CC BY
194
УДК 551.34:502.3:624.139
DOI: 10.24411/1728-323X-2019-13063
ПРОБЛЕМА РАЗМЕЩЕНИЯ ОТХОДОВ В АРКТИЧЕСКИХ РЕГИОНАХ РОССИИ
В. И. Гребенец, кандидат геолого-минералогических наук, доцент, МГУ имени М. В. Ломоносова, кафедра криолитологии и гляциологии, [email protected], Москва, Россия,
В. А. Толманов, студент магистратуры, МГУ имени М. В. Ломоносова, кафедра криолитологии и гляциологии, [email protected], Москва, Россия, А. Г. Хайрединова, студент магистратуры, МГУ имени М. В. Ломоносова, кафедра криолитологии и гляциологии, [email protected], Москва, Россия, Ф. Д. Юров, студент магистратуры, МГУ имени М. В. Ломоносова, кафедра криолитологии и гляциологии, [email protected], Москва, Россия
Авторами были проанализированы особенности складирования отходов в зоне распространения вечной мерзлоты. Были выявлены основные виды воздействия на природную среду и мерзлые грунты: механическое, физико-химическое и тепловое. В ходе полевых наблюдений в различных районах Российского Севера (Норильский промышленный район, Воркута, Игарка и др.) и анализа литературных источников и данных дистанционного зондирования были выделены 5 основных блоков складирования отходов в криолитозоне, различных как по условиям накопления отходов, так и по особенностям воздействия на окружающую среду: 1) полигоны хранения твердых бытовых отходов, присущие всем населенным пунктам и производственным площадкам и объединяющие в себе все виды воздействия; 2) захламленные территории с брошенными зданиями и сооружениями; 3) площадки хранения отходов лесопере-работки, представляющие высокую опасность из-за теплового воздействия на мерзлые грунты; 4) шлако-, золо-, шламоотвалы и хвостохранили-ща, оказывающие значительное тепловое воздействие на вечную мерзлоту и являющиеся источником большого количества загрязняющих химических веществ; 5) отвалы пустой породы в районах добычи рудных полезных ископаемых, которые коренным образом меняют ландшафты, являются причиной активизации склоновых криогенных процессов и могут трансформироваться в техногенные каменные глетчеры.
The features of waste disposal in the permafrost zone were analyzed in detail in this article. The main types of impact on the environment and frozen soils were identified: mechanical, physico-chemical and thermal. During field works in various regions in the North of Russia (the Norilsk Industrial Region, Vorkuta, Igarka, etc.) combined with analysis of literature sources and remote sensing data, 5 main waste storage units in the permafrost zone were determined. The storage units that were divided according to the conditions of waste accumulation, and to the peculiarities of environmental impact are the following: 1) landfills for the storage of solid household waste inherent in all human settlements and production sites and combining all types of exposure; 2) littered areas with abandoned buildings and structures; 3) storage sites for wood waste, which are highly dangerous due to thermal effects on frozen soils; 4) slag-, gold-, sludge dumps and tailing dumps, having a significant thermal effect on permafrost and being the source of a large amount of polluting chemicals; 5) waste dumps in the mining areas of ore minerals, which radically change landscapes, cause the activation of slope cryogenic processes and can be transformed into man-made rock glaciers.
Ключевые слова: складирование отходов, вечная мерзлота, деградация, деформации объектов, Арктика.
Keywords: waste storage, permafrost, degradation, deformation of objects, the Arctic Zone.
Введение. Проблема складирования твердых отходов в криолитозоне носит особо острый характер, что связано с суровыми климатическими условиями и наличием вечной мерзлоты. В настоящее время только в районах добычи полезных ископаемых (Россия, Китай, Канада и др.) складированы на рельеф или ограждены дамбами миллиарды кубометров промышленных отходов и пустой породы, точная оценка отсутствует. Серьезные проблемы связаны с залежами отходов лесопереработки, мусороотвалами, зонами размещения емкостей с горюче-смазочными веществами.
Методы исследований. Натурные исследования проблем накопления отходов и их негативного влияния на окружающую среду были проведены в ряде пунктов криолитозоны России (Норильский промрайон, Воркутинский промузел, Игарка, поселения в низовьях Оби, национальные поселки Таймыра и др.). Полевые наблюдения включали оценку площади захламления и тип отходов, во многих случаях — отбор проб на химические анализы, термометрию, картографирование опасных процессов. Анализ отдельных литературных источников, доступных материалов экологических фондов и данных дистанционного зондирования Земли позволил расширить географию изучения проблемы.
