CC BY
32
УДК 502.171:332.3:005.584.1
И.А. Басова, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой, (4872) 35-38-38, biajis@uic.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ), Н.П. Иватанова, д-р техн. наук, (4872) 35-20-41, g-sps@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А.Б. Копылов, д-р техн. наук, проф, (4872) 35-20-41, toolart@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ В РЕГИОНАХ С РАЗВИТОЙ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТЬЮ
Обсуждаются проблемы исследования геоэкологического состояния почвенного покрова горнопромышленного региона. Мониторинг геоэкологического состояния почвенного покрова должен основываться на изучении горнопромышленной территории как полисистемы, включающей природно-ландшафтную, инженерно-техническую (технологическую), медико-биологическую (демопопуляционную) подсистемы.
Ключевые слова: загрязняющие вещества, почвенный покров, допустимые концентрации, горнопромышленный регион, геоэкологическое состояние, геосистема, техногенные образования, миграционные цепи, ландшафты.
Интенсивное использование природных ресурсов и вовлечение их в хозяйственную деятельность привело к значительным физико-химическим изменениям биосферы многих регионов. В некоторых из них эти изменения достигли той границы, за которой общественный прогресс и благополучие общества стали затруднительными и невозможными. Наиболее высоких масштабов они достигли в горнопромышленных и промышленно-городских агломерациях, где сконцентрирована основная часть промышленных предприятий региона и проживает большая часть его населения. Именно поэтому уже сегодня необходимо систематически изучать воздействие технологических процессов на окружающую или природную среду, чтобы осуществить прогноз ожидаемых изменений и при необходимости дать рекомендации для исправления уже имеющихся отрицательных последствий антропогенного воздействия на биосферу.
В настоящее время наиболее экономичным и безопасным признан открытый способ разработки полезных ископаемых. Однако, являясь приоритетным в разработке твердых полезных ископаемых, он оказывает крайне неблагоприятное влияние на экологическую обстановку земельных ресурсов, что связано с необходимостью отчуждения больших площадей. Принимая во внимание наметившуюся тенденцию восстановления промышленного производства в крупных территориально-производственных комплексах, возникает необходимость совершенствования методологии более детального мониторинга, анализа, моделирования и оценки загрязнения почвенного покрова в горнопромышленных регионах и локальных объектов на основе новых компьютерных технологий.
Впервые объективная оценка состояния природоохранной горнопромышленной деятельности дана в обширной монографии Ю.В. Каплу-нова, С.Л. Климова, А.П. Красавина. В ней изложен системный взгляд на проблему развития природоохранной деятельности в отрасли и определена концептуальная основа ее коренного улучшения [1].
В настоящее время объектом геоэкологических исследований являются не только сам почвенный покров, но и взаимодействующие с ним основные компоненты природной среды горнопромышленных районов -приземная атмосфера и подземные воды [2]. Пространство, в котором находятся во взаимодействии множество элементов гео-, эко- и социосистем, составляет объект геоэкологии (рис. 1). Основное внимание при этом обращается на антропогенные процессы геоэкологической дестабилизации и опустошения земель, а также на разработку рекомендаций по рациональному природопользованию и охране природы [3, 4].
Для углубленного изучения закономерностей распределения и миграции загрязняющих веществ возникает необходимость изучения не только самих загрязнителей, но и ландшафтов, в которых формируются эти поля. Это означает, что анализу должны подвергаться не только геохимические данные, составляющие базовый блок геоэкологической информации, но и земельно-кадастровая, климатическая, демопопуляционная и медицинская информация, несущая в явном или скрытом виде характеристики исследуемой территории.
ОБЪЕКТ геоэкологических исследований
птк тпк
при родн о-территориальный территориально-производственный
комплекс (геосистема) комплекс (социосистема)
Рис. 1. Структурная схема объекта геоэкологических исследований согласно современной экологической парадигме
Поэтому, исследования геоэкологических проблем горнопромышленного региона должны быть основаны на представлении исследуемой территории как полисистемы, включающей природно-ландшафтную, инженерно-техническую (технологическую), медико-биологическую (демо-популяционную) подсистемы (рис. 2).
Важным моментом в современных геоэкологических исследованиях является учет наличия слабых, но вместе с тем существенных для описания системы взаимодействий. Подчеркивая значение сильных элементов, многие исследователи, вместе с тем, отдают должное роли слабых взаимодействий, без которых целостность и устойчивость системы невозможна. Сильные воздействия не всегда играют решающую роль в управлении геосистемой. В рамках горнопромышленного региона такое влияние оказывает загрязнение тяжелыми металлами (особенно это касается микроэлементов).
Благодаря небольшому среднему содержанию микроэлементов в почвенном покрове их избыток или недостаток способен вызвать необратимые антропогенные изменения во всей геосистеме [5].
Рис. 2. Структура горнопромышленного региона как полисистемы
В работах многих исследователей показана несомненная связь между элементным составом среды и химическим составом растений. Специальные исследования основных включений, слагающих породные отвалы, показывают наличие окислов химических элементов, таких как кремний 57,6 - 80,0 %, алюминий - 8,9 - 16,1 %, железо -2,21 - 6,84 %, титан - 0,23 - 1,06 %, марганец - 0,01 -0,02 % и др. Сопоставление средних содержаний отдельных химических элементов с их кларковыми содержаниями в бурых углях показывает, что угли Подмосковного бассейна характеризуются повышенной ме-таллоносностью.
