Теоретические основы, методика и практика геоэкологического обеспечения разведочных и добычных работ на глубоководных месторождениях полиметаллических конкреций в Мировом океане

Пилипчук, Михаил Федорович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Теоретические основы, методика и практика геоэкологического обеспечения разведочных и добычных работ на глубоководных месторождениях полиметаллических конкреций в Мировом океане
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Теоретические основы, методика и практика геоэкологического обеспечения разведочных и добычных работ на глубоководных месторождениях полиметаллических конкреций в Мировом океане"

На правах рукописи

Пилипчук Михаил Федорович

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, МЕТОДИКА И ПРАКТИКА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ РАЗВЕДОЧНЫХ И ДОБЫЧНЫХ РАБОТ НА ГЛУБОКОВОДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНКРЕЦИЙ В МИРОВОМ ОКЕАНЕ

Специальность 25.00.36 «Геоэкология»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

Москва 2003 г.

Работа выполнена в Научно-исследовательском и проектном институте геофизических методов разведки океана (ФГУДП НИПИокеангеофизика) Государственного научного центра «ЮЖМОРГЕОЛОГИЯ»

Официальные оппоненты:

Академик Российской Академии Наук А.П. Лисицын

Доктор геолого-минералогических наук, профессор В. А. Королев Доктор биологических наук, профессор Н.В. Мамаева Ведущая организация:

Научно-исследовательский институт геохимии биосферы Ростовского государственного университета

Защита диссертации состоится 23 мая 2003 г. в 14 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 501.001.30 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу: Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, геологический факультет, аудитория 415.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке геологического факультета МГУ, зона «А», 6 этаж.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять по адресу: 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им. М.В. Ломоносова, геологический факультет, ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан "_" апреля 2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета __п Г) .

доктор геопого-минерапогических наук, профессор /Л. С. Гарагуля/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Проблема охраны природной среды от неблагоприятного техногенного влияния при промышленном освоении минеральных ресурсов Мирового океана занимает центральное место в комплексе проблем этой новой сферы человеческой деятельности.

Крупномасштабная добыча полиметаллических конкреций без обоснованного применения природоохранных мероприятий может вызвать нарушения экологического равновесия в океане и иметь трудно предсказуемые кратко- и долговременные последствия, включая нарушение физико-химических процессов в океане, изменение естественного природного седиментационного потока, разрушение среды обитания и связи питания морских организмов, снижение уровня биологической активности водных масс, нарушение взаимодействия океана и атмосферы.

Решение проблемы разработки экологически приемлемых и эффективных технологий добычи полиметаллических конкреций, обеспечивающих сохранение морской среды от недопустимых изменений, вызываемых деятельностью в районах добычи, в решающей мере предопределяет успешное развитие этой новой области индустрии. Поэтому комплексные исследования, направленные на изучение потенциальных экологических последствий глубоководной промышленной добычи и разработку мероприятий по их минимизации, являются приоритетными. Более того, в соответствии с требованиями конвенции МОД ООН, такие мероприятия являются обязательными.

Об актуальности и приоритетности данной проблемы свидетельствует тот факт что, начиная с 1991 г. все страны - первоначальные вкладчики и потенциальные заявители, которым выданы лицензии или зарезервированы районы промышленных скоплений конкреций, обязаны проводить исследования с целью оценки экологических последствий освоения морских месторождений полиметаллических конкреций. Это регламентируется Резолюцией третьей комиссии ООН по морскому праву (United Nations, Commission for Sea - Low Tribunal and Authority, Special Commission 3, SEA/1162, 15 August 1990, New York), «Соглашением об осуществлении Части И Конвенции ООН по морскому праву» (документ ООН А/ 48/L. 60 от 22. 06. 94) и документы Международного органа по морскому дну (ISBA /С/ 9 от 27. 08. 97), утвердившего план работ по разведке, предоставленным Российской Федерацией. Францией, Японией, Китаем, Индией и совместной организацией «Интерокеанметалл» (РБ, РК, РП, РФ, CP и ЧР).

Цели и задачи работы. Главная цель работы состоит в разработке и научном обосновании критериев оценки геоэкологических последствий добычи полиметаллических конкреций в Мировом океане.

Поставленная цель определяет основные задачи:

1. Разработать научную концепцию и технологию проведения натурных модельных экспериментов по оценке экологических последствий добычи полиметаллических конкреций.

2. Изучить особенности функционирования современной глубоководной (бентиче-ской) экосистемы ( структуру придонных течений, седиментационный поток, вещественный состав донных отложений, гидрохимический состав придонного водного слоя и поровых вод, вещественный состав и генотипы полиметаллических конкреций, таксономический состав, численность и биомассу мега-, макро- и мейофауны).

3. Изучить ответную реакцию экосистемы на ее искусственное нарушение в процессе натурного экспериментального моделирования.

4. Обобщить материалы всех международных бентических экспериментов в Тихом и Индийском океанах (BIE, JET, BIE-10M, INDEX), разработать комплексную технологию оценки воздействия на окружающую среду и прогнозирование чрезвычайных ситуаций при освоении полиметаллических руд.

Научная новизна. Впервые обозначены наиболее уязвимые звенья трофической цепи и элементы глубоководной экосистемы.

Все данные натурных экспериментов, проанализированные на единой комплексной основе фундаментальных наук, позволили, с одной стороны, показать глубину научной интерпретации полученных данных, а с другой - сконцентрировать внимание на основных закономерностях проявления стрессовых симптомов глубоководной экосистемы при ее нарушении.

Таким образом, впервые на основе анализа большого фактического материала, полученного НПО «Южморгеология» совместно с организациями США, Японии, Индии и СО «Интерокеанметалл» автором разработана научная концепция комплексной оценки воздействия на окружающую среду при освоении морских полиметаллических руд. изучена ответная реакция экосистемы на ее нарушение и разработана комплексная технология ОВОС.

Выполненные впервые прецезионные исследования бентической экосистемы на больших глубинах конкреционных месторождений позволили выявить те ее свойства, которые могут играть решающую роль при добычных операциях: преобладающая направленность придонных течений, размеры фронтальных зон, придонные вихреобразования, плотностные потоки, степень насыщенности вод кислородом и биогенами, агрегатное состояние осадков и взвесей и его роль в мас-сопереносе вещества, высокоокисленное состояние осадков на границе раздела сред, функциональные возможности донных биоценозов.

Защищаемые положения:

1. Обоснована высокая степень уязвимости бентической экосистемы. Причинами ее уязвимости является: низкая биологическая продуктивность, низкая жизненная энергия, экстраординарное видовое разнообразие, огромный и постоянный ареал обитания со специфическими градиентами.

2. Главными элементами воздействия добычи полиметаллических конкреций на бентическую экосистему являются следующие: прямое воздействие на пути следования сборщика конкреций, когда осадки и связанная с ними фауна будут раздавлены и рассеяны в шлейфе осадка и потоке изъятых конкреций; повсеместное погребение фауны на сопредельных площадях, там, где осаждается осадочный шлейф; разубоживание в осадке пищевых продуктов фильтраторов и илоедов (причем последние два эффекта могут иметь для фауны более опасное последствие, чем их физическое уничтожение добычным коллектором), нарушение геохимических барьерных зон на границе осадок-вода.

3. Конкреции являются генетическим субстратом для существования собственного «конкрекционного» сообщества, которое по количеству видов не уступает сообществу донных осадков. Если, по прогнозной оценке, организмы мега-, макро- и мей-офауны в процессе реколонизации смогут восстановить свою численность без потерь таксономии от двух до нескольких десятков лет, то конкрекционные организмы могут оказаться в более сложной ситуации, вплоть до исчезновения их некоторых видов.

4. Главными элементами воздействия на водную часть экосистемы при добыче полиметаллических конкреций являются: снижение первичной продуктивности, обусловленное затемнением фотического слоя в результате сброса отходов; биоаккумуляция металлов в поверхностной воде вследствие сбросов отходов добычи; поглощение металлов фитопланктоном из поверхностного сброса; растворение и обогащение металлов в зоне кислородного минимума (ниже термоклина (пикноклина); воздействие сброса на морских млекопитающих; истощение запасов кислорода (особенно в зоне кислородного минимума), вызванное увеличением содержания бактерий и расходами на окисление органического вещества.

5. Для минимизации воздействия глубоководной добычи полиметаллических конкреций на экологию океана необходимо: сократить до минимума проникновение в осадок коллектора добычной системы; исключить нарушение более консолидированного субколлоидного осадочного слоя; снизить массу взмученного в придонном слое осадка; принудительно обеспечить высокую скорость осаждения осадка в шлейфе за добычным устройством; минимизировать массу транспортируемого осадка и переосажденных частиц к поверхности океана; снизить сбросы хвостов добычи в батиальных и абиссальных глубинах: уменьшить дрейф хвостов путем возможной коагуляции и увеличения скорости их осаждения.

Практическое значение работы. Исследования, результаты которых положены в основу диссертационной работы, выполнялись в рамках национальных и международных программ под эгидой Организации Объединенных Наций. В процессе работы над диссертацией автором подготовлены и переданы бывшему Мингео СССР и Министерству природных ресурсов РФ ряд практических рекомендаций по созданию унифицированной технологии природоохранной деятельности при разработке месторождений ПМК, в том числе в 2000 году «Комплексную технологию ОВОС при разведке и добыче полиметаллических конкреций в Мировом океане» и 11 научно-исследовательских отчетов, содержащих аналогичные рекомендации. По распоряжению директивных органов разработанные природоохранные рекомендации были направлены в промышленные объединения и конструкторские бюро, разрабатывающие добычную технику. В перспективе это обстоятельство способствовало повышению эффективности решений, связанных с планированием морских добычных работ и выработке надежных и универсальных программ по прогнозированию чрезвычайных ситуаций при освоении полиметаллических руд в Мировом океане.

Полученный массив базовых данных и их научная интерпретация, направленная автором по требованию Международного органа по дну (МОД) в их адрес, послужили материалом для создания юридических документов, регламентирующих работу международных организаций, в первую очередь - ООН. Разработанный комплекс мероприятий минимизирует риск возможных стрессовых ситуаций при полномасштабной разработке супергигантского поля металлических руд.

Объект исследований, вклад автора. В основе диссертации положен фактический материал, полученный автором в ходе экспериментальных и научно-исследовательских работ на НИС «Южморгеология», НИС «Академик Александр Сидоренко», НИС «17 съезд профсоюзов» в Мировом океане. Автору принадлежит выбор научного направления, постановка конкретных задач, организация и выполнение теоретических и экспериментальных исследований, получение основных результатов и их интерпретация. Автор был научным руководителем и начальником двенадцати национальных и международных рейсов в различные районы Мирового океана. В период 1970-2000 г. автор совместно с сотрудниками Отдела геохимии и экологии ГНЦ «Южморгеология» отбирал, анализировал и обрабатывал материалы десятков экспедиций, большинство из которых были посвящены морской экологии и геохимии. Автором непосредственно разработана научная концепция и научно-методическая основа природоохранных работ в океане. Созданный под его руководством банк данных и интерпретация этих данных использовалась для выработки международной стратегии проведения природоохранных экспериментов, а также разработки поисковых критериев морских руд. После доклада научной концепции природоохранных работ, связанных с добычей

твердых полезных ископаемых в океане, на третьей сессии Организации Объединенных Наций (Нью-Йорк, август 1990 г.) автор получил статус эксперта ООН по морской экологии. В сотрудничестве с учеными США, Германии, Японии и Индии автор участвовал в создании более десятка международных отчетов и документов, посвященных проблеме экологической безопасности при использовании добычных систем разных видов и их негативных последствий для морских экосистем.

Методика исследований и достоверность результатов. В качестве модельных выбраны два импакт-полигона (BIE-I и BIE-II) в зоне Кларион-Клиппертон Тихого океана по специальной методике, которая подробно описана в методической главе диссертации. Объектами исследования были донные осадки, конкреции, морская взвесь, вода и поровые воды. Исследования проводились в судовых и стационарных лабораториях с помощью самых современных методов, указанных в разделах 2.2., 2.3., для обработки результатов использовались геоинформационные (ГИС) технологии. Перед каждым рейсом проводились метрологические экспертизы всех приборов и оборудования для забортного и лабораторного анализа. Стационарная химико-аналитическая лаборатория аккредитована в системе Госстандарта России, имеет Государственный сертификат качества и лицензии на проведение геоэкологических исследований. Комплексное сочетание применявшихся методов позволило получить надежные и достоверные научные результаты.

Апробация работы. Mai ериапы, изложенные в диссертации, были доложены автором на 3 специальной комиссии ООН (Нью-Йорк, 1990 г.), на международной конференции NOAA (Сиэтл, США, 1991 г.), на проблемных международных семинарах (Лонг Бич, США, 1991 г.; Париж, Франция, 1992 г.; Гамбург, Германия, 1992 г.), на международных симпозиумах PACON 97 (Гонолулу, США. 1997 г.), 1SOPE (Токио, Япония, 1997 г.), на II симпозиуме OCEAN MINING (Сеул, Корея, 1997 г.), на международном симпозиуме Deep-sea Mining (Токио, Япония, 1997 г.), в Национальном Институте Океанографии (Дона Паула, Индия, 1998 г.), на международной конференции Marine Technological Society (Балтимор, США, 1998 г.), на международных совещаниях в Чехословакии (Кутна Гора, 1986 г.). Польше (Сопот, 1987 г.; Щецин, 1998 г.), Болгарии (Варна, 1988 г.), Венгрии (Будапешт 1989 г.), а также в России на III Тихоокеанской школе по морской геофизике, геологии и геохимии (Владивосток, 1987 г.), на 1, 3 съездах советских океанологов (Москва, Ленинград, 1977, 1987 г.г.), на Международном геологическом конгрессе (Москва. 1984 г.), на I Всесоюзном совещании по физическим методам анализа (Орел. 1986 г.). на 4.5.6,7.8 Всесоюзных школах по морской геологии (Москва, 1980, 1982, 1984, 1986, 1988 г.г.), на II Международной конференции по разработке технических средств и технологий в Мировом океане (Геленджик, 2001 г.).

По теме диссертации опубликовано 97 печатных работ в отечественных и зарубежных изданиях, а также написано 11 отчетов с рекомендациями по заказу Министерства геоло[ИИ СССР и природных ресурсов Российской Федерации и один отчет по заказу правительства Индии.

Основные положения диссертации отражены в монографии «Геоэкологические проблемы изучения и освоения полиметаллических конкреций в глубоководных зонах Мирового океана» (М., 2002 г.).

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 322 страницы состоит из введения, 4 частей, заключения и содержит 83 рисунка, 69 таблиц. Список использованной литературы включает 213 наименований.

Работа подготовлена в отделе геохимии и экологии НИПИОкеангеофизика Государственного научного центра «Южморгеология».

Диссертант выражает искреннюю признательность своим коллегам: Р.П. Крутиковой, П.И. Курилову, О.Б. Савичеву, М.Т. Савину, В.Ф. Мельнику, В.Н. Шендерову, В.В. Гальцовой, В.Л. Базеляну, В.М. Антоновой, Г.В. Заволокиной, Е.М. Тищенко и многим другим за многолетнее сотрудничество и продуктивную совместную работу.

Большую благодарность необходимо выразить зам. министра МПР, профессору И.Ф. Глумову - инициатору и идейному вдохновителю работ в Мировом океане, выбор которого в большой степени определил судьбу автора, поставив его в центр событий, связанных с планированием и проведением геоэкологических работ в океане.

Работе способствовало конструктивное обсуждение вопросов с академиком В.Т. Трофимовым (МГУ), академиком А.П. Лисициным, профессором Н. В. Ай-булатовым, профессором М.Е. Емельяновым (Институт Океанологии РАН), профессором В.В. Гальцовой (Зоологический институт РАН), Г.Г. Ткаченко, И.М. Мирчинком (Минприроды РФ), профессорами К. Смитом (Гавайский университет, США), Г. Шривером (университет г. Гамбурга, Германия), Т. Фукушима (Агенство по добыче металлов, Япония), Р. Шарма и Нагендер Нат (Национальный Институт океанографии, Индия), М. Сешинсом (Институт Скриппса, США).

Автор выражает благодарность генеральному директору ГНЦ «Южморгеология» А.П. Пронкину, директору НИПИОкеангеофизика Ю.А. Бякову за доброжелательное внимание к работе и зам. директора по науке В.М. Юбко за творческую и моральную поддержку, живой интерес к работе и за полезные советы.

Часть 1. ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНКРЕЦИИ МИРОВОГО ОКЕАНА -ВАЖНЕЙШИЙ ВИД МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ТРЕТЬЕГО ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ

1.1. Месторождения полиметаллических конкреций и международно-правовые аспекты их освоения

Полиметаллические конкреции Мирового океана - новый нетрадиционный вид минерального сырья, не имеющий аналогов среди континентальных месторождений цветных и черных металлов, как по условиям образования, так и по вещественному составу.

Российскими и зарубежными исследователями был проведен сравнительный геолого-экономический анализ проявлений конкреционное™ во всех котловинах Мирового океана с точки зрения качества сырья и статистической устойчивости повышенных плотностей залегания конкреций. Независимо от применяемых способов расчета наиболее перспективным объектом исследования была указана зона Кларион-Клиппертон Тихого океана.

Основные международно-правовые требования к изученности минеральных ресурсов Мирового океана изложены в Конвенции ООН по морскому праву, принятой в 1982 г. третьей конференцией ООН по морскому праву.

В соответствии с Конвенцией все природные ресурсы Международного района морского дна, находящиеся за пределами национальной юрисдикции, объявлены общим наследием человечества и не подлежат присвоению, кем бы то ни было. Управление ресурсами Международного района морского дна осуществляется через посредство Международного органа по морскому дну (МОД) в интересах всего человечества и призвано обеспечить справедливое распределение финансовых и экономических выгод, получаемых от их разработки.

До вступления Конвенции ООН по морскому праву в силу вся деятельность по разведке и разработке ресурсов регулируется Подготовительной комиссией, созданной в 1983 г. На основе Резолюции 2 Заключительного акта третьей конференции ООН по морскому праву Секретариатом Подготовительной комиссии с учетом решений третьей конференции ООН по морскому праву и Резолюции 2 Заключительного акта третьей конференции ООН по морскому праву разработан «Проект правил поиска, разведки и разработки полиметаллических конкреций в Районе» (Ш8/РСМ/8СЫ.З/\\'Р.6 28.02.), в котором излагается международно-правовая основа ведения поисково-разведочных работ в Мировом океане.

Согласно статье 31 данного проекта, для оценки предположительной коммерческой ценности участка распространения полиметаллических конкреций требуется количественно определить его прогнозные ресурсы, а в дальнейшем - и промышленные запасы.

Для решения этих вопросов в научно-производственном объединении «Юж-моргеология» разработаны принципы подсчета прогнозных ресурсов и промышленных запасов с учетом особенностей строения рудных полей полиметаллических конкреций Мирового океана. Основой для их разработки послужили инструктивные документы, принятые еще в Советском Союзе для подсчета запасов полезных ископаемых, расположенных на суше, и переработанные с учетом специфики морских месторождений полиметаллических конкреций.

1.2. Характеристика основных рудных областей полиметаллических конкреций

Коммерческие интересы связаны с глубоководными (от 3500 до 6000 м) полиметаллическими конкрециями, содержащими в сумме никеля и меди не менее 1,8 % или никеля, меди и кобальта в никелевом эквиваленте (1 часть никеля + 0,5 части меди + 1 часть кобальта) 2 % и более при минимальной весовой концентрации 10 кг/м2.

Полиметаллические конкреции образуют следующие уровни организации геологических объектов: рудная провинция -» рудная область (или рудное поле) -» рудный район -* рудная зона -» рудная залежь. Основной таксономической единицей при характеристике конкрециеносности Мирового океана считается рудная область которая, как правило, приурочена к крупным морфоструктурам морского дна (глубоководным котловинам), вулканическим поднятиям, флангам срединно-океанических хребтов и характеризуется выдержанной геохимической специализацией с широким диапазоном значений плотности залегания конкреций - от 0,1 до 60 кг/м2.

Размеры рудной области зоны Кларион-Клиппертон составляют 2,5 млн. км2. Около половины этой площади содержит конкреции с плотностью залегания более 5 кг/м2 и покрывают примерно 20 % морского дна, из которых около 30 % площади характеризуется плотностью залегания не менее 10 кг/м2. При таких показателях область Кларион-Клиппертон должна располагать запасами порядка 5-12 млрд. т конкреций в сухом весе.

