрывные работы, использующие массовые взрывы. Так, по данным [2] при массовом взрыве 150-200 т. взрывчатых веществ образующаяся пыль поднимается на высоту 150-200 м и формирует ореолы загрязнения в почвах в радиусе 3-5 км - для равнинного рельефа и удлиненных до 10 км и более - в горно-долинных ландшафтах. Образующаяся разовая концентрация пыли в воздухе зоны воздействия в среднем составляет от 0,3-2,0 мг/м3 до 4-5 мг/м3, что почти в 10 раз выше ПДК и на 2-3 порядка выше фонового уровня. Время вымывания химических элементов из атмосферы составляет 1,1 - 1,6 суток для Мп, №, Fe, А1 и Си и до 3,6 суток - для РЬ. Различие скоростей выпадения химических элементов, а также различная форма их нахождения в потоках рассеяния определяют возможность формирования в них геохимической зональности, хотя для территорий с множеством источников она чаще всего проявлена неотчетливо.

На основании результатов сопряженного анализа концентраций тяжелых металлов в воздухе, снеговом покрове и почвах выявлена связь концентраций некоторых металлов в сопредельных средах, которая описывается уравнениями регрессии, где основным трассером выступает свинец, формирующий ореолы рассеяния в горно-долинном рельефе на расстояние до 10-15 км от источника [3]. В спектре исследованной химической ассоциации элементов-загрязнителей намечается определенная закономерность в соотношении:

РЬ > Си > 2п > As.

На этапе обогатительного минерального производства (ОМП) акценты трансформации ПС смещаются в сторону воздействия тонкодисперсных газовых и химически более агрессивных водных загрязнителей, соответственно наибольшей метаморфиза-

ции подвергаются преимущественно водные системы и приземная атмосфера. Помимо непосредственного воздействия химических реагентов, жидких и твердых отходов на процесс растворения минеральной фазы руд (нитратами, цианидами, органическими и минеральными кислотами и др.), происходит их разложение с выделением вредных газов (сернистого, цианистого и фтористого водорода, синильной кислоты, нитритов и др.).

Проблема экологической трансформации компонентов ПС связана, главным образом, с отсутствием комплексности извлечения полезных компонентов из добываемых руд при их переработке и накоплением огромных объемов промышленных отходов в виде хвостов обогащения, содержащих сульфиды токсичных металлов. В связи с низким извлечением основных рудных минералов (от 30 до 50 % из олово-полиметаллических руд) и невысокой комплексностью ценных компонентов (не выше 50 %) из добываемых руд, предприятия не только несут прямые экономические потери, но при этом основные химические токсиканты остаются полностью в хвостах обогащения и вовлекаются в процессы горного техногенеза.

В целом, экологический ущерб при ОМП обуславливается следующими видами трансформации ПС:

-химического, и в меньшей мере механического, загрязнения поверхностных и грунтовых вод;

- газового, химического и пылевого загрязнения приземной атмосферы при разложении сульфидных минералов хвостов обогащения и их ветровой эрозии и, как следствие, деградации почвенного покрова и биоты;

- трансформации (подпруживание, заболачивание и др.) речных долин, деформации русла и т.д.;

- долговременное изъятие сельскохозяйственных земель хвостами обогащения.

Важность учета технологических и технических аспектов при ОМП при оценке экологичности горных производств позволяет

подойти к определению основных оценочных критериев эффективности работы горных предприятий, а именно: прогрессивности технологий, полноты и комплексности извлечения по-

лезных компонентов, минимизации выбросов и, как следствие, ограничение негативного воздействия на ПС.

Организационно-технические мероприятия при ОМП должны быть, в первую очередь, направлены на:

- повышение эффективности и экологичности технологий освоения (обогащения, извлечения) и технической оснащенности при внедрении мероприятий по охране ОС;

- совершенствование технологии для повышения экономической рентабельности предприятия; внедрение малоотходных и безотходных технологий, позволяющих повышать комплексность и полноту извлечения полезных компонентов, снижать отходоем-кость и ресурсоемкость производства;

- повышение качества используемых материалов и подготовки минерального сырья, создание и использование экологически безопасных материалов;

- организацию и внедрение мероприятий по диверсификации производства и повышению объемов переработки отходов производства.

Металлургическое минеральное производство (ММП) сопровождается аэрозольными и газовыми выбросами плавильных цехов; выбросами дыма, сажи и копоти; отвалами металлургических шлаков и золоотвалов; выпусками термальных и охлажденных стоков.

Воздействие процессов ММП на компоненты ПС различно, но наиболее разрушительное осуществляется через:

- выпадение кислотных дождей, насыщенных газовоаэрозольными и дисперсионными веществами;

- негативное воздействие аэрозолей химических реагентов и кислот на растительную биоту в ареалах радиационных или фронтальных частей адвективных туманов;

- влияние сажи, копоти и пыли от золо- и шлакоотвалов на почвенно-растительный покров;

- тепловое воздействие жидких стоков.

Экологические ущербы связаны с загрязнением или разрушением важных компонентов экосистем. Они представлены прежде всего:

- обширным кислотным загрязнением верхних горизонтов почвенного разреза;

- угнетением или уничтожением растительного комплекса;

- загрязнением приземной атмосферы и почвеннорастительного покрова твердыми веществами (зола, сажа, копоть и др.);

- загрязнением поверхностных водоемов кислотными аэрозолями и твердыми сажистыми осадками;

- тепловым воздействием и др.