Результаты и обсуждение. Активное освоение криолитозоны привело к чрезмерному накоплению загрязнителей на достаточно обширных территориях. Водные потоки, ветровая деятельность и механическое перемещение извлеченных полезных ископаемых способствуют попаданию загрязнителей, многие из них содержат тяжелые металлы или радиоактивные материалы.
В криолитозоне проблема складирования твердых отходов обостряется за счет слабости экосистем, водоупорных свойств мерзлых пород, развития деструктивных криогенных процессов. Ситуация осложняется трендами к потеплению климата [1], что особенно актуально для регионов, где в законсервированном (замороженном) состоянии хранятся несколько сотен миллионов кубометров отходов добычи и обогащения руд и угля и где тенденции к повышению температуры наружного воздуха в последние 30 лет составляют 0,8-1,4 °С [2].
В целом, воздействие твердых отходов на окружающую среду в криолитозоне можно разделить на следующие виды: а) механическое — накопление вещества и изменение рельефа, условий дренированности; б) физико-химическое, приводящее к загрязнению грунтов, поверхностных и подземных вод самими отходами и продуктами их распада; в) тепловое, вызывающее потепление и разрушение вечномерзлых грунтов, активизацию опасных криогенных процессов.
Комплекс исследований позволил выделить пять основных блоков складирования отходов в криолитозоне, связанных с определенным типом их накопления:
1. Складирование твердых бытовых отходов (ТБО) на полигонах и свалках (рис. 1) — бытовой или строительный мусор, металлолом и т. д. — является наиболее распространенным и свойственен всем населенным пунктам и площадкам. Помимо изменения ландшафтов за счет занятия отходами больших площадей, свалки и полигоны ТБО могут оказывать негативное физико-химическое влияние на окружающую среду из-за сброса токсичных материалов (ртутных ламп, свинцовых аккумуляторных батарей, емкостей из-под аэрозолей и т. д.), что в совокупности с отсутствием водонепроницаемых покрытий на контакте
|
Рис. 1. Свалка ТБО в районе г. Норильск (фотография Тополевой А. Н.)
с естественной поверхностью грунтов ведет к попаданию токсичных веществ в грунтовые воды и водоемы.
Для криолитозоны такие отходы представляют опасность и за счет теплового воздействия при разложении бытовых отходов (деградация вечно-мерзлых грунтов под свалками, активизация криогенных процессов).
Отдельную опасность представляют старые полигоны складирования ТБО. В ходе круглогодичной отсыпки отходов в их толщу попадал снег и лед, при дождях летом происходило также формирование затечного льда, в результате чего мусороотвалы представляют из себя льдонасы-щенную неоднородную толщу. После завершения эксплуатации полигонов и захоронения ТБО на таких участках зачастую производилось строительство объектов на техногенных подсыпках из щебня или дробленого металлургического шлака (в г. Норильск). Например, техногенное воздействие и тренды к потеплению климата вызвали негативное изменение в искусственных мерзлых толщах, на этих площадках (ул. Хантайская, ул. Лауреатов в Норильске и др.) большинство зданий деформировано или разрушено.
Для районов Крайнего Севера можно выделить специфичную форму накопления отходов — складирование бочек с остатками ГСМ в пунктах, где расположены или располагались аэродромы, перевалочные пункты Северного морского пути, военные объекты и полярные станции. Характерно загрязнение окружающей среды непосредственно бочкотарой, а также топливом, маслами и лакокрасочными жидкостями, вытекающими из корродирующих и разрушающихся бочек. В 2011—2015 гг. при поддержке Минприроды РФ проводилась работа по оценке загрязнений и очистке территории архипелага Земля Франца-Иосифа, о. Врангеля, п. Амдерма, архипелага Шпицберген, о. Белый [3]; например, только на архипелаге Земля Франца-Иосифа было выявлено 60 площадок загрязнений, где складировано 2800 м3 авиатоплива, 1671 м3 дизельного топлива, 3169 м3 масел и более 20 000 т лома черных металлов [4].
2. В 1990-е годы в большинстве городов Крайнего Севера началось активное сокращение численности населения, что привело к выводу из эксплуатации и постепенному разрушению жилых и производственных зданий и целых поселков. В результате постепенного разрушения заброшенных строений сформировались новые площадки складирования отходов. В дальнейшем здесь происходило несанкционированное складирование мусора. Примерами таких захламленных территорий являются заброшенные микрорайоны и
Рис. 2. Свалка ТБО с включением древесных отходов деятельности лесокомбината в г. Игарка (фотография Гребенца В. И.)
