Антропогенные ландшафты, связанные с деятельностью промышленных предприятий. Горнопромышленные ландшафты.

Добыча любого полезного ископаемого - это серьезное вмешательство в природу, и один из мощных видов техногенеза. В местах добычи полезных ископаемых происходит почти полное уничтожение природных ландшафтов на месте которых возникают скважины, шахты, карьеры, отвалы, отходы первичного обогащения руд, угольные терриконы, транспортные магистрали и т.д. и формируются особые ландшафтно - геохимические системы – горонопромышленные ландшафты. Горнопромышленные ландшафты неоднородны. В них выделяют 4 функциональные зоны:

первая зона – шахтно-карьерно-отвальная, приуроченная непосредственно к участку добычи полезных ископаемых. Она характеризуется практически полной деградацией почвенно-растительного покрова и высокими концентрациями металлов в пыли, техногенных наносах, воде и растениях;

вторая зона – территории горно-обогатительных комбинатов и обогатительных фабрик. Она характеризуется полной или значительной перестройкой первоначальной структуры за счет отчуждения площадей под предприятиями и загрязнения токсичными отходами, выбросами и стоками;

третья зона – селитебные и пригородные ландшафты, расположенные в непосредственной близости от месторождений и комбинатов сильно загрязненные но сами не являющиеся источниками выбросов;

четвертая зона с умеренным площадным загрязнением имеет нестабильные очертания и располагается в радиусе от 3-5 до 10-20 км. Фоновые ландшафты располагаются обычно не ближе 15-20 км от источников рудных выбросов и стоков.

В первой зоне наибольшее воздействие на природные ландшафты оказывает добыча полезных ископаемых открытым способом, в результате которой создаются карьеры глубиной до ЗОО-5ОО м и отвалы, морфология которых определяется видом складирования вскрышной породы (гидроотвалы, автоотвалы, железнодорожные отвалы). Объем перемещаемых пород огромен (объем Лебединского карьера КМА составляет 170 млн. куб.м). Кроме того, добыча полезных ископаемых открытым способом сопровождается образованием депрессионных воронок, загрязнением подземных вод и региональным перераспределением миграционных потоков, ухудшением водно-солевого баланса ландшафта, повышенной запыленностью и загазованностью атмосферы.

Свежие некультивированные отвалы вскрышных пород производят впечатление индустриальной пустыни. Ветер разносит большие объемы пыли, загрязняя воздух в радиусе нескольких километров (на расстоянии 2-3 км ПДК может быть превышено на 1-2 порядка). Скорость зарастания отвалов определяется свойствами грунтов и физико-географическими условиями их местонахождения. При токсичности грунтов они долгое время могут быть безжизненными.

Наиболее часто открытый способ добычи применяется при разработке угольных бассейнов. С добычей угля связаны и значительные геохимические изменения ландшафтов, которые обусловлены высокой концентрацией многих химических элементов в угле и большой массой сырья, извлекаемого при добыче (ежегодная мировая добыча составляет несколько миллиардов тонн). В углях концентрируется свыше 30 химических элементов, содержание которых в сотни и тысячи раз выше, чем в других осадочных породах. Состав типоморфных элементов зависит от конкретных геологических условий формирования месторождения и включает такие элементы как золото, германий, уран, кадмий, висмут, вольфрам, мышьяк, сурьма, бериллий, цинк, свинец, ртуть, редкоземельные элементы, сера, железо.

Поступление этих элементов в ландшафт происходит главным образом из отвалов вскрышных пород, пыление которых приводит к повышенной концентрации пыли в воздухе, а размыв дождевыми и талыми водами приводит к загрязнению поверхностных и грунтовых вод. Геохимические особенности этих ландшафтов в значительной степени определяются процессами окисления сульфидов железа и других металлов, содержащихся в углях. Их поступление с пылью и талыми и дождевыми водами в почвы приводит к резкому увеличению содержания сульфатов в водах и почвах. РН почв снижается до 2-3, меняются условия миграции химических элементов, многие переходят из слаборастворимых сульфидов в оксидные и водорастворимые сульфатные формы, происходит формирование сернокислых ландшафтов. В техногенных угленосных наносах и почвах содержание сульфатной серы достигает 60-70%, а свободной серы 10-20% от валового количества. Поэтому в районах добычи угля происходит не только концентрация типоморфных элементов углей, но и их сернокислое выщелачивание. Оно приводит к формированию аномалий на щелочных и сорбционных барьерах, расположенных на значительном удалении от места добычи угля. При возгорании отвалов происходит загрязнение полициклическими ароматическими углеводородами.

Открытая разработка применяется и при добыче железных руд. Непосредственно сама добыча и перемещение больших объемов горных пород контрастных геохимических аномалий не вызывает, но в техногенную миграцию вовлекается широкий спектр химических элементов (Mo, As, Mn, Zn, Co, Cr). При обогащении железной руды сульфидами в любом климате происходит образование сернокислых ожелезненных ландшафтов, в которых развивается выщелачивание металлов и их миграция в кислых водах на значительные расстояния.

