Основи екології - Олійник Я.Б. - 5.3.1. Гірничопромислові ландшафти і рекультивація земель

Видобування мінеральної сировини призводить до формування специфічних антропогенних ландшафтів, які називають гірничопромисловими. Своєю площею вони поступаються сільськогосподарським і лісогосподарським, але в окремих гірничих районах досягають площі у тисячі гектарів.

Масштаби впливу на природу в гірничопромислових комплексах величезні. Найбільш несприятливими за ступенем негативного впливу на довкілля є гірничі підприємства, які здійснюють відкриту розробку родовищ, - кар'єри. їхні розміри можуть бути досить значними - глибина більше 500 м, ширина кар'єрного поля - близько 5 км, а розміщення розкришених порід потребує площі у багато тисяч гектарів. У результаті порушується літогенна основа ландшафтів, на поверхні опиняються глибинні породи, що спричинює зміщення всіх хімічних процесів. Також екологічні проблеми відкритого способу видобутку корисних копалин пов'язані з інтенсивним забрудненням (запиленням) атмосферного повітря у зоні розробок та зміною гідрогеологічних умов не тільки у самому кар'єрі, а й на прилеглих територіях.

У гірничопромислових ландшафтах відбувається енергійна перебудова поверхні, в результаті чого формується так званий техногенний неорельєф. При цьому масштаби перебудови настільки істотні, що в науці сформувалося поняття "антропогенного орогенезу". Визначають два типи форм техногенного рельєфу:

- позитивний (акумулятивний) - відвали, терикони, насипні та намивні поверхні;

- негативний (вироблений) - шахти, кар'єри, виїмки та ін.

Під впливом відкритих розробок відбувається повне або часткове знищення первинної рослинності, ґрунтів, різке порушення біологічної продуктивності екосистем. Нові біоценози, як правило, є одноманітними та випадковими за складом видів, примітивними за структурою, малостійкими і часто не здатними до самовідтворення. Часто нові екотопи освоюються організмами не на ґрунті, а на специфічному мінеральному субстраті.

Також відкриті розробки викликають значні зміни гідрологічного режиму території. Самі кар'єри витрачають величезну кількість води, з чим пов'язане всихання та виснаження ґрунтових вод у районах діючих кар'єрів, причому зміни охоплюють території, які приблизно у 25 разів більші, ніж сам кар'єр. Навпаки, в рівнинних районах часто виникає локальне заболочування території, яке посилюється порушенням природного стоку акумулятивними формами неорельєфу. І нарешті, для регіонів відкритих кар'єрних розробок характерним є забруднення природного середовища, тобто атмосферного повітря, вод, ґрунтово-рослинного покриву продуктами вивітрювання глибинних порід, а також промисловими викидами, газами внаслідок пожеж на відвалах і териконах.

Після завершення гірничих робіт на порушених територіях має здійснюватися їх відновлення, тобто рекультивація (від лат. rе - відновлення або повторність дії чи явища і cultus - обробіток, уведення, розведення; дослівно "введення у використання", повторне використання). Рекультивація земель - це комплекс робіт, спрямованих на відновлення продуктивності та господарської цінності порушених земель, а також на поліпшення умов довкілля відповідно до інтересів суспільства. Будь-яке будівництво, добування корисних копалин, геологорозвідка тощо не можуть починатися, доки не буде розроблено проект рекультивації порушеного ґрунтового покриву. Отже, рекультивація земель - один з ефективних заходів у вирішенні питань раціонального використання земельних ресурсів і проблеми охорони природи в цілому. Рекультивації підлягають усі землі, що зазнають змін у рельєфі, ґрунтовому покриві, материнських та підстильних породах, які відбуваються або вже відбулися у процесі гірничих, будівельних, гідротехнічних, геологорозвідувальних та інших робіт.

Основне завдання рекультивації полягає у тому, щоб довести порушені землі до стану, придатного для їх використання у сільському, лісовому, рибному господарствах, для промислового та комунального будівництва, створення тепличних господарств і зон відпочинку, тобто за призначенням. Рекультивація також має соціальне значення - виховання бережливого ставлення до природних ресурсів. Головною метою рекультивації є відтворення продуктивності порушених територій і повернення їх у використання, що передбачає проведення комплексу інженерних, гірничотехнічних, меліоративних, сільськогосподарських та лісогосподарських робіт.

Перші спроби рекультивації територій, порушених гірничою промисловістю, розпочалися ще у середині XIX ст. у Німеччині. З початку XX ст. такі роботи проводилися у США та Англії. Після Другої світової війни вони були розповсюджені як у США, так і майже в усіх європейських країнах.

