Загрязнение литосферы

ЛЕКЦИЯ 15

Земельные ресурсы. Ежегодно большая часть земельных угодий теряется для сельскохозяйственного использования и изымается из втественного оборота в связи со строительными мероприятиями. В России 130 млн. га пашни. Большая часть из них расположена в районах рискованного земледелия. Потенциальная продуктивность пашни мала и потому компенсируется большой посевной площадью (она в 3,5 раза больше среднемирового показателя).

Основные причины потери сельскохозяйственных земельных ресурсов: эрозия почвы, потеря гумуса, подтопление и вторичное засоление, машинная деградация (например, нарушение структуры пахотного слоя), химическое и радиоактивное загрязнение.

Загрязнение земли. Поверхность земли испытывает значительную антропогенную нагрузку. На поверхность земли попадает 85 млрд. т отходов, тогда как в атмосферу выбрасывается менее 1 млрд. т вредных веществ, а в гидросферу – около 15 млрд. т загрязнителей. Наиболее опасными загрязнителями являются тяжелые металлы, продукты нефтепереработки, синтетические яды, проникающие в питьевую воду, в растения, а с ними к сельскохозяйственным животным и человеку.

Основными источниками антропогенного загрязнения земли являются: 1) твердые и жидкие отходы промышленности; 2) твердые бытовые отходы; 3) сельскохозяйственные отходы и ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве; 4) токсичные вещества, выпадаемые из атмосферы; 5) аварийные сбросы и выбросы загрязняющих веществ.

В России ежегодно образуется около 7 млрд. т отходов производства и потребления. Только Москва ежегодно выбрасывает 10 млн.т промышленных отходов, что примерно приходится по 1 тонне на каждого жителя. На территории страны уже накоплено примерно, 80 млрд. т. Твердых отходов, в том числе более 1,1 млрд.т токсичных промышленных отходов. В качестве вторичных ресурсов используется лишь 22%, а полностью обезвреживаются 3,5% промышленных отходов.

Твердые бытовые отходы – одна из серьезных экологических проблем. Приблизительно за 500 лет до нашей эры в Афинах был издан первый из известных эдикт, запрещающий выбрасывать мусор на улицу. Он предписывал организацию специальных свалок и предписывал мусорщикам сбрасывать отходы не ближе, чем за милю от города.

В настоящее время около 90% отходов в США до сих пор складируется. В РФ только 5% твердых бытовых отходов перерабатывается промышленным методом, а остальное идет для захоронения. Захоронение отходов требует больших площадей и способствует загрязнению подземных вод. В густо населенных районах Европы бытовые отходы в основном сжигают. Но при этом увеличивается вероятность загрязнения атмосферы и гидросферы. Утилизация отходов наиболее предпочтительна из всех вариантов. Однако этот способ возможен для относительно небольшой части отходов и требует больших затрат.

Наиболее токсичными являются тяжелые металлы: свинец, ртуть, кадмий, мышьяк, талий, висмут, олово, ванадий, сурьма, а также хром, медь, цинк, марганец, никель, кобальт, молибден, силен. В среду они попадают в виде аэрозолей, пыли, копоти с промышленными стоками, с твердыми промышленными отходами, от предприятий энергетики, транспорта и др., с минеральными красителями, бытовой техникой. Попадая в организм, большая часть их выводится, а некоторая часть, вступая в химические связи, накапливается и вызывает различные тяжелые хронические заболевания или поражения.

Другая сложная проблема – применение пестицидов. В зависимости от объектов назначения их подразделяют на инсектициды (убивают насекомых), гербициды (уничтожают сорняки), фунгициды (средства против грибковых заболеваний растений). Каждый из них уничтожает не только те организмы, на которые он направлен, но представляет угрозу и для всех других, в том числе и человеку.

