CC BY
24
© Т.Д. Барабошкина, Г.М. Золотарев, Ф.А. Голынская, 2013
УДК 504.75
Т.А. Барабошкина, Г.М. Золотарев, Ф.А. Голынская
ТРАНСФОРМАЦИЯ КАЧЕСТВА РЕСУРСА ГЕОЛОГИЧЕСКОГО ПРОСТРАНСТВА ПОД ВЛИЯНИЕМ ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (НА ПРИМЕРЕ ПОДМОСКОВНОГО УГОЛЬНОГО БАССЕЙНА)
Подмосковный бассейн - старейший центр угледобычи в России. Более чем за полтора столетия развития горнодобывающей и других отраслей промышленности эколого-геологические условия этого района претерпели кардинальные изменения. Для реализации экологической региональной политики первоочередной задачей является проведение комплексных эколого-геологических исследований. Ключевые слова: экология, экологическая геология, охрана окружающей среды, угольный бассейн, геоэкология.
Подмосковный угольный бассейн в исторической перспективе и по настоящее время решает стратегически важные задачи в обеспечении промышленной и энергетической безопасности страны. Высокий уровень техногенной нагрузки в пределах древнейшего угледобывающего региона привел к формированию в этом районе напряженной экологической обстановки.
В настоящее время добыча угля ведется преимущественно в Тульской области. В связи с этим для эколого-геологических исследований ее территории был выбран типовой участок на северо-востоке Щекинского района, в пределах которого, помимо горнодобывающей, развиты химическая (АО «Щекиноазот», АО «Химво-локно») и теплоэнергетическая (Первомайская ТЭЦ и Щекинская ГРЭС) промышленность, а также агропромышленный комплекс. Кроме того в середине 80-х годов прошлого столетия эколого-геологические условия района были осложнены миграцией радионуклидов вследствие аварии на ЧАЭС.
В результате горнодобывающей деятельности в границах Тульской области в виде терриконов скопилось более 300 млн. тонн горных пород с высокой концентрацией токсичных элементов [4]. Широкое распространение терриконов по территории области привело к потере значительных сельскохозяйственных и лесных ресурсов. Население проживает в опасной близости к отвалам горнодобывающих и других промышленных предприятий. Кроме того, в районах распространения массивов техногенных грунтов наблюдается активизация опасных процессов: оползней, карстовых провалов. Поверхность над отработанными шахтными выработками подвергается деформациям с последующим заболачиванием местности и деградацией эндемичных фитоценозов.
В границах типового участка для идентификации ведущих факторов риска, регламентирующих динамику эколого-геологических условий в регионе, были проведены комплексные исследования по двум профилям: основному и вспомогательному. Основ-
ные задачи исследований состояли в анализе эколого-геологических условий (ЭГС) района и уточнении ведущих геохимических факторов риска. С этой целью был осуществлен отбор проб почв, пород, растительности, воды и донных осадков, проведен спектральный анализ [6]. Систематизация полученных данных выполнена на базе метода эколого-геологи-ческого картографирования [8].
На первом этапе основное внимание было уделено типизации территории, как с учетом ранних разработок хорошо зарекомендовавших себя при инженерно-геологическом районировании [2], так и с учетом авторских подходов [1]. В основу типизации территории легла информация о рельефе, геологическом строении, литологии слагающих пород, гидрогеологических условиях, почвах и фитоценозах. Для характеристики растительности были отобраны сквозные виды, произрастающие на данной территории.
В ходе типизации выделено четыре крупных эколого-геологических системы, которые относятся к ЭГС водоразделов и ЭГС речных долин и крупных балок. На изученной территории в геологическом разрезе широко распространены покровные (ргП-Ш), моренные (дШп), меловые (К1ар), юрские (Л3) и каменноугольные (С1) отложения. Основными почвообразующими породами в пределах типового участка являются покровные отложения, представленные суглинками желтовато-бурыми, мощностью до 5 м. Почвенный покров образован светло-серыми лесными почвами, серыми лесными, темно-серыми лесными, черноземами оподзоленными и почвами оврагов, балок, пойм малых рек. Растительность представлена разнотравно-злаковыми лугами, смешанным лесом, злаковыми монокультурами на пашне и рудеральной растительностью вблизи
терриконов. С учетом всех выше перечисленных признаков произведена типизация эколого-геологических систем северо-восточной части Щекин-ского района. Каждому типу присвоен интегральный индекс.
