География геоэкологических ситуаций

Суровость природы криолитозоны всегда ограничивала освоение и до сегодняшнего дня является сдерживающим фактором такого ес изменения, которое наблюдается в южнее расположенных ландшафтах. Техногенный прессинг в области вечной мерзлоты имеет очаговый харакгер. Оценка освоенности и состояния криолитозоны рассматривается во многих работах, часть которых сосредотачивает свое внимание на Севере или Крайнем Севере и, как правило, с обшегеографических позиций (А. В. Евсеев, Т. М. Красовская, В. В. Крючков, Н. П. Солнцева и др.); другие работы характеризуют территорию российской криолитозоны с акцентом на собственно мерзлотной ситуации (Л. С. Гарагуля, В. И. Гребенец, В. С. Дроздов, Е. С. Мельников и др.). Такое территориально дифференцированное изучение геоэкологических ситуаций объяснимо, поскольку Север из-за специфики природы наиболее уязвим по отношению к техногенезу по сравнению с таежной и более южными ландшафтными зонами, в которых площадь мерзлых пород сокращается.

Север занимает около 30% площади всей области вечной мерзло™. Граница собственно Севера связываегся с различными характеристиками природы — это и широта Полярного круга, и северная граница земледелия, и северная граница лесотундры или северной тайги, и июльская изотерма 10 °C. Расхождение в широтном положении названных южных пределов распространения северных ландшафтов составляет 100−200 км.

Разнообразие природных, в том числе мерзлотных, условий на Севере и в криолитозоне в целом велико, что отражается на геоэкологической ситуации современных импактных районов и должно учитываться при прогнозе потенциальной опасности освоения. В пределах Севера освоено примерно 10−15% площади, а коренное изменение геосистем, сопровождающееся возникновением критических, кризисных и локально катастрофических ситуаций наблюдается на 1−3% его территории. Они «весят» больше, чем в других природных зонах, т. к. регенерация природных условий путем самовосстановления или при проведении природоохранных мероприятий значительно менее результативна, не говоря уже о материальных затратах. Наиболее яркими примерами кризисных ситуаций на Севере являются Кольский, Воркутинский, Норильский, Депутатский, Валькумейский промышленные районы, южнееЗападно-Сибирский, Мирненский, Южно-Якугский, Братско-УстьИлимский, Иркутский, Магаданский регионы, где 50−70% площади техногенно изменены. А в пределах локализованных площадей природная среда изменена и загрязнена настолько, что состояние ее катастрофично, а люди расплачиваются здоровьем. Техногенный прессинг определяется ориентацией и инфраструктурой производства, плотностью населения, химическим (местами и радиоактивным) загрязнением, объемами перемещенного материала, удельным потреблением энергии, другими воздействиями и показателями экономической сферы деятельности (Гарагуля и др., 1996). В разнообразных природных условиях, определяемых климатом, геологическим строением, рельефом и, в целом, ландшафтом, наложение хозяйственной деятельности создает свою специфическую геоэкологическую среду. Задача специалистов, но вечной мерзлоте — исследовать и отдать должное мерзлотным условиям, вписав их в иерархию других компонентов природы, «ответственных» за геоэкологию, показать их значимость и удельный вес для предотвращения или ликвидации последствий освоения и оптимизации природопользования.

Региональные особенности реакции мерзлотных условий на техногенные воздействия, их разнообразие, особенно ярко проявляются на Севере, где наблюдается сплошное и прерывистое распространение мерзлых пород. В южной части криолигозоны снижается «доля» участия многолстнсмерзлых пород в возникновении КЭС из-за того, что они занимают все меньшие площади (зоны массивно-островной и островной мерзлоты). Однако на участках развития мерзлых пород, которые обычно сильно льдисты и характеризуются температурой близкой к 0 °C, опасность протаивания и, как следствие, термокарста чрезвычайно велика. Вместе с тем промерзание талых пород из-за нарушения теплообмена в зимнее время активизирует пучение и налсдообразованис. 11ослсднсс особенно характерно для восточной части криолитозоны и не уступает по степени изменения естественных геосистем и воздействия на инженерные сооружения криогенным процессам «летнего» ряда — термокарсту, гермоэрозии, солифлюкции. Примером являются наледи по трассе БАМа, число которых по сравнению с естественными условиями возросло на порядок.

В северной части криолитозоны можно выделить четыре крупных региона с различными мерзлотными условиями и специфической реакцией на антропогенное вмешательство. Это Европейский Север, Западная Сибирь, Таймыр, Приморские низменности северо-востока России (север Якутии и Чукотка).

На Европейском Севере, в Малои Болынеземельской тундре, преобладают мерзлые породы с температурой нс ниже 2−3°, относительно небольшим количеством льда в породах, средней мощностью мерзлых пород (100−150 м). Такая ситуация создает очень динамичную обстановку из-за того, что мерзлые породы сравнительно быстро и на большую глубину протаивают или образуются вновь. Если прогноз антропогенного потепления климата реализуется, то сравнительно «мягкая» мерзлота в европейской России частично деградирует в первую очередь.