Техногенные образования распространены вблизи угольных шахт, обогатительных фабрик, других промышленных предприятий, а также вдоль транспортных магистралей. Это отвалы, терриконы, насыпи. Мощность техногенных образований, складированных в терриконы на территории Тульской области, достигает 20 и более метров. Размещение твердых отходов в отвалах и хвостохранилищах на поверхности крайне негативно влияет на состояние окружающей среды. Помимо выбросов в атмосферу пыли и вредных газов твердые отходы в отвалах способствуют минерализации и загрязнению солями тяжелых металлов почв сельскохозяйственных угодий вследствие дренирования атмосферных осадков через их толщу. Заброшенные карьеры провоцируют развитие экзогенных геологических процессов, таких как эрозия и оползни. Отрицательное воздействие карьеров проявляется в снижении естественной защищённости водоносных горизонтов. Являясь аналогами бессточных котловин, карьеры становятся потенциальными источниками загрязнения подземных вод, так как во время разработки происходит накопление нефтепродуктов, металлического лома и мусора.
Исследования показали, что интенсивное загрязнение окружающей среды горнопромышленного региона связано со следующими миграционными цепями:
- пылевые выбросы при открытых горных разработках, загрязняющие атмосферный воздух, и образующие контрастные и значительные по площади геохимические аномалии в почвах;
- дефляция и размывание хвостохранилищ обогатительных фабрик, образующие интенсивные потоки рассеяния в водных системах и сравнительно локальные ореолырассеяния в почвах;
- стоки водоотлива из подземных горных выработок, карьеров, образующие интенсивные и протяженные потоки рассеяния в водных системах;
- стоки обогатительных фабрик после очистных сооружений, загрязняющие водные системы;
- рассеяние рудного материала при транспортировке, загрязняющие
почвы;
- организованные и неорганизованные выбросы в атмосферу при процессах обогащения;
- природные геохимические аномалии - вторичные ареолы рассеяния в почвах, потоки рассеяния в поверхностных водотоках, гидрогеохимические аномалии в подземных водах.
Из вышесказанного следует, что процессам загрязнения подвергаются все типы ландшафтов (трансэлювиальные, трансаккумулятивные, транссупераквальные, аквальные).
В настоящее время выделение чисто «угольного» загрязнения затруднительно потому, что разрабатываемые месторождения находятся в промышленных районах, где происходит дополнительное загрязнение за счёт работы других промышленных и энергетических предприятий.
Тем не менее, сопоставление геохимических спектров техногенных литохимических аномалий и других природно-техногенных объектов в горнопромышленном регионе показывает наличие причинно-следственной геохимическй связи в компонентной цепи: минеральное сырье > промот-ходы > окружающая среда.
Эти данные свидетельствуют о том, что добыча, переработка и потребление минерально-сырьевых ресурсов, особенно углей, в наибольшей степени сказались на химических изменениях почв и других компонентов биосферы нашего региона.
Выводы.
1. Исследования геоэкологического состояния почвенного покрова горнопромышленного региона должны основываться на представлении исследуемой территории как полисистемы, включающей природно-ландшафтную, инженерно-техническую (технологическую), медико-биологическую (демопопуляционную) подсистемы. Анализу должны подвергаться не только геохимические данные, составляющие базовый блок геоэкологической информации, но и земельно-кадастровая, климатическая,
демопопуляционная и медицинская информация, несущая в явном или скрытом виде характеристики исследуемой территории.
2. Специфичность геосистемы, именуемой «горнопромышленный регион», проявляется в том, что почва является ее базовой компонентой. Почвенный покров, как главная депонирующая природная среда, в наибольшей степени отражает масштабы и характер изменений окружающей среды в техногенный период. В настоящее время объектом геоэкологических исследований являются не только сам почвенный покров, но и взаимодействующие с ним основные компоненты природной среды горнопромышленных районов - приземная атмосфера и подземные воды.
Список литературы
1. Каплунов Ю.В., Климов С.Л., Красавин А.П. Экология угольной промышленности России на рубеже ХХ1 века. М.: Изд-во Акад. горных наук, 2001. 295 с.
2. Состояние почвенно-земельных ресурсов в зонах влияния промышленных предприятий Тульской области / Под общей редакцией акад. РАН Г.В. Добровольского, чл.-корр. РАН С.А. Шобы. М.: Изд-во Московского университета, 2002. 173 с.
3. Гаврилова И.П., Богданова М.Д., Симонова О.А. Опыт площадной оценки степени загрязнения почв России тяжелыми металлами. Вест. Моск. ун-та. Сер. 17. Почвоведение, 1995. №1. С. 48-53.
4. Басова И.А., Иоина М.А., Глухова Е.Н. Геоэкологическое состояние почвенного покрова в горнопромышленных регионах/ Изв. ТулГУ. Сер. Науки о Земле. Вып. 1. Тула, 2010. С. 16 - 20.
I.A. Basova, N.P. Ivatanova, A.B. Kopilov
EVALUATING ENVIRONMENTAL CONDITION OF SOILS IN THE REGION WITH ADVANCED MINING INDUSTRY
In this article the problems of research of a environmental condition of a soil cover of mining region are discussed. Monitoring of a environmental condition of a soil cover should be based on studying of mining territory as the poly-system including acoustic airport, technical (technological), medical and biologic subsystems.
Key words: pollutants, soil covering, limited concentration, mining industrial region, environmental condition, GIS, anthropogenic wastes, migration nets, landscapes.
Получено 17.02.2012
