Образование техногенных нооландшафтов

 Понятие о почве и почвообразовании

Почва - особое природное образование, сформировавшееся в результате преобразования горных пород растениями и животными, т. е в результате почвообразовательного процесса. Почва обладает особым свойством - плодородием, она служит основой сельского хозяйства всех стран. Почва при правильной эксплуатации не только не теряет своих свойств, но и улучшает их, становится более плодороднее. Почва - колоссальное природное богатство, обеспечивающий человека продуктами питания, животных - кормами, а промышленность сырьем. Веками и тысячелетиями создавалась она. Чтобы правильно использовать почву, надо знать, как она образовывалась, ее строение состав и свойства. Почва образовывалась из выходящих на поверхность земли горных пород под влиянием различных факторов. Под действием ветра, атмосферной влаги, в связи с изменением климата и температурными колебаниями горные породы, например, гранит, постепенно трескались и превращались в рухляк. На рухляке поселялись микроорганизмы, питающиеся преимущественно углеродом и азотом атмосферы и минеральными соединениями, которые они получали из горной породы.

Микроорганизмы разрушали ее своими выделениями, и химический состав горной породы постепенно изменялся. Затем здесь поселялись лишайники и мхи. Микроорганизмы разлагали их остатки, образуя гумус - основное органическое вещество почвы, содержащее питательные вещества, необходимые высшим растениям. Животные и растения окончательно разрушали горную породу, превращая верхний ее слой в почву. Растительный опад в лесах и отмершая травянистая растительность после разложения микроорганизмами дает много органического вещества, увеличивая мощность почвы. Лучшие почвы, влагоемкие и воздухопроницаемые, имеют мелкокомковатую или мелкозернистую структуру из комочков диаметром от 1 до 10 мм. От состава и свойств горной породы, на которой формируется почва, в значительной степени зависят состав и свойства почвы. Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей. Твердая часть - это минеральные и органические частицы. Они составляют от 80-98 % почвенной массы и состоят из песка, глины, илистых частиц, оставшихся от материнской породы в результате почвообразовательного процесса.

Соотношение этих частиц характеризует механический состав почвы. Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, — вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями. Воды в почве содержится от долей процента до 40-60 %. Жидкая часть участвует в снабжении растений водой и растворенными элементами питания. Газообразная часть, почвенный воздух, заполняет поры, не занятые водой. Почвенный воздух содержит больше углекислого газа и меньше кислорода, чем атмосферный воздух, а также метан, летучие органические соединения и др. Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты и др.), представителей беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных. Они обитают в основном в верхних слоях почвы, около корней растений, где добывают себе пищу. Некоторые почвенные организмы могут жить только на корнях.

Почва содержит микроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, сера, железо и др.) и микроэлементы (бор, марганец, молибден, цинк и др.), которые растения потребляют в ограниченных количествах. Их соотношение определяет химический состав почвы. Из физических свойств почвы наибольшее значение имеет влагоемкость, водопроницаемость, скважность. Состав и свойства почвы постоянно меняются под влиянием жизнедеятельности, климата, деятельности человека. При внесении удобрений почва обогащается питательными для растений веществами, изменяет свои физические свойства. Неправильная эксплуатация может привести к нарушению почвенного покрова - к эрозии почвы, засолению, заболачиванию ее. Почвы загрязняются выбросами промышленных предприятий, оседающие на нее. Состав промышленных выбросов чрезвычайно разнообразен; отдельные элементы могут накапливаться в почвах, изменять ее состав и свойства, отрицательно влиять на растения, накапливаться в них в количествах, вредных для человека и животных.

Разрушение почв при добыче стройматериалов

Стройматериалы (глины для производства кирпича, пески, гравий, кристаллические породы – граниты, мрамор и др.) добываются открытым способом. При их добыче возникают как замкнутые карьеры, так и открытые. Открытые карьеры возникают на склонах гор, речных террас при добыче гравия, песка, щебня. Закрытые карьеры обычно образуются при добыче глин для кирпичного производства. Они возникают, как правило, на выровненных поверхностях. При добыче строительных материалов возникают лишь карьеры и не образуются отвалы, так как весь материал удаляется на переработку. Карьеры оказывают большое влияние на изменение гидрологического режима прилегающих территорий. Открытые карьеры дренируют прилегающие поверхности, а замкнутые превращаются в водоёмы и в зависимости от глубины могут дренировать или, наоборот, подтапливать прилегающие территории. Глубокие карьеры, с низким уровнем зеркала воды, дренируют прилегающие поверхности, а неглубокие (в которых зеркало воды близко к поверхности) – подтапливают их.

Как открытые, так и замкнутые карьеры, образующиеся при добыче строительных материалов, служат началом развития эрозионных процессов. Степень развития эрозионных процессов разная и может достигать стадии оврагообразования. Степень развития оврагов вокруг карьеров зависит от крутизны увалов прилегающих поверхностей и характера слагающих пород. Наиболее крупные овраги формируются на рыхлых породах. Овраги являются источником образования вторичных (техногенных) геохимических потоков. Возле открытых карьеров по добыче глин и песков нередко возникают селевые потоки, образующие коллювиальные конуса выноса. Протяженность их обусловливается уклонов прилегающей к карьеру поверхности и может составлять несколько десятков метров. Возле открытых карьеров по добыче щебнистого материала образуются короткие по протяженности конусы выноса мелкоземистого материала. Можно говорить о том, что добыча строительного материала сопровождается образованием техногенных нооландшафтов:

- карьеры замкнутого типа,

- карьеры открытого типа,

- овраги,

- конусы выноса.

