CC BY
30
СЕМИНАР 14
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001г.
© С.М. Штин, 2001
УДК 581.5:532:624.132.345:625 % \ " \
С.М. Штин
РОЛЬ ГИДРОМЕХАНИЗАЦИИ В СОХРАНЕНИИ И УЛУЧШЕНИИ СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
«Первооснова всех вещей - вода. Все возникает из воды и все возвращается в воду».
Греческий натурфилософ Фалес Милетский
В
ода - это жизнь. Чистая вода - это прозрачная жидкость без вкуса и цвета, в больших объемах слегка голубоватая. Вода поддерживает все химические, физические и биологические процессы как внутри, так и снаружи клеток всех организмов. Тело человека состоит из воды на 60-70 %, а кровь на 80 %.
И более того: из 1,64х1018 тонн воды - 1,64 триллионов тонн, имеющейся на всей планете, только 1,23 % образуют основу всей жизни на Земле. Этот сравнительно незначительный объем пресной воды делится на лед в полярных регионах, озера и реки с пресной водой, грунтовую воду и атмосферный пар.
Вода будет ценнее золота, нефти и угля, так предсказывают ученые, занимающиеся исследованиями будущего, потому что жажда непропорциональна росту населения, а запасы питьевой воды в разных странах различны. Воды на нашей Земле становится все меньше и меньше. Борьба за распределение воды уже запрограммирована.
Понятие «биосферы», т.е. «области жизни», было введено в биологию Ламарком в Париже в начале XIX в., а в геологию Зюссом в Вене в конце того же века.
Под биосферой понимается оболочка Земли, состав, структура и энергетика которой в значительной мере обусловлены прошлой или современной деятельностью живых организмов. Био-
сфера охватывает нижние слои атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы. Функционирование биосферы обеспечивается в основном благодаря солнечной энергии, которая вызывает два круговорота вещества в природе: большой (геологический) и малый (биологический). Распад лучистой энергии на биологический круговорот составляет 0,1—0,2% от лучистой энергии солнца, но именно это является основой существования биосферы. Важнейшим процессом этого вида круговорота является фотосинтез, т.е. превращение растениями и микроорганизмами лучистой энергии Солнца в энергию химических связей органического вещества. Растения в процессе фотосинтеза, потребляя из почвы минеральные вещества, а из воздуха -углекислый газ, выделяют кислород, создавая при этом органические вещества, называемые продуцентами. Животные потребляют кислород и растения и выделяют углекислоту. Это консулен-ты. Бактерии, грибы, растения, и др. (редуценты) разлагают мертвое органическое вещество, превращая его в неорганическое, замыкая тем самым цикл круговорота вещества и обеспечивая подготовку следующего цикла.
Для сохранения относительной стабильности биологического круговорота приход органического вещества за счет фотосинтеза должен компенсировать его расходом, т.е. потреблением его животными и микроорганизмами. Наземные организмы должны ежегодно разрушать массу органических веществ, в десять раз превосходящую их собственную.
Интенсивность биологического круговорота зависит от природных условий и проявляется через формирующиеся экологические системы или биогеоценозы.
Каждый биогеоценоз (или экосистема) представляет собой своеобразную модель биосферы в миниатюре, и этим в значительной мере определяется общая устойчивость биосферы и ее способность к эволюции.
Многообразие форм жизни, тесная зависимость видов организмов друг от друга и от абиотических
факторов превращает биосферу в саморегулирующуюся систему, обладающую высокой сопротивляемостью.
Многие тысячелетия человек был мал, а Земля -безмерно велика. Человек основал пространства, покоряя природу. Нередко результат этих покорений был трагичен. Там, где производственные комплексы создавались без учета границ устойчивости природных систем, наступала экологическая катастрофа. Взаимодействие общества с природной средой превращается в одну из основных проблем, стоящих перед человечеством. Современное техногенное давление столь колоссально, что все более очевидной становится ограниченность возможностей биосферы воспринимать без серьезных негативных последствий всякого рода технизированные отходы.
Изменение окружающей природной среды под влиянием антропогенных воздействий могут носить как позитивный, так и негативный характер. С одной стороны, такое воздействие способствует повышению биологической продуктивности и увеличивают энергетический обмен в экологических системах, а с другой - ведут к истощению невозобновляемых ресурсов, к уменьшению способности природы к воспроизводству возобновляемых ресурсов, к загрязнению природной среды.
