Геоэкологические проблемы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых

Загрязнение окружающей среды можно контролировать с помощью научных и технических методов, но полная его ликвидация экономически пока неосуществима. Степень уменьшения загрязнения, которой мы хотим добиться, зависит от того, что мы понимаем под загрязненностью и какое количество труда и денежных средств согласны на это затратить.

Любой земной материал, в котором концентрация элемента или соединения значительно превышает его среднее содержание, является потенциальным источником заражения почвы, воды, флоры или фауны. Действует ли он как источник заражения, зависит от того, в каких количествах и в какой форме (доступной для выщелачивания) находится этот элемент или минерал. Известно, что сельскохозяйственные культуры, выращиваемые на почвах с нормальным химическим составом, могут испытывать недостаток в питательных веществах, если основной элемент находится в такой форме, что он не может быть усвоен растениями.

Химическое равновесие в окружающей среде поддерживается благодаря балансу между процессами выделения и поглощения.

С другой стороны, связь между атмосферой, гидросферой, литосферой и биосферой поддерживается процессами переноса посредством атмосферных осадков, движения масс, текущей воды, ветра и льда. Материал или энергия для этих процессов возникают под действием механизмов высвобождения, включая выветривание, эрозию, химические и биохимические реакции. Материалы перестают принимать участие в перемещении под действием механизмов задержания или связывания. Они могут быть физическими (осадконакопление), химическими (выпадение в осадок) и биохимическими (образование органогенных отложений).

Следует еще раз подчеркнуть, что химическое воздействие на окружающую среду может происходить или естественным путем, или в результате деятельности человека. Например, источники рассеянных металлов могут быть как природного происхождения (химическое выветривание материнских пород, вулканическая и гидротермальная деятельность, естественное окисление и т.д.), так и промышленными -- накопление в результате деятельности чело века (сжигание горючих ископаемых, разработка полезных ископаемых, промышленное использование рассеянных металлов, образование свалок и т.д.).

В процессе выветривания из пород могут высвобождаться потенциально загрязняющие вещества. Примером является окисление сульфидных минералов с образованием серной кислоты. Разлагающаяся растительность выделяет сероводород, газ с неприятным запахом, который также может быть превращен в серную кислоту. В результате вулканической деятельности обычно выделяются такие вредные и ядовитые газы, как хлор, фтор, соединения серы, угарный и углекислый газы. Процесс эрозии также высвобождает из пород потенциально опасные вещества, которые распространяются на большие расстояния. Однако скорость высвобождения потенциально загрязняющих веществ в результате естественных процессов, таких как выветривание и эрозия, как правило, очень мала с точки зрения человека. Вулканическая же деятельность протекает достаточно быстро и может вызывать немедленное загрязнение.

Человеческая деятельность, связанная с добычей и переработкой полезных ископаемых ускоряет процессы естественного выветривания в несколько десятков и сотен раз, ускоряя процесс попадания рассеянных элементов (металлов) в окружающую природную среду и способствуя многократной их концентрации.

8. Специфика воздействия химических элементов на живые организмы и растения

В природе существует ряд элементов, которые необходимы для поддержания жизни -- это, так называемые, питательные вещества. Однако в некоторых концентрациях каждый питательный элемент может стать токсичным и даже смертельным. Вещество считается ядовитым, если оно препятствует росту и обмену веществ любого организма, когда его концентрация превышает норму. Все элементы токсичны, если они имеют высокую концентрацию, а некоторые ядовиты даже при низкой концентрации. Медь, например, очень токсична при сравнительно низких концентрациях, и ее широко используют в растворимых соединениях для уничтожения водорослей. Отравление может быть вызвано незначительной концентрацией высокотоксичного вещества или слишком высокой концентрацией слаботоксичных и даже обычно необходимых веществ.

Кумулятивные яды -- вещества, которые легче удерживаются организмами, чем выделяются,-- особенно опасны и требуют особого обращения. Примерами могут служить селен и кадмий.