По данным площадного опробования [3], спектр элементов-загрязнителей атмосферы и почв в Вознесенском горнопромышленном районе намного шире в твердой фазе снеговой пыли, чем в растворенной, в которой содержится от 0,02 до 3,0 % свинца, 0,013,0 - цинка, до 0,01 - кадмия, 0,002-0,6 - мышьяка, до 0,0008 - серебра, до 0,03 - сурьмы, 0,002-0,1 - меди, до 0,2 - олова и до 0,01 -висмута. Нетрудно заметить, что химический состав приземного воздуха и атмосферной пыли в общих чертах соответствует составу полиметаллических руд не только по набору элементов, но и по уровню их содержаний в рудах (особенно по свинцу, цинку, кадмию, мышьяку, олову и др.).

С выбросами ММП на ОАО “Дальполиметалл” (плавильный завод) связано интенсивное загрязнение почв свинцом (0,01-0,1 %), цинком (0,01-0,04 %), кадмием (0,0006 %), мышьяком (0,006 %), серебром (0,0004 %) и висмутом (0,0008 %), особенно вблизи плавильного завода (пос. Рудная Пристань), особенно в поверхностном слое почв, мощностью до 5 см, выявляются их высокие концентрации [4].

Нарушение природной среды под действием горного производства в целом и возникающие при этом экологические ущербы характеризуются рядом взаимосвязанных и взаимообусловленных аспектов ресурсного, технологического и экономического свойств.

Существо экологического аспекта проявляется в широкомасштабном воздействии техногенных факторов на природную среду, приводящих зачастую к радикальной и разноплановой метаморфи-зации ее отдельных компонентов и экосистемы в целом. Исходя из экологических соображений, следует считать, что средообразующая роль нарушенных природных компонентов для определенных регионов (природных или биоклиматических зон) является более важной, чем собственно экономическая стоимость отдельных видов природных ресурсов. Поэтому ущерб природной среде должен оцениваться не только объемами изъятых или потребленных ресурсов, что должно обязательно находить отражение в их стоимостном

выражении, но и, самое главное, должен определяться в экологических категориях ценности - показателем нарушенности экосистемы и снижением ее экологического потенциала.

Компоненты природной среды представляют чаще всего природные ресурсы, находящиеся в сложном экосистемном и взаимосвязанном сочетании, когда нарушение одного из них приводит к неизбежному изменению структуры и функциональных свойств других компонентов. Поэтому изъятие или изменение свойств даже одного из них приводит не только к потере его стоимостного значения, сколько - к более сложному нарушению функционирования экосистемы или часто к их полному разрушению, что может быть выражено в виде интегрального негативного экологического эффекта даже в пределах отдельного горнопромышленного района.

Напрямую мероприятия по охране природной среды могут увязываьтся с уровнем экономической рентабельности предприятия, однако политика недропользования в целом определяется рядом объективных условий:

- политикой рационального использования природных ресурсов в регионе;

- биоклиматическими условиями местности (ландшафтов), определяющими исходную относительную устойчивость экосистем к воздействию техногенных факторов;

- планируемым уровнем экологизации технологий предприятия (или отдельных МП) и политикой использования совмещенных ресурсов, хранения, консервации и утилизации отходов производства;

- состоянием разработанности существующей системы экологических требований, норм и ограничений и практикой их исполнения.

Ресурсный аспект не ограничивается добычей и потреблением только геологических или целевых ресурсов, к которым относится собственно минеральное сырье; в использование или разрушение попутно вовлекаются так называемые “сопряженные или соподчиненные ресурсы”, представляющие собой основные компоненты природной среды и составляющие целостность природных экосистем [5]. Соотношение экологического и ресурсного аспектов в оценочных критериях экологичности показывает, что полная ре-сурсоемкость должна включать, помимо геологических и соподчиненных групп, ту часть ресурсов материальной группы (здания, со-

оружения, дороги, трассы электропередач и др.), которая также приводит к временному отчуждению земель, полному или частичному уничтожению природных компонентов.

Истощение ресурсных запасов при недропользовании отражается в частичном ограничении или полном исчерпании полезного ископаемого, преждевременном истощении его запасов при неполном их извлечении или ухудшении условий добычи и, соответственно, удорожании производства, в целом. Поэтому экологический, ресурсный и экономический аспекты в горно-производственных системах оказываются тесно связанными между собой общей системой природопользования.

--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Грехнев Н.И, Секисов Г.В. Основные типы минеральных производств и их экологичность// Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 12.- С.170-174.

2. Геохимия окружающей среды/ Ю.Е. Сает, Б.А. Ревич, Е.П. Янин и др.- М.: Недра,1990. 335 с.

3. Остапчук В.И., Грехнев Н.И. Донные осадки озера Ханка - как объект эколого-геохимического мониторинга// IV объединенный междунар. симпозиум по пробл. прикладной геохимии. - Иркутск: СО РАН (ИГХ), 1994.

4. Грехнев Н.И., Кислицын Л.В., Остапчук В.И. Тяжелые металлы в геосистемах районов добычи и переработки оловяно-полиметаллических руд юга Дальнего Востока// Влияние горного производства на объекты природной среды. -Владивосток: Дальнаука, 1998.

5. Шапарь А.Г., Копач П.И. Влияние экологических критериев эффективности освоения месторождений на выбор способа разработки// ГИАБ. - 2002.- № 1. -С.124-129.

— Коротко об авторах -------------------------------------------

Грехнев Н.И. - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела ДВО РАН.