Влияние добычи полезных ископаемых на окружающую среду. Влияние добычи полезных ископаемых на природную среду
Степень негативного воздействия горного производства на природную среду зависит от многих причин, среди которых следует выделить: технологические, обусловленные комплексом приемов и способов воздействия; экономические, зависящие от экономических возможностей региона в целом и предприятия в частности; экологические, связанные с особенностями экосистем, испытывающих это воздействие. Все эти причины тесно связаны друг с другом, и чрезмерное воздействие одной из них можно компенсировать другой. Например, в горнодобывающем регионе, имеющем солидные отчисления в бюджет, можно компенсировать интенсивность воздействия на среду вложением дополнительных средств как в модернизацию производства, так и проведение мероприятий по улучшению состояния природной среды.
С точки зрения влияния добычи природных ископаемых на ландшафт следует выделить месторождения твердых, жидких и газообразных природных ресурсов, так как последствия разработки каждой из выделенных категорий месторождений различны. Например, основным последствием разработки месторождения твердых полезных ископаемых открытым способом является нарушение рельефа из-за формирования отвалов и разного рода выемок на поверхности земли, а подземным способом - формирование терриконов, которые занимают десятки тысяч гектаров плодородных земель. Кроме того, угольные терриконы часто самовозгораются, что приводит к существенному загрязнению атмосферы. Длительная разработка месторождений нефти и газа приводит к опусканию земной поверхности и усилению сейсмических явлений.
При добыче полезных ископаемых велик риск возникновения техногенных аварий. К техногенным авариям относятся аварии, связанные с бурением скважин, - фонтаны, грифоны и т.д., взрывы и прорывы на технологических трубопроводах, пожары и взрывы на нефтеперерабатывающих заводах, падение вышки талевого блока, прихваты и сломы инструмента скважины, пожары на буровой и т.д.; связанные с работами в шахтах (подземная добыча), - взрывы и пожары в подземных выработках, надшахтных зданиях, внезапные выбросы угольной пыли и метана, аварии на подъемных установках, центральных водоотливах и компрессорных установках, аварии вентиляторов главного проветривания; обрушения в стволах шахт и др.
Масштабы добычи минерального сырья увеличиваются каждый год. Это связано не только с ростом потребления пород и минералов, но и с уменьшением содержания в них полезных компонентов. Созданы технологии, позволяющие переработать практически все материалы. В настоящее время общемировая добыча горнорудного сырья и топлива значительно превзошла 150 млрд тонн в год с полезным содержанием менее 8 % исходной массы. Ежегодно в государствах - участниках СНГ складируется в отвалах около 5 млрд. тонн вскрышных пород, 700 млн. тонн хвостов обогащения и 150 млн тонн золы. Из них далее в народном хозяйстве используется не более 4 % .
Любой способ добычи полезных ископаемых значительно влияет на природную среду. Большой экологический риск связан с подземными и надземными горными выработками. Особое влияние испытывает верхняя часть литосферы. При любом способе добычи происходит значительная выемка пород и их перемещение. Первичный рельеф заменяется техногенным.
Открытый способ добычи полезных ископаемых имеет свою специфику. Значительные разрушения земной поверхности и существующая технология добычи полезных ископаемых приводят к тому, что карьер, дробильно-обогатительные комплексы, комплексы по производству окатышей и другие промышленные объекты горно-обогатительного комбината в той или иной степени являются источниками разрушения и загрязнения окружающей среды. Подземная добыча связана с загрязнением воды (кислотный шахтный дренаж), авариями, образованием отвалов пустой породы, что требует рекультивации земель. Но площадь нарушаемых земель при этом способе добычи в десятки раз меньше, чем при поверхностной добыче.
Значительное количество шахт в настоящее время заброшено, глубина их составляет сотни метров. При этом нарушается целостность определенного объема горных пород, появляются трещины, пустоты и полости, многие из которых заполняются водой. Откачка воды из шахт создает обширные депрессионные воронки, снижается уровень водоносных горизонтов, идет постоянное загрязнение поверхностных и подземных вод.
При карьерных разработках (открытым способом) под влиянием мощных насосов, осуществляющих водоотлив из выработок, экскаваторов, большегрузных автомобилей меняются верхняя часть литосферы и рельеф местности. Риск возникновения опасных процессов также связан с активизацией различных физических, химических, геологических и географических процессов: усиление процессов эрозии почв и образование оврагов; активизация процессов выветривания, окисление рудных минералов и их выщелачивание, усиливаются геохимические процессы; происходят просадка грунтов, оседание земной поверхности над отработанными шахтными полями; в местах горных разработок происходит загрязнение почв тяжелыми металлами и различными химическими соединениями.
