Глобальные негативные эффекты техногенного воздействия на верхние слои литосферы и пути их преодоления

    

     На  сельскохозяйственных  угодьях  в  результате  замены  естественных

сообществ агроценозами и применения  неадекватных  приемов  обработки  почвы при крутизне склонов более 1 градуса с  каждого  га  ежегодно  выносится  не менее 6 т мелкозема. Это способствует росту  эрозионных  борозд,  оврагов  и балок.

     Площадь сельскохозяйственных угодий, подверженных  водной  и  ветровой эрозии, растет. За 1975-1989 гг. в России она возросла  на  7,5  млн.  га  и составляет сейчас около 60 млн. га, из которых 40 млн. га подвержены  водной эрозии. На эродируемой площади России несколько  миллионов  гектаров  занято оврагами, протяженность которых составляет сотни тысяч километров.

     Широко ведущие горные разработки  на  значительных  площадях  нарушают поверхность литосферы при создании карьеров, разрезов,  подъездных  путей  к ним.  По  статистическим  данным,  площадь,  нарушения  земель  в  связи   с несельскохозяйственной деятельностью в 1989 г. составила 1,2 млн.  га.  Хотя указывается, что из этой площади отработано 0,4 млн.  га,  но  это,  тем  не менее, уже нарушенный участок литосферы.

      В Западной Сибири, особенно в  ее северной части,  где   ведутся  поиски

нефти и газа, развивается  новый  тип  антропогенных  нарушений  поверхности литосферы. Широко используемые здесь  вездеходы  создают  колеи,  в  которых  процесс восстановления растительного  покрова не  может  происходить  быстро, так как тундровая и  лесотундровая  растительность  восстанавливается  очень медленно. Опережающею  развивается  процесс  эрозии  почвы,  так  как  колеи  служат бороздами стока для  талых  и  дождевых  вод.  На  месте  сети  путей движения вездеходов формируется антропогенная дренажная  сеть.

     Еще  один  путь  нарушения  литосферы  -  геологоразведочные  работы,

которые сопровождаются копанием шурфов,  бурение  мелких  скважин,  взрывами приповерхностных зарядов при проведении сейсмической  разведки  и  т.п.  При региональных исследованиях заряды достигают 1000 кг и могут влиять на 100  - метровую толщу породы.

     Площадь, охваченная антропогенными нарушениями  поверхности  литосферы, составляет более 5% территории России.

     На каждого жителя  в  среднем  приходится  6  тыс.  квадратных  метров

нарушенной поверхности. Основные  нарушения  расположены  в  зонах  наиболее плотного заселения,  поэтому  в  этой  зоне  уровень  нарушения  поверхности литосферы, приходящийся на  1  квадратный  километр,  составляет  в  среднем  порядка 10-25% , а на урбанизованной территории-75-100%.

     Нарушения  поверхности  литосферы  -  далеко  не  безобидное  явление.

     Нарушения приводят, как правило, к активизации  опасных  стихийных  явлений: оползней, обвалов, просадок грунтов, создают условия для формирования  селей и  снежных  лавин,  способствует  увеличению  поверхностного  стока,  меняют условия инфильтрации и  движения  флюидов  в  грунтах,  нарушают  сообщества почвенно-грунтовых организмов и микробный  "  фильтр",  регулирующий  потоки газов из недр земли.

Техногенная опасность и ЧС

     Техногенная опасность – состояние, внутренне присущее технической системе, промышленному или транспортному объекту, реализуемое в виде поражающих воздействий источника техногенной чрезвычайной ситуации на человека и окружающую среду при его возникновении, либо в виде прямого или косвенного ущерба для человека и окружающей среды в процессе нормальной эксплуатации этих объектов.

     К техногенным относятся чрезвычайные ситуации, происхождение которых связано с производственно-хозяйственной деятельностью человека на объектах техносферы. Как правило, техногенные ЧС возникают вследствие аварий, сопровождающихся самопроизвольным выходом в окружающее пространство вещества и (или) энергии.