поселки Воркуты (пос. Комсомольский, микрорайон «Рудник», пос. Промышленный и др.), территория лесокомбината в г. Игарка, зона старой застройки в г. Норильск и др.
Стоит отметить, что площадь заброшенных и захламленных территорий может быть сопоставима с территориями функционирующих селитебных зон городов и поселков. Например, селитебная зона г. Воркута (без учета поселков) занимает примерно 12,9 км2, в то время как по данным полевых наблюдений в августе 2018 г. площадь заброшенных ранее застроенных территорий (поселки Юр-Шор, Промышленный, Мульда, Октябрьский, Ая-Чага и др.) составляет около 7,7 км2 (то есть почти 60 % современной селитебной зоны).
3. В крупных центрах лесопереработки отвалы опилок, коры и других отходов занимают весьма обширные территории. Например, на юго-восточной окраине Игарки зона складирования подобных отходов (рис. 2) тянется вдоль Енисея полосой почти в 5 км и шириной местами до 0,5 км. Гниение опилок вызывает деградацию льдистых вечномерзлых оснований. Особую опасность представляют возникающие пожары, например, в засушливое лето 2013 г. пожары в Игарке продолжались почти 2 месяца (июль — август).
4. Особый блок проблем — устройство на рельефе шлако-шламо-хвостохранилищ, золо-отвалов, куда сбрасываются отходы производств. Крупные подобные системы в криолитозоне располагаются в Норильском регионе, Валькумее, Куларе, Мирном, Лонгйире (Шпицберген) и других горнодобывающих районах. Промотходы складируются в виде теплой обводненной суспензии, либо в раскаленном состоянии. Материал хвостохранилищ и других подобных объектов
обладает высокой химической агрессивностью [5] и оказывает колоссальное физико-химическое воздействие на окружающую среду. После складирования шлаки и шламы подвержены ветровому разносу, что заметно увеличивает радиус загрязнения. Для вечномерзлых грунтов опасность представляет, в первую очередь, тепловое воздействие отходов производства, подающихся в места хранения при высоких температурах, что ведет к деградации мерзлых пород [6]. Такой тип складирования твердых отходов широко представлен в Норильском промышленном районе (НПР), где на удалении 15—20 км от города Норильск около 31 км2 занято хвостохранилищами, 2,2 км2 — шлакоотвалами и 5,1 км2 — отстойниками метал-лосодержащего сырья [7]. В хвостохранилище № 1 НПР (сейчас законсервировано) за время эксплуатации было накоплено 432 млн т хвостов, а эксплуатируемое в настоящей перспективе хвостохранилище № 2 «Лебяжье» рассчитано еще на 168 млн м3 материала [8]. Данные объекты отличаются чрезвычайно высоким содержанием различных опасных химических веществ. Так, отбор проб из дамбы хвостохранилища «Лебяжье» (рис. 3) показал значительное превышение концентраций ионов металлов, а содержание сульфат-ионов составило 15 682 мг/л, в то время как в тундре в 60 км от города концентрация сульфат-ионов составляла всего 220 мг/л [7]. Характерно, что неоднократные попытки сформировать поч-венно-растительный покров (в силу сурового климата и агрессивной среды) на экспериментальных участках в Норильском регионе не привели к успеху. Безрезультатными оказались и опыты по силикатизации или цементации поверхности на опытных площадках: морозобойное растрескивание разрушало искусственно созданную защитную корку. Серьезнейшей проблемой является также то, что подобные отстойники ог-
Рис. 3. Хвостохранилище «Лебяжье», НПР (фотография Тополевой А. Н.)
раждаются дамбами с противофильтрационными ядрами из мерзлого грунта. В связи с усилением техногенеза и трендами к потеплению климата противофильтрационные завесы разрушаются, растворимые соли сульфатов, хлоридов, тяжелых металлов попадают в тундровые экосистемы, в бассейны рек, в конечном итоге — в Мировой океан [9].
5. Складирование «пустой» породы в отвалы в криолитозоне встречается достаточно часто, в том числе при разработке угольных месторождений (Нерюнгри, Воркута, Лонгйир и др.), при добыче меди, никеля, золота, олова и других полезных ископаемых (НПР, Апатиты, предприятия Магаданской области, Читинского края, северо-востока Монголии и др.).