1.3. Способы осуществления добычной деятельности и потенциальные добычные системы

Добычные операции включают в себя извлечение конкреций с поверхности морского дна, покрытого тонкодисперсными пелагическими осадками (сбор) и транспортирования их на поверхность океана (лифтинг). Множество вариантов было опробовано для решения этих двух задач, меняющихся по сложности от простых буксируемых драг до самодвижущихся, высоко маневренных систем. В диссертации показаны некоторые перспективные варианты добычных систем. Системы, испытанные в модельно-масштабных натурных экспериментах открытого моря, включали:

1) испытания гидравлических систем, выбирающих конкреции посредством буксируемого или самоходного коллектора и затем поднимающих руду на поверхность океана с помощью простой гидравлической или воздушной (эрлифтной) системы;

2) испытания замкнутой дражно-ковшовой системы. Предполагались и другие системы, описание которых приводится в данном разделе диссертации.

При коммерческой добыче, чтобы она была рентабельной, необходимо добывать 240000 т в год полиметаллических конкреций [Н. Thiel, 1998]. Сборщик (коллектор) подает в добычную систему около 10 кг конкреций в секунду.

Другие расчеты можно получить, допустив, что средний диаметр конкреций составляет 6 см, вес 12,5 г и тогда для сбора 10 кг/с каждую секунду необходимо выбирать примерно 800 конкреций.

При скорости добычной системы предположительно 1 м/с необходима плотность залегания конкреций не менее 133 конкреций/м2. Плотность залегания конкреций является важной составляющей. Если количество конкреций будет меньше или плотность залегания конкреций будет ниже, или если добычное устройство будет двигаться вдвое медленнее, то собрать 800 конкреций в секунду будет невозможно и суммарная добыча станет экономически нерентабельной.

Транспортировка на судно конкреций и осадка по трубопроводу показали, что около 20 % объема будут полезными, что, по-видимому, составит максимум транспортируемых конкреций, а требуемый объем транспортировки составляет 0,5 м3/с.

Конкреции имеют плотность 2 г/см3 или 2 т/м3. Плотность массы воды вместе с содержанием твердых частиц в транспортной ленте по расчетам составляет 1.2 г/см3. Толщина полужидкого слоя и слоя мягкого осадка, накрывающего консолидированные слои, составляет от 8 до 15 см. Для этих расчетов использована величина толщины осадка, равная 10 см. Был вычислен объем потока при скорости добычного устройства 1 м/с, ширине полосы захвата (или коллектора) 6 м и мощности полужидкого слоя 0,1 м. Если возьмем 0,6 м3/с, то масса потока будет равна этой величине, умноженной на плотность мягких осадков, с тем, чтобы подавать 672 кг/с. Масса потока частиц равна 0,6 м3/с. Если вычесть массу воды, составляющей 80 % общей массы, то получим остаток, который практически представляет собой поток массы частиц, равный 175 кг. Тогда в суспензии будет около половины этой величины или точнее 86 кг.

Во время разработки месторождений полиметаллических конкреций вероятнее всего будут применяться четыре варианта добычных систем: эрлифтная, гидравлическая. дражно-ковшовая и комбинированная. Теоретически, для рентабельной добычи, по мнению немецких специалистов, полосы пропашки, с которых собираются конкреции, должны быть с одной стороны непрерывными, а, с другой стороны, глубокими, чюбы можно было достать захороненные конкреции. В этом случае может бьпь применена только дражно-ковшовая система добычи, способная погружаться до глубины тех горизонтов, где залегают захороненные конкреции, т. е. практически до 50 см. Отсюда следует, что из четырех, отмеченных выше, способов добычи конкреций дражно-ковшовая является наиболее экологически опасной, поскольку она дисторбирует осадки па 0.5 м и более, и уничтожает значительную часть глубоководного бентоса.

Часть 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НАРУШЕНИЯ ОКЕАНСКИХ ЭКОСИСТЕМ ПРИ ДОБЫЧНЫХ ОПЕРАЦИЯХ

2.1. Концепция эксперимента BIE и его технологическая структура

Ресуспендирование осадка, обусловленное добычей полиметаллических конкреций, предполагает воздействие на бентическое сообщество абиссали морского дна. Предполагается, что абиссальные бентические организмы испытывают на себе воздействия добычного процесса через физическое уничтожение под полозьями добычной системы, захоронение их под слоем переотложенного осадка, а также через истощение источников пищи. Необходимость решения этих проблем до начала коммерческой добычи в зоне Кларион-Клиппертон явились причиной разработки и проведения российско-американского эксперимента по бентическо-му воздействию - BIE (Benthic Impact Experiment).

Практическое воплощение эксперимента BIE заключалось в проведении крупномасштабного нарушения осадочного слоя полей конкреций имитатором добычной системы - дисторбером и изучении реакции системы на это нарушение немедленно, через год и в течение не менее пяти-семи лет. Таким образом, программа включает три основных этапа (рис. 1):

• фоновые исследования на выбранных полигонах: цель - определить характер ненарушенной экосистемы (как эталона);

• нарушение бентической экосистемы: цель - проконтролировать распределение сброшенных в морскую среду отходов добычи и их воздействие на экосистему;

• мониторинг нарушенных участков: цель - изучение реколонизации бентической экосистемы.

Для изучения реакции систем на их нарушение при различных условиях среды их существования бентический эксперимент проводился на двух полигонах (BIE-I и BIE-II) в пределах координат 12 0 56 'с. ш. и 128 0 36 7 з. д. В качестве контрольного полигона сравнения (PRE) использован западный блок Российского лицензионного участка, базовые экологические данные на котором были получены еще до начала эксперимента BIE.

2.2. Методика работ и технические средства эксперимента BIE

Выбор полигонов производился по специальной методике, включающей подробную эхолотную, сонарную, фототелевизионную съемки, фоновый биологический и химический пробоотбор. а также измерение векторов подводных течений.

Центральное место в эксперименте BIE занимал дисторбер, изготовленный в США фирмой «Саунд Оушн Системз, ИНК.», с помощью которого проводилось нарушение осадочного слоя и выброс осадков в водную толщу.

2 Моделирование добычного процесса- нарушение бентичеекой экосистемы

пг

Акустическая навигация "АСМОД" Среднемасштабиая дисторбция "ДИСТОРБЕР -1" Крупномасштабная дисторбция "ДИСТОРБЕР - ?" Профильное гицрозондирование г ид ро зонд с трансмиссиометром Реседиментация СЕДНМЕНТАЦИОН-НЫЕ ЛОВУШКИ

Рис. 1. Технологическая структура эксперимента В1Е

В эксперименте В1Е использовались многие новые технологии. Российская сторона поставила и обслуживала в процессе рейсов системы подводной навигации АСМОД, фототелевидения и сонара и измерителей течения, гидрозонда, а также новые методики аналитической химии и гидрологических исследований. Американская сторона обеспечивала изготовление и обслуживание дисторбера в течение рейса, а также новейших зондов для измерения седиментационных потоков в водной толще и грунтоотборников. Применяемые технические средства при выполнении эксперимента В1Е показаны на рис 2. Все рейсы по экспериментам В1Е выполнялись на российском НИС «Южморгеология».

Рис. 2. Технические средства эксперимента В1Е 2.3. Выполнение работ на экспериментальных полигонах

Центральное место в эксперименте В1Е занимало крупномасштабное нарушение отложений океанического дна с помощью дисторберов на длинных, но узких полигонах, выбранных на основании имеющихся данных по детальной эхо-лотной (СИБИМ), сонарной («МАК-1») и фотографической («МИР-1») съемкам. Сведения по осадкам были получены на основании предварительного пробоотбо-ра дночерпателем «Бокскорер» и «Мультикорер», а по течениям - путем их замера в придонном слое российскими станциями «Поток-2М».

Главной задачей было создание с помощью дисторбера седиментационного «султана», который бы покрыл площадь обитания бентоса, размером примерно 2 км2, с постоянным уменьшением мощности переотложенных осадков от 10 до 1 см. На полигоне B1E-I были выполнены 44 буксировки дисторбера, на полигоне BJE-II - 49 буксировок. На полигоне B1E-I было нарушено и перекачено 1,6 тыс. т ила, на полигоне BIE-II модернизированным дисторбером было нарушено и перекачано более 31 тыс. т ила.

После нарушения и переотложения осадков дисторбером на выбранных полигонах вышеперечисленные работы (за исключением сонарного и эхолотного профилирования) повторялись вновь. Слежение за миграцией «султана» взмученных осадков осуществлялось с помощью непрерывного гидрозондирования электронным зондом, снабженным прозрачномером-трансмиссиометром. Мощность переотложенных осадков фиксировалась седиментационными ловушками, установленными на дне, по результатам измерения придонных течений и с помощью рентгеновского фотографирования кернов осадка. Дополнительным методом фиксации переотложенных осадков для их картирования служили изотопные методы исследования осадков по торию и свинцу.

Положение подводных аппаратов (дисторбера, пробоотборников - бокскорера и мультикорера, фототелекомплекса, сонара, заякоренных станций измерителей течений, седиментационных ловушек, гидрофизического зонда) на полигонах с глубинами 4.5 - 5 км определялось с помощью спутниковой системы навигации GPS, состыкованной с нею акустической системой подводной навигации АСМОД.

Таким образом, на экспериментальных полигонах с глубинами 4,5 - 5 тыс. м было выполнено следующее:

1) установлена и откалибрована транспондерная сеть;

2) изучена структура толщи осадков методом геоакустического профилирования;

3) собрана базовая информация по расположению на дне конкреций, мега-макрофауны по данным донного фототелепрофилирования;

4) выполнен пробоотбор осадков для химических и биологических исследований;

5) установлены донные буйковые станции, состоящие из седиментационных ловушек, измерителей течений и трансмиссиометров в пределах изучаемой территории;

6) выполнено крупномасштабное нарушение осадков дисторбером на площади 150 x3000 м;

7) проведено горизонтальное профилирование гидрозондом с розеттой в придонном слое водной толщи для улавливания «облака» взвеси;

8) выполнено картирование «облака» взвеси и толщины переотложенных осадков, используя данные седиментационных ловушек, трансмиссиометров. измерителей течений и донных фотографий;

9) выполнен химический и биологический анализ проб осадков, взвесей, конкреций, морской и поровой воды.

Часть 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В РУДНОЙ ЗОНЕ ОКЕАНА

3.1. Особенности гидрофизического режима бентической экосистемы и основные факторы ее изменчивости

Гидрофизические характеристики придонного слоя воды оказывают влияние на процессы седиментации в океане. Изменения в поле температуры и (или) солености ведут к изменениям в поле плотности, что изменяет характеристики плавучести взвешенных частиц, вследствие чего увеличиваются или уменьшаются скорости их оседания. Но главным фактором, контролирующим процессы реседиментации, является характеристика поля течений у дна: величина, направленность, изменчивость во времени и в пространстве.

Данные седиментационных ловушек и трансмиссиометров, поднятых после буксировки дисторбера показали, что ловушки, установленные вблизи от зоны нарушения, «поймали» осадочный слой мощностью от 0,5 см и выше, в то время как в седиментационных ловушках, установленных на расстоянии 300 м, мощность составляла около 0,3 см. Судя по донным фотографиям и видеозаписям дна, основная масса осадка, по крайней мере ее тяжелые и крупные фракции, попадали на нарушенные участки дна, поскольку трещины и пустоты часто заполнялись новыми слоями осадка.

В то же время тонкие фракции взвеси, которые регистрировались датчиками трансмиссиометров, установленные вместе с измерителями течений на расстоянии от 400 до 500 м от крайних треков, свидетельствуют об их распространении в виде «облака» на эти расстояния и по всей видимости дальше. На рис. 3 четко просматривается роль придонных течений в направлении миграции этого «облака». Преобладающим направлением придонных течений было северное (279 - 360 °) и абсолютные величины скоростей составляли в среднем 3-4 см/с. Трансмиссиометр станции, расположенной к югу от нарушаемого участка, показал понижение прозрачности воды только в том месте, где вектор течения был направлен на юг, в то время как на станции к северу от нарушенного участка мы получили обширную зону замугнения придонной воды, мигрирующей также в северном направлении. Это хороший пример зависимости распределения и миграции осадочного «облака» от направления течений даже при такой их малой скорости.

Натурные измерения показывают, что поля температуры, солености и плотности у дна в абиссали океана весьма консервативны и практически не меняются за весь период наблюдений в исследуемом районе. Расчет распределения течений по рядам измерений показал, что по величине модуля вектора скорости около 82 % всех измеренных значений находятся в интервале 0 - 5 см/с, 17 -18 % значений попадает в интервал 5-10 см/си лишь единичные значения выходят за пределы этого интервала

; Г г - ■ 1 < >

11 1? 13 14 16 ¡в 17 18 18 го 21 22 23 24 25 2« Дат«

Рис. 3. Влияние придонных течений на миграцию седиментационного облака (В1Е-1, 1992 г.)

В рядах измерений наблюдаются длительные периоды, когда течение практически отсутствует, или величина скорости ниже чувствительности приборов (от 1 до 1.5 см/с). Максимальные значения скорости течений у дна составляют 10-15 см/с, а средние - 1 см/с. В отдельных рядах наблюдений такие периоды составляют 60 % продолжительности ряда. Низкие скорости движения водных масс в придонном слое, граничащем с осадками, в которых присутствует от 80 до 90% глубоководного бентоса, способствовали тому, что организмы не адаптированы к резким колебаниям скорости течения.

Фототелевизионная съемка в зоне эксперимента В1Е иллюстрирует низкую интенсивность переноса организмов течениями. Можно прогнозировать, что при возникновении мощных турбулентных потоков в процессе добычных операций легкоранимые организмы донной фауны станут жертвами искусственных придонных штормов.

Выполненные измерения свидетельствуют также о том. что течения, фиксируемые приборами, представляют собой результат суммарного взаимодействия, сложения и наложения колебаний различных периодов и амплитуд. Во временной изменчивости течений выделяются низкочастотные колебания с периодом порядка 60 суток и на их фоне инерционные и приливо-отливные суточные и полусуточные флуктуации. На всех этих частотах кинетическая энергия колебаний в меридиональном направлении выше, чем в

широтном, что свидетельствует о преимущественном переносе придонных вод и частиц взвеси в меридиональном направлении по сравнению с верхними слоями океана, где доминирует зональный перенос.

Горизонтальные составляющие вектора скорости течений контролируют ареал распространения взвеси, а вертикальная составляющая скорости течений либо способствует выпадению в осадок частиц взвеси, когда она направлена вниз, либо препятствует этому, когда она направлена вверх. В циклонических вихрях вертикальная составляющая скорости течений направлена вверх, и происходит подъем вод, а в антициклопических - опускание. Вертикальная составляющая скорости течений много меньше (на 2-3 порядка), чем горизонтальные составляющие, но и скорости оседания взвешенных частиц так же малы и сопоставимы с величиной вертикальной скорости воды. В случае, когда скорость оседания частиц окажется меньше, чем направленная вверх скорость воды, частицы вообще не смогут попасть на дно и под действием горизонтальных составляющих скорости течений могут оказаться в любой другой точке океана.

3.2. Физико-химический режим и биотические компоненты водной толщи

На полигоне были проведены несколько гидрохимических съемок с годовыми и месячными интервалами. Также была выполнена суточная станция с шестичасовой дискретностью наблюдений до глубины 200 м. Эти работы дали возможность получить представление о гидрохимической структуре района работ.

Наблюдения показали, что в фотическом слое суточная изменчивость основных биогенных элементов выражена довольно слабо, хотя и отмечается некоторая закономерность в колебании концентраций 02. РОЛ N03", йЮ32 , связанная с суточными ритмами биохимической деятельности биоты.

Результаты анализа биогенных элементов в волной толще показывают, что глубинные воды океана значительно богаче биогенами в сравнении с поверхностными. Этот фактор очень важен при прогнозировании нарушения фотической экосистемы при сбросе глубинных вод на поверхность при добычных операциях.

Сопоставление содержаний у| леводородов с биогенными компонентами (фосфатами, нитратами, нитритами, кремнекислотой) показывает определенную взаимосвязь этих параметров. Обратная корреляционная зависимость отмечается между метаном и нитратами с кремнекислотой. Иная закономерность наблюдается между содержанием метана и нитритным азотом. Оба эти параметра являются индикаторами окислительно-восстановительных процессов, происходящих в толще воды, и зависимость между ними прямая: полям максимальных содержаний метана соответствуют поля максимальных значений нитри тов.

Наблюдается также четкая отрицательная корреляционная связь между содержанием в воде углеводородов и кислорода. Участкам максимальных значений метана соответствуют поля минимальных значений кислорода.

Район наших исследований характеризуется, как и открытые районы Тихого океана, низким содержанием планктона (103 - 104 клеток/л). Вклад различных групп водорослей в образование обшей численности неравномерен, но определяется в основном тремя группами водорослей - диатомовыми, перидиниевыми и кокколитофоридами. Численность фитопланктона, в среднем для исследуемого района, составила 8870 клеток/л.

Вертикальная структура фитопланктона в исследуемом районе характеризуется наличием нескольких типов максимумов. Может наблюдаться один, два или даже три максимума фитопланктона. Как правило, максимум располагается в слое до нижней границы термоклина. Для перидиниевых и кокколитофорид характерен подповерхностный максимум, порядка 50 м, в то время как для диатомовых он заглублен на 50-100 м. Толщина трофогенного слоя в среднем по району составляет порядка 80 м.

Основная биомасса фитопланктона исследуемой части Тихого океана низка, как в выражении хлорофилла «а», так и в клеточной концентрации [El Stayed, Taguehis, 1979]. В среднем для района в слое 0 - 100 м биомасса составляет единицы и десятки мг в м3, а иногда десятые и даже сотые доли мг в м3.

Высокая чувствительность фитопланктона к изменениям внешних условий, таких как освещенность, содержание органических веществ и тяжелых металлов обеспечивает быструю реакцию на изменение этих параметров. Первым ответом на неблагоприятные условия будет изменение продукционной способности сообщества, а также пигментного состава. Контроль этих параметров дает возможность следить за состоянием фитопланктонного сообщества.

Для исследуемого района было отмечено более 200 форм зоопланктонноло сообщества, их которых 111 определено до вида, а остальные до более крупных систематических единиц. Доминирующей группой во всем многообразии зоопланктоны являются ракообразные, на которых приходится 102 определенных вида

При рассмотрении основных закономерностей распределения зоопланктона, основное внимание уделялось именно этой группе, учитывая ее многообразие и значимость.

В количественном отношении основных групп зоопланктона в среднем для района на копепод приходится 90 % общей численности и 70 % биомассы зоопланктона.

Таким образом, зоопланктон исследуемого района характеризуется значительным видовым разнообразием с преобладанием копепод над остальными группами.

Химический анализ тяжелых металлов в гидробионтах показал, что их накопление в организмах происходит в основном за счет питания. Исследованию подверглись нейстон, сейстон и рыбы.

Распределение металлов в органах и тканях рыб отмечались значительной неоднородностью и преимущественно локализовались в печени, жабрах и почках.

Тенденция убывания концентрации металлов в исследованных рыбах (макрель, акула, лоцман) выражается рядом Zn > Fe > Си > Pb > Mn > Cr > Cd.

3.3. Процессы миграции агрегатов полидисперсного осадочного вещества и скорости его осаждения

С борта НИС «Южморгеология» впервые проводились работы с американскими фотосистемами «Флакс-камера» и «Сервей-камера». Первая система служила для количественного определения потока агрегатов взвеси в водной толще и устанавливалась на дне как седиментационная ловушка. Нижняя стенка этой ловушки была прозрачной и через нее фотокамерой снимался процесс накопления взвеси в прозрачный сборщик осадка. Вторая система «Сервей-камера» медленно погружалась от поверхности до дна океана с непрерывной фоторегистрацией спектров количества и размерности взвешенных частиц в водном столбе (рис. 4).

1000

2000

3000

4000 Н. м 5000

Рис. 4. Средний диаметр агрегатов в толще воды (5 мм) по данным «Сервей-камеры»

Главный вывод из полученных результатов заключается в том, что даже в олиго-трофных водах Тихого океана основная масса взвеси присутствует в виде агрегатов и |

представляет собой очень хрупкие образования диаметром в среднем 5 мм.

Скорость погружения агрегатов слабо коррелирует с размером частиц, но лучше коррелирует с сухим весом или относительной плотностью.