Таким образом, необходимо отметить, что интенсивное развитие промышленного комплекса должно осуществляться наряду с экологизацией производства.
Основными свойствами геологической среды нефтегазовых месторождений являются присутствие в разрезе двух несмешивающихся жидкостей - нефти и подземных вод, а также существенное влияние на горные породы жидких и газовых углеводородных компонентов. Главная особенность в нефте- и газодобывающих комплексах состоит в техногенной нагрузке на геологическую среду, когда происходит взаимодействие процессов отбора из недр полезных компонентов. Одним из воздействий, оказываемых на геологическую среду в районах нефтяных и газовых месторождений, а также нефтеперерабатывающих предприятий, является химическое загрязнение следующих основных видов: углеводородное загрязнение; засоление пород и подземных вод минерализованными водами и рассолами, получаемыми попутно с нефтью и газом; загрязнение специфическими компонентами, в том числе сернистыми соединениями. Загрязнение пород, поверхностных и грунтовых вод часто сопровождается истощением естественных запасов подземных вод. В некоторых случаях истощению могут подвергаться и поверхностные воды, используемые для заводнения нефтяных пластов. В морских условиях возрастает масштаб угрозы загрязнения акваторий как искусственными (реагенты, применяемые при бурении и эксплуатации скважин), так и естественными загрязнителями (нефть, рассолы). Основная причина химического загрязнения на нефтяных месторождениях - низкая культура производства и несоблюдение технологий. Поэтому в наблюдательной сети мониторинга геологической среды районов нефтегазовых месторождений одна из основных нагрузок падает на геохимические наблюдения, контроль загрязнений.
Среди физических нарушений геологической среды в районах нефте- и газодобычи следует отметить проявления просадок, оседаний и провалов земной поверхности, а также подтоплений.
Природную среду загрязняют главным образом сырая нефть, топлива, масла, нефтяные битумы, сажа. Наиболее распространены первые две группы подвижных нефтепродуктов. Влияние сырой нефти на природные объекты определяется токсичностью ее основных компонентов.
В составе нефти всегда есть легкие фракции и тяжелые. К легким относятся фракции, представленные метановыми, циклическими (нафтеновые и ароматические) углеводородами. Наиболее токсичные из них - ароматические углеводороды (арены). Бензол оказывает наиболее быстрое влияние. С ПАУ связаны отдаленные последствия, включая канцерогенные. Опасны и сернистые соединения, присутствующие в нефти, особенно сероводород и меркаптаны.
Активное испарение легких фракций нефти происходит в степях и пустынях. Тяжелые фракции там подвергаются ускоренной минерализации. Результаты обследования загрязненных нефтью почв Азербайджана показали, что уже через год в почве сохранилось около 30 % остаточной нефти, более прочно связанной с почвенным материалом.
Негативные экологические процессы в нефтедобывающих районах связаны не только с влиянием компонентов нефти, но и с влиянием высокоминерализованных вод, сопутствующих нефти. По составу эти воды хлоридно-натриевые и хлоридно-кальциевые. Все воды высоко минерализованы. Выделяют рассолы (солей содержат более 100 г/л) и соленые воды (солей 10-50 г/л). В них присутствуют галогены (Cl, Br, I), а также В, Sr, Ва.
Еще одна группа веществ, поступление которых связано с газами и аэрозолями пиролитических процессов, источником которых являются факелы, запальные свечи. В число этих веществ входят различные углеводороды, включая 3,4 бенз(а)пирен, сажу, оксиды серы, азота, углерода, сероводород,
В воздух выбрасывается большое число веществ разных классов опасности.
Наиболее опасен из них 3,4 бенз(а)пирен. Повышение его содержания в окружающей среде влечет за собой тяжелые экологические последствия. Опасные для живых организмов количества 3,4 бенз(а)пирена присутствуют в почвах нефтедобывающих районах России в ранние сроки после загрязнения.
Нефть и нефтепродукты оказывают влияние на природные воды. Несмотря на низкую растворимость в воде, небольшого количества нефти достаточно, чтобы резко ухудшилось качество воды. Обычно нефтяные компоненты образуют с водой эмульсию, которую трудно разрушить. Чаще всего нефть плавает на поверхности воды в виде пленки, обволакивая взвешенные частицы, оседая с ними на дно. Поверхностные воды в районах нефтедобычи загрязнены минеральными солями, органическими загрязняющими веществами, в частности различными ПАУ.