Экологическое состояние этих территорий определяется прежде всего качеством воды в водоемах (реках, озерах, водохранилищах и т.д.), которые дают интегральную экологическую оценку качества, так как на него влияют все элементы природной среды - почвы, растительность, подземные воды и атмосфера. Неудовлетворительное состояние водоемов в связи с высокими нагрузками на территории их водосборов вызывают тревогу у специалистов и широких слоев населения. Гидрологический режим водоемов в значительной степени зависит от местных факторов. На качество воды в них существенное влияние оказывают ландшафтно-структурные особенности территории и хозяйственное освоение водосброса: мозаичность и разнообразие природных комплексов; их устойчивость к антропогенному воздействию; способность поглощать, трансформировать и удерживать поступающие загрязнения, а также объемы и характер сточных вод промышленных и сельскохозяйственных предприятий, населенных пунктов; стоки с урбанизированных территорий и территорий промышленных площадок; выносы удобрений
и ядохимикатов с сельскохозяйственных полей и лесных угодий; стоки с животноводческих ферм.
Водные источники по разным регионам России находятся в удручающем состоянии, так в бедственном положении находятся водоохранные зоны водохранилищ и прилегающих к ним территорий и рек Мытищинского, Пушкинского, Истринского районов Подмосковья. Основная угроза питьевым источникам исходит со стороны животноводческих ферм, которые систематически загрязняют отходами поймы рек, озер и водохранилищ. Кроме навоза водоисточникам грозит и незаконное строительство на особо охраняемых территориях дачных поселков, промышленных предприятий и зон отдыха, происходит захламление территории металлоломом, уничтожение травяного покрова и незаконное «снятие растительного грунта».
Подобные случаи происходят повсеместно. Около тысячи случаев экстремально высокого загрязнения поверхностных вод было зарегистрировано на территории России в прошедшем году. Экстремально высокое загрязнение поверхностных вод веществами 1-го и 2-го классов опасности наблюдалось в реках Приморского края, Иркутской и Самарской областей. Наиболее часто случаи высокого загрязнения водных объектов происходят в бассейнах р. Волги с ее притоками Окой и Камой, в бассейнах рек Оби, Дона, Енисея. Самыми распространенными загрязняющими веществами являются ионы марганца, меди, азота нитритного, амонийного, ионов цинка. В рыбе из Волги уже можно найти «полтаблицы Менделеева». Кроме того, в ихтиофауне водохранилищ отмечаются признаки хронического токсикоза. Участились случаи массовой гибели рыбы.
В результате воздействия промышленного производства на гидросферу изменяются условия формирования поверхностного и подземного стоков, гидрологический режим поверхностных водоемов и водотоков. Под влиянием водохранилищ происходит подпор грунтовых вод, что вызывает заболоченность земель в радиусе, достигающем нескольких километров. В засушливых зонах это приводит к вторичному засолению почв вследствие интенсивного испарения влаги.
Мелководья характеризуются застойным режимом. Это снижает способность вод к самоочи-стке, приводит к «цветению воды», зарастанию прибрежной полосы осокой и др. сорной расти-
тельностью. Берега водохранилищ подвергаются интенсивному разрушению вследствие абразии, оползневых деформаций и просадочных процессов. Выполнение мелиоративных мероприятий приводит к изменению водного баланса осушаемых земель и прилегающих к ним территорий и может значительно снизить объем годового стока.
Водоемы обладают самоочичающей способностью вследствие непрерывного перемещения воды при активном участии солнечной энергии, различных видов бактерий, грибов и водорослей. Наибольшие темпы самоочищения присущи речным водам, наименьшие - водам бессточных прудов и озер. Однако даже высокая способность рек к самоочищению небеспредельна. Некоторые виды загрязнения (главным образом органические) исчезают на период одно, -двухсуточного движения воды в реках или через десятки сотни километров. А иногда реки полностью теряют способность к самоочищению.
Серьезной экологической проблемой становится накопление донных озерных отложений в озерах России. Эти процессы наиболее интенсивно происходят на территории Европейской части России. Процессы сапропеленакопления приобретают все более интенсивный характер и на примере целого ряда озер таких как Неро , Хохломское, Галическое и ряд др. оказывают существенное негативное влияние на биосферу, затрагивая по существу все ее элементы: водный, воздушный бассейны, землю, недра, растительный и животный мир.
Наблюдается непосредственное прямое и косвенное воздействие на биосферу. Размеры зоны косвенного воздействия процессов сапропеленакоп-ления значительно превышают зоны самого прямого процесса сапропеленакопления и, как правило, в эту зону попадают не только элементы биосферы, подвергающиеся непосредственному воздействию, но и другие элементы.
Анализ изменения биосферы в зоне расположения сапропелесодержащих водоемов показывает, что проведение эффективных мероприятий по минимизации воздействия процессов сапропеле-накопления на окружающую среду не представляется возможным без разработки и промышленной реализации горно-экологиче-ского мониторинга.
Экономическая незаинтересованность государства в целом, низкий технологический уровень, отсутствие современного оборудования по
добыче и переработке и невостребованность этого ценнейшего минерального сырья привели к тому, что дальнейшее его накопление принимает угрожающие масштабы.