При изучении агрегатного состава донных осадков установлено, что осадки в среднем на 80 % состоят из агрегатов размером 0.01 - 0.05 мм. а частиц размером менее 0,01 мм в нем всего порядка 3 %. По данным же гранулометрического анализа осадок более чем на #

80 % состоит из частиц менее 0.01 мм, причем преобладают тонкодисперсные фракции размерностью менее 0.005 мм, составляющие более 70 % Результаты исследований показывают. что основное структур! юе состояние как морских взвесей, так и донных осадков -агрегатное, причем агрегаты взвесей являются хрупкими и легко разрушаются, в то время как агрегат глубоководных донных отложений отличаются высокой стойкостью и их структуру можно нарушить только с применением силы струи мощного водяного насоса

Другой эксперимент, проведенный нами с использованием седиментацион-ной ловушки новой российской модификации «Лотос» показал, что в пробах взвеси находилось большое количество мало нарушенных планктонных организмов, причем среди панцирей радиолярий наблюдалось высокое (от 15 до 40 % и более) содержание карбонатных скелетов фораминифер и кокколитофорид.

В то же время осадки, на которых стояли ловушки (в 5 м от дна), практически не содержали карбонатного материала (С^ - от 0.02 до 0,08 %). Такой факт может свидетельствовать в пользу того, что карбонатные раковинки, попадая в «критическую зону карбонатонакопления», ниже глубины 5200 м, не успевают растворяться в воде и в значительной мере попадают на дно, где растворяются уже в составе донных осадков.

Другими словами, вопреки существующему мнению, роль «критической глубины карбонатонакопления» в воле практически ничтожна, на самом деле на дне происходит аутогенный гальмиролиз с декарбонизацией основной массы поверхностных осадков что, в свою очередь, приводит к относительному их обогащению кремнеземом и параллельно гидроокислами железа и марганца.

3.4. Донные осадки и их свойства как объект потенциального техногенного загрязнения морской среды

На рассматриваемых полигонах донные отложения представлены в основном бескарбонатными глинисто-радиоляриевыми илами.

Сравнение литологического состава колонок до и после проведения эксперимента показало существенные изменения в характеристике осадков.

Наиболее общими чертами изменения донных осадков в результате работы дисторбера являются нарушение верхнего горизонта осадков до 5 см и глубже по трассе движения аппарата (рис. 5) и отвал самого верхнего горизонта по обе стороны от движения дисторбера (рис. 6).

К северо-востоку от зоны нарушения признаки переотложенного осадка отмечены на расстоянии 1,2 - 1.3 км, в юго-восточном направлении такие признаки наблюдаются на расстоянии до 200 м (рис. 7).

Изучение агрегатного состава донных отложений показало, что до 66 % общего содержания глинистой фракции осадка образуют агрегаты размерности мелкого алеврита (0,05 - 0,01 мм) и в таком виде идет переотложение взмученного в процессе дис-торбции донного материала Главным компонентом песчано-алевритовой фракции является органический детрит, содержание которого колеблется от 52.90 до 95,43 %.

Оценивая корреляционную матрицу химических элементов в осадках полигона, можно выделить две группы элементов: первая группа - марганцевая, вторая - группа железа (рис. 8). В первую марганцевую группу входят кобальт, никель, медь и цинк, с которыми Мп имеет положительную корреляцию. Это типичная корреляционная связь между элементами в конкрециях и возможно, что присутствие в осадках большого количества микроконкреций сыграло здесь положительную роль.

Рис. 5. Участок дна со следами полозьев дисторбера (В1Е-И, 1993 г.)

Рис 6. Участок дна в зоне отвала грунта (В1Е-Н, 1993 г.)

Рис. 7. Зона переотложения осадка (В1Е-И, 1993 г.)

Изучение химического состава поровых вод отжатых осадков показало, что распределение биогенных элементов в поровой воде донных осадков от поверхности осадка до 30 см в глубину дифференцировано по площади, что связано с преобладающим влиянием тектонических движений на рельеф донной поверхности и распределение минерализующейся органики, переотложением седимента течениями, бентосными организмами (биотурбация) и осложнено процессом дисторбции.

3.5. Важнейшие бентические сообщества рудных полей и их реакция на нарушение осадочного слоя

В результате исследований было показано, что оптимальная мощность поверхностных осадков, которая должна быть обязательной для изучения в них <| глубоководного бентоса, составляет 10 см. Подсчитано, что 45 % мега- и мак-

рофауны обитает в верхнем 1 см слое осадка, а 80 % численности этой размерной категории животных находится в верхнем 5 см слое осадка. Эти же иссле-» дования показали, что от 82 до 96 % всего мейобентоса сосредоточено в верх-

нем 3 см слое осадка.

Мегафауна. К мегафауне относят животных крупнее 2 см, обычно хорошо видимых на донных фотографиях. Эти животные включают в себя формы, которые были хорошо известны из самых ранних работ по исследованию глубоководного дна.

га га огч гчгчичютттт со оооооооо оо о о о о о о ...............г-м HHHHM<NtN(N ГГ* гО ГО ГО ГО гО ГО

о о оо ооо»гдгчгчгмг>]|| • ■ I ■ • • • ■ п ■ > « • > ■ 1ЛЛ 1Л1Л1Л1ПОООО со о о о о о о

«Ч сЧ г-( »-м мммммм

ЕГг] N1/ мг/кг I I Со, мг/кг ШИВ Мп, мг/кг

Интервал осадка, см

а)

ГГЧЧМ С-1 С4 СЧ 1Л иШЛАЛАЛЛГО о о о о о сисссисо о о о о овооо

I < ' ' ' ' I I |1|11М11ННг1ННН ГЧЧ^ГЧЧЧ"^ О) ГО ГО го ГТТТП О О О СМ С^ОГТЧ'ЧХМ'ЧМ' I I 1 I I .................

ич 1л и"» ш 1Л ш есегхлл хэ о о о о оосоо

■ I II I I М I НМММ ОССЧЧЧ

ШШ МдО, %

Ма20, % ¡г^н1? АЭ, мг/кг Сб, мг/кг Рб / ^

Интервал осадка, см

б)

Рис 8 Распределение металлов в осадках 1 зоны нарушения по интервалам: а) - группа элементов марганца, б) - группа элементов железа

В их состав входят в основном представители типа иглокожих (ЕсЫпо<1егта1а), которые представлены морскими ежами, голотуриями, морскими звездами, офиурами и морскими лилиями, тип полухордовых червей и менее распространенные животные из класса ракообразных, типа моллюсков, а также различных видов придонных рыб и кальмаров.

На донных фотографиях участков морского дна со следами полозьев дисторбера, сделанных непосредственно после нарушения отсутствуют как животные эпифауны, так и их следы и продукты их жизнедеятельности (норы, холмы, фекальные выбросы).

Отмечено, что наибольшему влиянию подверглись животные, ведущие малоподвижный образ жизни и питающиеся поверхностной пленкой осадка. К этим животным относятся, в частности, полухордовые черви эхиурины (Echiurinae).

Исследование донных фотопрофилей спустя 7 лет после проведенного эксперимента, впервые позволили дать количественную характеристику мсгафауны нарушенных и контрольных участков.

Всего бьгло исследовано свыше 4000 фотографий глубоководного дна. полученных в 2000 г. Спустя столь длительный период уже не было возможности разграничения зон переотложенного осадка и ненарушенных участков. Однако, зона прохождения дисторбера и связанные с ней краевые зоны отвала, остались четко видны на фотографии. Поэтому все исследованные фотографии были разбиты на две категории - фотографии, сделанные в коридоре прохождения дисторбера (зона треков) и фотографии вне коридора (зона контроля).

В результате можно отметить, что, спустя 7 лет после нарушения глубоководных осадков в зоне наибольшего воздействия (механическое нарушение), численность животных мегафауны, питающихся поверхностной пленкой осадка, остается ниже численностей этих животных на прилегающих территориях.

Макрофауна. Макрофауна глубоководных районов океана (размерный класс бентоса от 0,3 мм до 20 мм) до сих пор остается малоизученной. Исследования последних десятилетий показали, что на больших глубинах существует огромное видовое разнообразие этого размерного класса глубоководного бентоса, несмотря на то. что он занимает местообитание с низким содержанием пищи.

Наиболее часто встречаемыми животными макрофауны является класс мно-гощетинковых червей - Polychaeta. В зоне переотложения на всех станциях присутствовали таксоны - Polychaeta, Isopoda, Tanaida.

Из девяти таксонов животных, обнаруженных в зоне прохождения дисторбера, на всех станциях, были обнаружены те же три таксона - полихеты, изоподы и танаиды.

Исходя из встречаемости различных таксонов животных макрофауны в районе проведения глубоководного эксперимента по нарушению бентоса, можно отметить, что наибольшее разнообразие животных отмечалось в зоне контроля. Это участок глубоководного дна, не подверженный нарушению. Здесь было отмечено 16 таксонов животных.

Мейофауна. Мейобентос состоит как из многоклеточных (Metazoa) - нематоды, гарпактициды и остракоды, так и из одноклеточных (Protozoa) животных, таких как фораминиферы (Foraminiphera).

Общая численность мейобентоса на различных станциях колебалась в пределах от 6,7 до 394,2 экземпляров/10 см2, т.е. значения отличались на два порядка величин.

По плотности поселений в большинстве проб доминирующей группой были нематоды, составлявшие 80 - 90 % от общей численности мейобентоса. Второй по обилию группой были гарпактициды (5-7 %) и личинки веслоногих рачков (3-4 %).

Средние количественные соотношения между доминантными и субдоминантными таксонами в обшей численности мейобенюса практически не менялись в пробах с различными плотностями конкреций. Это позволяет сделать вывод о том, что основная структура сообществ мейобентоса в меньшей степени зависит от такого абиотического фактора, как наличие твердого субстрата - конкреций.

Самый бедный таксономический состав мейобентоса был найден в полосе дисторбции.

Через 7 лет после дисторбции условия жизни мейобентоса в полосе дисторбции и в районе рессдиментации стали сопоставимыми с таковыми на контрольном участке, который не подвергался стрессовому воздействию (рис. 9).

□ Прочие

■ Harpactícoída

■ Nematoda

Рис 9. Процентное соотношение (по численности) мехеду доминирующими группами мейобентоса на станциях разных категорий в пределах полигона В1Е-Н, 2000 г. (через 7 лет после дисторбции):

О - зона дисторбции, Я - зона реседиментации, С - контрольная зона

Конкреционная фауна. Особое внимание нами было уделено исследованию бснтосных организмов на самих конкрециях. Полиметаллические конкреции фактически являются средой обитания уникального сообщества, резко отличающегося по своему качественному и количественному составу от сообщества окружающих глубоководных осадков.

Конкреционную фауну можно условно разделить на две группы. Первая -это животные относительно крупных размеров (видные невооруженным глазом), прикрепленные к поверхности конкреций (сессильная фауна). К ним относятся морские лилии, актинарии, горгонарии, различные губки, ксенофеофоры, полихе-ты в трубках и фораминиферы и др. На рис. 10 представлен типичный представитель крупной конкреционной фауны - ксенофеофора.

Рис. 10. Железомарганцевая конкреция с различными представителями прикрепленной глубоководной фауны

Вторая группа - это животные, обитающие в трещинах и углублениях конкреций, заполненных осадком. По своему размерному составу животные этого сообщества можно условно отнести к мейофауне и макрофауне. Общая численность животных на одной конкреции достигала 170 экземпляров.

Таким образом, исследования бентоса, проведенные в рамках программы В1Е, позволили получить важную информацию о таксономстрическом составе, количественных характеристиках и пространственно-временном распределении донных животных. Несмотря на таксонометрическое разнообразие, состав сообщества глубоководной фауны меняется от одного участка к другому весьма незначительно: как оказалось, такие факторы как батиметрия и пищевое поступление не оказали серьезного воздействия на филогенетический баланс; животные донной фауны рассматриваются как основной параметр по определению влияния модельного эксперимента добычи ПМК на бентическ\ю экосистему. Именно па основе таких параметров, как численность, биомасса и видовое разнообразие животных определяется степень воздействия нарушения и восстановления после него.

Часть 4. ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ДОБЫЧНЫХ РАБОТ НА ГЛУБОКОВОДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНКРЕЦИЙ

4.1. Исследовательская деятельность, не предполагающая серьезной экологической опасности

На базе имеющейся информации перечисленная ниже научно-исследовательская деятельность вне зависимости, проводится ли она до или в процессе фазы экспериментальной и промышленной добычи, не считается потенциально опасной для морской среды и в дальнейшем не требует экологической оценки:

1) гравиметрические или магнитометрические измерения и наблюдения;

2) донное акустическое и электромагнитное профилирование без применения взрывных устройств;

3) лимитированный отбор проб осадков, при котором используются трубки, дночерпатели или драги;

4) отбор проб воды и биоты батометрами и биологическими сетями;

5) метеорологические наблюдения и измерения;

6) океанологические наблюдения и измерения;

7) пробоотбор бокскорером, мультикорером, трубкой малого диаметра или дночерпателем для определения геологических или геотехнических свойств морского дна;

8) теле- и фотонаблюдения и измерения;

9) опробирование и анализ проб на борту судна;

10) позиционирование систем, включая донные акустические маяки-ответчики.

4.2.. Добычная деятельность с потенциальной экологической опасностью

Синтез результатов экспериментальных работ, выполненных нами в океане и изложенных в части 3, с результатами работ зарубежных исследователей [A.F. Arnos et al, 1973; J.L. Bischoff, R.J. Rosenbauer, 1976; D.B. Schein 1987; M.D. Lilley et al, 1995: D.C. Cronan, 1998; J. Konig et al, 1998; C.R. Smith, 1998] позволил сформулировать прогнозную оценку экологических последствий добычных работ на глубоководных месторождениях полиметаллических конкреций.

При сбросе донных осадков в поверхностный слой воды можно прогнозировать образование облака взвеси, скорость осаждения которого зависит от агрегатного состава, физико-химических условий окружающей среды и динамики вод. Тонкие фракции взвеси, особенно коллоидной и субколлоидной размерностей. держа!Ся на поверхности океана длительное время. Поверхность океана и тонкий слой соприкасающейся с пей атмосферы представляют собой микроэкосистему, функционирование которой определяется обменными процессами твердых, жид-

ких и газообразных фаз. Изменение оптических свойств воды лимитируется проникновением солнечной радиации, оказывая отрицательное влияние на фотосинтез, первые звенья пищевой цепи и продуцирование кислорода.

Предварительные данные показывают, что взвесь влияет на темпы деления одноклеточных водорослей, их размер и подвижность. При осаждении она увлекает за собой часть планктонных водорослей. Минеральная взвесь оказывает механическое воздействие на зоо- и ихтиопланктон. При заглатывании взвеси уменьшается его плавучесть и кормовая ценность заглатываемой пиши. Возможно также засорение жабер молоди и икринок частицами взвеси. Наблюдается засорение органов фильтрации зоопланктона, замедление его роста.

Частицы взвеси служат биотопами для микроорганизмов. Увеличение площади и наличие биогенных элементов способствует бурному развитию микроорганизмов и снижению содержания кислорода, что отрицательно повлияет на следующие уровни пищевой океанской цепи.

Сорбированное на взвеси органическое вещество используется организмами-фильтраторами как источник пищи. Дополнительное количество взвеси может воздействовать на круговорот вещества и энергии в районе добычи полиметаллических конкреций и привести в итоге к смещению установившихся детритно-биотических связей.

Если конструкция добычной техники предусматривает возвращение осадочного материала на дно по одному из двух трубопроводов, то физический стресс на бентосные организмы резко возрастет. Если же двухтрубная добычная система будет работать по замкнутому циклу, то отмеченная выше стрессовая ситуация на бентос исключается. Однако такой вариант экологически рационален в том случае, если отсепарированная взвесь в виде брикетов одновременно с конкрециями будет транспортироваться на береговые промышленные предприятия в качестве технологического сырья. Если же этот вариант окажется не рентабельным и сброс отходов придется осуществлять на дно, то целесообразнее это сделать в бентиче-ской области по следу проходящего коллектора, поскольку в бороздах бентиче-ские организмы уже будут физически уничтожены.

Кроме неизбежных потерь возможны другие ситуации, вызывающие опасения: просачивание пульпы из отдельных блоков добычной системы, потери при перегрузке конкреций на рудовозы в море, аварии во время работы добычной системы.

Одна из наиболее вероятных аварийных ситуаций связана с движением вверх по трубопроводу конкреций с разной плотностью. Менее плотные могут «догонять» конкреции более тяжелых разновидностей, образуя в трубопроводе пробку. В этой ситуации конструкцией системы предусмотрен аварийный сброс засасываемого материала (конкреции, пульпы и воды) через аварийный клапан, установленный на трубопроводе на глубине 1800-2000 м от поверхности океана. Одновременно должен сработать аварийный клапан и в нижней части трубопровода. Аварийный разовый сброс составит несколько сотен тонн донного материала.

Если поступающая на поверхность вместе с конкрециями пульпа не будет сепарироваться, например при дражно-ковшовом варианте добычи, то после ее сброса в верхних горизонтах водного столба произойдет замутнение фотического слоя, что повлечет за собой угнетение фотосинтетических процессов. Сброс пульпы ниже пиноклина не всегда гарантирует сохранность прозрачности фотического слоя, поскольку в результате циклонических круговоротов, когда вертикальная составляющая движения водных масс направлена вверх, возможно нарушение стратификации водного столба и проникновение пульпы в его самые верхние горизонты.

Можно прогнозировать и другие опасные явления, связанные с поступлением холодной придонной воды с температурой 1-4 °С в зону фотосинтеза, где температура воды от 26 до 28 °С. Этот вопрос еще достаточно не изучен, поэтому не ясно, как быстро эти воды будут перемешиваться и на сколько градусов понизится температура в зоне фотосинтеза. Проблема заключается в том, что большая часть планктонных организмов может существовать в очень узком интервале температур и строгом газовом режиме. Экспериментально установлено, что при добавлении 3 л глубинной воды к 1 м3 поверхностной воды среда обитания для микроорганизмов поверхностного слоя становится критической.

Одним из главных воздействий добычной деятельности на глубоководный бентос будет переосаждение осадка. Вблизи добычного устройства он будет осаждаться голст ым слоем и вызовет захоронение бентосных организмов на глубину в несколько сантиметров. На более отдаленных расстояниях от добычного устройства (в масштабе нескольких километров) он будет переосаждаться на морское дно более тонким слоем и также захоронит поверхностные частицы первичного осадка.

Какие же будут возможные биологические последствия или воздействия при переосаждении осадка?

Первым возможным воздействием добычи конкреций на биосистему будет проблема с питающими бентос веществами, находящимися в поверхностных донных отложениях и во взвеси. Иными словами, произойдет уменьшение пищевых частиц для животных-фильтраторов, кормящихся на разделе осадок-вода. То же самое справедливо для животных, питающихся частицами из водной толщи. Если создать шлейф осадка, то это приведет к очень быстрому нарушению их структуры кормления. В такой бедной кормом среде этот эффект, вероятно, распространится широко и остро. Если он проявится в очень широких пространственных масштабах, а скорости рассеивания животных очень низки, то легко представить себе нарушение, которое вызовет видовое вымирание.

Второй масштабный эффект воздействия добычи на бентос в пространстве -это погребение. Если переосадить достаточно много осадка, то захоронение этих очень маленьких животных произойдет глубоко, так что они не смогут выйти на поверхность для кормления.

Третьим биологическим эффектом является удаление поверхностных осадков. конкреций и связанных с ними животных на непосредственно разрабатываемой площади, по которой проходит сборщик конкреций. Если добыча является

крупномасштабной операцией, то очевидно, что огромные площади морского дна подвергнутся воздействию фактического изъятия конкреций вместе с конкреционной фауной.

При прогнозировании нарушения гидрохимической структуры океана можно представить сценарий, когда утечка через трубопровод во время подъема пульпы, состоящей из конкреций, осадка и воды, с морского дна в промежуточные воды океана вероятно будет минимальной и, следовательно, химические эффекты здесь во время подъема конкреций на поверхность тоже будут минимальными. Однако они могут проявиться, если обработанные или необработанные отходы от любой сепарации конкреций на борту судна будут откачиваться назад в море. Эффекты в поверхностной воде от такой операции рассматривались выше. Здесь рассматриваются эффекты в промежуточной толще воды от такого сброса, вызванные либо погружением сброшенного на поверхности материала, либо материалом, закачиваемым в море на определенной глубине.