Синергическое действие токсичных веществ (т.е. комбинированное действие, имеющее такие последствия, которые не могут быть достигнуты каждым веществом в отдельности) вызывает проблемы в случае с комплексными природными средами, в которые вносятся синтетические вещества.

Особенно важна, с точки зрения токсичности, форма в которой находится ядовитое вещество. Например, соединения ртути или свинца с углеводородами, такими как тэтраэтилсвинец, используемый в некоторых сортах бензина, гораздо более токсичны, чем неорганические соединения тех же элементов, например каломель -- широко используемое в медицине.

Ниже приведена краткая характеристика отдельных химических элементов, проявляющих специфическое воздействие на живые организмы и растения.

Молибден. Металл ядовит в больших дозах. Однако, как и многие другие металлы, он необходим в микродозах для питания животных и человека. Он помогает почвенным микроорганизмам в связывании азота воздуха. Во многих странах молибден добавляется в удобрения, поскольку нехватка этого элемента отрицательно сказывается на сельскохозяйственных культурах

Многие растения, особенно бобовые, например люцерна и клевер, накапливают большие количества этого металла, если они растут на почвах, богатых молибденом, или поливаются водой, насыщенной молибденом. Это избирательное накопление используется в геохимической разведке молибденовой руды.

С другой стороны, избыток молибдена, находящийся в пище животных, нарушает обмен меди в организме, и у животных появляются симптомы, указывающие на недостаток меди. Кроме того, содержание молибдена в пище в количествах более чем 10--20 млн-¹, способствует развитию хронического молибденового токсикоза -- болезнь, которая характеризуется отсутствием аппетита, поносом, потерей полового инстинкта, нарушениями в суставах и иногда чревата гибелью. Зачастую, эти нарушения могут быть скорректированы добавлением в корм меди.

Следует учитывать, что влажные почвы в большей степени концентрируют металлы. Поэтому нужно учитывать возможность появления хронического молибденового токсикоза в районах, расположенных ниже по течению от тех мест, где породы или почвы чрезвычайно богаты молибденом. Эту возможность следует также иметь в виду при использовании земель, богатых органическим веществом, а также илистых или заболоченных.

Фтор. Этот элемент необходим живым организмам в небольших количествах, но может причинять вред или даже быть ядовитым в избыточных дозах. Так, например, общеизвестно, что фосфат кальция -- это основная составляющая материала зубов и костей большинства животных. Когда фтор присутствует в умеренных количествах (до 1 млн-¹) в воде, кости и зубы укрепляются благодаря включению фторидов (фторсодержащих соединений) в фосфат кальция. Однако при концентрациях выше 1 млн^-1 включение избыточного, количества фторидов в вещество зуба приводит к обесцвечиванию и ослаблению зубной эмали вызывая специфическое заболевание - флюороз.

В поверхностную и грунтовую воду фтор попадает обычно в результате растворения природных фторсодержащих минералов или в результате гидротермальной активности. Если водный источник, используемый для питья, содержит больше чем 1 млн-¹ фтора, то его концентрацию следует уменьшить. Обычно это достигается воздействием на воду окиси алюминия или костной золы.

Ртуть. Понять сложные процессы, контролирующие поведение рассеянных металлов в природных водных системах, легче всего, исследуя поведение какого-то одного металла, например ртути.

Ртуть может существовать в твердом, жидком и газообразном состоянии. Растворимость ртути достаточно велика, чтобы превысить стандарты на качество воды. В сочетании с другими элементами ртуть образует разнообразные твердые, жидкие и газообразные соединения. Большая их часть также легко растворима в воде. Важно учитывать также состояние (твердое, жидкое, газообразное или растворенное) и химические формы, в которых ртуть присутствует в системе. Некоторые состояния и химические формы более доступны для организмов или легче усваиваются ими, чем другие, и после ассимиляции некоторые формы становятся более токсичными, чем другие.