Этот экологический аспект является основой для конструктивного решения вопросов взаимодействия органов государственной власти РФ и ее субъектов, органов местного самоуправления, предпринимателей и общественных объединений по обеспечению комплексного решения проблемы сбалансированного развития экономики и улучшения состояния окружающей среды.
В обобщенном виде концепция России по обеспечению экологической безопасности должна исходить из последовательной реализации взаимосвязанных основополагающих идей:
• экологизация хозяйственной деятельности в процессе увеличения в структуре национального богатства удельного веса национального имущества, обеспечивающего поддержание необходимого экономического роста страны и решение наиболее острых социальных проблем;
• сохранение и восстановление биосферы и ее локальных экосистем при ограничении роста природных элементов национального имущества и усиление ориентации на различные потребности будущих поколений с учетом состояния природно-ресурсного потенциала;
• формирование ноосферы и обеспечение роста национального богатства за счет повышения квалификации работающих и возрастной роли духовных ценностей.
Такая последовательная этапность перехода России на модель устойчивого развития определяется современной социально-экономической ситуацией и возможностью трансформировать концептуальные положения в реальный национальный план действий.
В документах конференции ООН по окружающей среде и развитию важное значение уделено получению надежной и доступной информации об окружающей среде, необходимой для принятия решений как на национальном, так и на международном уровнях.
Решение этой задачи осуществляется на основе создания и эффективного использования мониторинга — специально информационноаналитической системы наблюдения, контроля и оценки состояния природной среды в зоне сапропелесодержащих водоемов с целью прогнозирования и разработки мероприятий, на-
правленных на снижение влияния на биосферу и предотвращения экологических катастроф.
Система горно-экологического мониторинга должна основываться на ряде базовых положений.
1. Система должна быть открытой для использования ее в качестве элемента системы более высокого уровня, т.е. Единой государственной системы экологического мониторинга. В то же время система должна допускать использование в своем составе подсистем более низкого уровня, в том числе достаточно автономных.
2. Система должна охватывать все сапропелесодержащие водоемы в пределах административно-территориальной единицы - области. Это дает ряд преимуществ как в организации сбора необходимой информации о суммарном воздействии этих водоемов на окружающую среду, так и в эффективности реализуемых природоохранных мероприятий.
3. Информационной основой системы горноэкологического мониторинга, должно быть объединение сапропелесодержащих водоемов в са-пробассейны по природно-климатическим условиям сапропелеобразования и территориальному принципу, с выделением тех элементов, которые определяют характер экологического воздействия на биосферу на территории сапробессейна.
4. При организации системы горноэкологического мониторинга сапробассейнов необходимо учитывать что процессы сапропеленакопле-ния происходят неравномерно и в каждом конкретном случае их влияние на экосистему различно, а каждый элемент биосферы подвергается суммарному воздействию различных источников.
Создание эффективной системы горноэкологического мониторинга по различному использованию водных ресурсов сапропелесодержащих водоемов обусловлено необходимостью получения надежной, своевременной информации о состоянии природной среды, изменениях, происходящих в ней под воздействием природы и человека и последующего использования этих данных для разработки комплекса мероприятий по охране окружающей среды, рациональному использованию природных ресурсов и созданию сапропелевой промышленности по добыче и дальнейшему использованию сапропелевого сырья на основе средств гидромеханизации.
Таким образом может быть получена постоянная объективная информация, научный анализ которой
позволит прогнозировать состояние водных объектов и своевременно разрабатывать мероприятия по улучшению качества вод и состояния водоемов.
Понятие «улучшение состояния водных систем» можно рассматривать как ряд мероприятий, направленных на создание или улучшение предпосылок к использованию водной системы.
К вопросу улучшения состояния водоемов можно подходить с двух основных позиций:
1. Вблизи крупных населенных центров по всей стране сильно возрастает потребность в рекреационном использовании вод. В то же время в этих районах часто бывает недостаточно береговой зоны. На этом основании возникает потребность приведения в лучшее состояние вод и берегов, плохо приспособленных для рекреационного использования. Типичными объектами мероприятий по улучшению состояния являются небольшие и самые мелкие озера, которые сильно подвержены зарастанию, объем воды в которых невелик, водообмен часто незначителен, а берега низменны и малопригодны для какого-либо использования.
2. Мероприятия, направленные на улучшение отрицательных явлений в водоеме, вызываемые сточными водами, сами по себе часто недостаточны для ослабления их вредного влияния. Непосредственные меры по улучшению состояния самого водоема часто бывают уместны даже в тех случаях, когда нежелательные явления, вызываемые сточными водами, можно полностью прекратить. Объекты в этом случае по своему характеру весьма разнообразны.