Прогнозируется, что при добычных операциях по мере осаждения осадка через зону кислородного минимума может ускориться бактериальный метаболизм до такой степени, что зона кислородного минимума может перейти в анаэробную. При этих условиях элементы в растворе будут вести себя иначе в сравнении с тем, как они вели себя в аэрированных водах.

Любая сброшенная на поверхность фаза добычи конкреций - тонко измельченные частицы марганцевых конкреций и, в частности, окислы марганца, которые они содержат, будет растворяться, погружаясь через зону кислородного минимума (рис. 11). Литогенные фазы, такие как алюмосиликаты не претерпят больших изменений за исключением возможной десорбции адсорбированных элементов. Карбонат кальция должен быть минимальным в отходах, поскольку он был поднят со дна. Растворение биогенного кремния возможно, но не прямо в зоне кислородного минимума.

Растворение марганцевых окислов в зоне кислородного минимума будет высвобождать не только марганец, но и микро- и следовые элементы, которые эти фазы содержат в повышенных концентрациях. Они будут налагаться на естественное увеличение растворенного марганца в зоне кислородного минимума. Развитие анаэробии в зоне кислородного минимума будет приводить к большему растворению окиси марганца, как это происходит, например, в Черном море при постоянной стагнации и в Балтийском море при эпизодической стагнации. Когда растворенный кислород снижается до 2,0 мл/л и ниже, концентрации растворенного марганца начинают увеличиваться, а адвективные диффузные процессы перемещают его в более насыщенные кислородом воды, где он будет осаждаться. Наоборот, нет доказательства растворению железа в заметных количествах в субаэробных (субокисных) открытых океанических водах, по крайней мере, нет в зоне Кларион-Клиппертон Тихого океана.

Водная толща

Донные осадки

'..... 1000 м

д Зона фотосинтеза Термоклин, пикноклин

Мп2* растворенный ^ Слой кислородного минимума (СКМ)

Диффузия кислорода в осадки из придонной воды

0см

Высокоокисленный «кислородный» 5 см слой осадков (Е(1 + 600 мВ)

Рис. 11. Наиболее «ранимые» геохимические зоны океана при добычных операциях

Из сказанного выше ясно, что погружение отходов добычи конкреций в зону кислородного минимума будет приводить к большему химическому изменению этого материала, чем в поверхностном и перемешанном слоях над термоклином. Поэтому ясно, что поскольку сброс отходов, содержащих конкреции и ресуспенди-рованные марганцевые микроконкреции, является неотъемлемым элементом любой добычной операции, последствия будут меньшими, если эти отходы будут сбрасываться ниже зоны кислородного минимума. Утверждение, чго большая опасность может возникнуть при глубинном сбросе, чем при мелководном (поверхностном), поскольку естественные процессы агрегирования в поверхностных водах не будут действовать во время глубинного сброса, не учитывает возможное растворение сформированных на поверхности агрегатов в зоне кислородного минимума.

Сброс отходов добычи конкреций ниже зоны кислородного минимума не будет по всей вероятности полностью свободным от возможно вредных последствий. Течения и адвективно-диффузные процессы, по-видимому, будут перемещать шлейф отходов и вертикально и латерально. первое особенно тогда, когда существует разность температуры и плотности между отходами и морской водой, в которую они были сброшены. Растворение корпускулярных фаз в шлейфе, как можно ожидать, будет не ниже, чем в поверхностных водах или в глубинных придонных водах, где будет осуществляться добычная операция.

Чем глубже отходы добычи конкреций осаждаются под зоной кислородного минимума, тем меньшее влияние они будут иметь на большей части водной толщи, при условии, что отходы имеют нейтральную плавучесть (или плотнее воды, в которую они сбрасываются). Если сброс осуществляется вблизи дна, будут иметь место взаимодействия с нефелоидным слоем. Сброс на дно над выработанной частью добычного участка вероятно не будет химически более вреден, чем нарушение осадка, вызванное самой добычей конкреций, поскольку отходы не были химически обработаны и могли представлять собой наиболее экологически безопасный выбор избавления от них.

В процессе добычи вместе со взвесью будет сбрасываться определенное количество металлов, входящих в состав конкреций. Тяжелые металлы оказывают длительное воздействие на морскую биоту путем аккумуляции в пищевых цепях. Это влияние выражается в истощении зоопланктона, гибели личинок рыб. Механизм токсического воздействия тяжелых металлов на живые организмы заключается в ингибировании цитоплазматических и мембранных ферментов, в нарушении целого ряда биохимических процессов, включая адаптационные. Металлы не только накапливаются, но часто биологически «улавливаются» по мере прохождения в биогеохимических циклах и по пищевым цепям. Именно способность к биоаккумуляции - одно из наиболее типичных и опасных с экологической точки зрения свойств токсических металлов. Особенно настораживает образование ор-гано-минеральных комплексов металлов с гуминовыми веществами, имеющихся в донных осадках и воде. Такие комплексы легко проникают через клеточные мембраны гидробионтов и накапливаются в организме.

Донные осадки и придонный слой воды содержат достаточно большое количество биогенных элементов (фосфата, азота, кремния), которые входят в состав органического вещества (углеводы, белки, аминокислоты, гумусовые соединения, липиды). Распределение биогенных элементов зависит от интенсивности биохимических процессов, гидрологических факторов и скорости обменных процессов на границах раздела донные осадки - вода, атмосфера - океан, взвесь - вода. Подъем органических веществ потребует дополнительное количество кислорода для их окисления, которое будет лимитировано снижением фотосинтетических процессов. С другой стороны, присутствие биогенных элементов будет способствовать развитию фитопланктона. Лимитирующий фактор потребления биогенных элементов - снижение прозрачности воды и фотосинтеза. Очевидно, что сбрасываемые вещества повлияют на морские организмы различных трофических уровней прямым путем и через изменение химико-экологических показателей воды (БПК. газового режима, солености, температуры, рН, ЕЙ, оптических свойств воды, концентраций растворенного и взвешенного органического вещества, карбонатной, фосфатной, боратной систем).

При выполнении добычных операций естественно ожидать, что глубинная вода будет сбрасываться на поверхность океана. В отличие от поверхностной волы, глубинная содержит большое количество питательных элементов (нитратов, нитритов, фосфатов, силикатов). Поэтому, следует полагать, что глубинная вода

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА СПетербург ОЭ 300 акт

сильно повлияет на размножение и рост микроорганизмов, генерацию первичной продукции, включая фитопланктон в поверхностно слое. Особый интерес представляют виды фитопланктона, которые являются первичными продуцентами: если их сообщество теряет равновесие, другие биотические сообщества подвергнутся воздействию. Однако, поскольку было невозможно сбросить большие объемы глубинной воды в поверхностный слой, то полученных данных оказалось недостаточно для оценки и расчета воздействия добычных операций на поверхностный слой. Было решено сфокусировать внимание на изучении фитопланктона, который представляет собой наиболее уязвимые организмы.

В эксперименте по обогащению поверхностной воды глубинной исследовалось влияние последней на рост и воспроизводство фитопланктона. В частности, фитопланктон выращивали, используя различные объемы глубинной воды с целью оценить изменение концентраций биогенных элементов и изменение численности и состава сообщества.

Результаты этого эксперимента показали, что репродуктивная реакция фитопланктона на обогащение глубинной водой различна в зависимости от количества добавленной глубинной воды. При небольшом количестве добавленной глубинной воды количество клеток быстро достигает небольшого пика. По мере того, как объем глубинной воды увеличивается, для достижения пика требуется больше времени, вместе с тем и количество хлорофилла становилось больше. Кроме хлорофилла отмечались изменения концентрации питательных элементов. Исходя из этих результатов, можно сказать, что если глубинную воду сбрасывать на поверхность в процессе добычных операций, то концентрация питательных элементов увеличится, что повлечет за собой быстрый рост фитопланктона.

Однако эксперимент по обогащению проводился в искусственных условиях и не может точно отразить условия исследуемого района. Следовательно, невозможно определить, как другие биотические сообщества будут реагировать на нарушение баланса в сообществе фитопланктона при таком воздействии в естественных условиях. В процессе фактической добычи добавятся эффекты от низкой температуры глубинной воды и донного осадка, поднятого вместе с ней. Дальнейшие исследования дадут более реальные методики, приближенные к фактической ситуации, и позволят изучить более конкретное влияние на морскую среду и ее обитателей.

Опираясь на данные натурных наблюдений при нарушении осадков, можно прогнозировать следующий сценарий.

До нарушения донной экосистемы геохимическая граница раздела существует между аэробной (окисной) морской водой и аэробным (окисным) осадком. При удалении во время добычных операций верхнего высокоокисленного слоя, обогащенного гидроокисью марганца, сорбция диффундирующих вверх растворенных в поровых водах металлов, таких как никель, кобальт, молибден, цинк и медь, снижается и может привести к их значительной разгрузке в наддоную морскую воду (рис. 12).

^—Придонная вода

Горвзонш осадочного слоя

' Осм ' 10см ■ Як м

| 51км

I '

МП-до 4% Пороьис воды

С Потерчностнь-е яшкрепкн

Г, Толщина высокоокнсямшогослоя

К- (И-. до 600 мм)

Ь При срезе иоверьноетоого слоя раи-рузка мегадлоь черо! пороше порош уисличите* —Захороненные ишкрсиим

Рис. 12. Схема разгрузки растворенных металлов в поровой воде при

срезе поверхностного слоя осадков во время добычных операций

Вместе с вышеперечисленными металлами мигрировать в составе поровых вод в придонную морскую воду будут также растворенные формы самого марганца, но обогащенная кислородом придонная морская вода будет местом быстрого и интенсивного окисления двухвалентного марганца до четырехвалентного с образованием новых гидроокисей, способных хемосорбировать и соосаждать никель, медь, кобальт, цинк, молибден.

По расчетам, кислород из наддонной воды должен поступать в нарушенный в процессе добычных операций осадочный слой с глубины примерно 20 см (в сравнении с существующими 5 см) до горизонтов 125-150 см, причем окисный поверхностный слой будет формироваться в течение нескольких лет после его нарушения. Кислородная диффузия в субокисный осадок будет очень интенсивной и может достигнуть горизонта 10 см в течение первого года после нарушения.

Восстановление устойчивой поверхности осадка, обогащенного окисью марганца, в течение пяти лет снизит общий выход марганца до 3,5 мг/м2 в год.

Для остальных металлов диффузные потоки будут более слабыми и определяться их концентрациями в поровой воде и коэффициентами диффузии. Среднегодовые потоки, обусловленные диффузией из поровой воды, будут в количественном выражении такими же, как и при непосредственно высвобожденных в результате ресуспензирования окисного слоя.

Таким образом, предполагается, что возможность серьезного экологического воздействия должна быть большей на морском дне и на глубине зоны сброса добычных хвостов и сточных вод и ниже. Из-за возможности экологической опасности на глубине зоны 1000 м от поверхности моря строго рекомендуется, чтобы сбросы выпускались ниже глубины слоя кислородного минимума.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многолетние исследования автора по геохимии и геоэкологии рудных элементов (Ре, Мп, Си, Со, Т.п. РЬ, Мо и др.) в современных морских и океанских бассейнах привели к выводу, что в природе существует глобальный геохимический и геоэкологический диполь, на крайних полюсах которого генерируются максимальные концентрации этих элементов. Один из полюсов диполя располагается в резко восстановленной зоне, а другой - в глубоководной резко окисленной зоне Мирового океана. Эти зоны также являются антиподами в экологическом аспекте.

Глубоководная океанская экосистема в местах локализации полиметаллических конкреций является уникальным сбалансированным и равновесным природным образованием, которое формировалось в специфических условиях продолжительное геологическое время.

Из-за низких скоростей придонных течений (1-2-3 см/с), отсутствия волнений, которые существуют на поверхности океана, и практически не меняющейся температуры (1-2 °С) бентические организмы очень ранимы, они не имеют твердых панцирей и легко поддаются физическим травмам или даже массовой гибели. Поэтому, во время искусственного их нарушения и изучения последствий этого нарушения (мониторинга) необходимо следить за изменением естественной среды их обитания с помощью замера необходимых параметров для проведения четкой границы их гибели и выживания между искусственными и естественными стрессами.

Концепция экспериментального моделирования добычного процесса базируется на положении о необходимости спровоцировать звенья экосистемы на ответную реакцию.

Исследования показали, что при любом способе добычи наиболее уязвимым звеном будет бентическая экосистема, поскольку в процессе добычных операций будут нарушены геохимические барьерные зоны на границе сред «осадок-вода» и сбалансированные и равновесные биологические сообщества.

Воздействие добычного процесса на глубоководный бентос происходит как в результате непосредст венного физического уничтожения и погребения животных под слоем переотложенных осадков, так и за счет изменения содержания съедоб-

ной органики в поверхностном слое осадка - основного источника пищи бентос-ных организмов.

Если, по прогнозной оценке, организмы мега-, макро- и мейобентоса в процессе реколонизации смогут восстановить свою численность без потерь таксономии от двух до нескольких десятков лет, то конкреционные организмы могут оказаться в более сложной ситуации, вплоть до исчезновения их некоторых видов.

Нарушение и выемка в процессе добычи в больших количествах поверхностного самого окисленного слоя, где ЕЬ достигает максимальных величин в 600 мВ, может в корне изменить равновесную систему: «окисленные осадки - окисленная придонная вода», подпитываемая кислородом из заглубленных антарктических вод. В этом случае прогнозируется разгрузка металлов в придонную воду из по-ровых вод, лишенных высокоокисленного барьера. Растворенные и вновь хемо-сорбированные марганцем металлы в составе придонных вод, поднятые на поверхность океана и сброшенные в зону фотосинтеза, способны повлиять на генерирование первичной продукции.

Доказано, что железо стимулирует рост фитопланктона, а другие тяжелые металлы, поглощенные фитопланктоном, попадут в питательную цепь организмов фотической и мезопелагической зоны. В самой водной толще океана наиболее ранимыми являются упомянутая зона фотосинтеза, куда будут сброшены в составе придонной воды высокие содержания биогенных компонентов (нитраты, фосфаты, кремнекислота), которые могут привести к бурному развитию фитопланктона и замутнению фотического слоя. С другой стороны, низкая температура придонной воды, сливаемой на поверхность океана, может сковать процесс жизнедеятельности и генерации самого планктона.

Второй критической зоной водной толщи является слой кислородного минимума, расположенного под термоклином (пикноклином). Фоновая концентрация кислорода в этом слое составляет менее 1-2 мл/л. Дополнительные количества кислорода, потребующиеся на окисление оседающего отмершего планктона и органического вещества, сорбированного на минеральных частичках взвеси, могут привести к резкому снижению и без того низкого количества кислорода, вплоть до создания анаэробной зоны. В этом случае опускающаяся обломочная суспензия марганцевых конкреций, выброшенная в воду в составе отходных «хвостов», приведет к восстановлению четырехвалентного взвешенного марганца в растворенную двухвалентную форму вместе с ассоциированными с марганцем металлами. Огромные дополнительные порции растворенных металлов выносятся вертикальными циклоническими потоками морской воды в зону фотосинтеза и могут вой I и в процессе генерирования первичной продукции во всю питательную цепь морепродуктов.

Крупномасштабная добыча конкреций без обоснованного применения природоохранных мероприятий может вызвать нарушение экологического равновесия в океане и иметь кратко- и долговременные последствия, включая снижение биологической активности экосистемы, разрушение среды обитания и пищевых связей морских организмов, накопление тяжелых металлов в промышленных морепродуктах, а также нарушение физико-химических процессов в водной толще и донных отложениях океана.

Таким образом, прогнозируются следующие основные нарушения экосистемы, вызванные добычей полиметаллических конкреций:

1) прямое воздействие на трассе движения коллектора добычной системы, где осадки и связанная с ними фауна будут раздавлены или рассеяны в шлейфе и удалены вместе с конкрециями;

2) захоронение или погребение бентической фауны вдали от участка сброса конкреций там, где оседает шлейф осадка;

3) заиление пищевых ресурсов для животных-фильтраторов и питающихся донными отложениями;

4) нарушение геохимической барьерной зоны - окисная (аэробная) морская вода - окисный (аэробный) поверхностный слой - будет замещен разделом -окисная (аэробная) морская вода - субаэробный (субокисный) осадок;

5) при отсутствии поверхностного высокоокисленного слоя осадков, обогащенных окисью марганца, сорбция диффундирующих вверх металлов, таких как никель, медь, цинк, свинец, кобальт, снижается и может произойти значительная разгрузка растворенных в поровой воде вышеуказанных элементов в придонную воду.

При сбросе осадков, «хвостов» - отходов в водную толщу прогнозируется:

1) снижение первичной продуктивности вследствие понижения прозрачности воды;

2) рост биоаккумуляции металлов в поверхностных водах;

3) гибель зоопланктонных видов;

4) опасные изменения в питательном рационе рыб и млекопитающих, вызванные перенасыщением осадками и микрометаллами;

5) воздействие тонкодисперсного осадка на бактериопланктон;

6) истощение кислородного резерва в слое кислородного минимума и возможное появление анаэробной зоны;

7) растворение тяжелых металлов в слое в зоне кислородного минимума и возможное их включение в пищевую цепь;

8) сброс непереработанных отходов добычи конкреций обратно в выработанные участки добычной площади возможно окажется выбором, который наиболее всего минимизирует его воздействие на толщу воды.

В заключение следует отметить, что технология и технические средства, а также научные результаты, полученные во время эксперимента В1Е, можно использовать не только при добыче конкреций, но и других твердых полезных ископаемых со дна океана (сульфидов. кобальтоносных корок, фосфоритовых конкреций и др.). а также нефти и газа

Список публикаций по теме диссертации

1. Пилипчук M Ф., Волков И. И. Распределение молибдена в современных осадках Черного моря //Докл. АН СССР. - 1966. - Т. 167. - № 5. - С. 1143-1146.

2. Пилипчук М.Ф., Волков И. И Вольфрам в современных осадках Черного моря // Докл. АН СССР. - 1966. - Т. 167. - № 2 - С. 430-433.

3. Волков И И , Пилипчук М.Ф. Соединения серы в осадках кислородной зоны Черного моря //Литол. и полезн. ископ - 1966. - №1. - С 66-77.

4 Пилипчук М.Ф., Волков И И. Молибден в воде Черного и Азовского морей // Геохимия -1967. - № 8. - С.525-530.

5. Пилипчук М.Ф., Волков И. И. Геохимия молибдена в Черном море // Литол. и полезн. ископ. - 1968. - № 4. - С. 5-27.

6. Пилипчук М.Ф., Севастьянов В.Ф. Мышьяк в современных осадках Черного моря //Докл. АН СССР. -1968. - Т. 179. -№ 3 - С. 697-700.

7. Пилипчук М.Ф. Распределение титана в современных осадках Черного моря //Докл АН СССР. - 1968. - Т. 180.-№3.-С. 715-718.

8. Пилипчук М.Ф., Соколов В С. Германий в современных осадках Черного моря // Докл. АН СССР. - 1969. - Т. 185. - № 3. - С. 679-682

9. Соколова Е.Г., Пилипчук М.Ф. Распределение селена в современных осадках Черного моря//Докл. АН СССР. -1970 -Т. 193.-№3.-С. 692-695.

10. Пилипчук М.Ф. Распределение молибдена в воде Тихого океана //Геохимия -1971,-№2,- С.248-252

11. Пилипчук М.Ф. Некоторые вопросы геохимии молибдена в Средиземном море //Литология и полезные ископаемые. - 1972. - №2 - С 55-61.

12. Соколова Е.Г., Пилипчук M Ф. К геохимии селена в отложениях северо-западной части Тихого океана//Геохимия. - 1973. -№ 10. - С. 1537-1546.

13. Волков И И, Соколова Е.Г., Пилипчук М.Ф, Тихомирова A.A. Молибден в водах Атлантического океана и Средиземного моря //Геохимия. - 1973. - № 3. - С. 395-403.

14. Pilupchuk M, Volkov I. Behavior of molybdenu in processes of sediment formation and diagenesis in the Black Sea/Black Sea Geology, Chemistry, Biology. Oklahoma - USA -1974. - С. 542-553.

15. Волков И.И., Соколов В С., Соколова Е Г, Пилипчук М.Ф. Редкие и рассеянные элементы в осадках северо-западной части Тихого океана //Литол и полезн. ископ - 1974 -№2.-С. 3-21.

