Выщелачивание почвы способствует загрязнению окружающей среды

Основные факторы негативного влияния породных отвалов на экологическую обстановку

При выполнении исследований по оценке негативного влияния породных отвалов исходили из следующих предпосылок:

• породные отвалы шахт являются специфическими инженерными сооружениями, не имеющими непосредственных аналогов в природе; отдельные вопросы особенностей взаимодействия отвалов с окружающей природной обстановкой могут быть решены при использовании опыта сооружения и эксплуатации гидротехнических сооружений, дорожных насыпей и др.;

• воздействие породных отвалов на окружающую среду комплексно и не может быть сведено к одному фактору; при этом активность и интенсивность развития тех или иных негативных процессов определяется, в первую очередь, характером инженерно-геологических и гидрогеологических условий оснований, физико-химическими свойствами отвальных пород, технологией отсыпки отвалов и климатом района;

• массивы отвальных пород длительное время находятся в неравновесном состоянии с окружающей природной обстановкой, а влияние отдельных факторов, по своей сути, может быть только снижено, но не устранено полностью.

Проведенная комплексная оценка особенностей влияния породных отвалов на экологическую обстановку в рассматриваемых инженерно-геологических и гидрогеологических условиях, с учетом физико-химических характеристик отвальных пород, позволила выделить в качестве основных негативных процессов воздействия на окружающую природную среду следующее:

• явления, обусловленные изменением исходного напряженного состояния основания отвала;

• явления, связанные с переходом пород отвальных массивов в состояние, термодинамически равновесное с окружающей обстановкой;

• физико-химическое загрязнение прилегающей территории непосредственно породами отвалов и продуктами их выветривания, а также в результате осаждения на поверхности почвы и водоемов химических компонентов.

Основными факторами негативного влияния породных отвалов на окружающую природную среду являются:

• нарушения природного ландшафта земной поверхности и равновесного инженерно-геологического состояния горных пород;

• нарушения гидрогеологического режима прилегающих территорий;

• химическая токсикация (засоление) грунтов и вод;

• пылегазовое загрязнение атмосферы;

• радиологическая токсикация грунтов и вод.

Отсыпка отвалов сопровождается заметной осадкой поверхности непосредственно под отвалом и на близлежащей к отвалу площади независимо от того, расположен отвал на целике или на подработанной территории. Величина осадки в каждом конкретном случае определяется инженерно-геологическими условиями основания и высотой отвала. Расположение отвалов в чашеобразных понижениях способствует накоплению в течение определённых промежутке и времени дренируемых четвертичных, поверхностных и инфильтрационных с отвала вод, которые в последующем начинают разгружаться как в подземные горизонты, так и в открытые водотоки.

Проведенные испытания пород различного литологического состава и прочности позволили сделать вывод, что особенно активные изменения исходных свойств массивов начинают наблюдаться при превышении дополнительных нагрузок более 0,3 сопротивления одноосному сжатию. Если принять в качестве формируемой активной зоны приведенный выше критерий, то, при фактической прочности меловых мергелей и достигнутой в процессе отработки месторождений высоте отвалов, она охватывает практически всю толщу мезо-кайнозойских отложений, то есть захватывает массив пород мощностью до 200-250 м. В связи с неполностью горизонтальным залеганием меловых отложений, активная зона распространяется вниз по падению пород на расстояние до 0,25-0,35 ширины отвала по основанию, то есть влияние отвала не ограничивается чисто площадью его отсыпки.

Основным результатом, следующим из изменения исходного напряженного состояния основания, является снижение коэффициента фильтрации мергелей водоносного горизонта и формирование в его верхнем относительном водоупоре зоны избыточных напоров, время существования которых определяется интенсивностью нагрузки от отвала и мощность выветренной толщи мергелей сенонского возраста. Фактически наиболее ценный, с точки зрения водоснабжения, сенонский водоносный горизонт на достаточно длительное время изолируется от прямой гидравлической связи с вышележащим четвертичным водоносным горизонтом. Однако, снижение фильтрационных параметров сенонского водоносного горизонта I приводит к формированию по фронту отсыпки отвала вниз по потоку своеобразной противофильтрационной завесы, так как расчеты показали, что в верхней наиболее проницаемой зоне трещиноватых мергелей исходные коэффициенты фильтрации могут снижаться. За пределами отвала эти изменения в принципе не существенны. Однако вблизи существующих питьевых водозаборов и природных зон разгрузки сенонского водоносного горизонта результаты трансформации природного напряженного состояния оснований отвалов могут быть отрицательными.

