Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ВОЗДЕЙСТВИЕ РАЗВЕДКИ, ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА ПОЧВЫ СИБИРИ

Белозерцева И.А. 1, 2 Гранина Н.И. 2
1 ФГБУН «Институт географии им. В.Б. Сочавы» СО РАН
2 ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный университет»
В работе дан обзор научной литературы по деградации почв территорий разведки, добычи и переработки полезных ископаемых в Сибири. Дана характеристика нарушенных земель в результате добычи угля, нефти, газа, строительных материалов, слюды, железной руды, редкоземельных и других элементов. Наибольшие относительные площади нарушенных земель отмечаются в Черемховском, Бодайбинском, Тулунском, Нижнеилимском, Иркутском районах, а также в различных районах Томской и Тюменской областей. По результатам работ, проведенных авторами в 2002–2014 годах, дается характеристика химического состава почв территории газоконденсатного месторождения Лено-Ангарского плато и территории добычи золота и олова в Восточном Саяне и в Забайкальском крае. Приведенные материалы раскрывают экологическое состояние почвенного покрова, его устойчивость к антропогенному воздействию и возможное нарушение почв при проведении работ в условиях Сибири.
разведка
добыча и переработка полезных ископаемых
трансформация почв
геохимия
Сибирь
1. Белозерцева И.А. Трансформация почв в мерзлотно-таежных условиях в районе освоения газоконденсатного месторождения // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология. – 2012. – № 3. – С. 221–228.
2. Белозерцева И.А., Выркин В.Б., Захаров В.В. Особенности химического состава вод и почв в Юго-Восточном Забайкалье и вопросы их экологии // Проблемы биогеохимии и геохимической экологии. – 2013. – № 2(23). – С. 38–45.
3. Белозерцева И.А., Черкашина А.А. Почвы Окинской котловины и их использование // Международный журнал Прикладных и фундаментальных исследований. – 2013. – № 11–2. – С. 40–43.
4. Водянский Ю.Н., Савичев А.Т., Трофимов С.Я., Шишконакова Е.А. Накопление тяжелых металлов в загрязненных нефтью торфяных почвах // Почвоведение. – 2012. – № 10. – С. 1109–1114.
5. Воробьева И.Б., Власова Н.В. Геохимическая оценка земель, нарушенных при открытой разработке буроугольного разреза, в условиях Восточной Сибири // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. – 2012. – № 4. – С. 125–132.
6. Выркин В.Б., Шеховцов А.И., Белозерцева И.А., Алешина И.Н., Захаров В.В., Кичигина Н.В., Черкашина А.А. Современное состояние ландшафтов Окинской котловины (Восточный Саян) // География и природные ресурсы. – 2012. – № 4. – С. 98–107.
7. Гальперин A.M. Инженерно-геологическое обеспечение промышленной и экологической безопасности открытых горных работ. – М.: ГИАБ, 2006, вып. 8.
8. Герасимова М.И., Строганова М.Н., Можарова Н.В., Прокофьева Т.В. Антропогенные почвы: генезис, география, рекультивация / под ред. Г.В. Добровольского. – Смоленск: Ойкумена, 2003. – 268 с.
9. Горбачев В.В. Мониторинг нарушенных земель северных территорий Российской Федерации. Центр мониторинга земель ФГУП «Госземкадастрсъемка» – ВИСХАГИ, 2010.
10. Государственный доклад «О состоянии окружающей природной среды Иркутской области в 1994 г».– Иркутск: Госком. экологии РФ и Адм. Иркут. обл., 1995. – 203 с.
11. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2012 году». Министерство природных ресурсов и экологии РФ, 2013. – 455 с.
12. Карновский Ю.З. Экология Городов Западной Сибири: Новосибирск не самый худший. Но проблемы есть . 2009. http://experts.megansk.ru/full_news.html?id_news=67.
13. Напрасникова Е.В. Санитарно-экологические функции почвенного покрова г. Черемхово // Сибирский медицинский журнал. – 2013. – № 7. – С. 102–104.
14. Нечаева Е.Г., Белозерцева И.А. Ландшафтно-геохимический мониторинг в районе освоения подземных энергетических ресурсов Ленно-Ангарского плато // Прогнозирование пространственно-временных изменений вещественного состояния геосистем сибирских регионов. – Новосибирск, 2010. – Гл. 3.2. – С. 154–172.
15. Одинцова Т.А., Бачурин Б.А. Научно-методические подходы к организации мониторинга нефтяных загрязнений // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2011. – № 6. – С. 176–182.
16. Парфенов В.М., Резникова А.В. Рекультивация нарушенных земель // Атлас. Иркутская область. Экологические условия развития. – Иркутск: ИГ СО РАН, 2004. – С. 80–81.
17. Сенченко Д.С. Инженерно-геоэкологическое обоснование оценки нарушенности горным производством земель для восстановления экологического равновесия. Автореферат на соискание ученой степени канд. техн. наук: 25.00.16, 25.00.36. – М.: МГУ, 2011. – 134 с.
18. Середина В.П. Оценка техногенного воздействия нефти на свойства почв Западной Сибири // Известия Томского политехнического университета. – 2003. – Т. 306, № 2. – С. 34–37.
19. Солодухина М.А., Помазкова Н.В. Мышьяк в системе «почва-растение» в природных и антропогенных ландшафтах Забайкальского края // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. – 2011. – № 10. – С. 96–101.