16 Маловицкий Я.П , Москаленко В H , Пилипчук М.Ф., Прокопцев H Г, Соколов B.C. 19-й Средиземноморский рейс НИС «Академик С Вавилов» //Океанология - 1974 -Т. 14,- №4 - С. 746-749.

17. Пилипчук M Ф. Новые данные о распределении мышьяка в воде Черного моря //Геохимия - 1974. -№ 2. - С 309-313

18. Маловицкий ЯП, Москаленко ВН, Пилипчук М.Ф., Прокопцев Н.Г., Соколов B.C. 20-й рейс НИС «Академик С. Вавилов» в Средиземное море //Океанология. - 1975. -Т. 15. -№2. -С. 353-356.

19. Пилипчук М.Ф. Геохимия мышьяка в Черном море /Гидрологические и геологические исследования Средиземного и Черного морей' Сб ст. Наука - М, 1975. - С. 305-320.

20. Пилипчук М.Ф., Соколова Е Г. К геохимии молибдена и вольфрама в донных осадках Тирренского моря//Геохимия. -1976 -№11.-С 1691-1700.

21. Маловицкий Я.П., Москаленко В Н , Пилипчук М.Ф., Прокопцев Н.Г., Соколов B.C. 21-й рейс НИС «Академик С. Вавилов» в Средиземное море //Океанология. - 1976. -№6. -С. 1132-1134.

22. Розанов А.Г., Волков И.И., Соколов B.C., Пилипчук М.Ф., Пушкина 3 В. Окислительно-восстановительные процессы в осадках Калифорнийского залива и прилегающей части Тихого океана (соединения железа и марганца) /Биохимия диагенеза осадков океана. -М.: Наука, 1976.-С. 136-170.

23. Шишкина О.В., Севастьянов В.Ф., Свальное В.Н , Пилипчук М.Ф. Геохимические исследования донных отложений восточной части Индийского океана//Океанология. - 1977. -Т. 17,- №4,-С.658-665.

24. Пилипчук М.Ф. Геохимический профиль через Центральный бассейн Средиземного моря /Тез. докл на 1-м съезде сов. океанологов - М.: Наука, 1977. - С. 130

25. Пилипчук М.Ф. Молибден и мышьяк как индикаторы современного осадкообразования (на примере Черного моря) /Палеография и отложения плейстоцена южных морей СССР. - М.: Наука, 1977. - С. 208-215.

26. Емельянов Е.М., Шимкус С.М , Лисицын А П , Пилипчук М.Ф. Геохимия поздне-четвертичных осадков Черного моря и черты его эволюции /Тез. докл. на 1-м съезде сов океанологов - М.: Наука, 1977. - С. 99-100.

27. Emelyanov Е. М., Lisitzin А. P., Shimkus К М., Pilipchuk M.F. et all. Geochemistry of late cenozoic sediments of the Black Sea, Leg 42B /Initial Reports of the Deep Sea Drilling Project, Volume 42, Part 2, Washington (US Government Printing Office). - 1978. - C. 543-605.

28. Пилипчук М.Ф. Молибден, вольфрам и селен в современных осадках Тирренского моря /Докл. АН СССР. - 1978. - Т. 239. -№ 1. - С. 203-206.

29 Пилипчук М Ф. Eh осадков по широтному профилю через центральный бассейн Средиземного моря//Докл АН СССР. - 1978. -Т. 243. -№6. -С. 1553-1555.

30 Пилипчук МФ, Головина М. С., Соколов В С Литолого-геохимические особенности современных осадков бортов каньона С фомболи//Литол иполезн ископ -1978 -№5 -С. 38-51.

31. Соколова Е Г., Пилипчук М Ф Селен в верхнечетвертичных отложениях Тирренского моря//Геохимия. - 1979. -№ 9. - С. 1374-1381.

32 Севастьянова Е.С, Пилипчук М Ф, Головина М С. Перераспределение фосфора в верхнечетвертичных осадках Ионического моря/Океанология -1979 -Т. 19 -№4.- С.666-673.

33. Емельянов Е.М , Пилипчук М.Ф. К геохимии молибдена и вольфрама в осадках Балтийского моря Геохимия -1979 -№4.-С 609-620.

34. Пилипчук М.Ф. Первые геохимические данные по предновоэвксинским глубоководным отложениям Черного моря //Литол. и полезн. ископ - 1980 - № 3. - С. 129-132

35. Пилипчук М.Ф. Редкие элементы в современном морском и океанском литогенезе /Тез докл 4 Всесоюзн. шк. морской геологии «Современные проблемы морской геологии». - 1980.-Т. 2 -С. 51.

36 Emelyanov Е. М., Pilipchuk М F. et at Fe and Mn forms in sediment in the geochemical profile of the Baltic Sea / Baltica - Vilnius. - 1982.-P. 153-171.

37. Емельянов E.M , Лисицын А П , Тримонис Э. С., Пилипчук M Ф. Геохимия позд-некайнозойских осадков Черного моря. - М . Наука, 1982. - 241 с.

38 Программа геохимических исследований при геологоразведочных работах в Мировом океане и на континентальном шельфе СССР / Г.Г. Ткаченко, А И Айнемер, С.И. Андреев, М Ф. Пилипчук, В.С Аплонов /Л.: Мингео СССР, 1983. - 31 с.

39. Пилипчук М Ф, Курилов П. И. Методические рекомендации по региональным геохимическим исследованиям в Мировом океане /Геленджик: ПО «Южморгеология», 1983 - 40 с.

40. Пилипчук М Ф , Курилов П И. Формы рудных элементов в осадках конкреционных полей океана /Тез. докл 6 Всесоюзн. шк. морской геологии «Геология океанов и морей». I. 3. - М.: Наука, 1984. - С. 93-94.

41. Пилипчук М.Ф. К вопросу о железомарганцевом конкрециеобразовании в океане /Тез. докл. 6 Всесоюзн. шк. морской геологии «Геология океанов и морей». - Т 3. - М.: Наука, 1984 -С. 91-92.

42. Корсаков О Д., Кругляков В.В , Лыгина Т.И., Пилипчук М Ф. и др Геохимические особенности железомарганцевых образований Индийского океана /Тез докл 27 Международ. геол конгресс. - М.: Наука, 1984. - Т. 3. - С. 26.

43. Круглякова Р.П, Корсаков О Д, Чаленко Л А., Пилипчук М.Ф, Шевцова Н Т. Лито-лого-геохимические особенности донных отложений в зоне локализации ЖМК в СевероВосточной котловине Тихого океана /И ¡учение вещественного состава железомарганцевых конкреций. Тр научно-техн. сотруд стран - членов СЭВ - Кутна Гора, ЧССР. - 1986. - С 62-74

44. Крумякова Р.П., Пилипчук МФ. Роль металлоорганических комплексов в концентрировании и массопереносе рудного вещества в океанических донных осадках / Тез докл. 7 Всесоюзн. шк. морской геологии Т. 3. Геология морей и океанов - М: Наука, 1986. -С. 199.

45. Курилов П.И., Пилипчук М.Ф, Денисов В Г, Савицкая НИ Рентгенофлуорес-центное определение железа и марганца в океанических железомарганцевых конкрециях /Тез. докл на 1 Всесоюзн совет по рентгеноспектральному анализу. - Орел, 1986 - С. 21.

46 Пилипчук МФ. Геолого-геохимические особенности формирования железомарганцевых конкреций в океане Вещественный состав железомарганцевых конкреций и условия их образования: Сб ст./ПО «Южморгеология» - Геленджик, 1986 - С 3-10

47. Пилипчук М Ф. Литолого-геохимические особенности формирования железомарганцевых конкреций /Тез докл Комплексные геолого-геофизические исследования в Мировом океане. Геленджик' ПО «Южморгеология» 1986. - С. 21-84.

48. Пилипчук М Ф., Круглякова Р.П , Корсаков О Д Литолого-геохимические особенности донных отложений в зоне локализации ЖМК в Северо-Восточной котловине Тихого океана/«Изучение вещественного состава железомарганцевых конкреций». Тр научно-техн сотруд стран - членов СЭВ. - Кутна Гора, ЧССР, 1986 - С. 62-74.

50. Прокопцев Г.Н., Пилипчук М.Ф. Механизм выделения рудных компонентов из базальтового расплава на дне океана /Сб. ст. Вещественный состав железомарганцевых конкреций и условия их образования: ПО «Южморгеолгия» - Геленджик. - 1986 - С. 11-17.

51. Кононков А А, Пилипчук М.Ф, Петрова Т.П. Минеральный состав железомарганцевых конкреций Тихого и Индийского океанов /Тез докл. Комплексные геол. - геофиз. исслед. в Мировом океане. - Геленджик : ПО «Южморгеология»; - 1986. - С. 24.

52. Пиковский Ю И., Круглякова Р.П., Пилипчук М.Ф. и др. Органическое вещество в железомарганцевых конкрециях пелагических районов океана /Докл. АН СССР. - 1987. -Т. 297. - № 3. - С. 700-703.

53. Пилипчук М.Ф., Герасимова Г.Н., Денисов В.Г. и др. Применение современных инструментальных методов изучения вещественного состава океанических руд и вмещающих сред в судовых условиях. /Тез. докл. на 3 съезде совет, океанологов. - М , 1987. - 26 с.

54. Пилипчук М.Ф., Круглякова Р.П. Геохимические процессы диагенеза осадков в рудных зонах Тихого и Индийского океанов /Тез докл 3 Тихоокеан. шк. по морской геологии, геофизике и геохимии «Геология Тихого океана» - Владивосток, 1987. - С. 33-34.

55. Пилипчук М.Ф, Круглякова Р П. Геохимия рудных элементов в раннедиагенетиче-ских процессах осадков в Северо-Восточной котловине Тихого океана. /Геохимия. - 1987. С. 75-84.

56 Пилипчук М Ф., Круглякова Р.П. Литолого-геохимические критерии формирования железомарганцевых конкреций /Тез. докл. 8 Междунар. шк. по морской геологии «Геология морей и океанов». Т.З. - М. - 1987. - С. 174.

57. Пилипчук М.Ф., Круглякова Р.П., Седышев В В. Роль биогенного фактора в процессе формирования железомарганцевых конкреций. /Сб. «Изучение вещественного состава железомарганцевых конкреций» /Тр. научно-техн. сотруд стран - членов СЭВ - Кугна Гора, ЧССР, 1987.-С. 109-116.

58 Пилипчук М.Ф., Пиковский Ю.И., Круглякова Р.П. Органическое вещество в железомарганцевых конкрециях пелагических районов океана //Докл. АН СССР - 1987. -Т. 297,- № 3.-С. 700-703.

59. Пилипчук М.Ф., Прокопцев Г.Н. О геохимической особенности рудообразования в тектонически активной зоне Центральной котловины Тихого океана /Те! докл 8 Всесоюзн шк морской геологии «Геология океанов и морей». Г 3. - М • Наука, 1988. - С. 181.

60 Пилипчук М Ф Комплексная программа экологического мониторинга в океане при проведении геологоразведочных и добычных работ на твердые полезные ископаемые /Геленджик: 11ПО «Южморгеология». 1988 -58 с.

61. Пилипчук М Ф. Круглякова Р.П., Герасимова Г.Н. и лр Инструментальный комплекс для изучения вещественного состава океанических руд в судовых условиях /Тез. докл. Всесоюзн. шк. «Технические средства и методы освоения океанов и морей». - М. -1989. - Т. 1.-С.213.

62. Пилипчук М.Ф, Ткаченко Г Г. Прогноз экологических последствий промышленной добычи железомарганцевых конкреций//Советская геология 1990 - № 12.-С. 121-127.

63. Pilipchuk M.F. The role of field and computer simulation in predicting the environmental impact of deep-sea mining /Report for UN Sea-law Tribunal and Authority Special Commission 3. - New York - USA, 1990 - 23 p.

64. Круглякова P П, Пилипчук М.Ф., Шевцова H.T. Термобарогеохимические исследования океанических конкреций /Геохимические исследования океанических железомарганцевых конкреций и вмещающих осадков Сб. ст. НПО «Южморгеология»: Геленджик, 1992.-С. 11-16.

65. Пилипчук М.Ф. Экспериментальное натурное и компьютерное моделирование природоохранных процессов и прогнозов при добыче глубоководных марганцевых конкреций в океане //Советская геология. - 1992. -№ 12, - С. 80-85.

66. Пилипчук М.Ф., Курилов П. И. Атомно-абсорбционное определение рудных элементов в железомарганцевых конкрециях /Геохимические исследования океанических железомарганцевых конкреций и вмещающих осадков. Сб. ст. - 1992. - С. 48-50.

67. Задорнов М.М., Кулындышев В.А., Пилипчук М.Ф. и др Требования к содержанию экологических исследований при производстве геологоразведочных работ на кобаль-томарганцевые корки Мирового океана /Кобапьтомарганцевые корки Мирового океана -М., 1996.-С. 215-230.

68. Требования к содержанию экологических исследований при производстве геологоразведочных работ на кобапьтомарганцевые корки Мирового океана /М.М. Задорнов, В А. Кулындышев, М.Ф. Пилипчук и др. /Кобапьтомарганцевые корки Мирового океана. -М„ 1996 -С. 215-230.

69. Demidova Т., Belyaev A., Pilipchuk М. et all. Mesoscale near-bottom water dynamics at test areas in the Clarion-Clipperton province /PACON 97 Abstracts Honolulu - USA -1997. - 9 p

70. Mesoscale near-bottom water dynamics at test areas in the Clarion-Clipperton province / T. Demidova, A. Belyaev, M.F. Pilipchuk and etc. /PACON 97 Abstracts Honolulu - USA, 1997.

71. Pilipchuk M., - Gloumov I., Ozthurgut E. BIE in the Pacific: concept, methodology and basic results / Proceedings of International Symposium on Environmental Studies for Deep-Sea Mining Tokyo. - Japan. - 1997. - P. 45-47.

72. The Ecological Impacts of the Joint U. S - Russian Benthic Impact Experiment /D. Trueblood, E Ozturgut, M F. Pilipchuk, I F Gloumov /Proceedings of the Second Ocean Mining Symposium. - Seoul - Korea, 1997. - P. 139-145.

73. The Ecological Impacts of the Joint U. S.-Russian Benthic Impact Experiment ID True-blood (USA), E Ozturgut (USA), M.F. Pilipchuk, I F. Gloumov /Proceedings of International Symposium of Environmental Studies for Deep-Sea Mining - Tokyo - Japan, 1997 - P. 237-243.

74. Trueblood D, Ozturgut E, Gloumov I., Pilipchuk M. The Ecological Impacts of the Joint U. S -Russian Benthic Impact Experiment /Proceedings of International Symposium of Environmental Studies for Deep-Sea Mining. - 1997. - Tokyo - Japan. - P.237-243.

75. Trueblood D., Ozturgut E., Pilipchuk M , Gloumov I. The Ecological Impacts of the Joint U. S -Russian Benthic Impact Experiment /Proceedings of the Second Ocean Mining Symposium. - Seoul. - Korea - 1997. - P.139-145

76 Пилипчук М.Ф. Крупномасштабные экологические исследования в рудной зоне Кларион-Клиппертон. /Разведка и охрана недр. - 1997. - X» 4. - С. 27-28.

77. Das S. К., Nagender В. Nath, Valsanga А. В., Raghukumar С., Murty V. S. N., Pronkin А, Pilipchuk М., Savin М. Benthic Disturbance and Impact Assessment Studies in the Indian Pioneer Area/Report for Department of Ocean Development. - New Delhi. India. 1998 -504 p

78. Demidova Т., Pilipchuk M., Yubko V. Near-eottom water dynamics at test areas in the northeastern tropical Pacific ocean /Proceedings, Ocean Community Conference /98 IEEE Marine Technological Society. - Maryland. - Baltimore. - USA. - 1998. - P.175-188.

79. Пилипчук M Ф. Научно-методические вопросы геоэкологического мониторинга /Геоэкологические исследования и охрана недр. - М, 1998. - Вып 3. - С. 3-7.

80 Пилипчук М.Ф., Аспер В. Новые методы изучения седиментационных потоков при проведении морских геоэкологических работ /Инф сб «Геоэкологические исследования и охрана недр». - Вып. 3. - М, 1998. - С. 7-11.

81. Пилипчук М.Ф. К вопросу о механизме формирования вещественного состава донных отложений Центральной котловины Индийского океана /Тез. докл. 8 Междунар. шк. морской геологии. «Геология морей и океанов». - Т. 1. - М, - 1999. - С. 339.

82. Пилипчук М Ф. Научно-техническая база ГНЦ ГГП «Южморгеологии» в решении экологических проблем Мирового океана /Гез. докл «Теория и практика морских геолого-геофизических исследований». - Геленджик: НИПИокеангеофизика -1999. - С. 169-170.

83. Пилипчук М.Ф., Аспер В. Новые данные об агрегатном составе взвеси и донных осадков глубоководных районов Мирового океана /Тез. докл. 8 Междунар шк морской геологии «Геология морей и океанов». Т. 1. - М. - 1999. - С. 140-141.

84. Пилипчук М Ф„ Глумов И. Ф., Озтургут Э, Трублат Д Совместный американо-российский эксперимент по опенке влияния процессов добычи полиметаллических конкреций на природную среду - концепция, технические средства и основные результаты /Тез. докл. 8 Междунар шк. морской геологии «Геология морей и океанов». Т 1. - М , 1999.-С 191-192.

85. Пилипчук М.Ф. Экологический эксперимент в зоне Кларион-Клиппертон Тихого океана по оценке влияния процесса добычи ЖМК на природную среду /Мировой океан Вып 1: Сб ст. - М, 2000 - С. 69-75.

86 Оценка состояния морской среды (гидрохимия воды и донных отложений) /М Ф Пилипчук, П.И Курилов, С.В. Крайний, и др - Геленджик, 2001. -С. 5-47.

87. Пилипчук М Ф. Геоэкологические проблемы освоения полиметаллических конкреций в глубоководных зонах Мирового океана /Тез. докл. Междунар. конф по геохимии биосферы -Новороссийск,2001.-С 238-239

88. Пилипнук МФ. Добычная деятельность в океане с потенциальной экологической опасностью /Тез докл. 7 Междунар конф по морским технологиям и техническим средствам «Современные методы и средства океанологических исследований». - M, 2001. - С. 124-125.

89. Пилипчук М.Ф. Экологические последствия добычи конкреций в глубоководных районах Мирового океана //Разведка и охрана недр - 2001. - № 8 - С. 32-36

90. Пилипчук M Ф. Экологические проблемы добычи захороненных полиметаллических конкреций в Мировом океане //Тез. докл. 2 Междунар. научно-техн конф - Геленджик: НИПИокеангеофизика, 2001. - С. 365-366

91. Пилипчук МФ. Проблемы происхождения и поиска захороненных полиметаллических конкреций в Мировом океане /Тез докл. 2 Междунар. научно-техн. конф. - Геленджик: НИПИокеангеофизика, 2001. - С. 361-365.

92. Пилипчук М.Ф., Курилов П. И. Состояние и перспективы развития лабораторно-исследовательской базы НИПИокеангеофизики //Разведка и охрана недр - 2001. - № 8 - С. 70-72

93. Pilipchuk M., Savin M. Characteristic Properties of Hydrodynamic Conditions in the Near-Bottom Layer of the Clarion-Clipperton Ore Zone of the Pacific Océan /International Journal of Offshore and Polar Engineering. - JC 245. - USA. - 2001,- P. 32-49.

94. Глумов И.Ф., Казмин Ю.Б , Пилипчук М.Ф. Геоэкологические проблемы изучения и освоения полиметаллических конкреций в глубоководных зонах Мирового океана /Под ред Пилипчука М.Ф. - М. - 2002. - 318 с.

Подписано к печати 2 03 01 Заказ № 015 Объем 2 0 уч -изд л Формат 60x90 1/16 Тираж 120 экз.

Редакционно-издательская группа ФГУДП "НИПИокеангеофизика" г. Геленджик, ул Крымская, 18

! j

f í ♦ »

В* Я « «il «I

Ti ¡¡

» i

* 4

♦ 1

s.- 1

»: «21 в ¿a,¿

Содержание диссертации, доктора геолого-минералогических наук, Пилипчук, Михаил Федорович

ВВЕДЕНИЕ.

Часть 1. ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНКРЕЦИИ МИРОВОГО ОКЕАНА -ВАЖНЕЙШИЙ ВИД МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ТРЕТЬЕГО ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ.