В условиях существования вечномерзлых грунтов формирование твердых отвалов имеет свою специфику. Складирование материала на склонах приводит к активизации солифлюкции, оползням и т. п. Кроме того, большие массы обломочного материала в сочетании с низкими температурами могут привести к формированию техногенных каменных глетчеров (ТКГ), что и произошло в НПР на г. Рудная. Обломочный материал, ставший основой для появления ТКГ, появился в результате разработки карьера Медвежий ручей. Складирование твердого материала на склонах горы проводилось в течение 25 лет и было закончено в 1984 г., объем материала составил порядка 65 млн м3 с общей массой около 110 млн т [4]. Отсыпка отвала производилась на склон с крутизной 12—15°, высота отвала составила 100—120 м, а угол откоса — 30—36°.
Начало движения ТКГ вниз по склону обусловлено изменением мерзлотных условий. В 1945 г. температуры грунтов склона на уровне нулевых годовых колебаний (на глубине 8—10 м) составляли —5...—7 °С, а к 1996 г. (по данным измерений в трех термометрических скважинах) температуры в теле каменного глетчера на глубинах 20—50 м составляли от —2° до —0,5 °С [10].
Для отвала на г. Рудная изменение мерзлотных условий в сторону повышения температур имеет катастрофическое значение, так как тело отвала сильно насыщено льдом, как попавшим в толщу обломочного материала при его послойном складировании, так и сформировавшимся при затекании воды уже после захоронения. Изменение мерзлотных условий ведет к снижению сил сцепления ледово-грунтовых частиц за счет смерзания и делает тело ТКГ более пластичным и подвижным. Кроме того, повышение температур ведет к ухудшению прочностных свойств ледово-суглинистого основания отвала [10, 11].
На территории Евразии существует еще, как минимум, три крупных ТКГ [12]. Кольский техногенный глетчер, расположенный в Хибинах на склоне г. Расвумчорр, материалом для которого стали отвалы пустой породы из карьера. Кумтор-ский ТКГ на хребте Акширак, сформировавшийся из отвалов Кумторского золотоносного месторождения, находится в стадии активного движения. ТКГ на месторождении Кубака на Колымском нагорье находится в стадии формирования и еще не подвергся значительным деформациям.
Заключение. Загрязненность обширных территорий криолитозоны твердыми бытовыми и промышленными отходами в настоящее время является серьезной и трудноразрешимой проблемой. Применение несовершенных технологий добычи и переработки сырья, «наследие» прошлых лет с пренебрежением к экологической ситуации, отсутствие специальных стандартов по складированию мусора и побочных промышленных материалов, неразработанность методов утилизации отходов в суровых климатических условиях требуют специального изучения и выхода на новые уровни развития северных территорий.
Работа выполнена в рамках проекта РФФИ 18-05-60080 «Опасные нивально-гляциальные и криогенные процессы и их влияние на инфраструктуру в Арктике».
Библиографический список
1. Шерстюков А. Б. Многолетняя мерзлота России в условиях глобального потепления климата // Проблемы региональной экологии, 2007, № 4. — С. 8—11.
2. МГЭИК, 2014: Изменение климата, 2014 г.: Обобщающий доклад. Вклад рабочих групп I, II и III в пятый оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC), 163 с, 2014.
3. Шевчук А. В. Вопросы развития Арктики и экологическая безопасность / Современные производительные силы. Финансовый издательский дом «Деловой эксперсс». 2015. С. 59—73.
4. Щеголев П. Сияние чистого севера // Инженерная защита, 2015, № 9.
5. Данилов П. П., Боескоров В. С., Пестерев А. П., Петров А. А., Алексеев Г. А.. Оценка влияния хвостохранилищ на состояние мерзлотных дерново-карбонатных почв Западной Якутии // Проблемы региональной экологии, 2008, № 2. — С. 20—23.
6. Гребенец В. И. Негативные изменения мерзлотно-экологической обстановки и геотехнической ситуации на урбанизированных территориях криолитозоны (на примере Норильского промышленного района) // В сб. Материалы международной научной конференции «Глобальные экологические процессы». — М.: Academia, 2012. — С. 123—126.
7. Гребенец В. И. Исследование техногенного подтопления и засоления грунтов в Норильском промышленном районе // Криосфера Земли, 1998, т. II, № 1. — С. 44—47.
8. Савченко В. А. Экологические проблемы Таймыра. — М.: СИП РИА, 1998. — 194 с.
9. Гребенец В. И. Негативные последствия деградации мерзлоты // Вестник Московского университета. Серия 5: География, 2007, № 3. — С. 18—21.
10. Гребенец В. И., Титков С. Н. Инженерно-геологические риски, связанные с формированием техногенных каменных глетчеров // Инженерная геология, 2006, № 2. — С. 17—22.
11. Гребенец В. И., Керимов А. Г. Changes in the nature of the movement of the largest technogenic stone glacier // Earth's Cryosphere, 1998, т. II, № 2. — С. 38—43.