Причиной аномально высокой концентрации ртути в водных системах обычно является сброс промышленных сточных вод, содержащих ртуть. Естественные процессы, в том числе биологические, переводят ртуть в различные химические формы. Некоторые из этих форм, особенно чистая ртуть и многие ее органические соединения, летучи и испаряются в воздух над водой. Все растворенные формы в определенной степени поглощаются (или связываются) взвешенными твердыми веществами. В состав твердой фазы входят микроскопические растения и микроорганизмы (планктон). Во многих системах концентрация ртути во взвешенных твердых веществах во много раз больше, чем в воде, где они находятся.

При поедании планктона рыбой, которая потом съедается более крупной рыбой и животными, ртуть переносится по этой пищевой цепи. Так как более крупные виды едят больше и живут дольше, чем мелкие, они накапливают большие концентрации ртути. Рыба промысловых размеров часто содержит ртути в тысячи раз больше, чем вода и взвешенные твердые вещества, находящиеся в ней. При отлове рыбы ртуть удаляется из водной системы и попадает в человеческий организм. Оседание взвешенных твердых частиц и мертвых организмов переносит ртуть из воды в донные отложения.

Химические и физические условия в отложениях отличаются от водных, поэтому снова происходит химическое перераспределение и степень поглощения ртути твердыми веществами, вероятно, меняется. Твердые ртутные соединения или минералы также могут осаждаться. Обитающие на дне животные поглощают часть ртути, особенно те, которые питаются твердыми веществами, отфильтровывая их из воды. Донные организмы часто содержат в 1000 раз большую концентрацию этого элемента, чем отложения, которые они населяют. Чаще всего эти процессы ведут к полному перемещению ртути в донные отложения, где она погребается последующим осадконакоплением и оказывается вне досягаемости от химических связей с биологическими системами. Однако, в последствии ртуть в по гребенных отложениях снова может стать подвижной (например в результате проведения дноуглубительных работ или естественной эрозии). Так, с изменением условий хранилище может вновь превратиться в источник.

Кадмий. Кадмий -- редкий элемент; за исключением глинистых сланцев, его содержание в атмосфере, породах, почвах и воде составляет не более 0,2 части на миллион. В природе известно только несколько небольших месторождений сульфида и карбоната кадмия с очень малым содержанием полезного компонента. Однако кадмий присутствует в сульфидных рудах других тяжелых металлов, таких как цинк и свинец из которых он и извлекается.

Кадмий более летуч, чем большинство других тяжелых металлов (точка кипения 790 °С). По этой причине значительные количества кадмия выбрасываются в атмосферу во время переработки цинковых и свинцовых руд преимущественно в виде газа. Газ быстро окисляется и осаждается в виде мелких частиц на окружающую территорию. Это и есть главный источник кадмия для земной среды. Другими важными источниками кадмия являются фосфатные удобрения и необработанные осадки, поступающие на свалку.

Кадмий не несет в себе каких-либо важных биологических функций. Считается, что он действует как яд, в основном вытесняя жизненно необходимый цинк в обмене протеина и ферментов. Отравление кадмием предположительно способствует возникновению гипертонии, развитию болезней почек, эмфиземе, анемии и болезни итаи-итаи. Острое отравление от одной дозы маловероятно, но кадмий имеет способность накапливаться на протяжении всей жизни и способ выведения его из организма не известен.

Основными источниками кадмия для человека являются табак и пищевые продукты. Обычный рацион включает 0,5 мг кадмия в день, из которого около 5% впитывается через стенки кишечника. В тоже время, одна сигарета содержит только 0,001 мг кадмия, но он намного легче поглощается тканями легких, чем стенками кишечника. Попав в кровь, кадмий переносится в почки и печень, где и задерживается около 2/3 всего его количества.

Селен. Это -- необходимый элемент в пищевом рационе животных и человека. Его минимальное количество составляет 0,03 мг/сут. В дозах 0,075 мг/сут селен оказывает благотворное воздействие на организм. Однако в количестве свыше 3 мг/сут он становится токсичным. В тоже время, плохой урожай чаще бывает при нехватке селена, чем при его избытке, хотя в пище животных и человека предпочтительна нехватка селена, чем его избыток.

