Лекция 1. Геоэкологические проблемы разведки и разработки месторождений полезных ископаемых

(1 час).

Введение

в предмет. Цели и задачи курса. Геологическая среда, ее параметры и компоненты. Основные геоэкологические проблемы современности.

Если представить себе некий воображаемый космический корабль, экипаж которого улетел в далекий звездный рейс, рассчитанный на многие годы, то каждый поймет, что члены этого экипажа должны с величайшей бережливостью и благоразумием относиться к своим крайне ограниченным ресурсам кислорода, питания, топлива и пр. Сознание Мыслящих людей должно все больше и больше проникаться мыслью, что наша Земля — очень большой космический корабль, который почти пять миллиардов лет путешествует в глубинах крайне «негостеприимной» для жизни Вселенной. Этот «космический корабль» весьма удобно вышел на стационарную, почти круговую орбиту вокруг устойчиво излучающего желтого карлика и использует его энергию… Но как бы ни были велики ресурсы этого огромного космического корабля — они все же ограничены. И его экипаж (т. е. мы, земляне) должны об этом постоянно помнить.

Развитие любого общества немыслимо без активного потребления природных ресурсов, обеспечивающих научно-технический прогресс и социальное благополучие. При этом, все ресурсы могут быть разделены на возобновляемые (почвы, растения, животные, часть гидроресурсов и т. д.) и не возобновляемые, т. е. те, которые не способны образовываться в исторически обозримое время и, тем самым, не могут быть восполнены (к ним относятся практически все минеральные ресурсы, нефть, газ, уголь, благородные металлы, поделочные и драгоценные камни и т. п.). Добыча же и переработка ресурсов, как правило, сопровождается целым рядом факторов, оказывающих влияние на среду обитания и жизнедеятельность человека. В данном случае можно говорить о выделении специфической геологической среды, как составной части окружающей среды.

К геологической среде относятся рельеф, грунт и другие рыхлые материалы, коренные породы, подстилающие грунт. Это понятие включает также естественные процессы, которые видоизменяют ландшафт, и сопутствующие факторы, такие как растительность или многолетняя мерзлота, влияющие на развитие этих процессов. Иными словами, к основным компонентам геологической среды относится земная кора (верхняя часть литосферы), доступная для освоения человеком, рельеф, ландшафты, подземные воды и другие части окружающей среды, в которых протекают современные геодинамические процессы и с которыми связаны поиски, разведка, добыча и переработка минерального сырья.

Таким образом, цель курса — изучить особенности изменения геологической среды, возникающие в результате проведения геолого-разведочных работ и функционирования горнодобывающих предприятий, определить способы снижения этого отрицательного воздействия, а также обозначить возможные направления рационального природопользования в рамках тех вопросов, которые касаются формирования и сохранения минерально-сырьевой базы страны.

Для достижения поставленной цели в рамках рассматриваемой дисциплины необходимо решить следующие задачи:

Выделить факторы отрицательного воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду;

Установить характер влияния отдельных химических элементов и соединений на окружающую среду и определить предельно-допустимые нормы загрязнения;

Составить перечень наиболее эффективных мероприятий, направленных на снижение отрицательного воздействия геологоразведочных работ на окружающую среду;

Дать рекомендации по рациональному природопользованию и способах проведения рекультивационных работ;

Обобщить существующую законодательную и правовую базу, касающуюся природоохранных мероприятий при ведении геологоразведочных работ.

Основные геоэкологические проблемы современности. Бесконтрольное развитие производительных сил во многих развитых странах привело к ряду необратимых и весьма неприятных последствий. Мы не будем говорить здесь о вымирании огромного количества видов животных, многие из которых являются важными звеньями в экологической цепи, выкованной Природой за миллиарды лет естественного отбора. Обратим только внимание на одно немаловажное обстоятельство. Общеизвестно, что основным «поставщиком» свободного кислорода в атмосферу Земли является планктон. Несколько десятков процентов кислорода поставляется в атмосферу нашей планеты благодаря жизнедеятельности растений в тропических лесах. Сейчас, к началу XXI века, в связи с хищнической вырубкой практически уничтожены тропические леса Африки и Южной Азии. Они остались только в бассейне Амазонки и, похоже, через несколько десятилетий будут и там уничтожены. Значит, бездумная деятельность экипажа космического корабля, называемого «Земля», уже теперь привела к нарушению кислородного баланса атмосферы.

Приведем другой пример. Сейчас ежегодно добывается топливо, соответствующее примерно 5 млрд. тонн каменного угля. Ежесекундное производство составляет около 6 * 10¹⁹ эрг, причем каждые 20 лет эта величина удваивается. Эта тенденция довольно устойчива и держится уже около 200 лет. При таких темпах через 200 лет производство энергии вырастет в тысячу раз и достигнет 3 * 10²² эрг/с. Вполне вероятно, что это наступит даже раньше, так как ресурсы угля и нефти сравнительно невелики и в ближайшие десятилетия следует ожидать революции в энергетике, связанной с массовым производством ядерной энергии. 3 * 10²² эрг/с составляют уже около 1% потока солнечной энергии, непрерывно падающей на Землю. Дальнейшее увеличение производства энергии с неизбежностью повлечет за собой изменение теплового режима Земли, что может привести к весьма неприятным последствиям.

С другой стороны, топливо сжигается, т. е. соединяется с атмосферным кислородом. В результате получается углекислый газ плюс энергия, которая и утилизируется. Следовательно, этот варварский способ получения энергии сопровождается изъятием из земной атмосферы около 20 миллиардов тонн кислорода ежедневно. Много ли это или мало? Чтобы ответить на этот вопрос, оценим полное количество кислорода в земной атмосфере. Это очень легко сделать. Над каждым квадратным сантиметром земной поверхности имеется около 200 г кислорода. Так как поверхность земного шара приблизительно равна 500 миллионов км² или 5 * 10¹⁸ см², полное количество кислорода в земной атмосфере около 10²¹ г или 10¹⁵ т. Это означает, что для «поддержания» горения добываемого на Земле топлива земной атмосферы хватит на 50 000 лет. Однако подчеркнем, что на Земле действуют и другие естественные причины, приводящие к связыванию свободного кислорода ее атмосферы.

Неразумное вмешательство людей в этот миллионами лет устоявшийся кислородный баланс Земли привело к тому, что он нарушается как бы «с двух концов»: уничтожая леса, мы уменьшили «поставку» кислорода в атмосферу по крайней мере на 10%, сжигая его с топливом, увеличили скорость его ухода из атмосферы на несколько процентов. Если бы в атмосфере кислорода было сравнительно немного — последствия сказались бы очень скоро. Но так как кислорода в земной атмосфере запасено очень много — последствия скажутся только через несколько тысяч лет — характерное время установления динамического равновесия кислорода в атмосфере. Через этот промежуток времени, благодаря деятельности людей за последние несколько десятилетий, равновесное количество кислорода в земной атмосфере уменьшится примерно на 15 — 20%.

Но ведь сейчас темп добычи ископаемого горючего и его сжигания продолжает расти! Если так будет продолжаться, то через сотню лет добыча угля и нефти увеличится в несколько десятков раз. А это приведет к катастрофическому уменьшению кислорода в земной атмосфере за какие-нибудь несколько сот лет! Заметим, что мировых ресурсов угля и нефти, особенно еще не разведанных, вполне достаточно для этого самоубийственного дела: не забудем, что каменный уголь — это бывшие растения! Такая «деятельность», с позволения сказать, «разумных» существ приводит к непрерывному увеличению содержания углекислого газа С0₂. что, помимо других вредных последствий, резко нарушает тепловой баланс Земли, о чем речь уже шла раньше.

Приведем теперь другой пример. Недавно было обращено серьезное внимание на угрозу разрушения озонного слоя Земли некоторыми газообразными промышленными отходами. Наиболее опасными разрушителями этого слоя являются молекулы, входящие в разные сорта фреона, — вещества, заполняющего все холодильники. Эти молекулы содержат хлор и фтор. В настоящее время ежегодно около 10 миллионов тонн испарившегося фреона поступает в атмосферу. Там молекулы фреона перемешиваются с ее основными компонентами и заносятся при этом на высоты 20 — 30 км, где жадно вступают в химические соединения с молекулами озона. При последующих реакциях с молекулами кислорода фреон опять восстанавливается и, таким образом, он постепенно накапливается в верхних слоях атмосферы. В настоящее время мировое производство фреона растет примерно на 20% в год. Если в ближайшие годы это безобразие не прекратить, то, как показывают расчеты, через несколько десятилетий толщина озонного слоя в атмосфере начнет ощутимо уменьшаться. Но ведь хорошо известно, что слой озона — это броня, защищающая биосферу от губительных ультрафиолетовых лучей Солнца в диапазоне длин волн 0,24 — 0,29 мкм. Неразумное и даже самоубийственное поведение человечества вполне можно уподобить поведению сошедшего с ума экипажа космического корабля, буравящего его стенки, что неизбежно приведет к разгерметизации.

Вдумаемся, что происходит: миллиарды лет создавался удивительно тонкий и сложный баланс биосферы Земли. И вот появляется, казалось бы, самый совершенный продукт эволюции биосферы — человек, называющий себя разумным, и варварски разрушает то, что привело к его появлению и без чего невозможно его дальнейшее развитие и совершенствование.

Не подлежит сомнению, что неограниченно растущий технологический потенциал развивающегося общества за сравнительно короткое время должен вступить в противоречие с ограниченностью естественных ресурсов Земли. Уже в наше время все большее и большее внимание уделяется угрожающему нарушению равновесия между человечеством и окружающей его экологической средой — биосферой. Проблема загрязнения атмосферы, мирового океана и внутренних водоемов, почвы и растений становится весьма острой. Бесконтрольное стихийное развитие производительных сил может привести человечество к катастрофе.

Поэтому только принятие самых радикальных мер в течение ближайших 2—3 десятилетий может предотвратить самоубийство человечества. Какие это меры? Прежде всего — революция в энергетике, переход на использование атомной и солнечной энергии. Это избавит человечество от кошмара загрязнения атмосферы и обеднения ее кислородом, но может породить новые проблемы, не менее острые. Но так или иначе, мы всегда должны помнить, что находимся на космическом корабле с конечными ресурсами, с которыми обращаться следует с величайшей осторожностью.

Человечество, возникшее как часть биосферы, вышло из состояния равновесия с этой оболочкой Земли, что неизбежно должно привести его к критической ситуации, к необходимости сделать выбор и коренным образом изменить стратегию своего поведения. От этого будет зависеть вся предстоящая история человечества. Как же будет выглядеть развитие человечества в будущем?

Всестороннее математическое исследование этой проблемы в последние годы проводилось группой весьма компетентных специалистов, известных под названием «Римский клуб». Сложность задачи состоит в том, что параметры развития человечества (например, промышленное производство на душу населения, загрязнение среды обитания и пр.) являются взаимно связанными. Надо еще иметь в виду, что все глобальные процессы (рост производства и народонаселения, загрязнение среды обитания и пр.) имеют инерцию. Математически задача сводится к решению системы из многих тысяч совместных дифференциальных уравнений, что можно было сделать только с помощью современной вычислительной техники. Соответствующая этой задаче область науки известна как системный анализ.

Время исчерпания ресурсов вычислено в предположении, что в течение будущих десятилетий разведанные ресурсы вырастут в пять раз по сравнению с данными, имеющимися на сегодняшний день. Конечность ресурсов Земли и их грядущее исчерпание в сочетании с прогрессирующим загрязнением среды обитания является решающим фактором в будущей истории нашей цивилизации. При этом участники «Римского клуба» особенно тщательно исследовали вопрос о загрязнении окружающей среды деятельностью человека.