Карьеры и овраги полностью разрушают почвенный покров, конусы выноса перекрывают его и приводят к образованию пульсирующих (прерывистых) процессов почвообразования. Возникновение карьеров и оврагов вызывает изменение гидрологического режима прилегающей территории. Вместе с этим формируются вторичные (техногенные) геохимические потоки. Карьеры возникают практически повсеместно, и размеры их бывают от нескольких квадратных метров до десятков гектаров. Глубина карьеров от нескольких метров до сотен метров.

Воздействие золоторудной промышленности на почвы и почвенный покров

Добыча золота осуществляется двумя способами:

- дражным – россыпное;

- карьерным – рудное.

При этом используются природные воды. Воздействие карьерного способа на почвы и почвенный покров по своему характеру бывает таким же, как и при добыче строительных материалов. Минеральный состав россыпей определяется составом окружающих пород и рудных зон. Добыча россыпных месторождений полностью разрушает почвенный покров в зоне действия драги и создаёт совершенно новые формы ландшафта – «дражные поля». Дражное поле представляет собой серию грядовых возвышенностей, перемежающихся с межгрядовыми понижениями. Высота гряд может быть от нескольких метров до десятков метров. Гряды обычно вытянуты в одном направлении и часто ориентированы вдоль русла реки. Бывают гряды поперечные и дугообразные. Протяженность гряд достигает десятков и сотен метров. В целом дражное поле может занимать десятки гектаров. Сложены гряды обычно гравийным, песчано-гравийным, аллювиальным материалом, то есть теми же отложениями, что и ложе долины, где идет добыча россыпного золота. Склона возникающих на дражном поле гряд имеют разные уклоны, от 10 до 40 градусов. Поверхности дражного поля представляют собой «лунный ландшафт», где уничтожена не только почва, но и вся биота. При разработке россыпей преобладает механическое и химическое загрязнение. Большинство дражных полей возникло в условиях многолетней мерзлоты. Здесь развитие биоты идет медленно, поэтому формирование почв на поверхностях дражных полей происходит намного медленнее, чем в южных районах.

Воздействие на почвы перерабатывающих горнорудных предприятий

К перерабатывающим горнорудным предприятиям относятся в основном обогатительные фабрики, ТЭЦ и частично металлургические заводы. Все эти предприятия отчуждают почвы под строящуюся инфраструктуру и под отходы производства. Различные перерабатывающие предприятия в качестве отходов «выбрасывают» отработанную горную породу в виде хвостохранилищ (хвоста производства), золонакопителей от ТЭЦ, а также в виде жидких отходов. Кроме этого, все перерабатывающие предприятия выбрасывают в атмосферу как твердые (пыль), так и газообразные вещества.

Большинство из них являются загрязнителями атмосферы и почв (оксиды серы, углерода, азота, пыль). По данным микроскопии и микрозондирования, в макро- и микродифракциях пыли присутствуют следующие минеральные формы: силикат железа и свинца оксид титана и цинка, халькопирит, галенит, борнит и др. Вокруг отвалов и возле хвостохранилищ по существующим уклонам формируются вторичные (техногенные) геохимические потоки, нередко содержащие токсические элементы (или их соединения). Если не создаются защитные преграды, то протяженность геохимического потока может быть довольно большой. Она обусловливается уклонами местности, размерами хвостохранилища и климатом.

Золонакопители функционирующих ТЭЦ обычно располагают в прилегающих оврагах, логах, ложбинах. При отсутствии таковых золонакопители формируются на любых формах рельефа. Образуя гряды, увалы и другие формы нооландшафтов. Нередко возле золонакопителей по уклонам образуются селевые потоки. Исследования, проведенные Зверевой (2000-2005) позволили ей создать схему воздействия горнорудного производства, гипергенных и техногенных процессов на экосферу. В схеме показано, что любое рудное тело или месторождение, существующее в земной коре, под воздействием естественных агентов выветривания подвергается гипергенным процессам, следствием которых являются гипергенные растворы и их продукты – гипергенные минералы. Все это приводит к созданию естественного геохимического ореола, который является барьером, снижающим воздействие гипергенных процессов на экосферу.

Отработка месторождений открытым и закрытым способами приводит к наличию отвалов некондиционных руд и пустых пород, а переработка руды на горно-обогатительной фабрике – отходов обогащения руд, хвостохранилищ, которые сверху закрыты озерами, состоящими из шламовых вод. В результате этого формируется техногенная система, в которой гипергенные процессы происходят более активно. Эти процессы уже называются техногенными. Хотя их суть и химическая природа не меняются. Техногенные системы в большинстве случаев имеют не просто большие, а гигантские размеры, распространяясь на площади до нескольких десятков гектаров, и содержат десятки миллионов тонн хвостов и некондиционных руд. Следовательно, масштаб техногенных процессов значительно больше, чем гипергенных. Что приводит к уничтожению почвенного и растительного покрова. К нарушению экологического равновесия в природе. Попадая в атмосферу, почвы или водоёмы. Загрязнители не остаются на месте, а включаются в природный круговорот веществ и удаляются очень медленно при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. Период полуудаления (или удалении половины от начальной концентрации) элементов следующий: для Zn – 70-510 лет, Cd – 13-110, Cu – 310-1500, Pb – 740-5900. Скорость самоочищения природных систем значительно ниже, чем их загрязнение. Что не позволяет экосистеме вернуться в первоначальное состояние.