Первый тип ЭГС — эрозионные возвышенности, сложенные с поверхности покровными суглинками, подстилаемые моренными отложениями, которые создают защитный экран от проникновения токсикантов в нижележащие водоносные горизонты. Почвы представлены серыми лесными разностями. Основные виды растительности — смешанные леса и разнотравно-злаковые луга.
Второй тип ЭГС — это эрозионные возвышенности, сложенные с поверхности покровными суглинками, подстилаемыми мезозойскими и палеозойскими осадочными породами. Первый водоносный горизонт приурочен к меловым пескам (К1ар), который взаимосвязан с нижележащими водоносными горизонтами. Специфика данного строения эколого-геоло-гической системы позволяет предположить потенциальную возможность загрязнения подземных вод техногенными потоками токсикантов, аккумулирующихся на поверхности эколого-геологических систем. Почвенный покров представлен темно-серыми лесными почвами. Особенностью биотической составляющей является то, что большая часть территории покрыта травянистой растительностью. Суммарное содержание токсикантов в почвах данного типа несколько выше, чем в почвах первого типа.
Третий тип ЭГС — долины малых рек и крупных балок. Для него характерен значительный сток, существование многочисленных рек и ручьев. По классу состояния эколого-геологичес-ких условий данный тип характеризуется как условно удовлетворительный.
Таблица 1
Раздел III. Оценка эколого-геохимического состояния территории
Класс со- Абиоти- БиотическиИ компонент Состоя-
стояния ческий ние эко-
эколого- компо- системы
геологиче- нент
ских Почвы Травянистая растительность Древесная растительность
условии Геохими- Тематические (косвенные)
ческие критерии оценки
критерии
оценки
г(с> - Концентрация микроэлемен- Концентрация микроэле-
суммар- тов в укосах и растительных ментов в зрелых тканях
ный по- кормах, мг/кг сухого веше- листьев, мг/кг сухои массы
казатель ства
содержа- Си Сг № Сг Мп N1
ния ток-
сикантов
Условно- 8-16 20-80 0.75-2.5 4.5-15 0.5-5 200-300 5-10 Риск
удовлетво- (Р)
рительный Неудовле- 16-32 80-100 2.5-5 15-30 5-30 300-500 10-100 Кризис
твори- (К)
тельный
Четвертый тип ЭГС — склоны крупных речных долин. На исследуемой территории к данному типу относится и долина одной из самых крупных рек области — р. Упы. Речная долина представлена поймой или низкой террасой с близким залеганием грунтовых вод. Характерны луга на почвах богатых гумусом. Пробы почв и донных осадков содержат различные элементы - загрязнители, что, вероятно, обусловлено сбросом в реки промышленных отходов предприятиями крупных городов области, в частности, г. Щекино. Данный тип характеризуется как наиболее подверженный загрязнению. По классу эколого-геологического состояния относится к неудовлетворительному.
Во втором разделе карты даются фактологические данные, характеризующие эколого-геохимические условия территории (рис. 1). Абиотический компонент характеризуется по суммарному показателю содержания токсикантов 7(с). Исходными данными для расчета содержания токсикантов яв-
ляются показатели содержания микроэлементов в пробах, отобранных на данных типах ЭГС. Биотический компонент охарактеризован травянистой и древесной растительностью. В фактологических данных отражена концентрация микроэлементов в укосах и растительных кормах, а также концентрация микроэлементов в зрелых тканях листьев. На основе полученных данных каждый тип эколого-геологи-ческих условий обозначается на карте интегральным индексом.