Аналогичные изменения происходят и в четвертичном водоносном горизонте. Поскольку четвертичные отложения залегают непосредственно под отвалом, то дополнительная нагрузка от него передается, согласно расчетам, практически полностью. В основании отвала, в пределах всей его площади, формируется в таких случаях зона, частично близкая по характеристикам к противофильтрационной завесе. В результате выше по потоку возникает зона местного подпора, а ниже по потоку происходит интенсивное загрязнение четвертичного горизонта за счет питания со стороны отвала без существенного разбавления менее минерализованными водами четвертичного горизонта.

Приведенные выше факторы отрицательного влияния породного отвала в результате изменения напряженного состояния практически необратимы при понижении высоты отвала при рекультивации и только частично могут быть ликвидированы при полной уборке отвального массива.

Одним из важных процессов в общем отрицательном влиянии отвалов на окружающую природную среду является наличие в породах водно-растворимой составляющей. Независимо от наличия или отсутствия в нижней приподошвенной части отвального массива техногенного водоносного горизонта, своеобразно демпфирующего (усредняющего) процесс, инфильтрационные потоки постепенно растворяют соли и транспортируют их вниз. Как показали прямые определения, степень минерализации воды в техногенном водоносном горизонте в Волынском районе достигает 4,0-6,0 г/дм 3 , а в районе г. Червонограда — 7,0-13,5 г/дм 3 . Следует подчеркнуть, что стандартные методы определения содержания водно-растворимых солей дают, как правило, несколько заниженные значения. Проведенные дополнительные исследования по выщелачиванию фильтрационным потоком показали, что фактическое содержание водно-растворимой части в 2,0-2,5 раза выше и может достигать 4 и более процентов. Из вышеизложенного следует, что суммарное содержание в отвальных массивах погашаемых шахт загрязняющей водно-растворимой части близко к 1,0-1,5 млн. т.

Одновременно, как показывают расчеты и эксперименты, даже в условиях избыточного увлажнения залповый выброс такого количества загрязняющих веществ в подземные и поверхностные воды исключен. Так как полное растворение солей достигается при практически полном поверхностном и глубинном выветривании всего отвального массива, то в естественных условиях для этого требуется несколько десятков и сотен лет. С другой сторону, имеются определенные возможности минимизировать негативное влияние отвалов рекультивацией и организацией поверхностного стока.

Проведенные расчеты показали, что основному загрязнению будет подвергаться четвертичный водоносный горизонт и поверхностные водотоки в зонах его разгрузки и в местах дренирования техногенного водоносного горизонта откосами отвалов. Напорный характер сенонского водоносного горизонта и его определенная изоляция по площади отвала в результате дополнительного уплотнения верхнего квази-водоупора предопределяют возможность только локального загрязнения в зонах сниженных напоров.

Более вероятными, с точки зрения загрязнения четвертичного и сенонского горизонтов, являются водная и ветровая эрозии отвальных пород и отложения их на прилегающей территории. Гравитационные процессы, в виде оползней и оплывин, отмечаются на ряде отвалов, отсыпанных как перегоревшими, так и неперегоревшими породами. В частности, эти явления зафиксированы на отвалах шахт и №5, №7 и №8 «Нововолынских» и шахте №8 «Великомос-товская».

В рассматриваемых климатических условиях ветровая эрозия отдельных пород, в общем, незначительна, что подтверждается проведенными на ряде отвалов исследованиями, которые показали:

• химические составы отвальных пород и почва вблизи отвалов существенно различны, что может свидетельствовать об отсутствии непосредственного загрязнения последних отвальными породами;

• в то же время, в отвальных породах содержится ряд токсичных макро- и микроэлементов, которые следует отнести к потенциально опасным при наличии длительной, хотя и незначительной, ветровой эрозии.