Одновременно с загрязнением поверхностных вод меняется состав и почвенно-грунтовых вод. Содержание отдельных веществ может повышаться на 1-2 порядка. Основными солями в этих водах являются хлориды. Обнаруживаются и органические поллютанты, в том числе ПАУ.
Загрязнение может затрагивать (продолжительностью 3-4 года) пласты подземных вод питьевого назначения. Минерализация их под влиянием загрязнения может повышаться на 1-2 порядка. В ряде нефтедобывающих районов (Татарстан, Башкортостан) загрязнение подземных вод отмечается по всей глубине геологического разреза.
Любая из форм серы, находящейся в нефти (сероводород, сульфиды, меркаптаны, свободная сера), оказывает токсичное воздействие на живые организмы. С увеличением сернистости увеличивается опасность сероводородного заражения нефтезагрязненных почв с избыточным увлажнением (оглеенных, болотных, луговых).
Следствием загрязнения нефтью является деградация растительного покрова (Пиковский, 1993; Солнцева, 1998). Происходит замедление роста растений, хлороз, некроз, нарушение функции фотосинтеза и дыхания. Обволакивая корни растений, тяжелые нефти и нефтепродукты резко снижают поступление влаги, что приводит к гибели растения. Эти вещества малодоступны микроорганизмам, процесс их деструкции идет очень медленно, иногда десятки лет. Наблюдается недоразвитие растений вплоть до отсутствия генеративных органов.
Под влиянием углеводородов отмечается гибель неустойчивых видов растений. Вследствие этого происходит обеднение видового состава растительности, формирование ее специфических ассоциаций вдоль технических объектов, изменение нормального развития водных организмов. Отмечается олуговение, формирование болотной растительности, появление галофитных ассоциаций. Изменяется химический состав растений, в них происходит накопление органических (включая ПАУ) и неорганических загрязняющих веществ. Растения в результате погибают.
Происходят изменения в структуре биоценозов: в почвах изменяется состав почвенных обитателей, в водоемах обедняется видовой состав и численность ихтиофауны вплоть до полного замора рыб, в наземных экосистемах изменяется численность птиц и млекопитающих.
К великому сожалению, добыча и переработка нефти сопряжены с негативным воздействием на природу. Вредное воздействие на окружающую среду происходит на всех этапах использования нефти и нефтепродуктов. Урон природе наносится уже во время бурения скважин и заканчивается выбросом в атмосферу выхлопных газов автомобилей. Конечно, наука постоянно усовершенствует весь технологический процесс использования нефти, но результат пока желает быть лучше. В наше время ученым удалось минимизировать число бурений при поисках нефти. Достигается это за счет использования аэрофотосъемки, космической съемки, пассивного моделирования и эффективной геологической разведки. Также удалось минимизировать количество скважин на нефтеносных грунтах за счет применения горизонтального и направленного бурения.
Печальным является тот факт, что сам процесс выкачки нефти из недр уже является вредоносным для природы процессом. Подавляющее число нефтяных месторождений находятся в зоне тектонических разломов и сдвигов. Откачивая из недр нефть и заливая вместо нее воду, мы тем самым нарушаем устоявшуюся плотность грунта, причем на огромных площадях. Это часто приводит к проседанию почвы, а иногда и к землетрясениям. Это относится, в том числе, и к добыче нефти на шельфах морей. В качестве примера можно вспомнить случай, имевший место быть в Северном море на месторождении Экофиск. Там по причине проседания морского дна вышла из строя нефтяная вышка, и деформировались стволы скважин.
Разливы нефти в местах ее добычи и транспортировки также приводят к невосполнимым потерям в экологическом благополучии местности. Особенно сильное губительное воздействие оказывают разливы нефти на поверхности морей. Нефть намного легче воды, и она очень быстро покрывает собой огромные площади водной глади моря. Сквозь нефтяную пленку в воду не поступает кислород, и все живое под этой пленкой гибнет. Ветер и морские волны в итоге выбрасывают нефть на берег, где происходит чудовищное загрязнение.
Крайне опасными для природы являются пожары на нефтяных промыслах. Далеко не каждое возгорание удается потушить водой и пеной. Чаще техника просто не может приблизиться к очагу возгорания по причине сильнейшего пламени. В таком случае перекрыть скважину можно только с помощью наклонного бурения, а на это уходят недели тяжелого труда. Все это время нефть горит, и чадный дым окутывает огромные площади.