Селен встречается во многих сульфидных минералах. Его концентрация в черных сланцах, каменном угле и нефти в 10--20 раз превышает среднее содержание в земной коре. Ряд кормовых культур под общим названием астрагал способны накапливать и сохранять в своих тканях этот элемент, тем самым, являясь угрозой для жизни и здоровья различных животных.

9. Рекультивация нарушенных земель

Под рекультивацией принято понимать комплекс мероприятий, направленных на восстановление нарушенных земель, с целью создания благоприятных условий для их дальнейшего эффективного использования в народном хозяйстве.

Процесс рекультивации общепринято делить на рекультивацию горнотехническую и биологическую (агробиологическую). Строительная рекультивация в некоторых случаях может быть Применена вместо биологической, например, при рекультивации отвалов, находящихся в черте населенных пунктов.

Целью горнотехнической рекультивации является совмещение трушенных земель с окружающим ландшафтом путем планирования поверхности отвалов, придания устойчивого состояния откосам отвалов и карьеров и выполнения других видов работ.

Целью биологической рекультивации является озеленение нарушенных земель и полное восстановление их первоначального биологического потенциала.

К связующему звену между этими двумя видами рекультивации можно отнести создание на биологически неактивных породах плодородного слоя почвы.

К горнотехнической рекультивации относятся и те мероприятия, которые могут проводиться на отвалах в период до начала биологической рекультивации: изоляция отвалов, как источников загрязнения прилегающих ненарушенных земель, водоисточников и воздуха; укрепление поверхности отвалов с целью предупреждения водной и ветровой эрозии; создание условий, препятствующих химическому разложению пород.

В зависимости от состава пород отвалов их укрепляют систематическим орошением, покрытием поверхности крупным гравием, введением в поверхностный слой органических материалов (мелиорирование). Возможно применение и химического способа укрепления, к которому относят покрытие поверхностей рекультивируемых участков коркой из цемента, извести, синтетической древесной смолы. В благоприятных случаях прибегают к временному озеленению отвальных пород. Наилучшим способом укрепления является нанесение на поверхность фитотоксичных пород мощного биологически активного слоя, например лёссовидных пород, а поверх него -- почвенного слоя, чернозема.

В современной практике формирования отвалов полностью учитываются свойства вскрышных пород, их биологическая активность. В нижние слои отвалов, как правило, укладывают породы, содержащие большое количество серы, солей натрия, кальция и магния, т. е. породы с сильно выраженными кислотными и щелочными свойствами. В последующем их необходимо перекрывать водонепроницаемыми породами, например глиной (экранирующий слой). Поверх этих пород размещают нейтральные биологически активные породы. В засушливых районах при горнотехнической рекультивации можно формировать такой микрорельеф, который задерживал бы атмосферные осадки. В зависимости от того, в каких целях рекультивируются нарушенные земли, горнотехническую рекультивацию на этом заканчивают или продолжают, размещая на биологически активных породах почвенный слой.

Иногда, наоборот, выгодно смешивание пород отдельных пластов, например пластов, содержащих серу, и известняковых пород. При этом происходит как бы взаимомелиорация, в результате чего через некоторое время смесь двух пород, фитотоксичных по отдельности, образует грунт, пригодный для биологической рекультивации.

К наиболее действенным способам горнотехнической рекультивации относится утилизация пород отвалов, использование их и качестве закладки, в сельском хозяйстве или в других целях. Утилизация пород при их соответствующей переработке высвобождает земельные площади и позволяет полнее использовать минеральные богатства земных недр.

Практически не требуют никакой рекультивации выемки, предназначенные для размещения в них пустых пород соседних рудником (разрезов, шахт), а также свалок мусора. Лишь после засыпки эти выемки рекультивируют.

В практике последних лет имеются примеры разнообразного использования карьерных выемок: в качестве водохранилищ и зон отдыха с водоемами и спортивными сооружениями, для лесопосадок, сооружения промышленных объектов, регулирования режима грунтовых вод, слива жидких отходов производства. Загрязненные воды, просачиваясь сквозь грунты, или специально устраиваемые экраны, освобождаются от загрязняющих веществ и чистыми поступают в гидрографическую сеть или в море [11].