Особенно опасны зафиксированные в отвальных породах бериллий, свинец, цинк, кадмий, фосфор, ртуть, мышьяк, (I класс опасности по токсичности ), а также селен, стронций, барий, бор, никель, марганец, железо, молибден, хром, которые в условиях региона являются высокорастворимыми, в значительной мере переходят в подвижные формы и образуют основную часть в суммарном загрязнении грунтов, подземных и поверхностных вод, биологической среды. Непосредственно возле ряда шахтных отвалов зафиксированы максимальные валовые концентрации кобальта, никеля, молибдена, ванадия, бария и свинца. Максимальные валовые концентрации мышьяка, цинка, кадмия, ртути, фосфора, хрома и сурьмы распространены на расстоянии 1-3 км от отвалов. При этом местами максимальные валовые концентрации ванадия и никеля превышают предельно-допустимые концентрации (ЦДК) в 2 раза; меди, хрома и марганца — в 3,2-3,5 раза; мышьяка, свинца и цинка — в 7 раз; а кобальта и молибдена — в 10 раз.

Исследования основных факторов деструкции природной среды в районах расположения породных отвалов, изучение динамики свойств отвальных пород в процессах естественного окисления, их микроэлементного состава и фитотоксичных соединений показали, что породы отвалов шахт Львовско-Волынского бассейна относятся к категории непригодных для непосредственного выращивания на их поверхности лесных культур.

Локализация процесса дальнейшего загрязнения территорий, прилегающих к породным отвалам, может быть обеспечена корректной рекультивацией с применением насыпных почво-грунтов, озеленением отвалов с посевом трав и посадкой древесно-кустарниковой растительности, а также организацией поверхностного водоотвода и мониторинга окружающей природной среды для оценки и прогноза ее состояния с целью выявления негативных изменений и выработки рекомендаций по их устранению.

Источник

Выщелачивание

Выщелачивание почвы – это процесс вынесения или вымывания из почвы солей натрия, кальция, магния и т.д. Как правило, простые соли щелочных металлов изначально содержатся в породе, либо образуются под действием природных процессов (почвообразование, выветривание), которые протекают одновременно с иллимеризацией, оподзоливанием и т.д.

Впрочем, в большинстве случаев, выведение из состава почвы простых солей не зависит от перечисленных выше процессов. В связи с этим выщелачивание относят к самостоятельному процессу почвообразования, который включает вымывание солей из почвенных слоев, не приводящее к лессиважу, солонцеватости, оподзоленности и др.

Самой труднодоступной солью при выщелачивании является СаСО3. Это связано с тем, что карбонаты способны мигрировать только после преобразования в бикарбонаты. Этот процесс протекает только в присутствии воды и углекислоты, а сам бикарбонат кальция может существовать исключительно в состоянии водного раствора:

СаСО3 + Н2О + СО2 = Са(НСО3)2

После выпаривания воды, реакция протекает в обратном порядке, образуя СаСО3. Поэтому вынос карбонатов из почвы возможен только в условиях промывного водного режима, характерного для северокавказских лесных почв (бурые и серые), а также желтозема.

При этом промывной водный режим создает условия для образования кислой среды. А вынос солей при непромывном водном режиме являете причиной образования иллювиальных горизонтов гипса, а также ряда водорастворимых солей. На почвах с повышенной плотностью, а также склонностью к набуханию и усадке, процесс выщелачивания проходит специфическим образом, что хорошо заметно на слитых лесостепных почвах.

Вымывание солей из почвы в большей степени зависит от количественного содержания и формы карбонатов. Например, для лесных почв с промывным водным режимом характерен интенсивный вынос солей (имеются в виду легкорастворимые соли СаСО3 и CaSО3) посредством грунтовых вод. В таких почвах отсутствуют какие-либо солевые или карбонатные образования.

Определить степень выщелачивания почвы проще всего по ее карбонатному профилю. В процессе изучения обращают внимание на:

вскипание почвы (не менее 10% НСL);
наличие новообразований карбонатов;
общая доля присутствия карбонатов (СаСО3) в различных слоях почвы.

Все новообразования СаСО3 по консистенции подразделяются на твердые (журавчики) и рассыпчатые (белоглазки). Образования первого типа характерны для почв склонным к регулярному переувлажнению, которое наблюдается не только в текущий момент, но и имело место в прошлом.

Источник

Загрязнение почвы как экологическая проблема

Загрязнение почвы все больше беспокоит экологов всех стран. Процесс, происходящий в результате жизнедеятельности человека, неизбежен. Но нельзя упускать возможности снизить степень загрязненности, уменьшить вредное воздействие на почву.