Об'єкти рекультивації дуже різноманітні - відвали та кар'єрні виїмки відкритих розробок, різних розрізів та рудників із самими різноманітними системами відвалоутворення; території, які були порушені при підземному видобуванні корисних копалин; відвали золи та лінійні порушення поверхні при будівництві трубопроводів, доріг та інших комунікацій. Роботи з рекультивації порушених земель здійснюються у декілька послідовних етапів.

o Підготовчий етап включає дослідження і типізацію порушених територій, вивчення специфіки умов на землях, що підлягають рекультивації, визначення можливості подальшого використання земель після завершення рекультиваційних робіт.

o Гірничотехнічна рекультивація (інженерна підготовка території до різних видів подальшої рекультивації) здійснюється після повної підготовки території, що підлягає рекультивації.

o Біологічна рекультивація та перехід до цільового використання рекультивованих територій. Роботи на цьому етапі спрямовані на остаточне відновлення родючості та біологічної продуктивності порушених земель, створення сільськогосподарських та лісогосподарських угідь тощо.

Гірничотехнічна рекультивація охоплює комплекс інженерних робіт:

- знімання та складування родючого шару ґрунту і потенційно родючих порід;

- формування відвалів шахт, кар'єрів, а також гідровідвалів;

- вирівнювання поверхні, виположування, терасування та закріплення укосів відвалів, бортів і кар'єрів, засипання шахтних провалів, закріплення їхніх бортів;

- хімічна меліорація токсичних ґрунтів;

- покриття вирівняної поверхні шаром родючого ґрунту або потенційно родючих порід;

- інженерне впорядкування рекультивованої території (побудова дренажної мережі, доріг, виїздів тощо);

- вирівнювання дна і бортів кар'єру при створенні водойм. Обсяг робіт гірничотехнічного етапу рекультивації залежить

від стану порушених земель і виду подальшого запланованого використання території. Знімання родючого шару ґрунту є обов'язковим у всіх видах робіт із видобування корисних копалин, будівництва промислових, житлових та комунальних об'єктів, доріг і гідротехнічних споруд, а також при відведенні родючих земель під териконники, відстійники, ложа ставків і водосховищ. Знятий шар ґрунту складують або вивозять на малопродуктивні землі, розміщені неподалік (еродовані, піщані, солонці та ін.), для подальшого відновлення родючості порушених земель.

Біологічна рекультивація - це комплекс заходів щодо створення сприятливого водно-повітряного та поживного режимів ґрунту для сільськогосподарських і лісових культур. Біологічна рекультивація може бути сільськогосподарською або лісовою. Комплекс заходів біологічної рекультивації земель для сільськогосподарського використання визначається фізико-хімічними властивостями підстильних порід і нанесеного родючого шару ґрунту або потенційно родючої породи. Цей комплекс охоплює запровадження сівозмін, насичених культурами на сидеральне добриво, внесення підвищених норм органічних і мінеральних добрив, мульчування тощо.

Сільськогосподарська рекультивація слугує для підготовки землі під ріллю, багаторічні насадження чи природні кормові угіддя. Найсуворіших вимог слід дотримуватися під час біологічної рекультивації земель, які відводять під ріллю. У такому разі необхідні такі заходи: селективне відсипання відвалів, перекриття токсичних порід півметровим шаром глини, потенційно родючою породою завтовшки 1,5-2 м, а також поверхневим шаром ґрунту, б-10-річний період відновлення родючості з вирощуванням багаторічних трав, внесенням високих норм органічних і мінеральних добрив. Після такої рекультивації ці землі можна використовувати інтенсивно, оскільки за потенційною та ефективною родючістю вони не поступаються зональним ґрунтам. У зоні поширення родючих чорноземів під ріллю слід рекультивувати не більше 70 % порушених земель. Решту 30 % відводять під укоси відвалів, терасоподібні уступи, під'їзні шляхи, протиерозійні споруди. Ці землі заліснюють або залужують травами.

До специфічних особливостей землеробства у техногенних агроландшафтах слід віднести поетапне освоєння земель. Тобто біологічний етап рекультивації поділяється на два періоди. У першому (меліоративному) періоді вирішують докорінні питання окультурення рекультивованих ґрунтів добором культур або сівозмін, внесенням добрив та іншими меліоративними заходами, пов'язаними із подальшим інтенсивним сільськогосподарським використанням. У другому періоді рекультивовані землі мають бути включені у структуру сільськогосподарських угідь із відповідною плановою віддачею. Залежно від досягнутого у меліоративному періоді рівня родючості, такі землі відводять у категорію орних угідь або ж під кормові культури (поліпшені вигони, сіножаті, пасовища). Сформовані таким чином ґрунти більшою мірою піддаються ерозійним процесам, тому протягом року необхідно мати протиерозійний фон.