Предприятия горнодобывающей и металлургической промышленности являются основными субъектами нарушения почвенного покрова в Сибири. Их суммарный удельный вес составляет 80 % от почти 3 тыс. га земель, нарушаемых ежегодно. В Сибири осваивают и разрабатывают месторождения Тунгусского, Кузнецкого, Ленского, Южно-Якутского, Иркутского, Канско-Ачинского угольных бассейнов. Самая высокая землеемкость при добыче угля на разрезах Кузбасса, которая достигает 21 га при добыче 1 млн т и при отвалообразовании – 24 га. В среднем при добыче 1 млн т угля нарушается до 50 га поверхности земли [7]. Нарушениям, преобразованиям и негативному воздействию подвергаются не только почвы и воды непосредственно в пределах карьерного поля, но и территории, занимаемые под внешние отвальные массивы, транспортные и энергетические коммуникации, здания и сооружения горного предприятия. Вследствие дренажных работ изменяются режимы и уровни подземных вод, происходит загрязнение почв и поверхностных вод пылью и стоками на расстояниях в десятки километров от границ земельного отвода. Происходит изменение рельефа местности, а в районах крупных горно-обогатительных комбинатов преобразуется ландшафт [17]. По данным Министерства природных ресурсов и экологии [11] в дефляционном опасном состоянии находится 45 % освоенной части земель регионов Сибири. Процессами заболачивания охвачены 23 % территории Сибири, засоления – 33 %.

Наиболее интенсивные по степени нарушения почв и геологической среды объекты зафиксированы в Иркутском угленосном бассейне, в Ангаро-Илимском железорудном бассейне, в Мамско-Чуйском слюдоносном и Ленском золотоносном районах. Очаговое интенсивное воздействие на почвы выявлено в Слюдянском районе и в Восточном Саяне (разведка железорудных, редкометалльных и других месторождений). В 2004 г. общая площадь нарушенных земель предприятиями золотодобычи в Бодайбинском районе достигла 10,7 тыс. га, в Нижнеудинском – около 1,0 тыс. га. Предприятиями угольной отрасли на Черемховском, Сафроновском, Тулунском, Азейском и Мугунском угольных разрезах нарушено 6,4 тыс. га земель; предприятиями по добыче и переработке железной руды – более 2,2 тыс. га, в том числе в Нижнеилимском районе – свыше 2,1 тыс. га. Наибольшие относительные значения нарушенности земель отмечаются в Черемховском (3,2 тыс. га), Бодайбинском (2,5), Тулунском (1,6), Нижнеилимском (1,2), Иркутском (1,0 тыс. га) районах [16].

В 2010–2012 гг. сотрудниками ИГ СО РАН [5] проведена геохимическая оценка современного состояния и трансформации рекультивируемых земель Азейского буроугольного месторождения, размещенного в северо-западной части Иркутского угольного бассейна. Выявлены высокие концентрации в техногрунтах и почвах, относительно ПДК, таких элементов, как Co, Cr и Ni, что свидетельствует о достаточно высокой степени ее фитотоксичности [13]. Содержание валовых форм Mn, Сo, Pb, V в почвогрунтах и почвах превышает ПДК и ОДК.