Охрана почв состоит в проведении мероприятий, служащих сохранению почв и их свойств:

1) противоэрозийные мероприятия, включающие правильное размещение и чередование севооборотов, посадку живых изгородей или лесополос, строительство гидросооружений; 2) укрепление, облесение склонов оврагов, песков; 3) регулирование выпаса скота в балках, на склонах; 4) создание упорядоченных свалок для мусора, а также отстойников и очистительных сооружений для сточных вод; 5)применение легкой сельскохозяйственной техники, правильной дозировке удобрений и биоцидов; 6) сохранение почвы как среды обитания.

Классификация нарушенных земель

Определение нарушенных земель предполагает основные виды использования земельных ресурсов, обусловливающих тот или иной тип нарушений:

1. Источник нарушений, например, открытые и подземные горные paботы, обогащение полезных ископаемых, переработка минерального сырья, прекращение эксплуатации железной дороги.

2. Формы нарушений, например, выемка, карьер, просадочная воронка, отвал, насыпь.

3. Размер (морфометрия) нарушений: амплитуда нарушения, площадь, занятая нарушенными участками.

4. Характер поверхности и растительного покрова (во внимание принимаются также явления заболачивания).

5. Вероятность рекультивации.

Существует четыре группы причин нарушения земель:

1) подземная добыча полезных ископаемых или извлечение их посредством бурения;

2) наземная (открытая) добыча полезных ископаемых;

3) обогащение полезных ископаемых;

4) разнообразные виды промышленной и транспортной деятельности,

Выделение этих четырех групп, основано на учете преимущественно форм нарушений, которые возникают либо в результате осуществления различных видов производственной деятельности, либо в результате ее прекращения. Несомненно, что главной причиной образования нарушенных земель являются горные разработки. Именно они вызывают наиболее значительные повреждения территории при добыче полезных ископаемых и создают наибольшие количества твердых отходов в процессе их обогащения. Прекращение использования промышленных сооружений, линий коммуникаций, транспортных устройств также порождает нарушения, однако характер возникающих при этом форм нарушений земель систематизировать значительно сложнее по сравнению с теми нарушениями, которые продуцируются большинством отраслей горной промышленности.

К нарушенным землям можно отнести: земли, частично или полностью поврежденные в результате деятельности горнодобывающей или перерабатывающей промышленности, а также строительства; земли, которые могли перейти в категорию нарушенных в результате современного использования, если на них не будут проведены необходимые мелиоративные мероприятия.

Всe разнообразие способов подземной добычи сводится, в сущности, к единому процессу — извлечению полезного ископаемого из подземных выработок на поверхность. Глубина, на которой ведутся разработки, меняется в зависимости от уровня развития технологии, добычи и геологического значения эксплуатируемых месторождений. Конструкция шахт и наземных сооружений зависит также от сочетания геологических и технико-экономических факторов. Существует два типа нарушения земель, вызванных шахтной добычей: 1) ущерб в результатепроседания земной поверхности подземными выработками, 2) размещение на дневной поверхности отвалов твердых отходов, образующихся при добыче и первичной переработке минерального сырья.

Рекультивация земель

Согласно действующим стандартам, выделяются два этапа рекультивации земель: технический и биологический. Они охватывают различные мероприятия горно-технического, сельскохозяйственного, водохозяйственного, санитарно-гигиенического и эстетического характера. Такое разнообразие работ привело к их классификации по ряду признаков. По типу выполняемых работ они подразделяются на:

ландшафтно-восстановительные (землевосстановительные), связанные с востановлением нарушенного горными работами ландшафта (рельефа местности, почвенного и растительного покровов);

охранные (средозащитные), связанные с устранением и нейтрализацией вредного воздействия горных пород на среду жизнеобитания (почву, воду, воздух).

По укрупненным технологическим признакам выделяют следующие комплексы работ:

• горно-технические — по восстановлению нарушенного рельефаместности;

• горные и биомелиоративные — по восстановлению почвенного покрова и

растительности (рекультивационные работы);

• инженерно-строительные и гидротехнические — при освоении восстановленных территорий под строительство и зоны отдыха (инженерно-строительные работы);

• горно-строительные — по гидрогеологическому регулированию в районе

разработок (гидропрофилактические работы);

• инженерно-технические — по борьбе с пылевым загрязнением, шумовыми нарушениями (средозащитные работы).