1.1. Месторождения полиметаллических конкреций и международно-правовые аспекты их освоения.

1.2. Характеристика основных рудных областей полиметаллических конкреций в Мировом океане.

1.3. Способы осуществления добычной деятельности и потенциальные добычные системы.

1.3.1. Эрлифтная и гидравлическая системы.

1.3.2. Замкнутая дражно-ковшовая система.

1.3.3. Другие перспективные варианты глубоководных систем.

1.3.4. Ожидаемый уровень добычной деятельности.

1.3.5. Добыча захороненных конкреций. Часть 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ НАРУШЕНИЯ ОКЕАНСКИХ ЭКОСИСТЕМ ПРИ ДОБЫЧНЫХ ОПЕРАЦИЯХ.

2.1. Концепция эксперимента В1Е и его технологическая структура.

2.2. Методика работ и технические средства эксперимента BIE.

2.2.1. Навигационно-гидрографичёское обеспечение.

2.2.2. Подводная акустическая навигация.

2.2.3. Геоакустическое профилирование.

2.2.4. Фотопрофилирование.

2.2.5. Постановка донных станций - измерителей течения.

2.2.6. Гидрозондирование.

2.2.7. Работа с имитатором добычной системы — дисторбером.

2.2.8. Работа с «флакс» и «сервей» камерами.

2.2.9. Установка седиментационных ловушек.

2.2.10. Радиоизотопные исследования.

2.2.11. Рентгеновские исследования.

2.2.12. Биологические исследования.

2.2.13. Химические исследования.". 2.3. Выполнение работ на экспериментальных полигонах.

2.3.1. Работы на полигоне BIE -1.

2.3.2. Работы на полигоне BIE -II.

2.3.3. Работы на полигоне JET.

2.3.4. Работы на полигоне BIE-ЮМ

2.3.5. Работы на полигоне INDEX.

Часть 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ В РУДНОЙ ЗОНЕ ОКЕАНА.

3.1. Особенности гидрофизического режима бентической экосистемы и основные факторы ее изменчивости.

3.1.1. Статистика исследуемых рядов

3.1.2. Временная изменчивость течений.

3.1.2. Спектральный анализ рядов наблюдений

3.1.4. Исследование отдельных колебаний в поле течений.

3.1.5. Временные ряды горизонтальной кинетической энергии на различных частотах.

3.1.6. Пространственная изменчивость течений и перенос водных масс

3.1.7. Изменчивость скорости течений по вертикали.

3.1.8. Придонный плотностной поток, его параметры, особенности распределения динамических характеристик, взаимодействие с препятствиями.

3.2. Физико-химический режим и биотические компоненты водной толщи.„.

3.2.1. Вертикальная структура распределения кислорода, щелочности и рН в водной толще и ее значение в уязвимости экосистемы при добычных операциях.

3.2.2. Биогенных компонентов (NO2, NO3, РО4, БЮз) в придонном слое на барьере «осадок-вода»

3.2.3. Распределение тяжелых металлов.'.

3.2.4. Распределение углеводородов.

3.2.5. Временная изменчивость гидрохимических характеристик.:.

3.2.6. Биотические компоненты водных масс толщи ^фитопланктон, зоопланктон, микроорганизмы, пигменты).'.

3.2.7. Накопление тяжелых металлов гидробионтами.

3.3. Процессы миграции агрргатов полидисперсного осадочного вещества и скорости его осаждения.

3.4. Донные осадки и их свойства как объекта потенциального техногенного загрязнения морской среды.

3.4.1. Классификация донных осадков.

3.4.2. Состояние донных осадков по истечении 7 лет после их экспериментального нарушения (гранулометрический, агрегатный, химический и минеральный состав)

3.4.3. Химический состав поровых вод осадков.

3.4.4. Газонасыщенность осадков.

3.4.5. Физико-механические свойства осадков.

3.4.6. Радиоизотопные исследования нарушенных и ненарушенных осадков.

3.5. Важнейшие бентические сообщества рудных полей и их реакция на нарушение осадочного слоя.

3.5.1. Мегафауна.

3.5.2. Макрофауна.;.

3.5.3. Мейофауна.

3.5.4. Сравнительная характеристика состояния сообществ мейобентоса на разных этапах эксперимента BIE - ЮМ (1994-1997 г.г.) и BIE (2000 г.).

Часть 4. ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПОСЛЕДСТВИЙ ДОБЫЧНЫХ РАБОТ НА ГЛУБОКОВОДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНКРЕЦИЙ.

4.1. Исследовательская деятельность, не предполагающая серьезной экологической опасности.

4.2. Добычная деятельность с потенциальной экологической опасностью.

4.2.1. Гидрофизические и седиментационные эффекты влияния на экосистему при добычных операциях.

4.2.2. Прогноз последствия нарушения гидрохимических структур вод океана.

4.2.3. Прогноз последствия нарушения геохимических барьерных зон при добычных операциях.

4.2.4. Прогноз последствий нарушения биологических равновесных систем в донных осадках при добычных операциях.

4.3. Обоснование и требования к главным параметрам и'технологии ОВОС.

4.3.1. Физическая океанография.

4.3.2. Химическая океанография.

4.3.3. Свойства осадков.

4.3.4. Донное биологическое сообщество.

4.3.5. Фотическое сообщество.

4.3.6. Требования к технологическим параметрам добычной системы.

4.3.7. Требования к заводской переработке конкреций.

4.3.8. Требования к выбору экспериментального и контрольного полигонов.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Теоретические основы, методика и практика геоэкологического обеспечения разведочных и добычных работ на глубоководных месторождениях полиметаллических конкреций в Мировом океане"

В. И. Вернадский - известнейший российский геохимик в своих работах отмечал, что создание разумного взаимодействия равновеликих геологических и антропогенных процессов дает возможность для научно обоснованного регулирования природопользования и жизнедеятельности. Однако огромные, все нарастающие темпы добычи и переработки минерального сырья, несовершенные технологии и слабое знание геохимической и экологической информации делают многие районы океана опасными из-за техногенного загрязнения.

Решение проблемы разработки экологически приемлемых и эффективных технологий добычи полиметаллических конкреций, обеспечивающих сохранение морской среды от недопустимых изменений, вызываемых деятельностью в районах добычи, в решающей мере предопределяет успешное развитие этой новой области индустрии. Поэтому комплексные исследования, направленные на изучение потенциальных экологических последствий глубоководной промышленной добычи и разработку мероприятий по их минимизации, являются приоритетными. Более того, в соответствии с требованиями конвенции МОД ООН такие мероприятия являются обязательными.

Об актуальности и приоритетности данной проблемы свидетельствует тот факт что, начиная с 1991 г. все страны - первоначальные вкладчики и потенциальные заявители, которым выданы лицензии или зарезервированы районы промышленных скоплений конкреций, обязаны проводить исследования с целью оценки экологических последствий освоения морских месторождений полиметаллических конкреций. Это регламентируется Резолюцией Третьей комиссии ООН по морскому праву (United Nations, Commission for Sea - Low Tribunal and Authority, Special Commission 3, SEA/1162, 15 August 1990, New York ), «Соглашением об осуществлении Части 11 Конвенции ООН по морскому праву» (документ ООН А / 48 / L. 60 от 22. 06. 94) и документы Международного органа по морскому дну (ISBA / С / 9 от 27. 08. 97), утвердившего план работ по разведке, предоставленным Российской Федерацией, Францией, Японией, Китаем, Индией и совместной организацией «Интерокеанметалл» (РБ, РК, РП, РФ, CP и ЧР).

Цель и задачи работы. Главная цель работы состоит в разработке и научном обосновании критериев оценки геоэкологических последствий добычи полиметаллических конкреций в Мировом океане.

Поставленная цель определяет основные задами:

1. Разработать научную концепцию и технологию проведения натурных модельных экспериментов по оценке экологических последствий добычи ЖМК.

2. Изучить особенности функционирования современной глубоководной (бентической) экосистемы ( структуру придонных течений, седиментационный поток, вещественный состав донных отложений, гидрохимический состав придонного водного слоя и норовых вод, вещественный состав и генотипы полиметаллических конкреций, таксономический состав, численность и биомассу мега-, макро- и мейофауны).

Все данные натурных экспериментов, проанализированные на единой комплексной основе фундаментальных наук, позволили с одной стороны, показать глубину научной интерпретации полученных данных, а с другой - сконцентрировать внимание на основных закономерностях проявления стрессовых симптомов глубоководной экосистемы при ее нарушении.

Таким образом, впервые на основе анализа большого фактического материала, полученного НПО «Южморгеология» совместно с организациями США, Японии, Индии и СО «Интерокеанметалл» автором разработана научная концепция комплексной оценки воздействия на окружающую среду при освоении морских полиметаллических руд, изучена ответная реакция экосистемы на ее нарушение и разработана комплексная технология ОВОС.

Выполненные впервые прецезионные исследования бентической экосистемы на больших глубинах конкреционных месторождений позволили выявить те ее свойства, которые могут играть решающую роль при добычных операциях: преобладающая направленность придонных течений, размеры фронтальных зон, придонные вихреобразования, плотностные потоки, степень насыщенности вод кислородом и биогенами, агрегатное состояние осадков и взвесей и его роль в массопереносе вещества, высокоокисленное состояние осадков на границе раздела сред, функциональные возможности донных биоценозов.

Защищаемые положения:

2. Главными элементами воздействия добычи полиметаллических конкреций на бентическую экосистему являются следующие: прямое воздействие на пути следования сборщика конкреций, когда осадки и связанная с ними фауна будут раздавлена и рассеяна в шлейфе осадка и потоке изъятых конкреций; повсеместное погребение фауны на сопредельных площадях, там, где осаждается осадочный шлейф; разубоживание в осадке пищевых продуктов фильтраторов и илоедов (причем последние два эффекта могут иметь для фауны более опасное последствие, чем их физическое уничтожение добычным коллектором), нарушение геохимических барьерных зон на границе осадок-вода.

3. Конкреции являются генетическим субстратом для существования собственного «конкрекционного» сообщества, которое по количеству видов не уступает сообществу донных осадков. Если, по прогнозной оценке, организмы мега-, макро- и мейофауны в процессе реколонизации смогут восстановить свою численность без потерь таксономии от двух до нескольких десятков лет, то конкрекционные организмы могут оказаться в более сложной ситуации, вплоть до исчезновения их некоторых видов.

4. Главными элементами воздействия на водную часть экосистемы при добыче полиметаллических конкреций являются: снижение первичной продуктивности, обусловленное затемнением фотического слоя в результате сброса отходов; биоаккумуляцию металлов в поверхностной воде вследствие сбросов отходов экспериментальной добычи; поглощение металлов фитопланктоном из поверхностного сброса; растворение и обогащение металлов в зоне кислородного минимума (ниже термоклина (пикноклина); воздействие сброса на морских млекопитающих; истощение запасов кислорода (особенно в зоне кислородного минимума), вызванное увеличением содержания бактерий и расходами на окисление органического вещества.

5. Для минимизации воздействия глубоководной добычи полиметаллических конкреций на экологию океана необходимо: сократить до минимума проникновение в осадок коллектора добычной системы; исключить нарушение более консолидированного субколлоидного осадочного слоя; снизить массу взмученного в придонном слое осадка; принудительно обеспечить высокую скорость осаждения осадка в шлейфе за добычным устройством; минимизировать массу транспортируемого осадка и переосажденных частиц к поверхности океана; снизить сбросы хвостов добычи в батиальных и абиссальных глубинах; уменьшить дрейф хвостов путем возможной коагуляции и увеличения скорости их осаждения.

Полученный массив базовых данных и их научная интерпретация, направленная автором по требованию Международного Органа по Дну (МОД) в их адрес, послужили матери&чом для создания юридических документов, регламентирующих работу международных организаций, в первую очередь - ООН. Разработанный комплекс мероприятий минимизирует риск возможных стрессовых ситуаций при полномасштабной разработке супергигантского поля металлических руд.

Объект исследования, вклад автора. В основе диссертации положен фактический материал, полученный автором в ходе экспериментальных и научно-исследовательских работ на НИС «Южморгеология», НИС «Академик Александр Сидоренко», НИС «17 съезд профсоюзов» в Мировом океане. Автору принадлежит выбор научного направления, постановка конкретных задач, организация и выполнение теоретических и экспериментальных исследований, получение основных результатов и их интерпретация. Автор был научным руководителем и начальником двенадцати национальных и международных рейсов в различные районы Мирового океана. В период 1970-2000 г. автор совместно с сотрудниками Отдела геохимии и экологии ГНЦ «Южморгеология» отбирал, анализировал и обрабатывал материалы десятков экспедиций, большинство из которых были посвящены морской экологии и геохимии. Автором непосредственно разработана научная концепция и научно-методическая основа природоохранных работ в океане. Созданный под его руководством банк данных и интерпретация этих данных использовалась для выработки международной стратегии проведения природоохранных экспериментов, а также разработки поисковых критериев морских руд. После доклада научной концепции природоохранных работ, связанных с добычей твердых полезных ископаемых в океане, на сессии № 3 Организации Объединенных Наций (Нью-Йорк, август 1990 г.) автор получил статус эксперта ООН по морской экологии. В сотрудничестве с учеными США, Германии, Японии и Индии автор участвовал в создании более десятка международных отчетов и документов, посвященных проблеме экологической безопасности при использовании добычных систем разных видов и их негативных последствий для морских экосистем.

Методика исследований и достоверность результатов. В качестве модельных выбраны два импакт-полигона (BIE-I и BIE-II) в зоне Кларион-Клиппертон Тихого океана по специальной методике, которая подробно описана в методической главе диссертации. Объектами исследования были донные осадки, конкреции, морская взвесь, вода и поровые воды. Исследования проводились в судовых и стационарных лабораториях с помощью самых современных методов, указанных в разделах 2.2., 2.3., для обработки результатов использовались геоинформационные (ГИС) технолргии. Перед каждым рейсом проводились метрологические экспертизы всех приборов и оборудования для забортного и лабораторного анализа. Стационарная химико-аналитическая лаборатория аккредитована в системе Госстандарта России, имеет Государственный сертификат качества и лицензии на проведение геоэкологических исследований. Комплексное сочетание применявшихся методов позволило получить надежные и достоверные научные результаты.

Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации, были доложены автором на 3 специальной комиссии ООН (Нью-Йорк, 1990 г.), на международной конференции NOAA (Сиэтл, США, 1991 г.), на проблемных международных семинарах (Лонг Бич, США, 1991 г.; Париж, Франция, 1992 г.; Гамбург, Германия, 1992 г.), на международных симпозиумах PACON 97 (Гонолулу, США, 1997 г.), ISOPE (Токио, Япония, 1997 г.), на II симпозиуме OCEAN MINING (Сеул, Корея, 1997 г.), на международном симпозиуме Deep-sea Mining (Токио, Япония, 1997 г.), в Национальном Институте Океанографии (Дона Паула, Индия, 1998 г.), на международной конференции Marine Technological Society (Балтимор, США, 1998 г.), на международных совещаниях в Чехословакии (Кутна Гора, 1986 г.), Польше (Сопот, 1987 г.; Щецин, 1998 г.), Болгарии (Варна, 1988 г.), Венгрии (Будапешт 1989 г.), а также в России на III Тихоокеанской школе по морской геофизике, геологии и геохимии (Владивосток, 1987 г.), на 1,3 съездах советских океанологов (Москва, Ленинград, 1977, 1987 г.г.), на Международном геологическом конгрессе (Москва, 1984 г.), на I Всесоюзном совещании по физическим методам анализа (Орел, 1986 г.), на 4,5,6,7,8 Всесоюзных школах по морской геологии (Москва, 1980, 1982, 1984, 1986, 1988 г.г.), на 2 Международной конференции по разработке технических средств и технологий в Мировом океане (Геленджик, 2001 г.).

По теме диссертации опубликовано 97 печатных работ в отечественных и зарубежных изданиях, а также написано 11 отчетов с рекомендациями по заказу Министерства геологии СССР и природных ресурсов Российской Федерации и 1 отчет по заказу Правительства Индии.

Структура и объем работы. Диссертация общим объемом 323 страницы состоит из введения, 4 частей, заключения и содержит 83 рисунка, 69 таблиц. Список использованной литературы включает 213 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Геоэкология", Пилипчук, Михаил Федорович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Многолетние исследования автора по геохимии и геоэкологии рудных элементов (Fe, Mn, Ni, Си, Со, Zn, РЬ, Мо и др.) в современных морских и океанских бассейнах привели к выводу, что в природе существует глобальный геохимический и геоэкологический диполь, на крайних полюсах которого генерируются максимальные концентрации этих элементов. Один из полюсов диполя располагается в резко восстановленной зоне, а другой - в глубоководной резко окисленной зоне Мирового океана. Эти зоны также являются антиподами в экологическом аспекте.

Четыре характеристики абиссальных экосистем вообще и рудной зоны Кларион-Клиппертон в частности чрезвычайно важны для прогнозирования и управления воздействиями добычи полиметаллических конкреций. Этими характеристиками являются:

1 - чрезвычайно низкая продуктивность;

2 - низкая физическая энергия;

3 - экстраординарно высокое видовое разнообразие;

4 - огромный и постоянный ареал обитания с важными гидрофизическими, химическими, литологическими градиентами.

Из-за низких скоростей придонных течений (1-2-3 см/с), отсутствия волнений, которые существуют на поверхности океана, и практически не меняющейся температуры (1-2 °С) бентические организмы очень ранимы (нежны и хрупки), они не имеют твердых панцирей и легко поддаются физическим травмам или даже массовой гибели. Поэтому, во время искусственного их нарушения и изучения последствий этого нарушения (мониторинга) необходимо следить за изменением естественной среды их обитания с помощью замера необходимых параметров для проведения четкой границы их гибели и выживания между искусственными и естественными стрессами.

Концепция экспериментального моделирования добычного процесса базируется на положении о необходимости спровоцировать звенья экосистемы на ответную реакцию. Исследования показали, что при любом способе добычи наиболее уязвимым звеном будет бентическая экосистема, поскольку в процессе добычных операций будут нарушены геохимические барьерные зоны на границе сред «осадок-вода» и сбалансированные и равновесные биологические сообщества. Воздействие добычного процесса на глубоководный бентос происходит как в результате непосредственного физического уничтожения и погребения животных под слоем переотложенных осадков, так и за счет изменения содержания съедобной органики в поверхностном слое осадка - основного источника пищи бентосных организмов.

Конкреции, которые будут удалены в процессе коммерческой полномасштабной добычи, сами по себе создают весьма значительное «конкреционное» биологическое сообщество, которое по количеству видов почти не уступает сообществу донных осадков. Естественно, что при удалении конкреций будет удалено и связанное с конкрециями сообщество. Если, по прогнозной оценке, организмы мега-, макро- и мейобентоса в процессе реколонизации смогут восстановить свою численность без потерь таксономии от двух до нескольких десятков лет, то конкреционные организмы могут оказаться в более сложной ситуации, вплоть до исчезновения их некоторых видов.

Нарушение и выемка в процессе добычи в больших количествах поверхностного самого окисленного слоя, где Eh достигает максимальных величин в 600 мВ, может в корне изменить равновеЬную систему: «окисленные осадки-окисленная придонная вода», подпитываемая кислородом из заглубленных антарктических вод. В этом случае прогнозируется разгрузка металлов в придонную воду из поровых вод, лишенных высокоокисленного барьера. Растворенные и вновь хемосорбированные марганцем металлы в составе придонных вод, поднятые на поверхность океана и сброшенные в зону фотосинтеза способны повлиять на генерирование первичной продукции. Доказано, что железо стимулирует рост фитопланктона, а другие тяжелые металлы, поглощенные фитопланктоном, попадут в питательную цепь организмов фотической и мезопелагической зоны. В самой водной толще океана наиболее ранимыми являются упомянутая зона фотосинтеза, куда будут сброшены в составе придонной воды высокие содержания биогенных компонентов (нитраты, фосфаты, кремнекислота), которые могут привести к бурному развитию фитопланктона и замутнению фотического слоя. С другой стороны, низкая температура придонной воды, сливаемой на поверхность океана, может сковать процесс жизнедеятельности и генерации самого планктона.