Сроки горнотехнической рекультивации определяются условиями работы горного предприятия, и обычно выполняются сразу после окончания основных работ, но не позже одного месяца после завершения деятельности производства. При этом завершение основных работ по горнотехнической рекультивации должны быть завершены в течение года после их начала.

Выбор направления биологической рекультивации и его цело сообразность определяются почвенно-климатическими условиями районов ведения горных работ, интенсивностью развития в них сельского хозяйства и промышленности.

Наиболее распространенным направлением биологической pекультивации является подготовка земель для возделывания сельскохозяйственных культур и пастбищных угодий, овощных и плодово-ягодных культур; лесонасаждений, в том числе парковых и защитно-декоративных [10].

В начальный период биологической рекультивации возвращенные в сельскохозяйственный оборот земли приходится восстанавливать повторно (ремонтировать): неравномерная усадка влечет за собой образование впадин, порой значительных размеров. В этот период не следует высевать многолетние травы или высаживать растения, так как они неизбежно будут уничтожены в процессе ремонтных работ.

Важной практической целью горнотехнической и биологической рекультивации является сокращение разрыва между началом отчуждения земель и их последующим использованием в преобразованном виде.

Продолжительность периода биологической рекультивации обычно составляет 15--30 лет.

Процесс биологической рекультивации заканчивается только в том случае, если содержание гумуса в новой почве будет соответствовать условиям нормального произрастания высаженных растений.

При постановке задач рекультивации нарушенных земель необходимо, прежде всего, учитывать факторы, определяющие возможность восстановления земель: рельеф местности, литологию, гидрологический и водный режимы, климатические условия. Накопленный к настоящему времени опыт восстановительных работ позволяет рекомендовать на первом этапе выполнение следующих основных требований:

до начала горных работ всестороннее изучение состава почвенного слоя и нижележащих вскрышных пород; технологическую и календарную увязку снятия почвенного слоя со вскрышей;

выбор места и способа хранения снимаемой с разрабатываемого поля почвы;

изучение гидрологии района горных работ и выбор наиболее эффективных методов дренажа разрабатываемого поля;

определение количества выпадающих осадков, их распределение по временам года; проведение метеорологических наблюдений; определение мер борьбы с возможными последствиями ливневых дождей;

изучение климата района горных работ; постоянный контроль за состоянием воздушной среды и за естественными источниками пылеобразования;

установить, как использовались земли до передачи горному предприятию; обоснование наиболее целесообразного использования земель после завершения горных работ;

изучение экологии района, подверженного влиянию горных работ (при наличии в округе редких биологических видов принять меры к их сохранению), а также образа жизни местного населения; выбор наиболее подходящей техники для производства рекультивационных работ;

извещение археологов о времени начала горных работ. Кроме того, при разработке месторождений полезных ископаемых, содержащих в качестве главных или сопутствующих компонентов вредные металлы, необходимо проводить анализ содержания этих металлов в крови и органах животных, а также в растительности.

Необходимо иметь в виду, что рекультивация нарушенных земель направлена не только на их возврат в сельскохозяйственный или лесной фонд, на предотвращение оползней или эрозии, но и на создание экологически сбалансированной системы, представляющей экономическую и эстетическую ценность.

Сама по себе, с точки зрения обычной бухгалтерии, рекультивация часто бывает нерентабельной, так как окупается через многие годы. Но надо всегда помнить, что, добывая полезное ископаемое из недр, человек нарушает землю, на которой живет сам, на которой будут жить его потомки. Поэтому к вопросам рекультивации совершенно неприложимы обычные понятия о рентабельности и окупаемости затрат. Землю надо оценивать не в денежных знаках, а в общественной ее ценности и полезности в будущем.

Список литературы

1. Ананичев К.В. Проблемы окружающей среды, энергиии природных ресурсов. Международный аспект. М., ВИНИТИ-МГУ, 1974. 164 с.

2. Альтшулер И.И., Ермаков Ю.Г. Региональные особенности загрязнения атмосферы земли.-- В кн.: Принципы и методика природного районирования на математико-статистической основе. М., 1974, с. 37--42.