Наиболее острая ситуация складывается в пределах ТиманоПсчсрском ПТК, т. с. в Воркутинском промышленном регионе и в местах добычи нефти и газа. Широкое распространение значительного протаивания мерзлых пород в Печорском угольном бассейне предполагает региональное изменение мерзлотной обстановки. На территории г. Воркуты произошло опускание кровли мерзлых пород на 5−10 и более метров, и образовалась почти единая чаша протаивания. Это приводит к неравномерным осадкам зданий, выходу из строя коммуникаций. Ремонтные работы стоят нередко больше, чем затраты на строительство. Дымовые шлейфы от Воркутинского промышленного комплекса (ТЭЦ, цементный завод и др.) распространяются в окрестностях до 50 км. За зиму выпадает до 1500 мм пыли на 1 км² (Геокриология СССР, 1988). Загрязнение снега приводит к значительно более ранним срокам его схода и, следовательно, более интенсивному прогреванию мерзлых пород. Поэтому во второй половине XX в. происходило направленное изменение естественных геосистем — образовывались талики, развивались термокарстовые озера, происходило интенсивное заболачивание, уменьшалось разнообразие естественной растительности и экосистем в целом.

Освоение нефтегазоносных месторождений на Европейском Севере уже на первом изыскательском этапе сопровождается нарушением естественных условий на 10% площади. Строительство и эксплуатация на территориях месторождений сопровождается полным уничтожением естественных геокомлексов. Протаивание вокруг шахтных стволов приводит не просто к термокарстовым просадкам, но к авариям и необходимости полной разборки сооружений. Еще одна проблема связана с нарушением режима подмерзлотных вод в шахтах и выбросу их на поверхность. Интенсивность откачки изменяется ог 50 до 600 м'/час. Сброс вод на поверхность приводит в зимнее время к образованию наледей, летом к уничтожению растительности и приповерхностных отложений, загрязнению вод, образованию термокарстовых озер и новых таликов, изменяющих естественный водообмен (Природные опасности, 2000).

В Западной Сибири, на полуостровах Ямал, Тазовский и Гыдан, мерзлотная обстановка характеризуется ужесточением характеристик многолетнемерзлых пород по сравнению с европейским сектором области вечной мерзлоты. Температура пород понижается до минус 5−8°С, их мощность возрастает до 300−400 м, что как будто делает их более устойчивыми к техногенным воздействиям. Однако здесь значительно больше содержание льда в породах, разнообразие его форм и происхождения. Лсд составляет 40−50% объема породы в целом и часто представлен ледяными жилами и крупными пластовыми залежами мощностью в 10 и более метров и протяженностью в сотни метров. Ледяные тела нередко залегают близко к земной поверхности, что приводит к тому, ч то удаление растительности, приповерхностных горизонтов пород, изменение обводненности территории стимулирует более глубокое, чем в естественных условиях, протаивание, которое достигает кровли подземного льда. Его разрушение, застаивание или сброс талых вод ведет к термокарстовым просадкам, термоэрозии, заболачиванию. На участках трасс линейных сооружений в результате термоэрозии начинается интенсивное оврагообразование. В течение первых лет овраги достигают длины до 300 м, их глубина превышает 3 м, а ширина достигает 6−10 м (Воскресенский, 2002).

Оценка площадей нарушений на осваиваемых территориях в связи с разведкой и эксплуатацией газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений даст следующие цифры: 5−10% площади освоения находится иод постоянным воздействием промышленных трубопроводов, промплощадок, поселков и т. д.; 75% площади освоения подвергается нагрузкам в течение одного-двух лет, когда действуют временные дороги, идет разведочное бурение, на больших территориях наблюдаются разовые проезды трансиорга и пр. При освоении растительный покров нарушается на 60% площади, а уничтожается полностью на 15%. Площадь нарушений природных условий, как правило, значительно превышает размеры самих техногенных объектов. Площадь влияния карьеров в 3−12 раз больше их самих. Зона влияния трасс линейных сооружений в торфяниках достигает 150−250 м (Геокриология СССР, 1989). На Ямале интенсивное строительство с проведением земляных работ приводит к образованию криогенных бедлендов. Они представляют собой крутосклонные, лишенные растительности останцы мерзлых пород, чередующиеся с глубокими просадками и промоинами. Сами породы находятся в текучем состоянии, оплывают, создают выносы, в которых вязнет не только человек, но и техника. На территории г. Салехарда, в нос. Салемал, Тазовский, Соленый (бассейн р. Мсссояха) в середине XX в. в течение трех лет скорость образования оврагов из-за термоэрозии достигала 130 м/год и лишь в последующие годы уменьшалась до 5−25 м/год. Скорость термокарстовых просадок даже при отсутствии большого количества льда достигает 15−20 см/год и составляет I м в первые пять лет. Пучение и криогенное выпучивание стимулируется увеличением летнего протаивания пород при удалении растительного покрова. Выпучивание опор линий электропередач со скоростью 2−10 см/год приводит к тому, что через 5−10 лет они выходят из строя. Уничтожение растительности на песчаных грунтах и невозможность ее восстановления из-за жесткости мерзлотных условий и недостатка влаги приводит к опустыниванию территории. В окрестностях г. Надыма, г. Уренгоя наблюдались пыльные бури, образуются дюны высотой до 3 м.