Сільськогосподарську рекультивацію проводять, як правило, у тих районах, де землеробство має велике господарське значення, а ґрунтово-кліматичні умови найбільш сприятливі. Сільськогосподарська рекультивація здійснюється на великих за площею відвалах чи кар'єрах. Це найдорожчий вид рекультивації, оскільки до земель, де мають вирощуватися сільськогосподарські культури, ставляться найвищі вимоги (зокрема, кут нахилу місцевості не може перевищувати З °С та ін.).

Лісова рекультивація застосовується частіше, тому що потребує менших витрат, може бути здійснена на токсичних ґрунтах та у несприятливих умовах рельєфу. При виборі деревних і чагарникових порід для посадки на відвалах найбільш підходящими є місцеві види, пристосовані до умов цього регіону. Спочатку висаджують піонерні види, тобто породи підготовчого періоду, а потім - господарчоцінні породи, які у майбутньому придатні для лісорозробок. Лісові насадження на відвалах виконують важливу меліоративну, ґрунтозахисну та оздоровчу роль. Лісогосподарська рекультивація проводиться здебільшого там, де є можливість відновити ділянки лісу з цінними сортами дерев.

На місці старих кар'єрів також може здійснюватися водна рекультивація, яка має на меті:

- створення резервів промислових вод для потреб хімічної, металургійної, текстильної промисловості, енергетики та сільського господарства;

- створення резервів питної води;

- створення рекреаційних центрів та зон.

Затопленню підлягають також кар'єри з високотоксичними ґрунтами, непридатні для інших видів рекультивації. У поєднанні з лісопосадками на відвалах вони можуть бути перетворені на зони відпочинку. Водогосподарська рекультивація проводиться здебільшого на тих кар'єрах, які після відпрацювання заповнюються ґрунтовими й дощовими водами. Такі штучні озера впорядковуються, в них запускається риба, їхні береги озеленюються тощо.

Рекреаційна (від лат. recreatio- відновлення сил, відпочинок) рекультивація виконується неподалік міст і великих населених пунктів з метою створення зон відпочинку. Здебільшого її поєднують з водогосподарською та лісогосподарською рекультивацією (озера в кар'єрах упорядковують, на берегах споруджують пляжі, бази відпочинку, висаджують дерева, кущі).

Санітарно-гігієнічна рекультивація здійснюється для консервації порушених земель, припинення шкідливої дії кар'єрів, відвалів на природне середовище (наприклад, аби звалище не забруднювало повітря та підземні води), якщо з якихось причин використання порушених земель вважається недоцільним.

Будівельна рекультивація - це підготовка порушених земель під спорудження житлових будинків, спортивних майданчиків, промислових підприємств, складів і т. ін. Кар'єри при цьому засипають відвальними породами, їхні стінки вирівнюють, підводять дороги, теплотраси, виконуються меліоративні роботи (дренаж тощо). Підземні виїмки в цілях рекультивації використовуються як господарські приміщення для розміщення складів, архівів, сховищ газу, рідкого палива тощо.

У випадку шахтного добування корисних копалин порожня порода знов повертається у вироблені штреки. У разі неможливості такого варіанта створюють зовнішні відвали (терикони, териконники), під які відводять малопродуктивні землі чи яри. Після 2-3-річного осідання відвали вирівнюють, покривають потенційно родючою породою, шаром ґрунту і передають для біологічної рекультивації. При підземному добуванні корисних копалин внаслідок осідання може деформуватися поверхня ґрунту. Залежно від характеру цієї деформації у межах шахтного поля на поверхні знімають шар ґрунту, провали засипають, розрівнюють і після остаточного осідання знов вирівнюють та покривають шаром ґрунту.

Під час геологорозвідувальних робіт гумусовий шар ґрунту знімають повністю. Крім того, знімають 50 см горизонту, перехідного до породи, окремо складують, влаштовують резервуари для зберігання промивних рідин, які використовують у процесі буріння. Після закінчення буріння зняті шари ґрунту і підґрунтя повертають на попереднє місце. Якщо необхідно, проводять хімічну меліорацію і вносять підвищені норми органічних добрив.

Отже, зробимо деякі висновки. Надра Землі використовуються людиною з різними цілями, зокрема для:

- видобування корисних копалин;

- зберігання рідких і газоподібних корисних копалин у природних і штучних сховищах;

- будівництва різних споруд, сховищ і навіть цілих заводів;

- прокладання транспортних комунікацій (метро, трубопроводів);

- захоронення токсичних промислових і стічних вод.

Головний напрям використання надр - це видобування мінеральної сировини. Серед численних видів діяльності людини є два, що мають особливе значення, оскільки від них залежить існування суспільства: по-перше, це сільське господарство, яке виробляє продукти харчування, по-друге, видобування з надр Землі енергетичної і мінеральної сировини, без чого неможливе функціонування всіх інших галузей господарства. При цьому якщо збільшення виробництва продуктів харчування прямо пропорційне зростанню чисельності населення, то підвищення енергоємності і матеріаломісткості сучасного виробництва набагато його випереджає. Як свідчать статистичні дані, при збільшенні населення у 4,5 рази потреба в енергії зростає у 12 разів, а матеріалів, що видобуваються з надр Землі, - у 9 разів.