Что такое загрязнение почвы

Земля – это ценный подарок и кормилица человека. Она имеет сложный состав. Здесь найдутся твердые частицы минералов, пыль, глина, вода и живые организмы. Благодаря своим составляющим, она стала плодородной.

Изменение структуры почвы, разрушение уникального состава, появление веществ совершенно ей не свойственных – это загрязнение почвы. Причины могут быть разными: органическими, неорганическими, радиоактивными или биологическими.

Вещества, попадающие в землю не всегда ядовитые, но они нарушают ее состав, вредят растительности, убивают плодородный слой.

Основные источники загрязнения почвы

В почве постоянно происходят физические и химико-биологические явления. Образуются новые слои, развиваются микроорганизмы. Загрязнения почвы, нарушают эти процессы.

К основным вредным источникам можно отнести:

промышленность;
тепло и энергосберегающие предприятия;
транспорт;
бытовые отходы;
сельское хозяйство;
сточные воды;
утечка продуктов нефтеперерабатывающих заводов;
радиоактивные захоронения;
кислотные дожди;
естественные источники;
прочие источники.Потребительское отношение к уникальному природному ресурсу, становится причиной ежегодного ухудшения состояния покровов земли.

Промышленные отходы и выбросы

Бурное развитие промышленности способствует накоплению определенного процента отходов, утилизация которых не всегда проводится добросовестно.

Угольные, металлургические предприятия ежегодно оставляют от 10 до 13 млн. тонн промышленного мусора, лежащего в отвалах, захватывающих все новые территории.

Активные выбросы паров и газов крупных заводов, загрязняют атмосферу. Сернистые, водородные соединения, азот, кислоты, оседая на землю, делают ее непригодной для жилья и занятия сельским хозяйством.

Справка. Предприятия, занимающиеся выпуском строительных материалов, горно-обогатительные комбинаты пополняют атмосферу на 90-110 кг вредной пыли за каждый час работы.

Предприятия теплоэнергетики

Вредное влияние на окружающую среду теплоэнергетических станций зависит от вида используемого топлива. При сгорании твердых типов, в воздух поднимается зола с несгоревшими веществами, частицами фтора, серы, также газы, содержащие мышьяк.

Использование торфа наносит вред уже с первого этапа. В местах добычи нарушается водный баланс, изменяется структура почвы.

Жидкие мазуты считаются относительно чистыми для экологической системы, как не содержащие летучих зол с примесями. При сжигании они тоже выбрасывают в атмосферу вредные газы с оксидами азота. Но при использовании исправного оборудования на теплоэлектростанциях, выбросы снижаются на 20%.

Выхлопные газы транспортных средств

С повышением уровня жизни резко увеличилось количество транспортных средств. Человек с детства привыкает к запаху выхлопных газов.

Отработанное двигателем топливо содержит в себе CO, сажу, оксиды азота, углеводородные соединения. Выбросы поднимаются в атмосферу, а затем выпадают на почву, нанося ей непоправимый вред.

Бытовые отходы

Чем крупнее город, тем больше бытового мусора он производит. В каждом населенном пункте остро стоит вопрос утилизации твердых отходов.

Справка. Каждый человек оставляет за собой до 500 кг бытовых отходов ежегодно.

Проблема недостаточно развитых систем переработки мусора, выливается в огромные свалки, загрязняющие по несколько гектаров земли.

Удобрения и пестициды, используемые в сельском хозяйстве

Необдуманное использование химических веществ на дачных участках, на полях вносит свою лепту в загрязнение плодородной почвы. Органические удобрения уходят в прошлое. Химикаты используют для повышения урожайности и финансовой выгоды. Из-за невозможности бороться с сорняками вручную применяют пестициды.

У этих процессов есть обратная сторона. Неконтролируемое использование удобрений перенасыщает землю, вызывает деградацию. Уменьшается плодородный слой, вымываются минералы, погибают микроорганизмы.

Происходит обеднение уставшей почвы, нарушается структура, что ведет к гибели растительности и развитию вредителей.

