Основные антропогенные воздействия на горные породы

Недра — верхняя часть земной коры, в пределах которой возможно осуществление добычи полезных ископаемых, захоронения вредных веществ и отходов производства, создания хранилищ нефти и газа, организации особо охраняемых территорий в виде карстовых пещер и др. Основное природное богатство недр — заключенные в них минерально-сырьевые ресурсы. Добыча или извлечение полезных ископаемых с целью их переработки — главная цель пользования недрами. Недра — источник не только минеральных, но и огромных энергетических запасов. По расчетам, в среднем из недр к поверхности поступает 32,3 х1012 Вт геотермальной энергии.

Разработка недр оказывает вредное воздействие практически на все компоненты окружающей природной среды и ее состояние в целом. Горнодобывающая промышленность по мощности негативного воздействия на природные экосистемы занимает первое место. К негативным последствиям освоения недр относятся:

  • изменение рельефа местности в результате образования карьерных выемок, породных отвалов, хвостохранилищ и др.;
  • активизация опасных геологических процессов (карст, оползни), оседание земной поверхности и сдвижение горных пород;
  • изменение физических полей — теплового, электромагнитного и др., особенно в районах вечной мерзлоты;
  • истощение и ухудшение качества подземных и поверхностных вод, снижение расходов малых рек, чрезмерное осушение болот, почв и горных пород;
  • загрязнение атмосферного воздуха выбросами метана, оксидов серы, углерода и других загрязнений из горных выработок при горении породных отвалов, газовых и нефтяных пожарах;
  • выбросы пыли при буровзрывных работах в карьерах, вентиляции шахт, обогащении минерального сырья, транспортных операциях;
  • нарушение растительного покрова при строительстве карьеров, захоронение плодородных и потенциально-плодородных почв под отвалами и др.

К числу основных антропогенных воздействий на горные породы относятся статические и динамические нагрузки, тепловые и электрические воздействия и др. Статические нагрузки — наиболее распространенный вид антропогенного воздействия на горные породы. Под действием статических нагрузок от зданий и сооружений, достигающих 2 МПа и более, образуется зона активного изменения горных пород, достигающих глубин 70-100 м. Динамические нагрузки — вибрации, удары, толчки при работе транспорта, строительных машин, заводских механизмов, взрывные работы и др. Наиболее чувствительны к сотрясению рыхлые недоуплот-ненные породы — пески, водонасыщенные лессы, торф и др., прочность которых заметно снижается из-за неравномерного уплотнения, нарушения структурных связей, в результате чего возможно внезапное разжижение, образование оползней, обвалов, плывунных выбросов и других неблагоприятных процессов.

Создаваемые в горных породах искусственные электрические поля при воздействии электрофицированного транспорта, ЛЭП и других электрообъектов порождают блуждающие токи и поля. Наиболее заметно, они проявляются на городских территориях, где имеется наибольшая плотность источников электроэнергии. При этом изменяются электропроводность, электросопротивление и другие электрические свойства пород. Динамическое, тепловое и электрическое воздействие на горные породы создает физическое загрязнение окружающей природной среды.

Под воздействием мощного антропогенного воздействия в массивах горных пород развиваются такие опасные процессы, как оползни, карст, подтопление, просадочные процессы и др. Особенно легко подвержены опасным процессам массивы вечномерзлых пород, так как они весьма чувствительны к тепловому антропогенному воздействию.

Оползни представляют собой скольжение горных пород вниз по склонам под действием сил гравитации. Оползни — частое явление на склонах долин рек, оврагов, берегов морей, искусственных выемок. Для оползней характерно отсутствие вращения и опрокидывания смещающихся масс. Они нарушают устойчивость массивов горных пород, негативно влияют на многие другие компоненты окружающей природной среды (нарушение поверхностного стока, истощение ресурсов подземных вод при их вскрытии, образование заболочен-ностей, нарушение почвенного покрова, гибель деревьев и т. д.).

Карст— геологическое явление, связанное с растворением водой горных пород (известняков, доломитов, гипса, каменной соли) и образованием при этом подземных пустот (пещер, каверн), сопровождаемым нередко провалами земной поверхности. Массивы горных пород, в которых развивается карст, называются закарстованными. Одним из важнейших направлений в сохранении окружающей природы является охрана карстовых пещер—уникальных памятников природы. При массовых туристических посещениях в них нарушаются тепловой и водный режимы, наблюдается «таяние» сталактитов и сталагмитов и другие негативные изменения геологической среды.

Подтопление — любое повышение уровня грунтовых вод до критических величин (менее одного-двух метров от поверхности земли), в результате чего массивы горных пород и почва переувлажняются и заболачиваются, при этом активизируются оползни, карст и другие неблагоприятные процессы. В лессовых глинистых грунтах возникают просадки, в глинах — набухание. Просадка в лессовых грунтах приводит к резкой неравномерной осадке, а набухание в глинах — к неравномерному подъему зданий и сооружений, в результате чего сооружения испытывают деформации вплоть до полной непригодности к эксплуатации. Это ухудшает экологическую обстановку в жилых и производственных помещениях, что снижает производительность труда и даже может вызвать травмы и болезни людей. На подтопленной территории возрастает сейсмическая опасность. Кроме того, в результате вторичного засоления почв при подтоплении угнетается растительность, возможно химическое и бактериальное загрязнение грунтовых вод, ухудшается санитарно-эпидемиологическая обстановка.

В ряде районов земного шара (север Европы, Америки и Азии) толщи верхней части земной коры постоянно находятся в мерзлом состоянии: их температура всегда ниже 0°С. Такие породы называют вечномерзлыми (или многолетнемерзлыми), а территория — областью вечной мерзлоты. Происхождение вечной мерзлоты связывают с оледенением четвертичного периода. Хозяйственное воздействие человека на вечную мерзлоту приводит к разрушению почвенно-растительного слоя, изменению рельефа, режима снегового покрова, возникновению болот, нарушениям взаимосвязи и взаимодействия экосистем.

Эндогенные геодинамические процессы — землетрясения и вулканизм — вызывают весьма значительные смещения в массивах горных пород земной коры, уничтожают животный и растительный мир, приводят к многочисленным, а нередко к катастрофическим человеческим жертвам и другим тяжелым последствиям.