За даними ООН, з надр Землі щорічно видобувається близько 20 млрд т корисних копалин. При цьому разом із корисними копалинами з надр на поверхню піднімається ще більше пустих порід (за оцінками, 150 млрд т щороку). Всього ж за всю історію людства, починаючи від бронзового віку, було виплавлено 16 млрд т різних металів, у т. ч. упродовж останніх 45 років - 11 млрд т. Із середини XVI до середини XX ст. споживання людством заліза зросло у 5 тис. разів, і темпи його видобування подвоюються кожні 10 років.

За сучасних технологій видобування і переробки корисних копалин лише 1-5 % речовини, що добувається з надр, використовується у вигляді продукції, а решта йде у відвали і відходи. Заданими науковців, у верхній десятикілометровій товщі літосфери 99 % її маси становлять 12 хімічних елементів: О, Si, Аl, Рb, Са, Nb, К, Мg, Н, Ті, С і Сl. Решта елементів містяться в дуже невеликих обсягах. Тим часом людство використовує всі елементи таблиці Менделєєва, але у різних кількостях. За останні десятиліття величезного значення для економіки всіх країн набули нафта, газ, алюміній, титан, хром, нікель, кобальт, уран, манган, свинець та олово. Міжнародні експерти вважають, що за таких темпів споживання розвідані запаси цих корисних копалин на материках будуть вичерпані за кілька десятиліть.

Як уже було зазначено, ще не всі родовища корисних копалин відкрито та узято на облік. Особливо це стосується шарів літосфери глибше за 3-4 км, вивчених дуже погано. Крім того, величезні запаси мінералів містить Світовий океан, де є родовища нафти й газу, залізо-марганцеві і фосфоритові конкреції, розсипні родовища золота, платини, алмазів, рідкісних металів тощо. Поки ці багатства використовуються дуже мало.

У зв'язку з вичерпанням родовищ у багатьох випадках стає економічно вигідним переробляти так звані некондиційні руди з низьким умістом корисних компонентів, які раніше йшли у відвали. Наприклад, до Другої світової війни у Криворізькому залізорудному басейні залізо добувалося з руд, що містили не менше 50 % цього елемента, бідніші руди йшли у відвали. Після війни кондиційними стали вважатися руди з умістом 46 % заліза, тому стало економічно вигідним переробляти нагромаджені у великих кількостях відвали.

Іншим прикладом може бути вивчення можливостей добування нафти із бітумінозних пісковиків, великі запаси яких є у США. За нинішніх цін на нафту на міжнародному ринку добування такої нафти економічно нерентабельне. Але нафтова криза, що вибухнула у 70-х роках XX ст., змусила вчених США зайнятися розробкою технології добування палива з бітумінозних пісковиків. Було вкладено великі кошти в наукові дослідження, в результаті чого собівартість нафти, що добувається таким способом, удалося знизити у кілька разів. Нафта зі звичайних родовищ дедалі дорожчає, тому у разі збільшення її собівартості вдвоє, порівняно з цінами 1990 р., стане економічно вигідно добувати її з пісковиків.

Великі можливості економії та раціонального використання ресурсів мають і родовища, які розробляються сьогодні у світі. Йдеться передусім про зниження кількісних і якісних втрат корисних копалин під час їх видобування. Кількісні втрати зумовлені тим, що частина руди чи вугілля залишається під землею - на ділянках між блоками та між шахтами, у так званих охоронних ціликах (стовпах породи, не вилученої в процесі розробки для запобігання обвалам покрівлі). Якісні втрати спричинюються тим, що під час видобування частина руди змішується з пустими породами, внаслідок чого вміст металу в руді виявляється нижчим, зростає зольність вугілля тощо.

У разі видобування корисних копалин відкритим способом втрати значно менші (10-12 %), ніж при підземному, шахтному способі (30-40 %). Однак не кожне родовище можна розробляти відкритим способом, також при цьому виникають інші порушення природного середовища. Чималу економію ресурсів дає застосування новітніх технологій видобування корисних копалин: свердловинного гідродобування і вилуговування, підземного виплавляння сірки, газифікації вугілля в надрах та ін. Дуже перспективними вважаються мікробіологічні методи добування корисних копалин: виведено такі штами бактерій, які, розкладаючи сульфіди та інші сполуки металів із дуже бідних руд, переводять їх у розчинну у воді форму, звідки вони після цього можуть бути вилучені економічно вигідним способом.