При добыче железных руд, рудного золота, многих видов нерудного сырья и строительных материалов, связанных с необходимостью проходки карьеров и подземных выработок в скальных породах, происходят безвозвратные потери значительных площадей земной поверхности. Добыча россыпного золота в Ленском золотоносном районе и Восточном Саяне вызывает нарушение поверхности речных долин и загрязнение на многие километры поверхностных водотоков механическими примесями. Артели по добыче золота, которые находятся в Забайкалье, вскрывая и перемалывая десятки километров речных долин – оставляют «каменные сады», где наблюдаются многометровые отвалы гравия, а реки разделены на сеть канав. За 20 лет работы ими преобразованы до неузнаваемости 70 % рек Кыринского района. Восстановление почв и растительности происходит чрезвычайно медленно благодаря засухе последнего десятилетия в Забайкалье. Очевидно, что рекультивация на отработанных участках не проводилась. На сегодняшний день заброшенные более 40 лет участки представляют собой территории с бугристо-западинным рельефом и практически лишены растительности.

По результатам исследования физико-химических свойств почв в приграничной с Монголией территории бассейна р. Онон (Забайкальский край), проведенных в 2011–2014 гг. [2, 3, 6], выявлено их подщелачивание в почвогрунтах после добычи золота и олова. Хотя на территории около пос. Хапчеранга добыча олова уже не ведется более 40 лет, в грунтах до сих пор не заросших отвалов обнаружено повышенное содержание железа, марганца, меди, свинца, кадмия и цинка. Содержание марганца здесь превышает ПДК в 1,8 раз, а свинца – в 11. Концентрации цинка превышают ОДК в 7,8 раз, кадмия в 18 раз, а меди – в 2,5 раза. В районе отвалов после добычи золота, которое было прекращено также более 20 лет тому назад (рудник Любовь), в грунте отвалов наблюдается повышенное содержание марганца и бария, превышающее их фоновые концентрации в 1,6–3 раза. Около с. Верхний Стан (р. Хурултей) в районе месторождения олова в грунтах заброшенных отвалов наблюдается повышенное содержание свинца, превышающее ПДК в 1,7 раза. В аллювиальной серогумусовой почве долины р. Тытин в районе около былого горно-обогатительного производства также наблюдается повышенное содержание свинца, превышающее ПДК в 2 раза.

В районах действующих горнообогатительных производств в долине рек Бальджа, Король и Киркун также наблюдаются повышенные содержания макро- и микроэлементов. В районе отвалов после добычи золота обнаружено повышенное содержание марганца (1,3 ПДК), стронция (2,4 кларка литосферы), ванадия (1,7 кларка литосферы).

Загрязнение поверхностных вод и почв происходит в результате поднятия на поверхность и промывания пород, обогащенных макро- и микроэлементами. Месторождения имеют комплексный состав. В перечне цветных металлов в недрах Забайкальского края доминирует медь. Попутными компонентами являются никель, кобальт, платина, золото, серебро и другие металлы. Из более чем 700 месторождений и проявлений свинца и цинка около 500 располагается в пределах ураново-золото-полиметаллического пояса. Для свинцово-цинковых руд характерен их поликомпонентный состав (свинец, цинк, серебро, золото, кадмий, медь, индий, таллий, висмут, теллур, селен и др.). Кроме этого в Забайкальском крае имеются месторождения молибдена, вольфрама, сурьмы, ртути, олова. Некоторые месторождения слабо изучены, а некоторые заброшены.

В Восточном Саяне золото добывают методом кучного выщелачивания. Характерной особенностью данной технологии, определяющей её экологическую опасность, является использование высокотоксичного реагента – цианида натрия для извлечения золота из руды. Гумусово-органогенные горизонты аллювиальных почв вблизи золотодобывающих предприятий обогащены Fe, Ni, Cu, Cr, Ba, Pb и Mn. Концентрация последнего здесь в 2–5 раз выше, чем в гумусовом горизонте других почв. Содержание в органогенном слое Ni, Cu и Pb превышает ПДК и ОДК в 2–2,5 раза.

Исследования сотрудников ИПРЭК СО РАН [19] свидетельствуют о том, что в почвах и в техноземах геотехногенных массивов олово-вольфрам-висмут-бериллиевого месторождения в Забайкальском крае содержание мышьяка значительно превышают ПДК и кларк. На фоновом участке его содержание в почве в 5,7 раза больше ПДК и в 2,3 раза выше кларка. Геотехногенные ландшафты представлены карьерами, хвостохранилищами, складами и отвалами бедных и забалансовых пород и руд, а также отвалами, образовавшимися в результате отработки россыпных месторождений вольфрама и висмута.