     Базовая классификация ЧС техногенного характера строится по типам и видам чрезвычайных событий, инициирующих ЧС:

• транспортные аварии (катастрофы);
• пожары, взрывы, угроза взрывов;
• аварии с выбросом (угрозой выброса) ХОВ;
• аварии с выбросом (угрозой выброса) РВ;
• аварии с выбросом (угрозой выброса) биологически опасных веществ;
• внезапное обрушение зданий, сооружений;
• аварии на электроэнергетических системах;
• аварии в коммунальных системах жизнеобеспечения;
• аварии на очистных сооружениях;
• гидродинамические аварии.

 

Основные  причины возникновения  техногенных опасностей:

     Основными причинами возникновения техногенных опасностей являются:     

• нерациональное размещение потенциально опасных объектов производственного назначения, хозяйственной  и социальной инфраструктуры;     

• технологическая  отсталость производства, низкие темпы  внедрения ресурсоэнергосберегающих и других технически совершенных  и безопасных технологий;     

• износ средств  производства, достигающий в ряде случаев предаварийного уровня;     

• увеличение объемов  транспортировки, хранения, использования  опасных или вредных веществ  и материалов;     

• снижение профессионального  уровня работников, культуры труда, уход квалифицированных специалистов из производства, проектно-конструкторской  службы, прикладной науки;     

• низкая ответственность  должностных лиц, снижение уровня производственной и технологической дисциплины;     

• недостаточность  контроля за состоянием потенциально опасных объектов; ненадежность системы  контроля за опасными или вредными факторами;     

• снижение уровня техники безопасности на производстве, транспорте, в энергетике, сельском хозяйстве;     

• отсутствие нормативно-правовой базы страхования техногенных рисков. 

Основные  техногенные воздействия  на литосферу проявляются в виде открытых (карьеры, разрезы), подземных (шахты, штольни), скважинных разработок полезных ископаемых. Они приводят к различным локальным и региональным изменениям литосферного пространства.

     Например, возникают трансформации физико-механических свойств горных пород (разуплотнения, сдвижения, обрушения, уплотнения, изменения температуры), мульды проседания земной поверхности, техногенные отложения (отвалы, терриконы). Крупные карьеры на Урале, в Казахстане, Сибири, в европейской части России имеют глубины более 150-200 м. Максимальная глубина карьера на горе Благодать (Урал) – 800 м, карьеры по добыче алмазов в Якутии достигают глубины 400 м, их диаметр на поверхности доходит до 2 м. Длина карьеров различна – от сотен метров до 8 км, а ширина достигает 4 км. Например, размеры Железногорского карьера (Курская магнитная аномалия) на поверхности составляют 2 х 3,6 км при глубине более 100 м. Площадь отдельных карьерных полей достигает 30 км².

     Мировой объем ежегодно перемещаемых горных пород в результате производственной деятельности оценивают в 10 тыс. км³, т.е. масса их составляет не менее 20 трлн. т. При этом около 98% добываемых в литосфере материалов уходят в отвалы, и лишь 2% непосредственно используют в производстве продукции.

     После 1950-х годов мощным фактором воздействия на земные  недра  стали подземные ядерные взрывы, которых  на  территории  России  только  в  мирных целях было проведено 84, причем значительная часть их была  сосредоточена  у российского побережья Каспия.  Отдаленные  последствия  воздействия  ядерных взрывов на недра земли трудно предвидеть. К тому же  эти  последствия  будут принимать свои формы, и обладать особенностями, связанными с  географическим расположением регионов, геологическим строением  и  развитием  тектонических процессов.

     В результате многолетнего освоения нефти  и  газа  вокруг  Каспийского

моря и в  его пределах образовался  пояс  (или  ареал)  дестабилизации  недр,

связанный с  воздействиями  человека.  Его  развитие  претерпело  два  этапа.

Первый этап длился с 1847 по 1959 г. и начался  с  бурения  первой  скважины на Апшеронском  полуострове.

К концу XIX в. нефтяные  разработки  начались  в приморской части Дагестана, в Западной Туркмении  и  в  Северном  Прикаспии.