Третий раздел карты отражает критерии оценки состояния эколого-геологических условий, которые представлены в табличной форме (табл. 1). По горизонтали приведены критерии, на основании которых выполнена оценка состояния абиотических и биотических компонентов эко-лого-геологических систем. Оценка загрязнения почв осуществлялась по величине суммарного содержания токсикантов 7(с). Биотический компонент, представленный двумя видами растительности древесной и травяни-
XIII" I
VI [а1
][в][б]
VI]!В][6|ИМ /III [I
VIII [в][б][г][а
гкин<
Масштаб 1:50 000
а]
V [е]
Ш 27
ОМ [а]
лШ21
^"[в][б][Г
V
И[в]Сб][г][а])
IX [в]
XI [а]
XI [а]
JШ 1 7
X [в][б][г][а]
Рис. 1. Карта-схема эколого-геохимического районирования северо-восточной части Щекинского района (Тульская область)
стой, оценивался по косвенным критериям оценки. Для травянистой растительности основным показателем является концентрация микроэлементов в укосах и растительных кормах. При этом основное внимание обращено на содержание трех ведущих элементов - типоморфных загрязнителей территории: Си, Сг, и N1. Для древесной растительности в качестве критерия оценки выбрана концентрация микроэлементов в зрелых тканях листьев, среди которых основными элементами являются Сг, Мп и М.1
По совокупности использования абиотических и биотических критериев по принципу наихудшего показателя эколого-геологические условия района исследований ранжированы на два класса: условно-удовлетворительный и неудовлетворительный, коррелирующие с зонами экологического риска и кризиса.
В районе работ основная часть территории относится к классу неудовлетворительного состояния. Дан-
ный класс приурочен к северозападной и юго-восточной части района исследований. Основным фактором, повлиявшим на оценку территории, является степень трансформации биотической компоненты. По содержанию токсикантов в растительности (на базе принципа доминанты наихудшего показателя) данная территория была отнесена к классу неудовлетворительного состояния, что, вероятно, связано с поступлением загрязнителей путем газопылевого переноса с крупных промышленных предприятий г. Тулы, находящегося северо-западнее территории исследований. Однако это предположение следует уточнить по результатам снегомерной съемки.
Основной особенностью эколого-геологических систем, отнесенных к классу условно-удовлетворительного состояния, является тот факт, что все изученные компоненты экогеосистем существенно трансформированы по исследованным показателям (суммарное содержание токсикантов в почвах,
содержание Сг, Мп и N1 в растительности). Из этого следует, что экогеосисте-мы подвержены воздействию техногенных потоков загрязняющих веществ, т.е. наблюдается тенденция ухудшения ситуации при сопоставлении с ранее опубликованными данными [4]. Основная причина ухудшения эколого-геологической ситуации — высокий суммарный уровень техногенной нагрузки, а именно: непосредственное влияние близлежащих крупных промышленных объектов и магистралей.
Четвертый раздел легенды содержит информацию об источниках техногенного воздействия, о границах разных типов ЭГС и расшифровку значений буквенно-цифровых индексов, приведенных на карте. Буквенно-цифровой индекс отражает интегральную характеристику типа эколого-геологических условий, в квадратных скобках — лимитирующие показатели, повлиявших на оценку класса состояния эколого-геологических условий.
Таким образом, в результате проведенных исследований были выявлены следующие закономерности трансформации качества ресурса геологического пространства под воздейст-виием техногенеза типового участка, расположенного в северо-восточной части Щекинского района:
1. Основными загрязнителями почв являются: 7п, N1, РЬ, 7г, Ва, Т1 и Р. В травянистой растительности преобладают Сг, Си и N1. В листьях деревьев диагностированы Сг, Мп и N1.
2. Ведущим элементом, концентрирующимся в почвах и растительности, является N1. Никель и его соединения представляют серьезную опасность для здоровья людей, поэтому его перераспределение в окружающей среде в результате сжигания угля играет важную роль в оценке эколого-геологических условий [7]. В окружающую среду N1 попадает в основном при сжигании
угля, с выбросами ТЭЦ и гальванических предприятий, расположеных на данной территории.