Добыча нефти и газа в Сибири сопровождается существенными изменениями геологической среды. Снижение пластового давления вызывает уплотнение пород и постепенную осадку земной поверхности. Например, проведенные Ю.З. Карновским исследования [11] показали, что на некоторых участках месторождений Шаинской группы осадка земной поверхности достигла 56 см. В условиях Западной Сибири понижение поверхности даже на 0,5 м вызывает увеличение площади заболоченной территории вследствие оттаивания многолетнемерзлых пород. В районах добычи, транспортировки, хранения и переработки нефти наблюдается нефтяное загрязнение почв. Оно происходит в основном из-за утечек нефти, связанных с несоблюдением технологий ее добычи, изношенностью оборудования. По данным исследований М.И. Герасимовой [8] выявлено, что в торфяных горизонтах почв Западной Сибири в районах нефтедобывающих предприятий накапливается до 504 г/кг битуминозных веществ.

Анализ аварийности нефтепромыслов за август 2003 года показывает, что ежедневно происходит более 1 аварии и на почвы выливается в среднем по 2 т нефти. Только в Томской области в 2002 году произошло 366 аварий. Тенденция на увеличение количества аварий не изменяется. Сотрудниками Томского государственного университета [18] установлено, что при влиянии нефтяного загрязнения происходят значительные качественные и количественные изменения основных параметров химического состояния почв, что на многие годы приводит к потере плодородия. В ландшафтах Ханты-Мансийского автономного округа отмечается длительная сохранность углеводородов во всех природных компонентах. В подзолистых почвах за 12 месяцев закрепляется около 10–15 % нефтепродуктов.

В отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоновые значения в 150–250 раз. На Тюменском Севере площади оленьих пастбищ уменьшились на 12,5 %, т.е. на 6 млн га, замазученными оказались 30 тыс. га. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га земель, загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее 5 см [10]. В Ханты-Мансийском автономном округе загрязненные площади занимают десятки тыс. га. Максимальное загрязнение отмечено в районе Средней Оби (Нижневартовско-Самотлорский промышленный узел), где сосредоточена основная добыча нефти в Западной Сибири. Ю.Н. Водянским и др. [4] выявлено, что в зоне первичного загрязнения, в битумной корке, которой покрыта поверхность торфа, накапливаются V, Ni, Sr, Ba, Ce, La. В зоне вторичного загрязнения в почве накапливаются тяжелые щелочноземельные металлы (Sr, Ba) и лантаниды (Ce, La). Анализ почвогрунтов и донных отложений, проведенный Т.А. Одинцовой и Б.А. Бачуриным [15], показал, что при отсутствии визуальных признаков нефтезагрязнения отмечено наиболее высокое содержание органических соединений характерно для проб торфяников (среднее содержание ХБА – 16,2 г/кг, максимальное – 51,4 г/кг).

По данным исследований, проведенных в 2002–2012 гг. [1, 14], выявлено, что почвы большинства буровых площадок газоконденсатного месторождения на территории Лено-Ангарского плато относятся к слабо загрязненным, когда превышение содержания ряда элементов (Pb, Zn, Cu, Ni, Cr, Ba) равно 1,5–2 ПДК. Почвы буровых площадок в центральной, наиболее освоенной части газоконденсатного месторождения, где концентрация элементов первого класса опасности (Pb и Zn) превышает ПДК в 3–7 раз, относятся к категории сильного загрязнения.

Наряду с техногенным источником солевого загрязнения имеет место также природный источник – пластовые рассолы, свойственные гидрогеологической среде данного района. При глубинном бурении случаются аварийные выбросы напорных подземных вод. Сильная минерализация выявлена в почве вблизи нерекультивированной буровой скважины в верховьях р. Типуй (1,7 %) и в районе буровой скважины № 18 (5,6 %), на которой произошла авария в 2004 г. Авария связана с выбросом на поверхность 2200 м3 напорного пластового высокоминерализованного рассола (рапы) с глубины около 2000 м (зона контакта бельской и усольской свит нижнего кембрия) и стеканием рапового потока в долину р. Орлингская Нюча. На площадке выявлена активизация эрозионных процессов, вследствие чего на поверхности местами обнажаются отложения шламового амбара. В зоне воздействия рапового потока (за пределами промплощадки) кустарничково-зеленомошный редкостойный лиственничник с елью уничтожен, на его месте развивается травяно-кустарниковое растительное сообщество. Бывшая мерзлотно-таежная почва (криозем) на данной площадке под грязе-солевым потоком относится к техногенному солончаку хлоридного типа. В нем сформирован солонцовый горизонт с железистыми натеками. При подсыхании солевая корка сильно растрескивается вместе с верхним слоем почвы, потерявшей свойство среды обитания биоты и ставшей для нее токсичной. Легкорастворимые соли со временем выносятся, но в почве осаждаются тяжелые металлы, привнесенные с твердым веществом рапы. В нем содержится в г/кг: кальция 50–130, железа 5–18; в мг/кг: марганца 200–600, хрома, никеля 20–90, меди 5–30. Особенно много в рапе стронция – до 11–15 г/кг.