По виду и составу технологических процессов восстановительные работы классифицируются на:

• горно-планировочные (разравнивание и планировка поверхности отвалов выполаживание или террасирование откосов, отвалов и уступовв карьеpax, стабилизация отдельных площадей);

• инженерную подготовку восстанавливаемых площадей (отвод поверхностных вод и защита от подтопления, размыва и заболачивания; борьба с оврагообразованием и эрозией; устройство дорог, подъездов, съездов;

• горные по снятию, хранению и повторному использованию почвы, трансплантация почвы;

• биомелиоративные по восстановлению прежнего плодородия почвы или создание плодородного слоя на материнских пород.

Эти работы выполняются сельско- иди лесохозяйственными организациями:

• инженерные по искусственному уплотнению отвалов (послойная укладка с уплотнением пород, специальные методы укрепления пород);

• гидротехнические по строительству водохозяйственных объектов (обустройство ложа водоема, производство береговых укрепительных работ, устройство водозаборных и сбросных сооружений).

Технология и механизация горно-планировочных работ. Основные требования и виды планировки

Основная задача горно-планировочных работ — приведение техногенного рельефа в состояние, пригодное для целевого использования. При сельскохозяйственном использовании рекультивируемых земель поверхность должна быть ровной, с небольшим односторонним или двусторонним уклоном Для стока избыточных или паводковых вод. Уклоны поверхности должны превышать при подготовке участков под пашни 1,5°, под луга и пастбища — 2—3°, сады, ягодники — 4—5°, для лесоразведения — до З, в отдельных случаях — до,10°.

В зависимости от рельефа поверхности отвалов и направления nocледующего целевого освоения восстанавливаемых площадей применяют следующие виды планировки: а) сплошную, б) частичную, в) террасами.

С п л о ш н а я планировка предусматривает полное выравнивай площади отвалов. Частичная представляет собой срезку гребней отвалов и создание площадок, обеспечивающих посадку леса механизированным способом. Ширина площадок принимается равной 8—10 м (в отдельных случаях — 4 м).

Планировка террасами заключается в создании спланированных площадей с разными абсолютными отметками. Поперечный уклон поверхности террас создается в сторону вышележащей террасы. При необходимости террасируются откосы отвалов. Ширина террас должна обеспечивать возможность посадки не менее двух рядов лесных полос и включать технологический интервал для механизированного обслуживания. Максимальная высота между террасами устанавливается в зависимости от физико-химических свойств отвальных пород и от ассортимента высаживаемых лесных культур (по сходимости крон) взрослых деревьев, находящихся в пределах 5—7м.

По целевому назначению горно-планировочные работы при рекультивации нарушенных земель проводятся в следующие технологические этапы: горно-технический, мелиоративный и агроэксплуатационный. Горнo-техническую планировку породных отвалов совершают в два приема: грубая планировка, затем чистовая.

Грубая — предварительное выравнивание рекультивируемой поверхности с выполнением основного объема земляных работ. Для обеспечения более равномерной усадки первичную (грубую) планировку отвалов, образованных при бестранспортной системе разработки экскаваторами, транспортно-отвальными методами, отвалообразователями, следует производить вслед за подвиганием отвального фронта работ с минимальным отставанием, обеспечивающим безопасность работ.

При транспортном отвалообразовании особое внимание следует уделять собллюдению проектных отметок и уклонов поярусной отсыпки.

Чистовая — окончательное выравнивание рекультивируемой поверхности, которое сводится к исправлению микрорельефа и перемещению незначительных объемов вскрышных пород. Необходимость проведения чистовой планировки возникает, как правило, после усадки пород отвалов, поверхность которых значительно деформируется. Чистовая планировка производится перед нанесением потенциально плодородных пород и плодородного слоя обычно через 1— 2 года после отсыпки отвала.