Сточные воды, используемые для полива полей

Вред, наносимый удобрениями, усиливается сточными водами после полива полей. Впитываясь в почву вода, смешанная с химикатами, убивает все живое. Большое количество пестицидов, становясь ядами в чистом виде, делают землю непригодной для использования.

Утечка нефти

Добыча дорогостоящего сырья – нефти, всегда требует особого внимания. К хранению и транспортировке относятся с тщательностью, чтобы не потерять хоть каплю «черного золота». Несмотря на это, происходят аварийные разливы.

Утечку нефти можно приравнять к катастрофе, ведущей к серьезным нарушениям экосистемы. Ликвидируют последствия разлива срочной выемкой грунта, пока продукт не успел впитаться.

Радиоактивные отходы
Улучшение жизни диктует свои правила. Необходимое электричество вырабатывается АЭС, работающих на атомном топливе. После отработки его нужно захоронить. Обычно это делают в почве.

Земля обладает способностью накапливать радиацию. Периоды распада радиоактивных отходов исчисляются тысячелетиями. Значит вред, наносимый опасным мусором, загрязняет среду на много сотен лет.

Кислотные дожди

Выбросы промышленных предприятий, накапливаясь в атмосфере, формируют кислотные дожди.

Факт. Впервые кислотные дожди были зафиксированы в 1872 году. С тех пор, по мере развития промышленности, число таких осадков резко увеличилось.

Пропитывая землю, они разрушают структуру почвы, изменяют ее состав, нарушают водно-солевой баланс.

Естественные источники

Планета Земля продолжает развиваться. В атмосфере и глубине земного шара происходят процессы, на которые не может повлиять человечество. Падающие на поверхность «космические гости», приносят чуждые бактерии, загрязняют землю.

Вулканы при извержении выбрасывают миллионы тонн пепла. В 1883 году вулкан Кракатау выбросил такое количество, что создал пелену вокруг планеты на несколько лет. Вредные вещества постепенно оседали на грунт.

Цунами и штормы покрывают прибрежные земли соляным покровом. Лесные пожары, бушующие месяцами, уничтожают плодородный слой вместе с микроорганизмами.

Прочие причины

Удивителен факт, что вредить земле могут знакомые всем грибы. Существуют виды, содержащие ядовитую субстанцию – микотоксин. Размножение грибов спорами способствует тому, что опасные вещества разбрасываются на большие расстояния. Отравленная почва не способна сохранить плодородие.

Возможные последствия

Загрязнение земельных ресурсов чревато серьезными последствиями:

Опасные заболевания.
Гибель растительного мира.
Эрозия почвы.
Токсичные испарения.
Глобальные изменения структуры почвы.
Засуха и пустыни.

Нарушение баланса биосферы с почвенным слоем несет угрозу всему человечеству.

Врожденные и хронические заболевания

Выращивание на загрязненных полях овощей, ягод, бахчевых культур, употребление их в пищу, отравляет организм человека. Увеличивается число детей с врожденными пороками сердца и другими дефектами развития.

Усугубляется течение хронических заболеваний. Все больше людей, подверженных аллергическим реакциям, бронхиальной астме и онкологии. Это неполный список болезней, возникающих из-за загрязненности окружающей среды.

Воздействие на растения

Растительный мир страдает от изменений, происходящих с землей. В зависимости от загрязненности она деградирует. В силу истощенности не может дать растениям питательные вещества. Флора начинает погибать и тянет за собой цепочку серьезных изменений.

Эрозия почвы

Исчезновение растительного мира из-за почвенного загрязнения, ведет к резкому снижению бактерий, живущих в ней. Лишенная растительности земля разрушается. Происходит эрозия почвы.

Верхние слои теряют влагу и ничем не удерживаемые, поднимаются ветрами в воздух. Постепенно образуются глубокие овраги, отнимающие большие площади сельскохозяйственных угодий.

Токсичные испарения и газы

Выбросы вредных веществ со временем оседают на землю. Она легко поглощает и удерживает их долгое время. Под влиянием опасных испарений и газов, верхний слой земли окисляется, образуя корку, которая противостоит удалению вредных компонентов.

Повышается концентрация токсичных субстанций, загрязняющих почву. Она теряет все свои ценные свойства.

Изменение структуры почвы

Все причины от естественных до сотворенных руками человека, ведут к изменению структуры почвы. Нарушается связь между минералами, водяными и солевыми частицами в ее составе. Это разрушение ведет к истощению слоев, гибели растительного и животного мира.