В пространственное распределение нефтепродуктов в почвенном покрове существенный вклад вносит их накопление в техноземах, в 2–10 раз превышающее фоновое содержание. Фоновое содержание нефтепродуктов в почвах территории Ковыктинского газоконденсатного месторождения составляет 21,7 мг/кг. Очень высокое содержание нефтепродуктов, превышающее ОДК (1 г/кг), обнаружено в районе одной законсервированной буровой скважины.

Присутствие многолетней мерзлоты в коре выветривания определяет высокую динамичность ее надмерзлотной части. Трансформация подстилающей поверхности ведет к нарушению теплообмена между почвой и атмосферой, что вызывает изменение почв и грунтов в целом. В зависимости от характера воздействия на почвенно-грунтовую толщу и условий ее залегания уровень мерзлоты будет опускаться или повышаться. Это приводит к существенному изменению гидротермического режима и характера почвообразования. Усиление протаивания мерзлой толщи вызывает изменение водного, теплового, пищевого и воздушного режимов почв. Они становятся более динамичными. Влажность надмерзлотной части почв, расположенных на склонах, снижается.

На отрицательных элементах рельефа в связи с увеличением поступления талых вод усиливается заболачивание. Оно обычно прогрессирует и на территориях с обильными подземными льдами (в случае уничтожения растительности). С повышением увлажнения собственно мерзлотно-таежные почвы (криоземы типичные) эволюционируют в мерзлотно-таежные глеевые (криоземы глееватые), а в дальнейшем – в мерзлотно-болотные (торфяно-криоземы глееватые). В мерзлотных подзолистых почвах при этом также развиваются процессы оглеения и оторфования.

Строительство дорог, населенных пунктов, сооружение и обустройство буровых площадок сопровождается нарушением естественного почвенно-растительного покрова, приводящим к необратимым, нередко к неблагоприятным изменениям природной среды. Нарушение дернины при прокладке дорог, в том числе вездеходом, в этих экстремальных условиях чревато ускоренным развитием линейной эрозии с образованием промоин и оврагов. Удаление лесного полога ведет к повышению нагрева поверхности, ускорению протаиванию мерзлоты. Талые воды частично поглощаются подстилкой, а при ее нарушении или удалении стремятся вниз по склону.

По данным Федерального государственного унитарного предприятия государственного проектно-изыскательного института земельно-кадастровых съемок (ФГУП «Госземкадастрсъемка» – ВИСХАГИ) общая площадь нарушенных земель Сибири по результатам картографирования по состоянию на 2010 г. составляет по результатам картографирования 126 тыс. га [9]. Общая площадь нарушенных земель с 1999 по 2010 г. увеличилась на 28 тыс. га.

Таким образом, горнопромышленный комплекс представляет собой опасный источник разрушения и загрязнения почв. Особенно это хорошо видно на примере территорий добычи нефти, газа, угля. Наибольших масштабов воздействия горнопромышленный комплекс приобретает в связи с авариями, разливами нефти, утечкой газа в Томской, Тюменской и Иркутской областях.

Рецензенты:

Давыдова Н.Д., д.х.н., профессор, ведущий научный сотрудник ИГ СО РАН, г. Иркутск;

Абалаков А.Д., д.т.н., профессор, Иркутский государственный университет, ведущий научный сотрудник ИГ СО РАН, г. Иркутск.


Библиографическая ссылка

Белозерцева И.А., Гранина Н.И. ВОЗДЕЙСТВИЕ РАЗВЕДКИ, ДОБЫЧИ И ПЕРЕРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА ПОЧВЫ СИБИРИ // Фундаментальные исследования. – 2015. – № 10-2. – С. 238-242;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=39156 (дата обращения: 01.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074