На протяжении многих десятилетий на нефтепромыслах сжигали попутный газ, так как его транспортировка является весьма сложным делом. Конечно же, каждый факел на буровой вносил свою лепту в загрязнение атмосферы парниковыми газами. В настоящее время близ богатых нефтью месторождений строят тепловые электростанции, где этот газ используют в качестве топлива.
Большой вред природе наносят заброшенные скважины, где иссяк промышленный запас нефти. К сожалению, таких бесхозных скважин в нашей стране огромное количество. В результате из недр земли в атмосферу испаряются вредные газы, содержащиеся в глубине месторождения. Сейчас от нефтяников требуют консервировать выработанные скважины или же полностью их заглушать. Работа эта стоит немалых денег и сил.
Конечно же, люди принимают посильные меры к тому, чтобы минимизировать губительное воздействие на природу со стороны нефтяного комплекса хозяйства. При рассмотрении вопроса о целесообразности начала бурения всегда учитываются рекомендации природоохранных ведомств и проводятся соответственные предупредительные работы. Замена изношенного оборудования на промыслах и нефтепроводах делается строго в соответствии с установленным планом. Ведется постоянный контроль за состоянием окружающей среды в районах разрабатываемых месторождений. От нефтяных компаний требуется активное участие в экологических программах. Правда, это в конечном итоге отражается на цене нефти.
Все это, конечно же, имеет смысл, но добиться полной экологической безопасности пока не удается.
В процессе добычи и переработки полезных ископаемых человек влияет на большой геологический круговорот. Во-первых, человек переводит залежи полезных ископаемых в другие формы химических соединений. Например, человек постепенно исчерпывает горючие полезные ископаемые (нефть, уголь, газ, торф) и переводит их в конечном итоге в углекислый газ и карбонаты. Во-вторых, человек распределяет по поверхности земли, рассеивая, как правило, бывшие геологические аккумуляции.
В настоящее время на каждого жителя Земли ежегодно добывается около 20 т сырьевых ресурсов, из которых несколько процентов переходит в конечный продукт, а остальная масса превращается в отходы. Отмечаются значительные потери полезных компонентов (до 50 – 60 %) при добыче полезных ископаемых, обогащении и переработке.
При подземной добыче потери угля составляют 30 – 40%, при открытой добыче – 10%. При добыче железных руд открытым способом потери составляют 3–5%, при подземной добыче вольфрамо-молибденовых руд потери достигают 10–12 %, при открытой – 3–5%. При разработке ртутных и золоторудных месторождений потери могут достигать 30%.
Большинство месторождений полезных ископаемых являются комплексными и содержат несколько компонентов, извлечение которых экономически выгодно. В месторождениях нефти попутными компонентами являются газ, сера, йод, бром, бор, в газовых месторождениях – сера, азот, гелий. Наибольшей комплексностью характеризуются руды цветных металлов. Месторождения калийных солей содержат обычно сильвин, карналлит и галит. Наиболее интенсивной дальнейшей переработке подвергается сильвин. Потери сильвина составляют 25–40%, потери карналлита – 70–80%, галита – 90%.
В настоящее время наблюдается постоянное и довольно существенное снижение содержания металлов в добываемых рудах. Так, в течение последних 2–3-х десятилетий содержание в рудах свинца, цинка, меди снижалось ежегодно на 2–2,3 %, молибдена почти на 3%, а содержание сурьмы только за последние 10 лет уменьшилось почти в 2 раза. Содержание железа в добываемых рудах снижается в среднем на 1% (абсолютный) в год. Очевидно, что уже через 20–25 лет для получения того же количества цветных и черных металлов потребуется более, чем в 2 раза увеличить количество добытой и переработанной руды.
Добыча полезных ископаемых влияет на все сферы Земли. Влияние добычи полезных ископаемых на литосферу проявляется в следующем:
1. Создание антропогенных форм мезорельефа: карьеров, отвалов (высотой до 100-150 м), терриконов (высотой до 300 м) и т.д. На территории Донбасса расположено более 2000 отвалов пустой породы высотой около 50–80 м. В результате открытой добычи полезных ископаемых образуются карьеры глубиной более 500 м.
2. Активизация геологических процессов (карст, оползни, осыпи, оседание и сдвижение горных пород). При подземной добыче полезных ископаемых образуются мульды проседания и провалы. В Кузбассе цепь провалов (до 30 м глубиной) тянется на протяжении более 50 км.
3. Изменение физических полей, особенно в районах вечной мерзлоты.
4. Механическое нарушение почв и их химическое загрязнение. В среднем по угольной промышленности России добыча 1 млн. т топлива означает отвод и нарушение 8 га земельной площади, при открытом способе –20–30 га. Во всем мире суммарная площадь нарушенных горными работами земель превышает 6 млн. га. К этим землям следует присовокупить сельскохозяйственные и лесные угодья, на которые горнопромышленное производство оказывает негативное воздействие. В радиусе 35 – 40 км от действующего карьера урожайность сельскохозяйственных культур снижается на 30 % по сравнению со средним уровнем.
Добыча полезных ископаемых воздействует на состояние атмосферы:
1. Происходит загрязнение атмосферы воздуха выбросами СН4, серы, оксидов углерода из горных выработок, в результате горения отвалов и терриконов (выделение оксидов N, C, S), газовых и нефтяных пожаров.
2. Возрастает запыленность атмосферы в результате горения отвалов и терриконов, при взрывах в карьерах, что влияет на количество солнечной радиации и температуру, количество осадков.
Более 70% терриконов Кузбасса и 85% отвалов Донбасса относятся к горящим. На расстоянии до нескольких километров от них в воздухе значительно повышены концентрации SO2, CO2, CO.
В 80-е гг. в Рурском и Верхнесилезском бассейнах на каждые 100 км2 площади ежедневно выпадало 2–5 кг пыли, интенсивность солнечного сияния в Германии уменьшилась на 20 %, в Польше на 50%. Почва на прилегающих к карьерам и шахтам полях оказывается погребенной под слоем пыли толщиной до 0,5 м и на долгие годы теряет свое плодородие.
Влияние добычи полезных ископаемых на гидросферу проявляется в истощении водоносных горизонтов и в ухудшении качества подземных и поверхностных вод; в снижении расходов малых рек, чрезмерном осушении болот. Побочное изменение водного режима в результате добычи полезных ископаемых проявляются иногда на площади, почти в 10 раз превышающей территорию, нарушенную добычей.
При добыче угля на шахтах Ростовской области на каждую тонну добываемого угля приходится откачивать свыше 20 м3 пластовой воды, при добыче железных руд на карьерах Курской магнитной аномалии - до 8 м3
В процессе добычи и переработки полезных ископаемых человек влияет на большой геологический круговорот. Во-первых, человек переводит залежи полезных ископаемых в другие формы химических соединений . Во-вторых, человек распределяет по земной поверхности, извлекает из недр бывшие геологические аккумуляции. В настоящее время на каждого жителя земли ежегодно добывается около 20 т сырьевых ресурсов. Из них 20% переходит в конечный продукт, а остальная масса превращается в отходы. Теряется до 50-60% полезных компонентов.
Воздействие добычи полезных ископаемых на литосферу :
1 - создание карьеров, отвалов;
1 - происходит загрязнение воздуха метаном, серой, оксидов углерода в результате газовых и нефтяных пожаров ;
2 - возрастает запыленность атмосферы в результате горения отвалов при взрывах в карьерах, что влияет на количество солнечной радиации, температуру, атмосферные осадки;
3 - истощение водоносных горизонтов, ухудшение качества подземных и поверхностных вод.
Для рационального использования за-пасов невосполнимого минерального сырья необходимо:
1 - как можно более полно извлекать их из недр (обводне-ние нефтеносных пластов значительно увеличивает отдачу нефти; закачивается вода. Она увели-чивает межпластовое давление, в результате чего более легкая нефть устремляется в добывающие скважины),
Охрана насекомоядных птиц и рыжих лесных муравьев - это одновременная охрана леса от вредителей.
Часто в природе складываются отношения противоположного характера, когда охрана одного объекта приносит вред другому. Например, охрана лося местами приводит к его перенаселению, а это наносит ощутимый ущерб лесу из-за повреждения подроста. Значительный вред растительности некоторых национальных парков Африки приносят слоны, в избытке населяющие эти территории. Поэтому охрана каждого природного объекта должна быть соотнесена с охраной других природных компонентов. Следовательно, охрана природы должна быть комплексной.
Охрана и использование природы - это на первый взгляд два противоположно направленных действия человека. Однако противоречия между этими действиями нет. Это две стороны одного и того же явления - отношения человека к природе. Поэтому вопрос, который иногда задают, - охранять природу или использовать ее - не имеет смысла. Природу надо использовать и охранять. Без этого невозможен прогресс человеческого общества. Природу необходимо охранять в процессе ее рационального использования. Важно разумное соотношение ее использования и охраны, что определяется количеством и распределением ресурсов, экономическими условиями страны, региона, социальными традициями и культурой населения.