3. Борьба с загрязнением вод и атмосферы в горнодобывающей промышленности Социалистически Республики Румынии.- «Труды VII Международного горного конгресса». Бухарест, 1972, с. VI--6. Авт.: М. Ионеску, Д. Хилар, И. Дон и др.

4. Бринк Г.И. Использование и производственно-экономическая оценка побочных продуктов горной промышленности и их значение для охраны окружающей среды.--«Труды IX Международного горного конгресса». Дюссельдорф, 1976, с. II--9.

5. Виноградов В.С. Охрана недр и улучшение условий труда в горнорудной промышленности черной металлургии.-- «Безопасность труда в промышленности», 1976, №2, с. 7--9.

6. Гертнер Э. Горное дело и окружающая среда.-- «Труды VII Международного горного конгресса». Бухарест, 1972, с. VI--4.

7. Говард А.Д., Ремсон И. Геология и охрана окружающей среды: Пер. с англ. / Под ред. Ю.К. Буркова. - Л.: Недра, 1982. - 583 с. Пер. изд.: США, 1978.

8. Дубовик Ф.Н. Рекультивация земель предприятиями угольной промышленности.-- В кн.: Рекультивация земель, нарушенных открытыми горными разработками. Губкин--Орджоникидзе,1974, с. 83--84

9. Дуглас У.О. Трехсотлетняя война. Хроника экологического бездействия. Пер. с англ. М., «Прогресс», 1975. 240 с.

10. Клопко Г.К. Озеленение санитарно-защитных зон предприятий черной металлургии.--«Строительство и архитектура».Киев, 1976, №6, с. 30--31.

11. Коллинс X.Е. Восстановление поверхности полей после окончания разработки месторождений.-- «Труды VII Международного горного конгресса». Бухарест, 1972, с. VI--II

12. Коротаев Г.В., Михайлова 3.Н. Основные направления и организация научно-исследовательских работ по рекультивации земель.-- В кн.: Рекультивация земель, нарушенныхоткрытыми горными разработками. Губкин--Орджоникидзе, 1974,с. 14--18

13. Мосинец В.Н., Грязнов М.В. горные работы и окружающая среда. - М.: Недра, 1978. - 192 с.

14. Мурреи Л., 3ахари Г., Xор Б. Восстановление земель -- задача, стоящая перед открытыми горными разработками Канады.-- «Труды VIII Международного горного конгресса». Лима, 1974, с. V--5.

15. Певзнер М.Е. Горная экология: Учеб. Пособ. для вузов - М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. - 395 с.: ил.

16. Успенский М.С. Об изучении влияния техногенныхпроцессов на деформации земной поверхности и стабильность геодезических пунктов.--«Геодезия и картография», 1975, №4, с. 58--65.

17. Савич А.И. Рекультивация земель, нарушенных в процессе открытой добычи полезных ископаемых.-- В кн.: Основные-проблемы охраны почв. МГУ, 1975, с. 133--135.

18. Сердюков И.А., Горохов А.В. Рациональное использование земель, нарушенных горными работами. -- В кн.:Экономика угольной промышленности. 1975, вып. 3, с. 11---12.

19. Старых М.К., Клименко Н.Т. Опыт рекультивацииземель, отработанных открытым способом.-- «Строительные материалы», 1975, №5, с. 14--15.

20. Эскин В.С. Рекультивация земель, нарушенных горнымиразработками. М., «Недра», 1975. 156 с.

21. Garrets' R.M., F.T. MacKenzie, and C.A. Hunt. Chemical Cycle and the Global Environment -- Assessing Human Influences, William Kaufmann, Inc., Los Altos, Calif., 1975.

22. Hem J.D. Study and Interpretation of Chemical Characteristics of Natural Water. U.S. Geological Survey, Water Supply Paper 1473, 1970.

23. McKee W.D., ed. Environmental Problems in Medicine. Charles С Thomas, Springfield, III., 1974.

24. Odum E.D, Fundamentals of Ecology. 3d ed., W.B. Saunders Company, Philadelphia, 1971

Размещено на Allbest.ru