3. В растительных пробах доминирует Сг, предопределяющий в значительной мере класс состояния эколо-го-геологических условий территории, что обусловлено техногенными потоками, сформированными промышленными предприятиями гг. Тулы и Щекино, с. Ёоминцево.
4. Напряженная экологическая обстановка на данной территории отражается и на здоровье населения. По статистическим данным, основными заболеваниями среди взрослого населения являются новообразования, поражение органов дыхания, органов кровообращения. Наиболее подвержены заболеваниям дети до 14 лет [5]. В структуре заболеваемости детей ведущее место занимают болезни органов дыхания, болезни кожи и эндокринной системы. Факторами риска в данном случае являются качество атмосферного воздуха, питьевых вод и депонирование токсикантов в местных продуктах питания, зачастую выращиваемых населением как вблизи терриконов, так и промышленных предприятий.
5. Роль горнодобывающих предприятий является доминирующей в изменении эколого-ресурсных и эко-лого-геодинамических условий изученных экогеосистем. Трансформация эколого-геохимических и эколого-геофизических условий района — это результат синергетического воздействия как региональных трансграничных (Чернобыльская АЭС и др.), так и локальных техногенных геофизико-геохимических факторов.
Социально-экономическое развитие современной России невозможно без наращивания производственных мощностей. Однако улучшение качества ресурса геологического пространства для населения — важная
стратегическая задача, решение которой может обеспечить процесс стабилизации медико-демографической ситуации в регионах. Поэтому для улучшения качества ресурса геологического пространства и минимизации влияния техногенных факто-
ров риска на жизнедеятельность населения исследуемой территории, необходимо принятие инновационных управляющих решений как на федеральном, региональном так и местном уровне.
1. Барабошкина Т.А. Методические подходы к картографированию эколого-геологических сисгем // Экологическая геология и рациональное природопользование. - СПб: СПбГУ, 2003. — С. 93—94.
2. Голодковская Г.А., Лебедева Н.И. Инженерно-геологическое районирование территории Москвы // Инженерная геология, 1984. — Вып. 3. — С. 87 - 102.
3. Косинова И.И., Барабошкина Т.Д. Практикум к учебной полевой практике по экологической геологии // Уч. особие, под ред. В.Т. Трофимова. — Воронеж: ВГУ, 2006. — 64 с.
4. Мазур B.C. Экология Щекинского района Тульской области. — Тула, Тульская типография, 1997. — С. 199.
5. Региональный доклад «О санитарно-эпидемиологической обстановке в Тульской области в 2001 году». — Минздрав РФ ФГУ Центр государственного санитарно-эпидемиологического надзора в Тульской области, 2002. — С. 1-150.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
6. Систематика изменений экологических функций литосферы под влиянием горнодобывающей деятельности (на примере Подмосковного буроугольного бассейна) // Барабошкина Т.А., Жигалин А.Д., Харькина М.А., Зилинг Д.Г., Голын-ская Ф.А., Курбаниязова И.И., Федоров А.Я. // Геодинамика и геологические изменения в окружающей среде Северных регионов. — Т. 1. — Архангельск, 2004. — С.75—79.
7. Трофимов В.Т., Барабошкина Т.А., Жигалин А.Д. и др. Трансформация экологических функций литосферы под влиянием горнодобывающей промышленности. — Бюлл. Моск. о-ва испытателей природы. Отд. Геол. — Т. 80. — Вып. 6, 2005. — С.42-55.
8. Трофимов В.Г., Зилинг Д.Г., Барабошкина Т.А. и др. Эколого-геологическис карты. — СПб: изд-во С. — Петербургского университета, 2002. — С. 129. ГГТТЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Барабошкина Татьяна Анатольевна — кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, baraboshkina@mail.ru, МГУ им. М.В. Ломоносова,
Золотарев Григорий Михайлович — доктор технических наук, профессор, генеральный директор ООО ""Фирма "РОСТ-Л", zolotg@yandexc.ru,
Голынская Фарида Асхатовна — кандидат геолого-минералогических наук, доцент, golynskaya@yandex.ru, Московский государственный горный университет.
А