Мелиоративная планировка (профильная и отделочная) осуществляется за один или два приема в зависимости от способа формирования почвенногогоризонта на рекультивируемых землях.

Профильная — равномерное размещение потенциально плодородных пород на рекультивируемой поверхности с целью образования необходимых параметров подпочвенного горизонта или создания искусственного водоупоpa, или устройства экранируемого слоя на спланированных отвалах, сложенных из малопригодных и непригодных грунтов.

Отделочная — придание поверхности плодородного слоя почв на рекультивируемых землях проектных уклонов и необходимой ровности, включающей микропонижения глубиной более 5 см. Если почвенный горизонт на рекультивируемых землях создается при нанесении только одних потенциально плодородных пород, то операции по планировке выравнивания и отделочной планировки совмещаются. Пути совершенствования горно-планировочных работ:

1. Разработка и внедрение эффективных способов отвалообразования уменьшенным объемом планировочных работ (плоское отвалообразование при бестранспортных системах разработки).

2. Создание и внедрение специальных машин и новой технологии по разравниванию, планировке, выполаживанию и террасированию отвалов и уступов карьеров в процессе добычи полезных ископаемых.

3. Разработка и внедрение технологических методов и приемов сокращения периода естественной стабилизации породных отвалов после их отсыпки.

4. Применение вариантов планировки поверхности отвалов с учетом осадки и стабилизации.

Технология инженерной подготовки восстанавливаемых территорий

Основной задачей инженерной подготовки восстанавливаемых земель является выполнение определенного комплекса технических мероприятии, обеспечивающих эффективное проведение работ по рекультивации нарушенных земель в заданном народнохозяйственном направлении. В состав мероприятий по инженерной подготовке восстанавливаемых территорий входят: отвод поверхностных вод, защита от подтопления и заболачивания спланированных отвалов, борьба с оврагообразованием и эрозией почв, устройство дорог, подъездов и других сооружений, способствующих быстрейшему освоению рекультивируемых земель.

Все эти мероприятия необходимо осуществлять до развертывания основных работ по биологической рекультивации или строительному освоению восстанавливаемых территорий. Несвоевременное выполнение работ по инженерной подготовке отработанных площадей может значительно удлинять сроки выполнения основных работ.

Отвод поверхностных вод и защита рекультивируемых территорий от размыва, подтопления и заболачивания

При благоприятном рельефе отвод поверхностных вод осуществляется благодаря правильно созданному уклону поверхности. Защита восстанавливаемых территорий от размыва, подтопления и заболачивания в значительной мере связана собразуемым рельефом отвальных площадей и глубиной залегания подземных вод в пределах рекультивируемых площадей, а также их режимом, изменением уровня и расхода во времени под воздействием тех или иных факторов.

Размыв отвальных территорий зависит от их площади, рельефа и от максим. скорости течения воды. При формировании отвалов необходимо создание условия, предохраняющие откосы от водной эрозии. Это достигается устройством террас на откосах отвалов, предохранительных берьеров между ярусами и выполаживания откосов отвалов.

Подтопление и заболачивание восстанавливаемых территорий проводят в пониженных частях спланированных отвалов, когда подземный водоносный горизонт располагается в непосредственной близости от поверхности или в местах, не имеющих стока воды и сложенных из водонепроницаемых пород. Скопление и застой поверхностных вод на отвалах, сложенных из слабопроницаемых грунтов (супесей) неизбежно приводят к заболачиванию этих площадей. При этом не маловажное значение имеет вид водного питания (атмосферное, грунтовое, намывное) на восстанавливаемых территориях, т. е. водные источники, создающие подъем уровня подземных вод на этих площадях.