Значительно более благоприятная экологическая ситуация складывается при разработке торфяных месторождений.В зависимости от способа добычи торфа формируются различные типы карьерных ландшафтов. При экскаваторном способе отрабатываются параллельно распложенные карьеры шириной 3-6 м, длиной до 800 м, разделенные перемычками в 2-3 м. При гидравлическом способе залежь размывается струей воды в пределах прямоугольных карьеров размером 30х125 или 60х220 м с перемычками между ними порядка 4м. При современном фрезерном способе добычи осушенная торфяная залежь разрабатывается послойно в течение нескольких лет в пределах отдельных карьеров площадью 1-2 га, ограниченных через каждые 20-40 м картовыми, а через 500 м – валовыми осушительными канавами. Складируемые в караваны (длиной до 100 м и шириной у основания 5-8 м). Дальнейшая судьба отработанного месторождения складывается в зависимости от способа добычи.

На отработанных фрезерных полях при удовлетворительном дренаже начинается постепенное зарастание поверхности: от сорно-разнотравных комплексов до сложных древесно-кустарниково-травянистых комплексов. При неудовлетворительном состоянии дренажных систем происходит заболачивание и формирование лугово-болотных и болотные комплексов с участками стоячей воды.

Зарастание карьеров, созданных при экскаваторном и гидравлическом способах добычи меньше зависит от состояния дренажной сети и определяется в первую очередь местоположением участка. На перемычках, (более сухих местообитаниях) появляются травяные и травяно-моховые группировки, а на дне карьеров – водно-болотные и болотные. В глубоких карьерах может происходить полное разрушение перемычек между карьерами и образование крупных искусственных водоемов со специфической системой островков.

После отработки месторождений на этих территориях возникает карьерно-отвальные ландшафты. Их облик и дальнейшая судьба определяются типом бывшего месторождения и уровнем трансформации территории. Принято выделять следующие типы карьерно-отвального ландшафта:

1. Обнаженный (лишенный растительности из-за своей молодости или токсичности).

2. Пустошный (покрытый сорно-полевой растительностью: луговой или лугово-степной). Это один из самых распространенных видов ландшафтов в зрелой стадии.

3. Лесной (одетый высокоствольными лесом: сосновым или березово-осиновым).

4. Камнеломный бедленд (на местах добычи известняка, песчаника, писчего мела и других плотных пород). Это каменистые донно-карьерные урочища с крутыми склонами, полуразрушенными отвалами, лишенные почв и долго не зарастающий.

5. Торфяно-карьерный (на местах торфоразработок). Сильное переувлажнение приводит к образованию озер в понижениях. Растительность представлена болотным разнотравьем, угнетенными древесными и кустарниковыми породами.

В настоящее время разработано несколько вариантов рекультивации таких ландшафтов. Это полевая рекультивация - выравнивание антропогенного рельефа и возвращение территории к сельскохозяйственному использованию. Это наиболее кардинальное преобразование техногенного ландшафта. Но экономически это чаще всего бывает не выгодно, так как требует значительных затрат сегодня с очень отдаленным возвратом вложенных средств. Экономически более целесообразным считают залужение и облесение карьерно-отвальных комплексов, т.е восстановление растительного покрова без изменения литогенной основы. Данный вид рекультивации требует меньших затрат, и предполагает главным образом рекреационное использование восстановленных ландшафтов. Сельскохозяйственное использование при этом чаще всего невозможно.

Рекультивационные работы принято делить на два этапа:

1. горно-технический;

2. биологический.

Горно-технические мероприятия направлены на изменение или преобразование геолого-геоморфологического строения нарушенной местности. В итоге создается рельеф с искусственным чехлом поверхностных отложений - прерывистым или сплошным в зависимости от будущего вида использования территории. Интересные отвалы создаются в угледобывающих районах Германии. Пустая порода идет на образование искусственных холмов с лесопосадками. Высота таких холмов в Рурском районе достигает 60 м. Применяется отсыпка от периферии к центру. На начальном этапе создается насыпь высотой 8-10 м по всему периметру отведенной площади. Это первый ярус холма. Затем с насыпи идет отвалообразование к центру, на высоту 8-10 м по всей отведенной площади второго яруса. Таким образом, сооружают 4-6 ярусов, отделенных между собой террасами. Поверхность этих террас имеет уклон от периферии к центру, что позволяет улавливать осадки. Затем производится биологическая рекультивация и выращивание древесных пород смешанного состава.

После горнотехнических работ осуществляются биологические мероприятия. Иногда рекультивируемые участки покрываются искусственной (культурной) почвой с определенными заданными свойствами. Но в силу экономических соображений это не всегда целесообразно. Поэтому чаще всего осуществляются посадки стойких и неприхотливых культур, произрастание которых приводит в ограниченные сроки к формированию почвы. Геохимической рекультавации практически никогда не происходит. Предполагается, что восстановление природного ландшафта приведет к самоочищению территории от техногенного загрязнения.

Рекультивированные земли используют:

· в качестве сельскохозяйственных угодий;

· для создания лесов различного назначения;

· для образования водохозяйственных объектов;

· под строительство;

· под рекреационные комплексы (глубокие карьеры чаще всего превращают в водоемы).