Справка. На формирование всего 3 см плодородного слоя земли необходимо более 900 лет!

Другие проблемы

Экологические проблемы вызывают исчезновение плодородного слоя, приводят к засухе. Высыхая, огромные площади оборачиваются безжизненными пустынями. По статистике, они наступают с большой скоростью – 20 га в час.

Меняется экология, водный баланс этих мест, исчезает флора и фауна. Местные жители вынуждены покидать родные края, убегая от засухи и голода.

Использование тяжелой техники на полях, неправильная культивация, нарушение технологий, также становятся причинами загрязнения почвы и потери бесценного ресурса.

Как бороться с загрязнениями почвы

С источниками загрязнения необходимо вести борьбу. Это могут быть:

профилактические;
законодательные меры;
санитарные.

Профилактику засорения мусором нужно вести постоянно. Это разъяснительные беседы в школах, субботники, установка баков для сбора отходов.

Государство создает законы по охране почв. Также должен быть налажен контроль на крупных предприятиях по выбросам. Налаживание безотходного производства поможет снизить количество мусора.

Введение сбора и утилизация отходов, еще одна мера борьбы с загрязнениями земли. Строительство очистных сооружений, контроль над использованием удобрений и пестицидов уменьшит степень отравления почвы.

Современные методы переработки и утилизации мусора

Проблема мусора стоит остро в каждом населенном пункте. Методы, используемые в настоящее время, не гарантируют безопасного избавления от отходов.

Хранение мусора на полигонах, сжигание – не выход из сложившейся ситуации. Ядовитые испарения наносят вред окружающей среде. Самым безопасным методом в России, считается пиролизный. Переработка мусора и твердых отходов, возможность дать им вторую жизнь, самый выгодный способ, чтобы очистить землю.

Очищение почвы

Решение проблемы очищения почвы от загрязнений на сегодня актуально. Она способна самоочищаться. Но это долгий процесс. Существует несколько способов помочь ей.

К физическим методам относится снятие верхних слоев грунта. Применяют при разливе нефтепродуктов. Также в таких местах используют нагрев, который гарантирует расплавление загрязнений.

Методом выщелачивания грунта, очищают от мышьяка, тяжелых металлов, свинца. Химические реактивы гарантируют 98-99% результата.

Рекультивация земель

Для восстановления почвы используется рекультивация. Она состоит из двух этапов – технического и биологического.

На первом этапе изучается площадь загрязнения. При необходимости заменяется верхний слой. На втором этапе используют специальные растения, способные очищать грунт. К ним относятся рис, пшеница, бобовые культуры, тополь черный.

Процесс рекультивации земель может длиться до 10 лет.

Меры, принимаемые в сельском хозяйстве

Последствия от загрязнения, используемых под сельское хозяйство, почв грозят потерей урожая и отравлениями. Поэтому следует принимать меры по удалению остатков пестицидов и удобрений. Это может быть промывка грунта.

Необходимо заменять химические удобрения органическими. На борьбу с вредителями применять биопестициды, которые выпускает российская промышленность. Использовать минимум вредных удобрений и химикатов.

Использование альтернативных источников энергии

Для снижения вредного воздействия энергетических станций, существуют другие источники получения энергии. Подключение объектов работающих на жидком топливе, каменном угле или природном газе.

Использование альтернативного топлива снизит радиоактивные отходы, хранение и утилизация которых несут большую угрозу. Забытые гидроэлектростанции станут достойной заменой опасным источникам.

Прочие эффективные методы

Для выработки электроэнергии существуют безопасные станции. Использование сил природы принесет пользу, устраняя негативные последствия от загрязнения окружающей среды.

Ветряные мельницы, работающие от силы ветра, способны обеспечить электричеством небольшие населенные пункты. Солнечные электростанции, используя магнитные излучения светила, вырабатывают ток. Энергия горячих источников может найти применение на геотермальных станциях.

Заключение

Земля – общий дом для человечества. От заботы каждого из живущих о ней, зависит будущее. Устранение причин, грозящих загрязнением почв, вполне по силам человеку. А Земля отблагодарит человечество богатыми урожаями, чистотой и здоровьем.

Источник