Атмосферное питание подземных вод чаще всего наблюдается при близком залегании к дневной поверхности водоупорных и слабоводопроницаемых пород; в этих условиях дождевые и талые воды, инфильтруясь в грунт, образуют верховодку, часто являющуюся причиной подтопленния, заболачивания спланированных отвалов. Условия стока дождевых и талых вод определяются рельефом породного отвала, который также в значительной мере влияет на инфильтрацию атмосферных осадков в грунт. Наполнение впадин и понижений на спланированных отвалах приводит к накоплению, просачиванию в грунт большой части выпавших осадков, повышающих уровень верховодки. Инфильтрация атмосферных осадков будет незначительной, если рельеф местности имеет большие уклоны и никаких местных понижений.

Грунтовое питание обусловливается притоком подземных вод со стороны вышележащих площадей. При этом грунтовое питание может быть напорным или безнапорным. Если водоносный горизонт сверху прикрыт водоупорными породами, а рельеф местности имеет более или менее крутой уклон в одном направлении, то в этом случае грунт питает напорная вода, в завершении работ в карьере грунтовые воды подземного водоносного горизонта быстро поднимаются вверх и заполняют выработанные пространства до уровня, соответствующего напору водоносного горизонта. Все отвалы и площади, расположенные ниже этого уровня или близко к нему, будут затоплены или заболочены, и их народнохозяйственное использование сопряжено с большими затратами.

Условия проявления процессов эрозии и оврагообразования и борьба с ними

Эрозия почв, или водная эрозия, — это процессы разрушения и снижения плодородия почв под воздействием текучести вод. Дефляция, или ветровая эрозия - разрушение и перенос почв под воздействием ветра.

К основным типам водной эрозии почв относятся:

• поверхностная эрозия, при которой идет смыв верхних горизонтов почв; пинейная или струйчатая, размывающая почву концентрированными потоками и образующая рытвины, промоины;

• овражная эрозия, возникающая при сильном развитии линейной эрозии и являющаяся ее крайним проявлением.

Различают эрозию почв нормальную, или геологическую, и ускоренную, ими антропогенную. Первая свойственна нераспаханным территориям с сохранившимся естественным растительным покровом, где она протекает медленнее, чем формирование почвенного профиля. Вторая развивается в результате нерациональной хозяйственной деятельности человека. В таком случае процессы водной и ветровой эрозии ускоряются, опережают процессы восстановления почвенного профиля.

В зависимости от факторов, вызывающих эрозию, различают два ее вида: водную и ветровую.

Водная эрозия может быть плоскостной (поверхностной) и линейной (миражной).

Плоскостная эрозия — это смыв верхних горизонтов почвы на склонах при стекании по ним дождевых или талых вод сплошным потоком или ручейками. Вследствие смыва верхнего, наиболее плодородного слоя почва теряет свое главное свойство — плодородие. Установлено, что на сабосмытых почвах урожайность сельскохозяйственных культур снижается на 20—30%, среднесмытых —40—50%, а на сильносмытых — -70%.

Линейная эрозия вызывается.талыми и дождевыми водами, стекающими значительной массой, сконцентрированной в узких пределах участка склона.

В результате происходят размыв грунта в глубину, образование глубоких промоин, рытвин, которые постепенно перерастают в овраги, и пашни становятся непригодными к использованию. Рост и формирование оврага зависят от почвенно-климатических условий и идут со скоростью от 1—3 до 25 м/год.

По данным научно-исследовательского института защиты почв от эрозии, широкому развитию процессов водной эрозии способствует высокий удельный вес склоновых земель в общей площади пашни. Так, в Центрально-Черноземной зоне 43,5% пахотных земель расположено на водоразделах и уклонах крутизной менее 1%; 35,6% полей— на склонах 1—3°; 13,9% —на склонах 3—-5°; 7% —- на склонах круче 5°. Поэтому сельскохозяйственные предприятия вынуждены применять систему защиты почв от водной эрозии. '

При ветровой эрозии, или дефляции, происходит выдувание почвы, снос мелких сухих частиц ветром. Сухие почвы поддаются действию ветра легче, чем влажные, поэтому ветровая эрозия больше всего характерна для засушливых территорий.

Дата добавления: 2014-01-04