Вопрос принятия мер по улучшению состояния вод и берегов может возникнуть в связи с различными соображениями, такими, в частности, являются: возможность использования вод для купания, условия существования рыбы, пригодность берегов для строительства, пригодность берегов для прочего использования, возможности передвижения по воде, водный ландшафт, условия жизни птиц, качества воды как с точки зрения водоснабжения, так и с точки зрения сохранения ценности природных объектов.
3. Удаление донных отложений пресноводных озер как метод восстановления дистрофных озер.
Старение озер вызывается постепенным накоплением бассейна донными отложениями, омоложение озера может быть осуществлено путем удаления этих отложений. Таким путем обмен веществ между донными отложениями и водой
может быть возвращен к естественным условиям гармонического взаимодействия донных отложений и воды давностью 2000—3000 лет по выбору глубины контактной поверхности.
Указанные мероприятия направленные на улучшение состояния водной среды могут и решаются только с использованием средств гидромеханизации как наиболее эффективного с точки зрения выполнения подводных земляных работ, механизации всего комплекса работ, так и уникальности имеющегося парка добычных земснарядов, позволяющих проведение уникальных хирургических работ, так и работ связанных с переработкой огромного количества донных отложений.
Следует отметить, что разработка озерных залежей сапропеля, особенно при совершенствовании существующих и использовании создаваемых вновь технологий, является практически единственным случаем, когда добыча полезного ископаемого сопровождается позитивными результатами, направленными на улучшение состояния экосистем.
Самым сложным при удалении донных отложений является размещение ила (сапропеля) на окружающей озеро территории. Но и в данном случае гидромеханизаторы предлагают свои решения. Разрабатываются и внедряются технологии прямого внесения сапропеля на поля в больших дозах на любой существующий рельеф местности. При этом гарантируется соблюдение требований к качеству намыва, т.е. соблюдается требование равномерного распределения сапропеля на полях, строго определенной дозировки, обеспечивая возможность запахивания полей.
Из сказанного следует, что сегодняшнее состояние научных и технических решений в области гидромеханизации дает возможность создавать в стране зоны высокого плодородия на основе прямого внесения на поля больших доз сапропеля с целью коренного повышения их плодородия.
Благодаря высокому содержанию гумусовых веществ и медленной их минерализации, сапропе-
ли увеличивают содержание гумуса в почве на 5—10 т каждые внесенные 100 т сапропеля на гектар. Са-пропели нейтрализуют обменную и снижают гидролитическую кислотность почв, значительно повышают их емкость поглощения и степень насыщенности основаниями.
С увеличением коллоидной фракции повышается структурно-образующая способность почвы, количество водопрочных агрегатов в пахотном слое возрастает в несколько раз, что снижает ее плотность, увеличивает пористость и влажность.
Сапропели при больших дозах (800—1500 т/га) значительно изменяют механический состав почвы, обогащая ее мелкодисперсными частицами.
Таким образом применение средств гидромеханизации способствует развитию науки по созданию новых почв высокого плодородия.
Открываются новые, пока неиспользуемые возможности, для проведения рекультивацион-ных работ в горной промышленности.
Применение гидромеханизированных технологий, связанных с разработкой донных отложений пресноводных озер, с одновременной рекультивацией отвалов горных пород, а также создание полей повышенного плодородия, позволяет полностью механизировать весь комплекс работ и создает предпосылки для комплексного освоения сапропелевых ресурсов России. Научно обоснованный подход решения этой проблемы создает предпосылки для новых направлений использования сапропелевого сырья в народном хозяйстве. А широкое внедрение новых гидромеханизированных технологий позволяет добывать органоминеральное сырье для сельского хозяйства и сырье для других отраслей, производится очистка водоемов с определенным восстановлением гидрологического режима прилегающих территорий, и возобновлением деятельности озер как водоисточников, возникает возможность рыборазведения, обеспечиваются предпосылки создания рекреационных зон, что в настоящее время имеет особую социальную значимость.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Певзнер П.И., Коваленко роды при открытых горных ра- 2. Певзнер М.Е., Костовецкий
В.С., Михайлов А.М., Калашни- ботах. М.: Изд-во МГГУ, 1994. В.П. Экология горного производст-
ков А. Т. Экология и охрана при- ва. М.: Недра, 1990.
3. Штин С.М. Воздействие са- озерных сапропелей на рекультиви- 581.5, Горный информационно-
пропелей на бедные дерново- руемые поверхности с целью повы- аналитический бюллетень № 12, де-
подзолистые почвы и опыт намыва шения их плодородия. УДК 553.973: кабрь 2000.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Штин Сергей Михайлович. - кандидат технических наук, вице-президент ФПК «Гидромехстрой»