12. Горбунов А. П., Горбунова И. А. География каменных глетчеров мира. — М.: Товарищество научных изданий КМК, 2010. — 132 с.
ISSUES OF WASTE DISPOSAL IN THE RUSSIAN ARTIC REGIONS
V. I. Grebenets, Ph. D. (Geology), Associate Professor, Lomonosov Moscow State University, Department of Cryolithology and glaciology, [email protected], Moscow, Russia,
V. A. Tolmanov, Master student, Lomonosov Moscow State University, Department of Cryolithology and glaciology, [email protected], Moscow, Russia,
A. G. Khairedinova, Master student, Lomonosov Moscow State University, Department of Cryolithology and glaciology, [email protected], Moscow, Russia,
F. D. Yurov, Master student, Lomonosov Moscow State University, Department of Cryolithology and glaciology, [email protected], Moscow, Russia
References
1. Sherstyukov A. B. Mnogoletnyaya merzlota Rossii v usloviyah global'nogo potepleniya klimata [Permafrost of Russia in conditions of global climate warming]. Problemy regional'noj ekologii. 2007. No. 4. P. 8—11. [in Russian]
2. IPCC, 2014: Climate Change 2014: Synthesis Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Core Writing Team, R. K. Pachauri and L. A. Meyer (eds.)]. IPCC, Geneva, Switzerland, 151 pp.
3. Shevchuk A. V. Voprosy razvitiya Arktiki i ekologicheskaya bezopasnost' / [Issues of the development of the Arctic and environmental safety]. Sovremennye proizvoditel'nye sily. Financial publishing house "Delovoj ehksperss". 2015. P. 59—73. [in Russian]
4. Shchyogolev P. Siyanie chistogo severa [Shine of the pure north]. Inzhenernaya zashchita. 2015. No. 9 [in Russian]
5. Danilov P. P., Boeskorov V. S., Pesterev A. P., Petrov A. A., Alekseev G. A. Ocenka vliyaniya hvostohranilishch na sostoyanie merzlotnyh dernovo-karbonatnyh pochv Zapadnoj Yakutii [Assessment of the effect of tailings on the condition of permafrost sod-calcareous soils of Western Yakutia]. Problemy regional'noj ekologii. 2008. No. 2. P. 20—23 [in Russian]
6. Grebenets V. I. Negativnye izmeneniya merzlotno-ekologicheskoj obstanovki i geotekhnicheskoj situacii na urbanizirovannyh territoriyah kriolitozony (na primere Noril'skogo promyshlennogo rajona) [Negative changes in the permafrost-ecological situation and geotechnical situation in the urban areas of the cryolithozone (on the example of the Norilsk industrial region)]. Materialy mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii "Global'nye ehkologicheskie processy" (Proc. of the Int. Conference "Global environmental processes"). Moscow. 2012. P. 123—126 [in Russian]
7. Grebenets V. I. Issledovanie tekhnogennogo podtopleniya i zasoleniya gruntov v Noril'skom promyshlennom rajone [Research of technogenic flooding and salinization of soils in the Norilsk industrial region]. Kriosfera Zemli. 1998. Vol. II. No. 1. P. 44—47 [in Russian]
8. Savchenko V. A. Ekologicheskie problemy Tajmyra [Ecological problems of Taimyr]. Moscow. 1998. Publishing house "SIP RIA" 194 pp. [in Russian]
9. Grebenets V. I. Negativnye posledstviya degradacii merzloty [Negative consequences of permafrost degradation]. Vestnik Moskovskogo universiteta. Seriya 5: Geografiya. 2007. No. 3. P. 18—21. [in Russian]
10. Grebenets V. I., Titkov S. N. Inzhenerno-geologicheskie riski, svyazannye s formirovaniem tekhnogennyh kamennyh gletch-erov [Geotechnical risks associated with the formation of technogenic rock glaciers]. Inzhenernaya geologiya. 2006. No. 2. P. 17—22. [in Russian]
11. Grebenets V. I., Kerimov A. G. Changes in the nature of the movement of the largest technogenic stone glacier [Changes in the nature of the movement of the largest technogenic stone glacier]. Earth's Cryosphere. 1998. Vol. II. No. 2. P. 38—43. [in Russian]
12. Gorbunov A. P., Gorbunova I. A. Geografiya kamennyh gletcherov mira [Geography of stone glaciers of the world]. Moscow. 2010. Publishing house "Tovarishchestvo nauchnyh izdanij KMK" 132 pp. [in Russian]