Дальнейшая эксплуатация месторождений газа, газоконденсата и нефти в Западной Сибири может привести к региональной перестройке ландшафтной структуры и изменению экологической ситуации. На месте современных разнообразных природных условий в тундре, лесотундре и северной тайге могут появиться территории с господством мерзлотно-болотно-пустынных комплексов, где получат распрос транение песчаные и термокарегово-эрозионно-солифлюкционныс бедленды.

Таймырский регион характеризуется дальнейшим увеличением суровости мерзлых пород и большим разнообразием мерзлотных условий. Это связано с гем, что здесь сочетаются горы, низменности, плоскогорья, в пределах которых наблюдаются разные по составу и происхождению породы — рыхлые и скальные. Содержание льда в них изменяется от 30−40% до 5−10% соответственно. Эпицентром изменения мерзлотных условий и природы в целом является Норильский промышленный район. Здесь активно развивается термокарст, заболоченность, просадочность пород, образование участков с плывунными грунтами, засоленность почв и грунтов слоя летнего протаивания, водоупором которому служат многолетнемерзлые породы. Разрабогка полезных ископаемых огкрытым способом в карьерах занимает площадь более 200 тыс. м². Глубина карьеров достигает 200 м. Верхняя часть разреза в них, как правило, представлена сильно льдистыми породами, нередко с пластовыми льдами, что определяет развитие солифлюкции, оплывания, оползания рыхлых пород. В коренных породах активизируется выветривание, осыпание, увеличивается их трещиноватость, фильтрационные свойства, что создает опасность загрязнения подземных вод.

Подземная разработка полезных ископаемых в рудниках и шахтах изменяет водообмен в породах на территории, выходящей за пределы поля горных работ. В просадочных формах происходит сбор и фильтрация вод, что неизбежно приводит к дальнейшему протаиванию мерзлоты, обводнению рудников и шахт. Существует опасность появления сквозных таликов и химического загрязнения глубоких горизонтов подземных вод. Окрестности города Норильска и нос. Кайеркан, где расположен угольный карьер, в настоящее время представляют собой территории с катастрофической экологической ситуацией, где погибли или уничтожаются растительность и почвы, предельно загрязнены поверхностные воды, а труднопроходимый техногенный ландшафт активно перерабатывается такими процессами, как термокарст, солифлюкция. заболачивание.

На северо-востоке России, в пределах Яно-Колымской низменности, располагаются самые льдонасыщенные породы. Содержание льда в них не менее 50% и может достигать 70−80%. Основная масса льда представлена ледяными жилами, образующими гигантскую ледяную решетку практически повсеместно. Размеры жильных льдов разнообразны. По вертикали они могут достигать 40−60 м. Их залегание неглубоко от земной поверхности, и возможность протаивания при нарушениях растительного и торфяного покровов, изменение режима обводнения, удаление приповерхностных отложений предопределяют очень широкое распространение процессов термокарста, термоэрозии, термоабразии, солифлюкции, которые могут привести к снижению высоты территорий на метры, возможно, первые десятки метров. Примером разрушения таких льдистых пород в естественных условиях может быть исчезновение небольших арктических островов — Семеновского в 40-х годах XX в., земли Андреева и Санникова в XVII—XVIII вв.

Острая экологическая ситуация на северо-востоке России складывается в местах добычи месторождений цветных металлов и золота. Использование дражного и гидравлического способов добычи в долинах рек превращает территории в техногенные бедленды. Высота отвалов вскрытых пород изменяется от 3−4 до 15 м, при этом оттаивание и разработка мерзлых пород полностью нарушает не только ландшафтную ситуацию, но и гидрологический режим. Особенно опасна разработка россыпей па участках развития ледового комплекса. После работ на месторождениях, которые длятся от нескольких лет до нескольких десятков лет, остаются обширные поля валунно-гравийно-галечного материала со шлейфами мелкозема, которые в условиях сурового климата быстро промерзают, что затрудняет рекультивацию таких территорий (рис. 7.7).

Анализ экологических последствий освоения четырех крупных регионов севера криолитозоны позволяет представить географию потенциального возникновения КЭС. Это территории добычи полезных ископаемых. К ним относятся газои нефтепромыслы Западной Сибири, шахтные ноля Воркуты, Норильский промышленный район, долины рек северо-востока с открытой разработкой россыпных месторождений. Радикальное изменение мерзлотной обстановки связано с удалением при строительстве верхних горизонтов пород и изменением режима поверхностных и подземных вод. Инженерные и гсоботаническис приемы рекультивации здесь крайне затруднены, т. к. техногенные отложения находятся в мерзлом состоянии. Планировка местности, перераспределение горных отвалов, фиторекультивация практически не применимы. Правда, низкая отрицательная температура с течением времени останавливает развитие термокарста, отчасти термоэрозии и солифлюкции, но контрастный рельеф мерзлотных неудобий и бедлендов из-за неравномерного вытаивания подземных льдов остается навсегда.