Второй критической зоной водной толщи является слой кислородного минимума, расположенного под термоклинном (пикноклином). Фоновая концентрация кислорода в этом слое составляет менее 2 мл/л. Дополнительные количества кислорода, потребующиеся на окисление оседающего отмершего планктона и органического вещества, сорбированного на минеральных частичках взвеси, могут привести к резкому снижению и без того низкого количества кислорода, вплоть до создания анаэробной зоны. В этом случае опускающаяся обломочная суспензия марганцевых конкреций, выброшенная в воду в составе отходных «хвостов», приведет к восстановлению четырехвалентного взвешенного марганца в растворенную двухвалентную форму вместе с ассоциированными с марганцем металлами. Огромные дополнительные порции растворенных металлов вертикальными циклоническими потоками морской воды могут быть вынесены в зону фотосинтеза и войти в процессе генерирования первичной продукции и затем во всю питательную цепь морепродуктов.

Таким образом, крупномасштабная добыча конкреций без обоснованного применения природоохранных мероприятий может вызвать нарушение экологического равновесия в океане и иметь кратко- и долговременные последствия, включая снижение биологической активности экосистемы, разрушение среды обитания и связи питания морских организмов, накопление тяжелых металлов в промышленных морепродуктах, а также нарушение физико-химических процессов в водной толще и донных отложениях океана.

Таким образом, прогнозируются следующие основные нарушения экосистемы, вызванные добычей полиметаллических конкреций [93]:

3) заиление пищевых ресурсов для животных-фильтраторов и питающихся донными отложениями;

4) нарушение геохимической барьерной зоны: окисная (аэробная) морская вода -окисный (аэробный) поверхностный слой будет замещен разделом: окисная (аэробная) морская вода - субаэробный (субокисный) осадок;

5) при отсутствии поверхностного высокоокисленного слоя осадков, обогащенных окисью марганца, сорбция диффундирующих вверх металлов, таких как никель, медь, цинк, свинец, кобальт снижается и может произойти значительная разгрузка растворенных в поровой воде вышеуказанных элементов в придонную воду.

При сбросе осадков, «хвостов» - отходов в водную толщу прогнозируется:

1) снижение первичной продуктивности вследствие понижения прозрачности воды;

2) рост биоаккумуляции металлов в поверхностных водах;

3) гибель зоопланктонных видов;

5) воздействие тонкодисперсного осадка на бактериопланктон;

6) истощение кислородного резерва в слое кислородного минимума и возможное появление анаэробной зоны;

7) растворение тяжелых металлов в слое в зоне кислородного минимума и возможное их включение в пищевую цепь;

В заключение следует отметить, что технология и технические средства, а также научные результаты, полученные во время эксперимента BIE, можно использовать не только при добыче конкреций, но и других твердых полезных ископаемых со дна океана (сульфидов, кобальтоносных корок, фосфоритовых конкреций и др.), а также нефти и газа.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора геолого-минералогических наук, Пилипчук, Михаил Федорович, Москва

1. ' Андреев С.И. Факторы, регулирующие образование железомарганцевых конкреций в Мировом океане // Геология и твердые полезные ископаемые Мирового океана. - Л.: Изд. НИИГА, 1980. - С. 33-40.

2. Андреюк Е.И., Билай В.И., Коваль Э.З. Микробная коррозия и ее возбудители Киев.: Наукова думка, 1980. 287 с.

3. Анучин В. Н. и др. Экспериментальное исследование фронта придонного стратифицированного потока / Тез. докл. 4 Всесоюзн. конф. «Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана». Т. 1. Владивосток, 1983. -С. 13-14.

4. Анучин В.Н., Гаврилин Б.Л., Шуманов В.А. Взаимодействие стратифицированного потока с препятствиями. // Тез. докл. 2-ой Всесоюзн. симпоз. «Тонкая структура и синоптическая изменчивость морей и океанов». Ч. 1. Таллин, 1984. -С. 16-18.

5. Анучин В.Н. , Гаврилин Б.Л. , Шуманов В.А. Лабораторные исследования эволюции вихря при взаимодействии потока с препятствием // Океанология. 1987- Т. 32. -№ 4. С. 579-582.

6. Анучин В.Н. , Гриценко В.А. О форме фронта придонного гравитационного течения // Океанология. 1988. Т. 28. - № 2. - С. 218-221.

7. Анучин В.Н., Шуманов В. А. Взаимодействие придонного гравитационного течения с препятствиями. // Тез. докл. 2-ая Всесоюзн. конф. «Динамика и термика рек, водохранилищ и эстуариев». Т. 1. М., 1984. - С. 33-34.

8. Багиров В.И., Салманов М.А. Микроорганизмы в донных отложениях Каспийского моря // Микробиология. 1970.- Т. 39. - Вып. 4. - С. 697-704.

9. Баренблат Г.И. О движении взвешенных частиц в турбулентном потоке // Прикладная математика и механика. -1953. Т. 17. - № 3. - С. 261-274.

10. Батурин Г.Н. Геохимия железомарганцевых конкреций океана. М.: Наука, 1986.-388 с.

11. Батурин Г.Н. Руды океана. М.: Наука, 1993. - 364 с.

12. Беляев С.С., Леин А.Ю., Иванов М.В. Роль метанообразующих и сульфатредуцирующих бактерий в процессе деструкции органического вещества // Геохимия. 1981.-№3.-С. 437-445.

13. Богданов Ю.А., Гурвич Е.Г., Лисицын А.П. Модель накопления органического углерода в донных осадках Тихого океана // Геохимия. 1979. - № 6, -С.24-29.

14. Болгурцев Б.Н. Поверхностная и глубинная циркуляция вод Тихого океана // Изв. АН СССР. Сер. Физика атмосферы и океана. -1968. Т. 4. - № 10. - С. 1070-1085.

15. Бубнов В. А. Структура и динамика средиземноморских вод в Атлантическом океане // Океанологические исследования. 1971. - № 22. - С. 220-286.

16. Бурков В.А. Общая циркуляция Мирового океана. JL: Гидрометеоиздат, 1980.-253 с.

17. Бурков В.А., Кошляков М.Н., Степанов В.Н. Синоптические вихри в океане // Физика океана. Т. 1. М.: Наука, 1978. - С. 62-84.

18. Вебина Н. М. Гидромикробиология с основами общей микробиологии. М.: Пищ. промыш., 1980.-288 с.

19. Вернадский В.И. Избранные сочинения. Т. 1. М.: Изд. АН СССР, 1954.

20. Виноградов А.П. Введение в геохимию океана. М.: Наука, 1967. - 193 с.

21. Виноградов М.Е. Вертикальное распределение океанического зоопланктона. М.: Наука, 1968. - 320 с.

22. Виноградов М.Е. Воронина Н.М. Распределение некоторых массовых видов копепод в Индийском океане//Докл. АН СССР. 1961.-Т. 140. -№1. С. 119-122.

23. Виноградов М.Е. Воронина Н.М. Распределение планктона в водах экваториальных течений Тихого океана // Тр. Института океанологии. 1963. - Т.71. С.22-58.

24. Виноградов М.Е. Воронина Н.М., Суханова И.Н. Горизонтальное распределение тропического планктона и его связь с некоторыми особенностями структуры вод открытых районов океана // Океанология. 1961. - Т. 1. - Вып. 2. - С. 283293.

25. Виноградов М.Е., Шушкина Э.А. Количественная оценка населения эпипелагиали Мирового океана // Докл. АН СССР. 1984. Т. 274. - № 2 - С. 410-412.

26. Виноградов М.Е., Шушкина Э.А. Количественная характеристика населения пелагиали Тихого океана. Продуционные районы и величина первичной продукции фотосинтеза // Океанология. 1988. - Т. 38. - Вып. 5. - С. 819-827.

27. Волков И.И., Пилипчук М.Ф. Соединения серы в осадках кислородной зоны Черного моря // Литол. и полезн. ископ. 1966. - №1. - С.66-77.

28. Волков И.И., Соколова Е.Г., Пилипчук М.Ф., Тихомирова А.А. Молибден в водах Атлантического океана и Средиземного моря //Геохимия. 1973. - № 3. - С. 395-403.

29. Волков И.И., Соколов B.C., Соколова Е.Г., Пилипчук М.Ф. Редкие и рассеянные элементы в осадках северо-западной части Тихого океана //Литол. и полезн. ископ, 1974.-№ 2.-С. 3-21.

30. Гейнрих А.К. Вертикальное распределение планктона в районе к юго-востоку от Бонинских островов //Докл. АН СССР. 1961.- Т. 117. - № 2. - С. 321-324.

31. Гейнрих А.К. Особенности основных пелагических сообществ Тихого океана. // Тр. Института океанологии. 1962. - Т. 58. - С. 114-134.

32. Геодекян А.А., Удинцев Г.Б. и др. Геолого-геофизические и геохимические исследования в Охотском море // Советская геология. 1974. - № 1,- С.35-41.

33. Геохимическая деятельность микроорганизмов в осадках Тихого океана /Под ред. Иванова М.Е. Пущино: Изд. АН СССР. 1981. - С. 3-5.

34. Гидрология Тихого океана. Тихий океан. М.: Наука, 1968. - 160 с.

35. Глазовская М.А., Добровольская Н.Г. Геохимические функции микроорганизмов. М.: Изд.МГУ, 1984. - 140с.

36. Глумов И.Ф., Казмин Ю.Б., Пилипчук М.Ф. Геоэкологические проблемы изучения и освоения полиметаллических конкреций в глубоководных зонах Мирового океана / Под ред. Пилипчука М.Ф. М., 2002. - 318 с.

37. Гусев М.В., Минеева JI. А. Микробиология. М.: Изд. МГУ, 1978. 384 с.

38. Емельянов Е. М., Лисицын А. П., Тримонис Э. С., Пилипчук М.Ф. Геохимия позднекайнозойских осадков Черного моря. М.: Наука, 1982. - 241 с.

39. Емельянов Е. М., Пилипчук М.Ф. К геохимии молибдена и вольфрама в осадках Балтийского моря. Геохимия. 1979. - № 4. - С. 609-620.

40. Емельянов Е. М., Шимкус С. М., Лисицын А. П., Пилипчук М.Ф. Геохимия позднечетвертичных осадков Черного моря и черты его эволюции. / Тез. докл. на 1-м съезде сов. океанологов. М.: Наука, 1977. - С. 99-100.

41. Желязков Ж. Обзор исследований потенциальных экологических последствий промышленной добычи полиметаллических конкреций / Изд. совместной организации «Интерокеанметалл». Щецин, 1993. - С. 13-27.

42. Заварзин Г.А. Бактерии и состав атмосферы. М.: Наука, 1984. - 192 с.

43. Израэль Ю.А., Цыбань А.В. Антропогенная экология океана. М.: Госкомгидромет, 1989. 492 с.

44. Квасников Е.И., Клюшникова Т.М. Микроорганизмы деструкторы нефти в водных бассейнах. - Киев.: Наукова думка, 1981.-131 с.

45. Колмогоров А.Н. Уравнения турбулентного движения несжимаемой жидкости // Изв. АН СССР. Сер. Физика. 1942. Т. - 6. - № 1-2. - С. 56-58.

46. Кононков А. А., Пилипчук М.Ф., Петрова Т. П. Минеральный состав железомарганцевых конкреций Тихого и Индийского океанов / Тез. докл. Комплексные геол. геофиз. исслед. в Мировом океане. - Геленджик : ПО «Южморгеология»; - 1986. — С. 24.

47. Корсаков О. Д., Кругляков В. В., Лыгина Т. И., Пилипчук М.Ф. и др. Геохимические особенности железомарганцевых образований Индийского океана / Тез. докл. 27 Международ, геол. конгресс. М.: Наука, 1984. - Т. 3. - С. 26.

48. Круглякова Р.П. Особенности физико-механических свойств различных типов осадков в зоне локализации конкреций / Вещественный состав ЖМК и условия их образования в Мировом океане. Сб. ст. НПО «Южморгеология»: Геленджик, 1986. - С. 26-34.

49. Круглякова Р.П., Пилипчук М.Ф., Шевцова Н.Т. Термобарогеохимические исследования океанических конкреций / Геохимические исследования океанических железомарганцевых конкреций и вмещающих осадков. Сб. ст. НПО «Южморгеология»: Геленджик, 1992. С. 11-16.

50. Круглякова Р.П., Шевцова Н.Т., Зубова М.В. Термические фазовые преобразования Fe-Mn конкреций / Тез. докл. 7 международ, шк. по морской геологии. -М., 1987.-С. 32-33.

51. Курилов П. И., Пилипчук М.Ф., Денисов В. Г., Савицкая Н. И. Рентгенофлуоресцентное определение железа и марганца в океанических железомарганцевых конкрециях / Тез. докл. на 1 Всесоюзн. совещ. по рентгеноспектральному анализу. Орел, 1986. - С. 21.

52. Лисицын А.П. Осадкообразование в океанах. М.: Наука, 1974. - 438 с.

53. Лисицын А.П., Виноградов М.Е. Глобальные закономерности распределения жизни в океане и биогеохимия взвеси и донных осадков / Биогеохимия океана. Под. ред. А.С. Монина, А.П. Лисицына,- М.: Наука, 1983. С. 112-127.

54. Литвинова Н.М., Соколова М.Н. О питании глубоководных офиур Amphiura. // Океанология. 1971. Т. 11. - Вып. 2. - С. 293-301.

55. Логвиненко Н.В. Петрография осадочных пород. М.: Высшая школа, 1984.-416с.

56. Маловицкий Я.П., Москаленко В.Н., Пилипчук М.Ф., Прокопцев Н.Г., Соколов B.C. 19-й Средиземноморский рейс НИС «Академик С. Вавилов» // Океанология. -1974. Т. 14. - № 4. - С. 746-749.

57. Маловицкий Я.П., Москаленко В.Н., Пилипчук М.Ф., Прокопцев Н.Г., Соколов B.C. 20-й рейс НИС «Академик С. Вавилов» в Средиземное море // Океанология.- 1975. Т. 15. - № 2. - С. 353-356.

58. Маловицкий Я.П., Москаленко В.Н., Пилипчук М.Ф., Прокопцев Н.Г., Соколов B.C. 21-й рейс НИС «Академик С. Вавилов» в Средиземное море // Океанология.- 1976.-№6.- С. 1132-1134.

59. Меро Дж. Л. Минеральные богатства океана. М.: Прогресс, 1959. - 440 с.

60. Митчел Р. Экологический контроль нарушений микробного равновесия. Микробиология загрязненных вод. М.: Медицина, 1976. - 16 с.

61. Мицкевич И.Н., Никитина Е.П. Вертикальное распределение сапрофитной микрофлоры в юго-восточной части Тихого океана // Микробиология. 1974. - Т. 11. — Вып. 2. - С. 524-527.

62. Мишустина И.Е. Гетеротрофные микроорганизмы в биоценозах открытых районов океана, литорали и суши / Автореф. докт. дисс. — МГУ, 1981. — 42 с.

63. Мишустина И.Е., Батурина М.В. Ультрамикроорганизмы и органическое вещество океана. М.: Наука, 1984. - 184 с.

64. Мишустина И.Е., Щеглова И.К., Мицкевич И.Н. Морская микробиология. -Владивосток: Изд. ДГУ, 1985. 184 с.

65. Мур Дж., Рамамурти С. Тяжелые металлы в природных водах. М.: Мир, 1987.- 180 с.

66. Оценка состояния морской среды (гидрохимия воды и донных отложений) / М.Ф. Пилипчук, П.И. Курилов, С.В. Крайний, и др. Геленджик, 2001. - С. 5-47.

67. Пиковский Ю. И., Круглякова Р. П., Пилипчук М.Ф. и др. Органическое вещество в железомарганцевых конкрециях пелагических районов океана /Докл. АН СССР. 1987. - Т. 297. - № 3. - С. 700-703.

68. Пилипчук М.Ф. Распределение титана в современных осадках Черного моря //Докл. АН СССР. 1968.-Т. 180.-№3. - С. 715-718.

69. Пилипчук М.Ф. Распределение молибдена в воде Тихого океана. // Геохимия. 1971. - №2.-С.248-252

70. Пилипчук М.Ф. Некоторые вопросы геохимии молибдена в Средиземном море // Литология и полезные ископаемые. 1972. - №2 - С.55-61.

71. Пилипчук М.Ф. Новые данные о распределении мышьяка в воде Черного моря //Геохимия. 1974. -№ 2. - С. 309-313.

72. Пилипчук М.Ф. Геохимия мышьяка в Черном море /Гидрологические и геологические исследования Средиземного и Черного морей: Сб.ст. Наука.- М, 1975. -С. 305-320.

73. Пилипчук М.Ф. Геохимический профиль через Центральный бассейн Средиземного моря /Тез. докл. на 1-м съезде сов. океанологов. М.: Наука, 1977. - С. 130.

74. Пилипчук М.Ф. Молибден и мышьяк как индикаторы современного осадкообразования (на примере Черного моря) /Палеография и отложения плейстоцена южных морей СССР. М.: Наука, 1977. - С. 208-215.

75. Пилипчук М.Ф. Молибден, вольфрам и селен в современных осадках Тирренского моря /Докл. АН СССР. 1978. - Т. 239. - № 1. - С. 203-206.

76. Пилипчук М.Ф. Eh осадков по широтному профилю через центральный бассейн Средиземного моря //Докл. АН СССР. 1978. - Т. 243. - № 6. - С. 1553-1555.

77. Пилипчук М.Ф. Первые геохимические данные по предновоэвксинским глубоководным отложениям Черного моря //Литол. и полезн. ископ. 1980. - № 3. - С. 129132.

78. Пилипчук М.Ф. Редкие элементы в современном морском и океанском литогенезе /Тез. докл. 4 Всесоюзн. шк. морской геологии «Современные проблемы морской геологии». 1980. - Т. 2. - С. 51.

79. Пилипчук М.Ф. К вопросу о железомарганцевом конкрециеобразовании в океане / Тез. докл. 6 Всесоюзн. шк. морской геологии «Геология океанов и морей». Т. 3. -М.: Наука, 1984. - С. 91-92.

80. Пилипчук М.Ф. Геолого-геохимические особенности формирования железомарганцевых конкреций в океане /Вещественный состав железомарганцевых конкреций и условия их образования: Сб.ст./ПО «Южморгеология» Геленджик, 1986. -С. 3-10.

81. Пилипчук М.Ф. Литолого-геохимические особенности формирования железомарганцевых конкреций / Тез. докл. Комплексные геолого-геофизические исследования в Мировом океане.- Геленджик: ПО «Южморгеология» 1986. С. 21.

82. Пилипчук М.Ф. Комплексная программа экологического мониторинга в океане при проведении геологоразведочных и добычных работ на твердые полезные ископаемые. Геленджик: НПО «Южморгеология». 1988. - 58 с.

83. Пилипчук М.Ф. Экспериментальное натурное и компьютерное моделирование природоохранных процессов и прогнозов при добыче глубоководных марганцевых конкреций в океане // Советская геология. 1992. - № 12, - С. 80-85.

84. Пилипчук М.Ф. Крупномасштабные экологические исследования в рудной зоне Кларион-Клиппертон. /Разведка и охрана недр. 1997. - № 4. - С. 27-28.

85. Пилипчук М.Ф. Научно-методические вопросы геоэкологического мониторинга / Геоэкологические исследования и охрана недр. М, 1998. - Вып. 3. - С. 3-7.

86. Пилипчук М.Ф. К вопросу о механизме формирования вещественного состава донных отложений Центральной котловины Индийского океана /Тез. докл. 8 Междунар. шк. морской геологии. «Геология морей и океанов». Т. 1. - М, - 1999. - С. 339.

87. Пилипчук М.Ф. Научно-техническая база ГНЦ ГГП «Южморгеологии» в решении экологических проблем Мирового океана /Тез. докл. «Теория и практикаморских геолого-геофизических исследований». Геленджик: ГП «НИПИокеангеофизика» - 1999. - С. 169-170.

88. Пилипчук М.Ф. Экологический эксперимент в зоне Кларион-Клиппертон Тихого океана по оценке влияния процесса добычи ЖМК на природную среду /Мировой океан. Вып. 1: Сб.ст. М., 2000. - С. 69-75.

89. Пилипчук М.Ф. Геоэкологические проблемы освоения полиметаллических конкреций в глубоководных зонах Мирового океана / Тез. докл. Междунар. конф. по геохимии биосферы. Новороссийск, 2001. - С. 238-239.

90. Пилипчук М.Ф. Добычная деятельность в океане с потенциальной экологической опасностью /Тез. докл. 7 Междунар. конф. по морским технологиям и техническим средствам «Современные методы и средства океанологических исследований». М., 2001. - С. 124-125.