     Уже  тогда  появились  первые  признаки  последствий  мощного  вмешательства человека:  начались  просадки  грунта,  обводнение   продуктивных   пластов, выбросы песка из скважин. Глубины воздействия в это  время  не  превышали  3 км, вскрывались,  как  правило,  слабонапорные  флюидодинамические  системы, формировались воронки депрессии,  истощались  водоносные  горизонты  верхних гидрогеологических этажей,

чему способствовало появление глубинных  насосов, турбинного способа бурения  и  газлифта.  Подобные  техногенные  воздействия  способствовали оттоку воды из Каспия в  верхние  горизонты  недр  прибрежных регионов. На этом этапе  откачка флюидов из  верхних  горизонтов  могла  даже

ускорять обмеление  Каспия.

     Окончание первого этапа характеризовалось  тем,  что  наряду  с  расширением площадей  и  объемов   депрессионных   воронок,   началась   разгерметизация высоконапорных  флюидодинамических  систем  с  аномально  высоким  пластовым давлением, поэтому конец первого этапа характеризовался резкими  изменениями флюидодинамики недр. Разгерметизация высоконапорных горизонтов  с  аномально

высоким пластовым  давлением вызвала  перетекание  флюидов  снизу   вверх,  в  результате  чего  началась  нивелировка  депрессионных  воронок   и   подпор приповерхностных водоносных горизонтов.  Признаками  такого  процесса  могут служить возрастание числа  и сокращение периодов между извержениями  грязевых вулканов  Апшерона   и   Кобыстана,   резкое   повышение   минерализации   в наблюдательной скважине в  Дагестане  в  Терекли-Мектао,  аномально  высокие дебиты  источников  на  Индерском  солянокупольном   поднятии   в   Северном Прикаспии,  которые  не  увязывались  с  режимом  приповерхностных   вод   и атмосферными осадками.

     Каспий можно рассматривать как относительно тонкий  безнапорный  слой  воды, взаимодействующий с многокилометровой  толщей  водонефте-  и  газонасыщенных пород.

Эта толща ведет  себя подобно губке  с предварительно  напряженным  и легко деформируемым  упругим или вязким скелетом. Слой морской  воды  венчает разрез отложений новейшей тектонической  впадины Каспийского моря -  наиболее погруженной части гигантского  Арало-Каспийского прогиба, который  объединяет юго-восточный   угол   древней   Восточно-Европейской   платформы,   область отчленения молодых Туранской и Скифской плит и Кавказо -Копетдагский  сегментпояса альпийской складчатости.

     Неоген-четвертичные   отложения   впадины   Каспийского   моря    со

значительным  угловым и азимутальным несогласием  наложены  на  более  древние  структурные этажи. Отсюда следует, что обособление прогиба в  новейшее  время еще не завершено, в результате чего имеет место  напряженной  состояние  недр и  высокая  тектоническая  активность.  Это  подтверждается  серией  фактов: изостатической  неуравновешенностью  региона,  сейсмичностью  и  активностью  современных движений земной коры,  гидротермальной  деятельностью,  грязевым вулканизмом,   наличием   аномально   высоких    пластовых    давлений    во флюидодинамических системах.

     Напряженное   состояние    недр    и    тектоническая    активность,

сопровождающаяся     перестройкой     недр,     порождают     неустойчивость

флюидодинамических  систем и чувствительность их к разного  рода возмущениям.

     Возмущения вызывают  два  эффекта.  Во-первых,  нарушается  равновесие между напряжением в скелете горных пород и давлениями в  каналах  фильтрации флюидов, что  приводит  к  подвижности  недр,  и  перераспределению  потоков флюидов. Во-вторых, нарушается тепло- и  массоперенос  и  возникают  фазовые переходы: происходит гидролиз алюмосиликатов с  разрушением  кристаллических решеток минералов осадочных пород и адсорбционного понижения  их  прочности,

происходит химическое разложение молекул воды, выпадение  вторичных солей,  а также парафинов  в коллекторах  с  нафтидами,  изменяется  упругость  газовых  компонентов за счет запечатывания  или разгерметизации значительных объемов.

     В конце первого этапа эти процессы уже начались, а с  началом  второго