91. Пилипчук М.Ф. Экологические последствия добычи конкреций в глубоководных районах Мирового океана // Разведка и охрана недр. 2001. - №8. - С. 3236.

92. Пилипчук М.Ф. Экологические проблемы добычи захороненных полиметаллических конкреций в Мировом океане // Тез. докл. 2 Междунар. научно-техн. конф. Геленджик: НИПИокеангеофизика, 2001. - С. 365-366.

93. Пилипчук М.Ф. Проблемы происхождения и поиска захороненных полиметаллических конкреций в Мировом океане / Тез. докл. 2 Междунар. научно-техн. конф. Геленджик: НИПИокеангеофизика, 2001. - С. 361-365.

94. Пилипчук М.Ф., Аспер В. Новые методы изучения седиментационных потоков при проведении морских геоэкологических работ / Инф. сб. «Геоэкологические исследования и охрана недр». Вып. 3. - М, 1998. - С. 7-11.

95. Пилипчук М.Ф., Аспер В. Новые данные об агрегатном составе взвеси и донных осадков глубоководных районов Мирового океана / Тез. докл. 8 Междунар. шк. морской геологии «Геология морей и океанов». Т. 1. М. - 1999. - С. 140-141.

96. Пилипчук М.Ф., Волков И. И. Распределение молибдена в современных осадках Черного моря //Докл. АН СССР. 1966. - Т. 167. - № 5. - С. 1143-1146.

97. Пилипчук М.Ф., Волков И. И. Вольфрам в современных осадках Черного моря//Докл. АН СССР. 1966.-Т. 167.- № 2. - С. 430-433.

98. Пилипчук М.Ф., Волков И. И. Молибден в воде Черного и Азовского морей // Геохимия. 1967. - № 8. - С.525-530.

99. Пилипчук М.Ф., Волков И. И. Геохимия молибдена в Черном море // Литол. и полезн. ископ. 1968. -№4. - С. 5-27.

100. Пилипчук М.Ф., Головина М. С., Соколов В. С. Литолого- геохимические особенности современных осадков бортов каньона Стромболи //Литол. и полезн. ископ. -1978.-№ 5.-С. 38-51.

101. Пилипчук М.Ф., Круглякова Р. П. Геохимические процессы диагенеза осадков в рудных зонах Тихого и Индийского океанов / Тез. докл. 3 Тихоокеан. шк. по морской геологии, геофизике и геохимии «Геология Тихого океана» Владивосток, 1987. -С.33-34.

102. Пилипчук М.Ф., Круглякова Р. П. Геохимия рудных элементов в раннедиагенетических процессах осадков в Северо-Восточной котловине Тихого океана. /Геохимия. 1987. С. 75-84.

103. Пилипчук М.Ф., Круглякова Р. П. Литолого-геохимические критерии формирования железомарганцевых конкреций / Тез. докл. 8 Междунар. шк. по морской геологии «Геология морей и океанов». Т.З. М. - 1987. - С. 174.

104. Пилипчук М.Ф., Курилов П.И. Формы рудных элементов в осадках конкреционных полей океана / Тез. докл. 6 Всесоюзн. шк. морской геологии. «Геология океанов и морей». Т. 3. М.: Наука, 1984. - С. 93-94.

105. Пилипчук М.Ф., Курилов П.И. Формы рудных элементов в осадках зон локализации океанических конкреций / Тез. докл. «Комплексные геолого-геофизические исследования в Мировом океане». Геленджик: ПО «Южморгеология»; 1986. - С. 23.

106. Пилипчук М.Ф., Курилов П. И. Атомно-абсорбционное определение рудных элементов в железомарганцевых конкрециях / Геохимические исследованияокеанических железомарганцевых конкреций и вмещающих осадков. Сб. ст. 1992. - С. 48-50.

107. Пилипчук М.Ф., Курилов П. И. Методические рекомендации по региональным геохимическим исследованиям в Мировом океане. Геленджик: ПО «Южморгеология», 1983.-40 с.

108. Пилипчук М.Ф., Курилов П. И. Состояние и перспективы развития лабораторно-исследовательской базы НИПИокеангеофизики // Разведка и охрана недр. -2001.-№8.-С. 70-72

109. Пилипчук М.Ф., Пиковский Ю.И., Круглякова Р.П. Органическое вещество в железомарганцевых конкрециях пелагических районов океана // Докл. АН СССР 1987. -Т. 297. - № З.-С. 700-703.

110. Пилипчук М.Ф., Прокопцев Г. Н. О геохимической особенности рудообразования в тектонически активной зоне Центральной котловины Тихого океана / Тез. докл. 8 Всесоюзн. шк. морской геологии «Геология океанов и морей». Т. 3. М.: Наука, 1988.-С. 181.

111. Пилипчук М.Ф., Севастьянов В.Ф. Мышьяк в современных осадках Черного моря // Докл. АН СССР. -1968. Т. 179. - № 3. - С. 697-700.

112. Пилипчук М.Ф., Соколов B.C. Германий в современных осадках Черного моря // Докл. АН СССР. 1969. - Т. 185.- № 3. - С. 679-682.

113. Пилипчук М.Ф., Соколова Е.Г. К геохимии молибдена и вольфрама в донных осадках Тирренского моря // Геохимия. 1976. - № 11. - С. 1691-1700.

114. Пилипчук М.Ф., Ткаченко Г.Г. Прогноз экологических последствий промышленной добычи железомарганцевых конкреций // Советская геология. 1990. № 12. - С. 121-127.

115. Принципы подсчета прогнозных ресурсов и запасов полиметаллических конкреций Мирового океана / Ю.Б. Казмин, И.Ф. Глумов, О.Д. Корсаков и др. — Геленджик, 1988. С. 11-24.

116. Программа геохимических исследований при геологоразведочных работах в Мировом океане и на континентальном шельфе СССР / Г.Г. Ткаченко, А.И. Айнемер, С.И. Андреев, М.Ф. Пилипчук, B.C. Аплонов / JL: Мингео СССР, 1983. - 31 с.

117. Прокопцев Г. Н., Пилипчук М.Ф. Механизм выделения рудных компонентов из базальтового расплава на дне океана / Сб. ст. Вещественный состав железомарганцевых конкреций и условия их образования: ПО «Южморгеолгия» -Геленджик. 1986. - С. 11-17.

118. Родина А.Г. Методы водной микробиологии. Практическое руководство. -Л.: Наука, 1965.-363 с.

119. Рубенчик JI.H. Микроорганизмы биологические индикаторы. - Киев: Наукова думка, 1972. - 135 с.

120. Сапожников В.В. Гидрохимические основы биологической продуктивности Мирового океана / Химия морей и океанов. М.: Наука, 1995. - С.67.

121. Севастьянова Е.С., Пилипчук М.Ф., Головина М. С. Перераспределение фосфора в верхнечетвертичных осадках Ионического моря / Океанология. 1979. - Т. 19. -№.4. - С. 666-673.

122. Семина Г.И. Биотоп и количественное развитие океанического фитопланктона / Успехи современной биологии. 1966.-Т. 62. — Вып. 2/5. С. 63-70.

123. Семина Г.И. Фитопланктон Тихого океана. М.: Наука, 1974. — 239 с.

124. Серебренников М.Г., Первозванский А. А. Выявление скрытых периодичностей. М.: Наука, 1965. - С. 268.

125. Соколова М.Н., Зезина О.Н., Каменская О.Е. Мейобентос предмет и задачи исследования / Тр. Института океанологии АН СССР. Т. 117. - М.: Наука, 1982. - С. 19-30.

126. Соколова Е.Г., Пилипчук М.Ф. Распределение селена в современных осадках Черного моря //Докл. АН СССР. 1970. - Т. 193. - № 3. - С. 692-695.

127. Соколова Е.Г., Пилипчук М.Ф. К геохимии селена в отложениях северозападной части Тихого океана//Геохимия. 1973. -№ 10. - С. 1537-1546.

128. Соколова Е. Г., Пилипчук М.Ф. Селен в верхнечетвертичных отложениях Тирренского моря //Геохимия. 1979. - № 9. - С. 1374-1381.

129. Сорокин Ю.И. О микрофлоре железомарганцевых конкреций со дна океана // Микробиология. 1971. - Т. 40. - Вып. 3. - С. 563-566.

130. Сорокин Ю.И. Биохимическая деятельность и трофическая роль бактерий в морских водоемах // Общая биология. 1973. - Т. 34. - № 3 - С. 396-406.

131. Столярова И.А., Филатова М.И. Атомно-абсорбционная спектрофотометрия при анализе минерального сырья. М.: Химия, 1981. - 220 с.

132. Флудгейт Дж.Д. Биологический распад углеводородов в морской среде. Микробиология загрязненных вод//М.: Медицина, 1976. -С. 135-150.

133. Цыбань А.В. Руководство по методам биологического анализа морской воды и донных отложений. JI.: Гидрометеоиздат, 1980. - 191с.

134. Чаленко JI.A., Берлизева Н.Н. Классификация океанических донных осадков //Геохимические исследования океанических ЖМК и прилегающих осадков: Сб.ст. -Геленджик, 1992. С. 42-44.

135. Численко Л Л. Номограммы для определения веса водных организмов по размерам и форме тела. JI.: Наука, 1968. - 107 с.

136. Шевцова Н.Т. Вещественно-генетические типы донных осадков приэкваториальной части Тихого океана / Комплексные исследования минеральных ресурсов Мирового океана: Сб.ст. Геленджик:НПО «Южморгеология», 1988. - С. 51-54.

137. Шепард Ф.П. Морская геология. JL: Недра, 1976. - 265 с.

138. Шишкина О.В., Севастьянов В.Ф., Свальнов В.Н., Пилипчук М.Ф. Геохимические исследования донных отложений восточной части Индийского океана //Океанология. 1977. - Т. 17. №4, - С.658-665.

139. Экологические условия и предварительные рекомендации по уменьшению ущерба морской среде в заданном районе в результате предстоящей добычи твердых полезных ископаемых с морского дна / М.: ГОИН, 1984. С. 97-102.

140. Эрлих X. Жизнь микробов в присутствии тяжелых металлов, мышьяка и сурьмы. Жизнь микробов в экстремальных условиях. М.: Мир, 1981. - 519 с.

141. Эрхард Ж.-П., Сежен Ж. Планктон. Состав, экология, загрязнение. Пер. с фр. JI.: Гидрометеоиздат, 1984. - 150 с.

142. Axmi L., D' Asaro Е. Flow structures on the Benthic Ocean // J. Geophys. Res. -1980-V. 85.- P. 469-484.

143. Borowski C., Thiel H. Deep-sea macrofaunal impacts of a large-scale physical disturbance experiment in the Southeast Pacific // Deep Sea Res. II. -45. - 1998. - P. 55-81.

144. Bruland K.W. Trace elements in sea water // Chemical oceanographi. 1983.-V.8.- 1983. - P. 157-215.

145. Caldwell D. R., C. W. Van Atta and K. N. Helland. A laboratory study of the turbulent Ekman laeyr // Geophys. Fluid Mech. 1972. - V. 3. - P. 125-160.

146. Canady G. T. On the «resistance law» of a turbulent Ekman layer // J. Amos. Sci. 1967. - V. 24.-P. 467-471.

147. Cronan D.S. Review of geochemical impacts of polymetallic nodule mining / Proceedings of the International Seabed Authority Workshop held in Sanya, Hainan Island, Peoples Republic of China, 1998. P.138-145.

148. Deardorff J. W. A three dimensional numeric investigation of the idealized planetary boundary layer// J. Geophys. Fluid. Mech. 1970. - V. 1. - P. 377-410.

149. Demidova Т., Belyaev A., Pilipchuk M. et all. Mesoscale near-bottom water dynamics at test areas in the Clarion-Clipperton province / PACON 97 Abstracts Honolulu. -USA. 1997.-9 p.

150. Demidova Т., Pilipchuk M., Yubko V. Near-Bottom water dynamics at test areas in the northeastern tropical Pacific ocean / Proceedings, Ocean Community Conference /98 IEEE Marine Technological Society. Maryland. - Baltimore. - USA. - 1998. - P.175-188.

151. Ehrich X.L. The formation of ores in the sedimentary enviroment of the deep sea with microbial participation. The case for ferromanganese concentrations // Soil Sci. 1975.-119.-P. 170-179.

152. Emelyanov E. M., Pilipchuk M.F. et at. Fe and Mn forms in sediment in the geochemical profile of the Baltic Sea / Baltica. Vilnius. - 1982. - P. 153-171.

153. Erikson C.C. Evidence for spectrum of equatorial waves in the Indian Ocean-Submitted to // J. Geophys. Res., 1980. V.4. - P. 58-63.

154. Exploration techniques and potential mining systems. Prepared by Office of Resources and Environmental Monitoring International Seabed Authority, Kingston, Jamaica, January, 1999.-245 p.

155. Gage, J.D., Tyler P.A. Deep Sea Biology: A natural history of organisms at the deep-sea floor// Cambridge University Press. - 1991. - P. 210-215.

156. Geminder R., Lecourt E.J. Deep ocean mining system tested // World Dredying and Marine Construction. 8. - P. 35-38.

157. Hayes S. P. The Bottom Boundary Layer in the Eastern Tropical Pacific // Journal of Physical Oceanography. 1980. - V. 10. - № 3. - P. 315-329.

158. Heezen В. C., Hollister Ch. The Face of the Deep. N // Y. L. Oxford Univ. Press., 1971.-P. 659.

159. Heezen В. C. Turbidity currents // The sea. N-Y. - 1963. - V. 8. - P. 744-775.

160. Huppert H. E. and K. Bryan. Topographically generated eddies // Depp-Sea Res.- 1976. V. 23. - P. 655-679.

161. Johnson A. D. Eastward- flowing bottom currents along the Clipperton Fracture Zone // Deep-Sea Res. 1972. - V. 19. - P. 253-257.

162. Kaneko Т., Maejina J., Teshima H. The abundance and vertical distribution of abissal benthic fauna in the Japan Deep-Sea Experiment // Proc. 7th ISOPE Conference, Honolulu. 1997.-P. 475-480.

163. King F.E., Dimond F. Zooplankton abundance in the central Paific // US Fish. Wild. Serv. Fish. Bull. -1953. V. 54. -P. 15-23.

164. Kullman K.H., Schweisfurth R. Eisrndioxydierender Stabchenformige Bacterien // Z. allg. Mikrobiol. 1978. - 18 - 5. - P. 117-122.

165. Leahy R. G. Sediments and turbidity currents // Oceanus. Woods Hole oceanogr. Inst. 1959. - V. 6. - № 2. - P.159-167.

166. Lilley M.D. et al. Chemical and biochemical transformations in hydrothermal plumes / Seafloor Hydrothermal Systems. Physical, Chemical, Biological and Geological Interactions. AGU.Geophys.Monogr., 1991. - P.369-351.

167. Mesoscale near-bottom water dynamics at test areas in the Clarion-Clipperton province / T. Demidova, A. Belyaev, M.F. Pilipchuk and etc. / PACON 97 Abstracts Honolulu. -USA, 1997.

168. Metal assumulation by bacteria with particular reference to dissimilatore sulphata-reducing bacteria / H.E. Jones, P.A. Trudinger, L.A. Chambers, et. al. / / Z. fur Allg. Mikrobiol. 1979. - В 16 - H. 6. - P. 425-435.

169. Methane concentration various marine environments / R.A. Lamontagne, I.W. Swinerton, V.I. Linnenbom ate. al. // J. geophys. res. 1973- V. 78. - 24. - P. 5317-5324.

170. Murray J., Renard A.F. Report on the deep-sea deposits based on the specimens collected during the voyage of H. M. S. «Challendger» in the years 1872 to 1876. London, 1891.

171. Paterson G.L.J, et al. Hessler and Jumars (1974) revisited: abyssal polychaete assamblages from the Atlantic and Pacific // Deep- Sea Research, II. 1998. - V. 45. - P. 225251.

172. Pilipchuk M. The role of field and computer simulation in predicting the environmental impact of deep-sea mining. /Report for UN Sea-law Tribunal and Authority Special Commission 3. New York. - USA. - 1990. - 23 p.

173. Pilipchuk M., Gloumov I., Ozthurgut E. BIE in the Pacific: concept, methodology and basic results / Proceedings of International Symposium on Environmental Studies for Deep-Sea Mining Tokyo. - Japan. - 1997. - P. 45-47.

174. Pilipchuk M., Savin M. Characteristic Properties of Hydrodynamic Conditions in the Near-Bottom Layer of the Clarion-Clipperton Ore Zone of the Pacific Ocean / International Journal of Offshore and Polar Engineering. JC 245. - USA. - 2001.- P. 32-49.

175. Pilipchuk M.F. The role of field and computer simulation in predicting the environmental impact of deep-sea mining / Report for UN Sea-law Tribunal and Authority Special Commission 3. New York. - USA, 1990. - 23 p.

176. Pilupchuk M., Volkov I. Behavior of molybdenu in: processes of sediment formation and diagenesis in the Black Sea / Black Sea: Geology, Chemistry, Biology. Oklahoma -USA. 1974.-C. 542-553.

177. Rhines P. B. Observations of the energy-containing oceanic eddies and theoretical models of waves and turbulence // Bound.- Layer Meteor. 1973. - 4. - P. 345-360.

178. Schein D.B. et al. Seawater leaching of trace metals from processed ferromanganesed nodule wastes // Marine Mining. 1985. - 6. - P. 71-78.

179. Simpson J. E. Gravity currents in the laboratory, atmosphere and ocean // Ann Rev. Fluid Mech. 1982. - V. 14. - P. 213-234.

180. Smith C.R. The biological environment in the nodule provinces of the deep sea // Proceedings of the International Seabed Authority Workshop held in Sanya, Hainan Island, People's Republic of China, 1998.-P. 10-15.

181. Steeman N.E. The balance between phytoplankton and zooplankton in the sea. / / J. conseil intern, explorat. mer.- 1958. V. 23. - 2 p.

182. Swinnerton J.W. Linnenbon V.J. Gaseos hydrocarbons in sea water determination //Sience.- 1967.-V. 156-Nr 3778. P. 1119-1120.

183. Teylor G. J. Effect of variation in density on the stability of superposed streams of fluid // Proc. Roy. Soc.- Ser. A 132, 1931. P. 499.

184. The Ecological Impacts of the Joint U. S. Russian Benthic Impact Experiment / D. Trueblood, E. Ozturgut, M.F. Pilipchuk, I.F. Gloumov / Proceedings of the Second Ocean Mining Symposium. - Seoul. - Korea, 1997. - P. 139-145.

185. Thiel H. Exploration Technigyes and Potential Mining Systems Deep // Seabed polimetallic Nodule Exploration: Development of Environmental Guidelines Proceeding of Seabed Autority's Workshop. Sanya - China, 1998. - P. 29-37.

186. Trueblood D. D., Ozturgut E. The benthic Impact Experiment: a study of the ecological impacts of deep seabed mining on abyssal benthic communities / Proc. 7th ISOPE Conference, Honolulu., 1997. P. 481-487.

187. Trueblood D., Ozturgut E., Gloumov I., Pilipchuk M. The Ecological Impacts of the Joint U. S.-Russian Benthic Impact Experiment / Proceedings of International Symposium of Environmental Studies for Deep-Sea Mining. 1997. - Tokyo. - Japan. - P.237-243.

188. Trueblood D., Ozturgut E., Pilipchuk M., Gloumov I. The Ecological Impacts of the Joint U. S.-Russian Benthic Impact Experiment / Proceedings of the Second Ocean Mining Symposium. Seoul. - Korea. - 1997. - P.139-145

189. Weatherly G. L. A study of the bottom boundary layer of the Florida Current // J. Phys. Oceanogr. 1972. - 2 - P. 54-72.

190. Wentworth C.K. A seal of grade and class terms for clastic sediments // J. Geol., 1922.-V. 30. P. 75-83.

191. Wimbush M. and W. Munk. The benthic boundary layer // The Sea. 1970 - V.4. -P. 731-758.

192. Woodmansee R.Q. The seasonal distribution of the zooplankton off Chichen Key in Bisayen bay // Florida ecology. 1958. - V. 39. - № 2. - P. 99-110.

Информация о работе

Пилипчук, Михаил Федорович
доктора геолого-минералогических наук
Москва, 2003
ВАК 25.00.36

Диссертация

Теоретические основы, методика и практика геоэкологического обеспечения разведочных и добычных работ на глубоководных месторождениях полиметаллических конкреций в Мировом океане - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы