Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Трансформация природных комплексов при недропользовании в условиях криолитозоны (на примере Якутии)

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Трансформация природных комплексов при недропользовании в условиях криолитозоны (на примере Якутии)"

На правах рукописи

Иванов Василий Васильевич

ТРАНСФОРМАЦИЯ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИИ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ (на примере Якутии)

25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

15 т 2014

Томск-2014

005548928

Работа выполнена в федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова», в научно-исследовательском институте прикладной экологии Севера

Официальные оппоненты:

Кочуров Борис Иванович, доктор географических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт географии Российской академии наук, отдел физической географии и проблем природопользования, ведущий научный сотрудник

Иметхенов Анатолий Борисович, доктор географических наук, профессор, Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления, кафедра «Экология и безопасность жизнедеятельности», заведующий кафедрой Семенов Юрий Михайлович, доктор географических наук, профессор, федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт географии им. В.Б. Сочавы Сибирского отделения Российской академии наук, лаборатория физической географии и биогеографии, заведующий лабораторией

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мерзлотоведения им. П.И. Мельникова Сибирского отделения Российской академии наук, г. Якутск

Защита состоится «25» июня 2014 г. в 14.30 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.267.19, созданного на базе федерального государственного бюджетного образовательного учреясдения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36 (Главный корпус, ауд. 243).

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке и на сайте федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Томский государственный университет» www.tsu.ru

Автореферат разослан « ^^ ¿¿¿¡¿/РёЫ^' 2014 г.

Материалы по защите диссертации размещены на официальном сайте ТГУ: http://www.tsu.ru/content/news/announcement_of_the_dissertations_in_the_tsu.php

Научные консультанты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Шумилов Юрий Васильевич доктор биологических наук, профессор Миронова Светлана Ивановна

Ученый секретарь диссертационного совета

Савина Наталья Ивановна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Специфический вид природопользования - недропользование - на территории Якутии стало приобретать все большие масштабы, начиная с 20-х годов XX столетия. Сначала это были разработки россыпного золота в Южной Якутии, а в последующие десятилетия широкое развитие получила добыча алмазов, угля, золота, олова, сурьмы и ряда других полезных ископаемых. Планируется освоение залежей урановых, железных и фосфорсодержащих руд, на основе которых на территории республики будут строиться горно-металлургические комбинаты и горно-химические комплексы. В последние десятилетия развивается нефтегазовая промышленность, начаты поисково-разведочные работы на акваториях шельфа Якутии и прилегающих к ним районах суши.

Интенсивно возрастающие темпы недропользования в Якутии привели к негативным изменениям природной среды, достигающим в ряде горнопромышленных районов региона состояния критической экологической ситуации.

В этой связи актуальность диссертации обусловлена:

- в теоретическом отношении - необходимостью разработки системной научно-геоэкологической основы недропользования в условиях криолитозоны;

- в научно-практическом отношении — потребностью осуществления научно обоснованных природоохранных мероприятий по рекультивации и восстановлению нарушенных горной промышленностью экосистемных комплексов и оздоровления производственной среды с учетом геоэкологических условий криолитозоны и современных технологических возможностей.

Актуальность темы диссертационной работы обусловлена также предстоящим осуществлением проектов, предусмотренных в «Схеме комплексного развития производительных сил, транспорта и энергетики Республики Саха (Якутия) до 2020 года», в инвестиционном проекте «Комплексное развитие Южной Якутии» и других, что неизбежно вызовет дальнейшее усиление техногенного воздействия на экосистемы всего региона.

Целью диссертационной работы является выявление основных закономерностей трансформации экосистемных комплексов при освоении месторождений минеральных ресурсов и разработка геоэкологической концепции недропользования в условиях криолитозоны на примере Якутии.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

- систематизированы имеющиеся в литературе теоретические и прикладные разработки по проблеме недропользования в условиях северных регионов;

- изучены природно-климатические и геоэкологические факторы недропользования в условиях криолитозоны и проведена их типизация для условий Якутии;

- оценена динамика трансформации природных комплексов в зависимости от исходных природных условий, вида добываемого сырья, применяемых технологий добычи, продолжительности и масштабов освоения месторождений;

- разработаны и внедрены высокоэффективные способы и средства по экологическому оздоровлению производственной среды по пылевому фактору при разработке угольных месторождений криолитозоны;

- разработаны технологии и научно-практические рекомендации по рекультивации нарушенных земель в различных ландшафтных областях Якутии и для отдельных групп месторождений полезных ископаемых;

-разработана геоэкологическая концепция недропользования для условий крупнейшего региона России, позволяющая минимизировать техногенное воздействие на экосистемы.

Объектом исследования являются экосистемные комплексы Якутии, подверженные техногенному воздействию при недропользовании.

Предмет исследования - геоэкологические условия размещения основных видов полезных ископаемых, оценка преобразования экосистем при недропользовании и мероприятия по охране природной среды при освоении месторождений.

Фактический материал, районы и объекты исследований. Основой для диссертационной работы послужили данные комплексных геоэкологических исследований и наблюдений, проведенных соискателем лично или под его научным руководством в разных регионах Якутии в период с 1981 года по настоящее время. Опытно-экспериментальные работы проводились на угольных предприятиях Магаданской области и Якутии. Геоэкологическими исследованиями и наблюдениями были охвачены экосистемные комплексы, подверженные техногенному воздействию при разработке месторождений россыпного и рудного золота, олова и каменного угля в различных ландшафтных областях Якутии (Северной - Западной - Восточной - Центральной - Южной).

Методика исследований. В процессе комплексных исследований применялся широкий набор методов, включающих анализ литературных и фондовых материалов, данных собственных полевых наблюдений по геологическому строению, геоморфологическим, геокриологическим, ландшафтным и геоэкологическим особенностям изучаемых природных и природно-техногенных комплексов, лабораторных и шахтных экспериментов по пылеобразованию и пылеподавлению при разработке каменного угля в условиях криолитозоны.

Научная новизна:

1. Впервые для крупнейшего горнопромышленного региона России выполнена геоэкологическая типизация объектов недропользования.

2. Выявлены основные природно-климатические, геологические и технологические факторы, совокупно влияющие на преобразование экосистемных комплексов Якутии в результате недропользования.

3. Доказано, что при недропользовании происходит преобразование природных комплексов в природно-техногенные экосистемные комплексы (ПТЭСК), включающие как природные, так и техногенные элементы, взаиморасположение которых и преобладание одной части над другой зависят от основных факторов недропользования.

4. Впервые для Якутии обоснована стадийность трансформации природных комплексов при разработке различных типов месторождений минерального сырья.

5. Научно обоснована и практически реализована возможность использования градиента отрицательных и положительных температур для повышения эффективности пылеподавления.

6. Разработаны и внедрены высокоэффективные средства снижения запыленности воздуха при работе угольных комбайнов в условиях криолитозоны (авторские свидетельства № 1105658, № 1254171).

7. Впервые апробированы для различных групп месторождений полезных ископаемых эффективные в условиях Севера принципиальные схемы и технологии биологической рекультивации (патент на изобретение № 2462854).

8. Разработана региональная геоэкологическая концепция недропользования, основанная на принципах экологического нормирования недропользования в условиях криолитозоны, позволяющая минимизировать экологические последствия освоения новых минерально-сырьевых районов Якутии.

Основные защищаемые положения:

1. При недропользовании в условиях криолитозоны основой экологического нормирования и разработки эффективных мер охраны природной среды является геоэкологическая типизация объектов недропользования - месторождений полезных ископаемых и экосистемных комплексов.

2. Преобразование исходных экосистемных комплексов криолитозоны является функцией сопряженного взаимодействия криогенеза, вещественного состава добываемого сырья и депонирующих сред, горно-геологических параметров продуктивных залежей, технологии добычи полезного ископаемого, масштабов и длительности разработки месторождений.

3. Преобразование экосистем в результате недропользования сопровождается формированием природно-техногенных экосистемных комплексов, развитие которых зависит от этапов освоения месторождений полезных ископаемых.

4. Обоснована геоэкологическая концепция недропользования в Якутии, основанная на применении принципов регионального экологического нормирования и приемов охраны природной среды, рекультивации нарушенных ландшафтов и оздоровления производственной среды, разработанных с учетом особенностей криолитозоны.

Практическая значимость работы. Научно-методические и теоретические выводы, обоснованные в диссертационной работе, успешно использованы при решении следующих практических задач:

- на основе ряда предложений и научных результатов автора по снижению влияния горных работ на производственную и природную среду по пылевому фактору разработано и согласовано с производственными объединениями «Якутуголь» и «Северовостокуголь» «Временное руководство по комплексному обеспыливанию угольных шахт Северо-Востока СССР» (1986 г.), которое принято для практического использования на шахтах ПО «Якутуголь» (акт о передаче законченной НИР от 13.01.1989 г.)

- разработанные с участием автора высокоэффективные средства пылеподав-ления, защищенные авторскими свидетельствами на изобретение, внедрены в угольных шахтах Якутии и Магаданской области в1985-1990 гг. (акты внедрения от 22.05.1985 г.; 03.03.1986 г.; 24.02.1988 г.);

- рекомендации по отводу под самозарастание земель, нарушенных горными работами, согласованы с контролирующими природопользование органами Республики Саха (Якутия) и успешно применены в ОАО «Алданзолото ГРК»;

- результаты комплексных геоэкологических исследований, проведенных под руководством автора, использованы при составлении разделов «Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС)» проектов разработки месторождений полезных ископаемых;

- разработанные рекомендации и технологические схемы по рекультивации нарушенных земель использованы на объектах АК «АЛРОСА», ОАО ХК «Якутуголь», ОАО «Алданзолото ГРК» (с 1994 г. по настоящее время.);

-диссертантом был подготовлен и читался курс лекций по экологическому нормированию природопользования в условиях криолитозоны в Северо-Восточном федеральном университете им. М.К. Аммосова;

- разработанное с участием автора учебно-методическое пособие по рекультивации земель при разработке месторождений полезных ископаемых Якутии используется при чтении спецкурсов по специальности «Природопользование» на кафедре экологии Северо-Восточного федерального университета им. М.К. Аммосова.

Личный вклад автора заключается в сборе и анализе фондовых, литературных, картографических материалов по теме работы, в организации экспедиционных исследований и участии в них, в проведении экспериментов в лабораторных и производственных условиях по снижению запыленности воздуха и рекультивации нарушенных земель, во внедрении результатов исследований в производство, в подготовке экспертных заключений Государственной экологической экспертизы.

Апробация работы и публикация результатов. Результаты исследований докладывались на 17 международных, 7 российских и 12 региональных конференциях и семинарах, на ученых советах и научных семинарах НИИПЭС СВФУ, ИГДС СО РАН, на объединенных ученых советах АН РС(Я).

По теме диссертации опубликовано 89 работ, в том числе 5 монографий в соавторстве, 17 статей в рецензируемых научных изданиях и 5 учебных и методических пособий, научно-практических рекомендаций, 16 публикаций в материалах международных конференций и 43 публикации в других изданиях. Диссертантом в соавторстве получены 2 свидетельства и 1 патент на изобретения.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 388 наименований, содержит 345 страниц, 29 таблиц, 21 рисунок и приложения на 10 страницах.

Благодарности. Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность научным консультантам д.г.-м.н., проф. Ю.В. Шумилову, д.б.н., проф. С.И. Мироновой, директору НИИПЭС СВФУ д.б.н. Г.Н. Саввинову, директору-организатору Института прикладной экологии Севера д.б.н., проф. Д.Д. Саввинову, д.т.н., проф. E.H. Чемезову, д.б.н. ЯЛ. Вольперту, к.г.н. А.Н. Горохову, к.г.н. А.Н. Федорову, своим коллегам из НИИПЭС СВФУ и ИГДС СО РАН за ценные советы и помощь при подготовке диссертационной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1 содержит обоснование актуальности темы, целей и задач исследований и методологических подходов к решению проблемы недропользования в северных регионах. Приведена геоэкологическая типизация природных комплексов и объектов недропользования.

Глава 2 обобщает результаты анализа основных геоэкологических (природно-климатических, геологических и технологических) процессов и факторов, влияющих на преобразование экосистем при недропользовании в условиях криолитозоны.

В Главе 3 приведены результаты исследований трансформации исходных экосистем криолитозоны в природно-техногенные экосистемные комплексы (ПТЭСК), показана стадийность их формирования при разработке различных видов минеральных ресурсов.

Глава 4 посвящена результатам исследований по разработке высокоэффективных в условиях мерзлоты средствах оздоровления производственной среды по пылевому фактору, способов и схем рекультивации нарушенных земель.

Глава 5 содержит обоснование геоэкологической концепции недропользования, основанной на принципах регионального экологического нормирования и приемов охраны окружающей среды, рекультивации нарушенных ландшафтов и оздоровления производственной среды.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Первое защищаемое положение. Основой экологического нормирования и разработки эффективных мер охраны окружающей среды при недропользовании в условиях криолитозоны является геоэкологическая типизация объектов освоения — месторождений полезных ископаемых и экосистемных комплексов.

Тенденция продвижения хозяйственной деятельности в северные регионы планеты (Агранат, 1992; Котляков, Агранат, 1999; Арктика..., 2000; Додин, 2002; Красовская, 2008 и др.) в настоящее время обусловлена стремлением использовать минерально-ресурсный потенциал северных территорий, что ведет к интенсивному развитию специфической формы природопользования - недропользования. Первоначально, освоение севера было связано с развитием Российского государства в целом и с продвижением ее границ в северные и восточные регионы азиатского материка.

Характерным примером эволюции природопользования является освоение территории Якутии. На начальном этапе (с начала XVII в. до 20 гг. XX в.) основными привлекающими факторами были биологические ресурсы (пушнина и рыба), добыча которых наряду с аборигенным традиционным хозяйствованием не причинял существенного экологического ущерба, кроме неуклонного снижения биологической продуктивности экосистем.

Экологическая и экономико-географическая обстановка в Республике Саха (Якутия) стали быстро меняться после открытия россыпей золота в Южной Якутии, где в советское время развернулись наиболее интенсивные и целенаправленные геологоразведочные и горноэксплуатационные работы. В дальнейшем масштабы недропользования неуклонно возрастали, распространяясь к северу Якутии, и к настоящему времени охватили практически всю ее территорию.

Характерной особенностью современного этапа развития недропользования на Российском Севере является его доминирующая роль в экономическом блоке регионов и страны в целом. С другой стороны, масштабные и разнообразные формы недропользования в пределах российского сегмента криолитозоны ведут к деградации экосистем, подвергаемых техногенному воздействию.

Проведенный анализ физико-географических особенностей недропользования в регионе показывает, что ведущими факторами, определяющими специфику развития природных комплексов в Якутии, являются суровый резко континентальный климат и повсеместное развитие многолетнемерзлых пород (криолитозона).

Ухудшение экологической ситуации в республике в результате интенсивно развивающегося горнопромышленного производства уже в 80-х годах XX в. было отчетливо установлено учеными Якутии самой разной специализации - от биологов до мерзлотоведов. Однако к началу 90-х годов проводимые оценки экологического состояния региона фиксировали отклонения от нормальных значений главным обра-

зом отдельных параметров природной среды. К тому же, чаще всего исследования экологической направленности не затрагивали всю территорию республики, имели локальный характер.

На первых этапах прикладных экологических исследований в Якутии их методологической основой служил бассейновый принцип — привязка «точечных» определений состояния компонентов экосистемы к руслу того или иного водотока и экстраполяция полученных данных на весь речной бассейн (Саввинов и др., 1993; 1992; 1996; Экология..., 1992; 1993; 1995; Саввинов и др., 2000). Такой подход не позволяет четко распознавать вклад того или иного конкретного вида хозяйственной деятельности, например, недропользования, как отдельного источника воздействия на природную среду, так и в комплексе с другими факторами.

В некоторых работах (Поисеев, 1999; Ноговицын, 2003; Бурцева, 2006) природопользование соотносят с конкретными административными или же хозяйственно-экономическими регионами и объектами Якутии. Эти исследования позволяли по отдельным показателям выявлять негативные последствия длительного массированного использования недр Якутии, т.е. превращения территории республики в минерально-ресурсную базу без достаточных эколого-природоохранных компенсационных мероприятий в отношении здоровья людей и окружающей среды.

Проведенный нами анализ известных публикаций приводит к выводу, что к началу исследований, излагаемых в диссертационной работе, проблема геоэкологи-чески безопасного недропользования в условиях криолитозоны Якутии не имела единой методологической основы ее решения.

Поэтому, нами в качестве теоретических и методологических предпосылок системного осмысления функции недропользования как природопреобразующего фактора была принята методология экосистемного подхода к исследованию закономерностей воздействия недропользования на природную среду в целом.

В отечественном естествознании системный/комплексный подход к природным объектам был намечен еще в XIX в. В.В. Докучаевым на примере анализа географического распределения почв. В дальнейшем экосистемная методология разветвилась на целый ряд научных направлений, отражающих точки зрения и целевые установки различных исследователей (Сочава, 1978; Исаченко, 1980; Исаков и др. 1980; Сукачев, 1954; Красилов, 1992 и др.). При этом изучение публикаций исследователей, работающих на стыке прикладной экологии и географии, показало, что пока еще не выработаны единые научно-методические принципы анализа воздействий на природную среду на экосистемном уровне, в особенности в условиях криолитозоны.

Начиная с Н.Г. Саушкина (1951) предложены различные варианты классификаций и понятий, характеризующих ландшафты и экосистемы, измененные человеком (Куражковский, 1969; Реймерс, 1990; Рунова, 1993; Кочуров, 1999; Бакланов, 2000; Прозоров, Экзарьян, 2000; Региональное..., 2002; Александрова, 2006; Кра-совская, 2008; Калесник, 1955; Жекулин, 1961; Мильков, 1973; Исаченко, 1980; Техногенные ..., 1985; Моторина, 1985; Толстихин, 1990; Голубев, 1999; Ондар и др., 2000; Восстановление земель..., 2000; Розанов, 2001; Разумовский, 1981; Кучерова, 1995; Кочуров, 1999 и др.).

Однако можно констатировать, что ни один из научно-теоретических и методических подходов к природопользованию и, конкретнее, к недропользованию у нас в стране не приобрел еще статус официальной «легитимности».

Таким образом, в контексте проблемы недропользования перед нами встала задача дифференциации природных комплексов (экосистем) криолитозоны Якутии на структурные единицы как объектов горного производства и, следовательно, являющихся предметами геоэкологического изучения. Такой подход, рассматриваемый нами как методологически специализированный экосистемный анализ, апробирован при изучении экосистем Южной Якутии (Иванов, Миронова, Шумилов и др. 2006; Иванов и др., 2011). Показано, что в качестве основной единицы, интегрально реагирующей на все многообразие факторов недропользования, правомерно использовать устоявшееся понятие экосистемы, придавая этому понятию методологическую интерпретацию, отвечающую эколого-прикладным (геоэкологическим) целям.

В соответствии с таким подходом выстраивается последовательная цепочка геоэкологических исследований (рис. 1).

Нами, на основе принципа физико-географического районирования (Федоров, 1991) и с использованием материалов по геологической и геоморфологической структуре территории Якутии (Республика Саха (Якутия) ..., 2009), выделены 5 основных ландшафтных областей и разработана картосхема районирования объектов недропользования Якутии (рис. 2).

Природная среда

Недропользование

>=0

Трансформация природной среды

Рисунок 1 - Последовательная схема исследования трансформации природных комплексов при недропользовании и разработки природоохранных мероприятий

Анализ природных особенностей и исследований по дифференциации территории региона, опыта разработки полезных ископаемых позволило нам привести геоэкологическую типизацию экосистемных комплексов (ЭСК) (табл. 1) и принципиальную схему геоэкологической типизации видов минеральных ресурсов как объектов недропользования в Якутии (табл. 2).

Предлагаемые варианты типизации объектов недропользования имеют преимущественно специализированное методологическое назначение, позволяя соотно-

сить преобразование природных объектов под воздействием на них процессов и факторов недропользования, анализировать возникающие последствия. Данные схемы позволят более эффективно использовать особенности природной среды Якутии при дальнейшем развитии недропользования, разрабатывать и внедрять мероприятия по охране окружающей среды или восстановлению состояния экосистем до приемлемого уровня.

Условные обозначения

I I ЛАНДШАФТНЫЕ ОБЛАСТИ

I - СЕВЕРНАЯ ЯКУТИЯ IV - ВОСТОЧНАЯ ЯКУТИЯ

II - ЗАПАДНАЯ ЯКУТИЯ V - ЮЖНАЯ ЯКУТИЯ

III - ЦЕНТРАЛЬНАЯ ЯКУТИЯ

ПОЛЕЗНЫЕ ИСКОПАЕМЫЕ

* Алмазы коренные » Полиметаллы (серебро, свинец, цинк)

Алмазы россыпные Олово

k Нефть ** Сурьма

Д Природный газ р Апатиты

Я Уголь каменный » Редкоземельные металлы

> Уголь бурый * Железо

J Золото й Уран

ПРИРОДНЫЕ ЗОНЫ

Тундра ЯШ Средняя тайга

Северная тайга Области высотной поясности

Рисунок 2 - Картосхема районирования объектов недропользования в Якутии

Таблица 1 - Геоэкологическая типизация экосистемных комплексов (ЭСК) Якутии, преобразуемых при недропользовании (составлена автором на основе обобщения собственных наблюдений и с использованием литературных источников: Мерзлотные ..., 1989; Соловьев, 1991; Федоров, 1991; Республика Саха (Якутия)..., 2009 и др.)

Ландшафтные области Морфо-структурные комплексы Экоснстемные комплексы Геокриологические особенности

Ландшафт но-геоморфологические комплексы Почвенно-растительный покров

1 2 3 4 5

Северная Якутия Аккумулятивные равнины и низменности Едомы озерно-аллювиальные Мерзлотные тундровые почвы. Тундры типичные Сплошная мерзлота мощностью до 470 м. Сильнольдистые отложения, повторно-жильные льды. Термокарст, термоэрозия

Аласы (термокарстовые понижения) Мерзлотные торфяно-болотные почвы. Полигонально-валиковые редкокустарини-ковые тундроболота Сплошная мерзлота мощностью до 350 м. Под большими озерами сквозные подозерные талики. Морозобойное растрескивание, пучение

Низкие горы и денудационные равнины Вершинно-приводораздель-ные элювиальные и элювиально-делювиальные Горнотундровые почвы, подбуры. Горные тундры лишайниковые Сплошная мерзлота мощностью до 350 м. Отложения слабольдистые. Криогенное выветривание, морозная сортировка

Пологосклоновые делювиапьно-солифлюкцион-ные Горнотундровые почвы, подбуры. Горные тундры лишайниковые и зеленомошные Сплошная мерзлота мощностью до 350 м. Отложения среднель-дистые. Криогенный крип, со-лифлюкция, курумообразование.

Долины крупных рек Долинные аллювиальные Мерзлотные пойменные торфянисто-болотные почвы. Тундроболота Сплошная мерзлота мощностью до 470 м. Сильнольдистые отложения. Морозобойное растрескивание, термокарст, пучение

Западная Якутия Сильно изрезанные холмистые плоскогорья и плато Крутосклонные коллювиальные и склоны средней крутизны делюви-ально- коллювиальные Горно-тундровые, горные мерзлотные северотаежные типичные почвы. Горные пустыни и тундры, подгольцовые кустар-ничковые заросли, горные редколесья Сплошная мерзлота мощностью до 1500 м. Слабольдистые горные породы. Криогенное выветривание, морозная сортировка

Пологоскпонные делювиапьно-солифлюкцион-ные Сплошная мерзлота мощностью до 1500 м. Среднельдистые отложения. Криогенный крип, со-лифлюкция, курумообразование

Привершинные поверхности плато и плоскогорий Мерзлотные северотаежные и таежные почвы. Лиственничные редины и редколесья кустарничково-лишайниковые Сплошная двухярусная мерзлота до 700 м. Слабольдистые горные породы. Криогенный крип, со-лифлюкция, морозобойное растрескивание

Горно-долинные аллювиальные и гляциальные Комплекс почв пойменных и надпойменных террас. Тундроболота, ерники и ивняки, лиственничные редколесья Сплошная мерзлота до 500 м с подрусловыми таликами. Среднельдистые отложения. Морозобойное растрескивание, термокарст

Продолжение таблицы 1

1 2 3 4 5

Аккумулятивные равнины и низменности Аласы (термокарстовые понижения) Комплекс аласных почв. Аласные луга злаковые и осоковые Сплошная мерзлота до 700 м. Под большими озерами сквозные подо-зерные талики. Сильнольдистые отложения. Морозобойное растрескивание, пучение

1 В* 3 •л Межаласные плоскоравнинные Мерзлотные таежные палевые осолоделые, мерзлотные северотаежные типичные и глееватые почвы. Лиственничные леса кус-тарничково-зеленомошные, кустарничко-во-разнотравные, с примесью сосны Сплошная мерзлота до 540 м. Повторно-жильные льды. Термокарст

Í3 а Ё 3 Плоскогорья и плато Элювиальные и элювиально- делювиальные Мерзлотные дерново-карбонатные оподзо-ленные почвы. Лиственничные и елово-кедровые леса кустарничково-зеленомошные Сплошная (до 500 м) и перерыви-стая (до 150 м) мерзлота. Слабольдистые горные породы. Криогенное выветривание, морозная сортировка

Долины рек Пойменные и надпойменные террасовые Мерзлотные пойменные дерново-лесные, лугово-болотные почвы. Лиственничные леса с примесью ели, ерники и осоковые луга Сплошная мерзлота с подрусловы-ми таликами. Сильнольдистые отложения. Морозобойное растрескивание, термокарст, пучение

HQ о. о « к Круто- и средне-склонные коллю-виальные и делю-виально-коллювиальные Горногольцовые, мерзлотные северотаежные типичные почвы. Каменистые осыпи, горные тундры, заросли подгольцовых кустарников, горные лиственничные редины и редколесья Сплошная мерзлота. Слабольдистые горные породы Криогенное выветривание, морозная сортировка

§ О а. О Пологосклонные делювиально- солифлюкционные Горные тундры, горные лиственничные редины и редколесья. Подбуры тундровые оподзоленные, мерзлотные северотаежные типичные Сплошная мерзлота. Слабольдистые горные породы. Криогенный крип, солифлюкция, курумообразо-вание

§ о в сч SL е о ж Привершинные элювиальные и элювиально-делювиальные выровненные участей плоскогорий Каменистые россыпи, горногольцовые, мерзлотные северотаежные типичные почвы. Тундры горные лишайниковые и кус-тарничковые, заросли кедрового стланика кустарничково-лишайниковые, горные лиственничные редины и редколесья Сплошная мерзлота. Слабольдистые горные породы. Криогенное выветривание, морозная сортировка

« о ё Пологосклонные делювиально- солифлюкционные Мерзлотные северотаежные типичные почвы. Лиственничные редины и редколесья Сплошная мерзлота. Слабольдистые горные породы. Криогенный крип, солифлюкция, курумообразо-вание

Днища долин горных рек Долинные аллювиальные Мерзлотные пойменные торфяно-болотные, дерново-лесные почвы. Лиственничные редины и редколесья ернико-вые, кустарничково-зеленомошные, чозе-ниево-тополевые леса Сплошная мерзлота от 150 до 500 м с подрусловыми таликами. Сильнольдистые отложения. Морозобойное растрескивание, термокарст

з о. 2 О S Круто- и средне-склонные коллю-виальные, делю-виально-коллювиальные Подбуры таежные, щебнистые смытые. Лиственничные редколесья кустарничково зеленомошные Прерывистая мерзлота мощностью до 200 м. Слабольдистые горные породы Криогенное выветривание, морозная сортировка

1 о. и Пологосклонные делювиально-солифлюкцион-ные Подбуры тундровые оподзоленные, мерзлотные северотаежные типичные. Горные тундры, горные лиственничные редины и редколесья Прерывистая мерзлота мощностью до 200 м. Слабольдистые горные породы. Криогенный крип, солифлюкция, курумообразование

Южная Якутия « л еь о U Привершинные выровненные участки плоскогорий и низких гор Подбуры тундровые типичные и оподзоленные. Разреженные заросли кедрового стланика, кустарничково-лишайниковые Прерывистая мерзлота мощностью до 200 м. Криогенное выветривание, морозная сортировка

<j о Пологосклонные делювиально-солифлюкцион-ные Мерзлотные северотаежные типичные почвы. Лиственничные редины и редколесья Сплошная мерзлота. Слабольдистые горные породы. Криогенный крип, солифлюкция, курумообразование

Днища долин горных пек Долинные аллювиальные Мерзлотные таежные глееватые и оподзоленные, пойменные дерново-лесные, тор-фяно-болотные почвы. Лиственничные леса с примесью ели кустарничково зеленомошные Сплошная мерзлота от 150 до 500 м с подрусловыми таликами. Сред-нельдистые отложения. Морозобойное растрескивание, термокарст

Таблица 2 - Принципиальная схема геоэкологической типизации видов минеральных ресурсов как объектов недропользования в Якутии (составлена автором на основе анализа литературных источников: Системы разработки угольных..., 1970; Условия эксплуатации..., 1982; Федоров, 2000; Природно-техногенные экосистемы..., 2006 и др.)

Виды минеральных ресурсов Типичные геоэкологические особенности размещения минеральных ресурсов Средняя длительность разработки, годы Характерные формы воздействия на компоненты географической среды

Россыпное золото, касситерит, россыпи алмазов, платины Располагаются в долинах малых и средних порядков, в отложениях речных террас, бортах долин, реже на водоразделах при глубине залегания от 1 м до '10 х п м. Форма пластооб-разная, протяженность от 0,1 км до п 10 км. Ширина россыпей в среднем от 10 м до 10 п м От 3-5 до 10п- Формы воздействия на природную среду определяются технической культурой производства, нарушениями мерзлотных условий ландшафта, почвенно-растительного покрова, сбросами в водотоки

Каменный и бурый уголь Приурочены к отрицательным мор-фоструктурам, выраженным средне-горным рельефом или слабо расчлененным плато. Форма пластообраз-ная, глубина залегания от 1 м до 10 х п м. Мощность пластов от 1 м до 10 п м От 10-20 до 10п- Формы воздействия на природную среду зависят кроме вышеперечисленных, от химического состава вмещающих пород и присутствия элементов-примесей, обладающих высокими токсичными свойствами (Т1, В1, Ая, С(1, Н§) и тяжелых металлов (Си, Ъ\, РЬ, Т1, V и др.), технологии добычи (открытая, подземная) и обогащения (гравитационное, кучное выщелачивание и др.), способов утилизации подземных минеральных вод, складирования отходов производства (отвалы пустых пород) и др.

Рудное золото, олово (касситерит). Железные РУДЫ Тяготеют к положительным морфо-структурам (плато, низко-, средне-горный рельеф), вершинным и водораздельным поверхностям. Формы рудных тел от простых до сложных, разной конфигурации. Глубина залегания от 1 м до 10 п м, мощность рудных тел и жил от 1 м до 10 п м

Коренные месторождения алмазов (ким-берлитовые трубки) Тяготеют к положительным морфо-структурам (плато, низко-, средне-горный рельеф), вершинным и водораздельным поверхностям. Формы трубок от простых до сложных, разной конфигурации. Площади сечения трубок от 10 п до 100 п м2. Глубина залегания от 10 п до 100 п м

Углеводородные ресурсы Приурочены к верхнепермскому, нижнетерриасовому и нижнеюрскому продуктивным комплексам в пределах Центральноякутской равнины и к ведскому и венд-кембрийскому продуктивным комплексам в пределах Приленского плато От 10-15п-до ЮОп- Формы воздействия на природную среду определяются качеством обеспечения безаварийной эксплуатации промысла, эффективностью способов утилизации отходов производства

Второе защищаемое положение. Преобразование исходных экосистемных комплексов криолитозоны является функцией сопряженного взаимодействия криогенеза, вещественного состава добываемого сырья и депонирующих сред, горно-геологических параметров продуктивных залежей, технологии добычи полезного ископаемого, масштабов и длительности разработки месторождений.

В работе дана характеристика и оценка трех основных групп геоэкологических факторов, сопряженное взаимодействие которых определяет динамику и сте-

пень преобразования экосистем. Во-первых, это естественные (географические), природно-климатические и прочие факторы, присущие природной обстановке данного района недропользования. Во-вторых, это факторы, обусловленные свойствами и специфическими характеристиками, в частности горнотехническими условиями залегания добываемого полезного ископаемого. В-третьих, это технологические методы разработки месторождений. В принципиальном виде трансформацию (Р) экосистем в процессе недропользования правомерно считать функцией (/) географических (вО, геологических (€г2) и технологических (Т) параметров, характеризующих данный вид недропользования, т.е.:

Р~ЛС1,С2,Т)

Основными географическими факторами, отрицательно влияющими на преобразование экосистем криолитозоны являются широтно-климатические (низкая температура, высокая повторяемость безветренных дней, туманы, относительно высокая плотность воздуха), высотно-поясные уровни и геокриологические условия ландшафтов (льдистость отложений, температура горных пород, мощность сезонно-талого и защитного слоев, наледи и другие мерзлотные процессы и явления), где залегают месторождения.

Перечисленные особенности криолитозоны Якутии, а также сопутствующие им негативные процессы обусловливают выбор не только способов, технологии разработок месторождений в условиях той или иной географической зоны региона, но должны быть учтены и на стадиях проектирования и проведения природоохранных мероприятий.

Ко второй группе факторов, влияющих на последствия недропользования, нами отнесены геологические и горнотехнические условия залегания месторождений, рельеф местности, глубина и мощность продуктивного слоя, угол наклона и формы рудного тела, содержание и физико-химические свойства полезного компонента и геохимический состав вмещающих пород.

На основе учения о геохимии ландшафтов (работы В.И. Вернадского, А.И. Полынова, А.И. Перельмана, М.А. Глазовской, В.В. Добровольского и др.), и исследований, непосредственно проведенных в Якутии И.П. Винокуровым, В.Н. Макаровым, В.М. Питулько, С.Л. Шварцевым, Б.С. Ягнышевым и др., важнейшей характеристикой объектов недропользования, которую необходимо учитывать при организации природоохранных мероприятий и экологического мониторинга, следует считать геохимический профиль месторождений полезных ископаемых.

Некоторые месторождения Якутии отличаются наличием сильноминерализованных подземных вод (Климовский, Готовцев, 1994; Зуев и др. 1994; Дроздов, 2011; Шепелев, 2011), что создает серьезную экологическую и технологическую проблему при разработке и консервации алмазных трубок Якутии. В Южной Якутии при подземной разработке месторождений угля возникают прорывы грунтовых вод через таликовые зоны, создавая аварийные ситуации. Подобные проблемы наблюдаются и при разработке россыпных месторождений.

Особое внимание требуется в отношении газоносности и способности пыле-образования при освоении залежей угля, разработке подземным способом алмазоносных трубок, рудных месторождений.

Приведенные в работе особенности регионального геохимического фона месторождений Якутии, состава добываемого сырья и перемещаемых в процессе тех-

ногенного преобразования ландшафтов пород, наличие высокоминерализованных подземных вод, таликовых зон, высокая способность мерзлых пород к пылеобразо-ванию, наличие в них нефтепроявлений предопределяют значительную химическую нагрузку на водные и наземные экосистемы.

К технологическим факторам воздействия на геологическую среду и экосистемы при недропользовании отнесены способ и система разработки месторождений, применяемая технология добычи и переработки сырья, используемый комплекс основной и вспомогательной техники.

При разработке россыпных, рудных, алмазных и угольных месторождений Якутии широко практикуется применение горнодобывающих комплексов, включающих мощную буровую, землеройную, транспортную и экскавационную технику. Применяемая технология сопровождается выделением значительного пылегазового потока, состоящего из различных загрязняющих природную среду ингредиентов, что многократно, как показали наши исследования, увеличивает зону воздействия на территории, прилегающие к объектам недропользования.

Масштаб и формы воздействия на природную среду при освоении месторождений зависят от этапов проведения горных работ, от вовлечения в отработку составляющих частей геологических образований (участок, месторождение или россыпное или рудное поле, зона или узел, провинция). Это отражено в разработанной в настоящей работе принципиальной схеме геоэкологической типизации объектов недропользования в Якутии (табл. 3). При этом если отдельный горнодобывающий комплекс занимает локальную площадку отработки какого-либо участка месторождения, то предприятие (например, горно-обогатительный комбинат) может включать несколько добычных участков, обогатительный комплекс, площади для размещения отходов (отвалы пустых пород, хвостохранилища и т.д.), которые вовлечены для освоения месторождения или всего минерального узла или провинции.

Третье защищаемое положение. Преобразование экосистем в результате недропользования сопровождается формированием природно-техногенных эко-системных комплексов, развитие которых зависит от этапов освоения месторождений полезных ископаемых.

Закономерности преобразования природных сред в результате природопользования, в том числе в условиях Севера, охарактеризованы в теоретических и эколого-прикладных работах целого ряда известных отечественных ученых (Д.В. Богданов, А.Г. Исаченко, C.B. Калесник, B.JI. Котельников, Ф.Н. Мильков, Е.В. Миланова, JI.B. Моторина, В.А. Овчинников, A.M. Рябчиков, В.М. Котляков, В.В. Крючков, Ю.Г. Саушкин, A.A. Титлянов, JI.C. Хорошилова и др.). Применительно к условиям Якутии экологические последствия хозяйственной и иной деятельности исследованы многими учеными, непосредственно работавшими в Якутии (В.Р. Алексеев, И.Б. Арчегова, Е.И. Бурцева, Р.В. Десяткин, Л.С. Гарагуля, М.Н. Замощ, Я.Л. Вольперт, Т.М. Красовская, В.Н. Макаров, С.И. Миронова, И.М. Папернов, И.И. Поисеев, A.A. Пугачев, Г.Н. Саввинов, Д.Д. Саввинов, Н.Г. Соломонов, О.И. Сумина, Е.Е. Сыро-ечковский, A.A. Тишков, О.Н. Толстихин, A.B. Цыганков, М.М. Шац, Ю.В. Шумилов, Б.С. Ягнышев и др.) включая и диссертанта.

Таблица 3 - Принципиальная схема геоэкологической типизации объектов недропользования в Якутии (составлена автором)

Ранг объекта (поря док) Наименование объекта Ориентировочная размерность (км2) Типичные примеры Формы, масштабы и характер воздействия на географическую среду

I порядок Эксплуатационный участок, рудник, шахта, карьер, полигон от 0,01 п до п км2 Рудник «Интернациональный»; карьеры «Мир», «Айхал»; шахта «Денисовская»; карьер «Нерюн-гринский»; участок открытых горных работ; промп-лощадка рудника От локального на участках разработок до местного негативного воздействия при длительной эксплуатации с изменением рельефа на отдельных участках, гидрохимических, гидробиологических свойств малых водотоков, нарушения естественных русел малых рек, почвенно-растигельного покрова, образование геохимического фона, снижение биологической продуктивности на отдельных участках

п порядок Месторождение от п до п 10 км2 Таборное, Юочюское, Рябиновое (рудное золото); Интернациональное, Удачное, Айхал (кимберлитовые трубки); Эбэлэх, Молодо, Горное (россыпные алмазоносные); Эльгинское, Нерюнгринское, Кангалас-ское (уголь); Талаканское, Тас-Юряхское, Иреляхское (углеводороды)

III порядок Рудное (продуктивное) или россыпное поле п 102км2 Куранахское, Лебединское золоторудные поля; Малоботуобинское, Накынское, Дал-дынское кимберлитовые поля От локального на территории освоения до регионального депрессивного воздействия при длительном недропользовании. Изменения рельефа на значительных площадях, гидрохимических, гидробиологических свойств основных водотоков, нарушения естественных русел малых рек, почвенно-растигельного покрова, образование геохимического фона, закисление геосистем, снижение биологической продуктивности экосистем

г/ порядок Горнопромышленный, рудно-промышленный узел (зона) п 10' км2 Учугейская, Южно-Угуйская золотоносные зоны; Адыча-Тарынская сурьмяная зона; Эльконская урановоносная зона

V порядок Горнорудный (горнопромышленный), нефтепромысловый район п 104км2 Центрально-Алданский, Верхне-Тимптонский золотоносные районы; Се-веро-Янский, Яно-Адычанский, Верхне-Индигирский, Южно-Верхоянский оловоносные районы; Южно-Алданский и Чаро-Токкинский железорудные районы

VI порядок Минерально-ресурсная провинция, , каменноугольный бассейн, нефтегазоносная область п 105км2 Якутская алмазодобывающая провинция; Алданская железорудная провин-. ция; Яно-Индигирская оловоносная ме-таллогеническая область; Ленский, Зыряновский, Южно-Якутский угольные бассейны; Вилюйская, Непско-Ботуобинская и Предпатомская нефтегазоносные области

В контексте теоретических представлений названных и многих других авторов, а также выполненные нами исследования позволяют заключить, что в процессе недропользования происходит трансформация природных экосистем и преобразование их в ПТЭСК (табл. 4). Установлено, что ПТЭСК включают как природные, так и техногенные элементы, взаиморасположение которых, преобладание одной части над другой зависят от исходных природно-географических условий территории, масштабов и длительности техногенного воздействия, вида месторождения, применяемой технологии добычи и обогащения.

Таблица 4 - Объекты недропользования и геоэкологические факторы, сопутствующие их освоению (составлена автором)

Объекты освоения Экоснстемпые комплексы (ЭСК) Стадия освоенности Особенности ПТЭСК

Редкоземельные элементы - «Том-тор» в бассейне р. Удя (правый приток р. Анабар) ЭСК низких гор и денудационных равнин Северной Якутии Разведка, подготовка ТЭО Значительное загрязнение водных объектов, активизация термоэрозионных процессов, локальная деградация почвенно-раститель-ного покрова, заболачивание, рекультивация

Золоторудное месторождение «Кк>-чюс». Бассейн р. Яна в нижнем течении

Олово-сурьмяные месторождения Северо-Янского оловоносного района ЭСК горных склонов Восточной Якутии Наращивание объемов добычи Наличие геохимических аномалий, загрязнение воздуха, водных объектов, активизация эрозионных процессов, локальная деградация поч-венно-растительного покрова, рекультивация

Месторождения серебра, золота, олова, сурьмы Южно-Верхоянского района; Золото-сурьмяные месторождения Верхне-Индигирского района Разведка, подготовка ТЭО. Наращивание объемов добычи

Алмазоносные россыпи (Маят, Эбэ-лях и др.). Бассейн р. Анабар ЭСК холмистых плоскогорий и плато Западной Якутии Наращивание объемов добычи Значительное загрязнение водных объектов, активизация эрозионных процессов, локальная деградация почвенно-раститель-ного покрова, заболачивание, рекультивация

Кимберлитовые трубки Малоботуо-бинского, Далдынского полей. Восток Среднесибирского плоскогорья Переход на подземный способ добычи Наличие геохимических аномалий, загрязнение воздуха, водных объектов, деградация почвенно-растительного покрова, подземные засоленные воды, рекультивация

Кимберлитовые трубки Накынского поля. Нижнее течение р. Ханя Наращивание объемов добычи

Газовые месторождения Вилгойской области. Междуречье рр. Тюнг -Вилюй и Лена Таежно-аласные ЭСК Центральной Якутии Наращивание объемов добычи Загрязнение воздуха, почв, водных объектов, рекультивация

Угольные месторождения Центральной Якутии. Среднее течение р. Алдан ЭСК пойменно-русловых уровней Центральной Якутии

Нефтегазоносные месторождения Непско-Ботуобинской, Предпатом-ской областей. Запад, часть Прилен-ского плато Таежно-аласные, пойменно-русловые ЭСК Центральной Якутии Разведка. Наращивание объемов добычи

Куранахское рудное поле. Якокит-Селигдарское мреч. ЭСК вершинно-водораздельных поверхностей Южной Якутии Наращивание добычи Наличие геохимических аномалий, загрязнение воздуха, водных объектов, деградация почвенно-растительного покрова на значительных площадях, рекультивация. Загрязнение среды радионуклидами при авариях (Элькон-ские месторождения урана)

Эльконская урановоносная зона. 40 км южнее г. Томмот Разведка, подготовка ТЭО

Железорудные месторождения. Междуречья рр. Малый Нимныр и Большой Хатыми. Верхнее течение р. Торго

Месторождения апатитов. 50 км южнее г. Алдан

Рудное месторождение золота «Таборное». Верх. теч. р. Торго Добыча, подготовка ТЭО

Угольные месторождения Южной Якутии Наращивание добычи

Преобразования природной среды при недропользовании происходит в несколько стадий. Техногенные проявления начинаются с разведочных работ, проходки вскрывающих выработок, строительства объектов инфраструктуры и т.д. Наиболее значительные изменения природная среда претерпевает при полном развертывании горных работ, когда предприятие начинает добывать минеральное сырье в предусматриваемых проектом максимальных объемах. На данной стадии использование мощной горной техники достигает предельных показателей для конкретных горнотехнических условий, что сопровождается максимальными выбросами в атмосферу, сбросами загрязнителей в поверхностные воды, значительными изменениями рельефа местности, образованием огромных объемов отходов производства (отвалы пустых пород, хвостохранилища, металлолом, отработанные шины и т.д.). Максимально проявляются особенности многолетней мерзлоты: термокарстовые явления, морозное пучение пород, наледообразование, термоэрозия, солифлюкция и т.д.

Масштаб и степень деградации прилегающей территории зависит от размеров горного отвода, производственной мощности предприятия, применяемой технологии и техники, объемов выбросов и сбросов, организации труда, реализуемых в ходе производственной деятельности мероприятий по охране окружающей среды, объемов природовосстановительных мер.

На стадии сокращения производства, объемов добычи нагрузка на природную среду снижается, на отработанных участках месторождения начинают проявляться первые признаки зарастания растительностью, гидрохимический и микроэлементный состав водотоков постепенно улучшается.

Однако техногенная нагрузка на природную среду не прекращается и после полного свертывания горных работ и ликвидации производства. Длительность вторичного загрязнения природных сред, в основном водной экосистемы, зависит от самовосстановительной способности данного ландшафта и вложенных в рекульти-вационные мероприятия средств, полноты и качества их проведения.

Проведенные исследования особенностей формирования ПТЭСК при разработке россыпных месторождений выявили следующее.

Большинство россыпных месторождений Северной Якутии отрабатываются открытым способом с бульдозерной технологией вскрыши и добычи.

Сравнительно небольшой срок разработки золото- и оловоносных россыпных месторождений в лесотундровой зоне привели к значительной деградации экосистем и образованию локальных природно-техногенных экосистемных комплексов, основной особенностью которых является бурное развитие термоэрозионных явлений при разрушении почвенно-растительного слоя при всех стадиях горного производства, что объясняется наличием порового льда и ледяных жил (повторно-жильных льдов) во вмещающих породах. Наиболее серьезные изменения происходят в составе водных объектов, в почвенно-растительном покрове, требуют решения вопросы минимизации термоэрозионных процессов, связанные с наличием ледяных жил в бортах горных выработок, карьеров и рекультивация отвалов пустых пород.

В результате разработок россыпей в Центрально-Алданском промышленном районе (ЦАР) в Южной Якутии днища долин рр. Орто-Сала, Селигдар, Большой Куранах нарушены драгами на 79,1% (Природно-техногенные..., 2006). Здесь сильно изменились пойменные и надпойменные комплексы и сформировался вполне определенный антропогенный рельеф, который характеризуется значительным изменением мезо- и микрорельефа. На значительных площадях удалены или перемеще-

ны поверхностные отложения, что сопровождается полным уничтожением почвен-но-растительного покрова (Рекомендации..., 2001).

Вместе с тем установлено, что на дражных отвалах Южной Якутии самозарастание растительности идет намного быстрее, чем на севере и востоке Якутии и зависит от содержания мелкозема в составе слагающих отвал пород, их химических показателей.

Добыча оловорудных месторождений «Западная» и «Тиряхтях», расположенных в Северной Якутии, осуществлялись подземным способом, при котором техногенные преобразования ландшафтов ограничиваются пределами горного отвода и выражаются обустройством промышленной площадки. Интенсивность и объем выбросов в десятки и сотни раз меньше по сравнению с открытыми разработками.

В Южной Якутии в течение десятков лет отрабатываются месторождения золота на Куранахском рудном поле (КРП) площадью около 213 км2 в пределах водораздельной части рр. Большой Куранах, Селигдар, Якокит.

Открытая разработка месторождений КРП существенно нарушает естественные ландшафты, изменяя сложившиеся экологические условия среды и превращая их в особую природно-техногенную систему (табл. 5). Установлено, что на техногенных участках с полным отчуждением почвенно-растительного покрова не происходит восстановления первичных растительных сообществ, а формируются новые фитоценозы, развитие которых зависит от техногенного рельефа, состава и структуры почвогрунта преобразованной территории.

Таблица 5 - Классификация техногенных экосистем Южной Якутии (Миронова, Васильев, Иванов, 2008)

Естественный ландшафт Техногенный ландшафт Состав почвогрунтов Растительность

Водораздельные плакоры и склоны с сосново-лиственничными лесами с ольхой, кедровым стлаником, березой Глубокие (до 400 м) карьерные выемки рудных месторождений нет нет

Неглубокие бульдозерные карьеры Галечниково-валунные и тонкодисперсионно-суглинисто-супесчаные Сорные, луговые и дре-весно-кустарниковые сообщества в зависимости от степени зарастания

Холмистые седло-винно-холмистые высокие отвалы рудных месторождений (высота 40-100 м) Крупнообломочные глыбовые (галечниково-валунные глыбовые) Рудеральные сообщества и единичные виды кустарников и деревьев (ивы, чозения, тополь, ольха, береза, малина)

Долины и русла рек и ручьев с долинными лесами (ивы, чозения, ольха, тополь) и лугами с ерниками Отвалы вскрышных пород на россыпях (высота до 30 м) Галечниково-валунные глыбовые и тонкодисперси-онно-суглинистые Сорно-луговые и древес-но-кустарниковые сообщества (иванчаево-пырей-ные, клеверно-полынные, пижмовые, ольховники, чозенники, тополевники, березняки и ивняки)

Хвостохранилища фабрик Песчано-галечный с обломками и с накоплением мелкозема Единичные не сомкнутые сорно-луговые и древесно-кустарниковые растения (иван-чай, бескильница и ячмень гривастый, полынь, пижма, ивы, березы)

Алмазные трубки отличаются особо сложными горнотехническими условиями залегания (своеобразные формы трубок, значительная глубина и крутизна угла откоса карьеров, огромный объем складируемых на поверхности пустых пород). Им присущи и специфические геоэкологические параметры (высокоминерализованные подземные воды, присутствие элементов-примесей, обладающих токсичными свойствами и тяжелых металлов, отсутствие опыта рекультивации отвалов, дефицит потенциально-плодородных пород, значительный объем перерабатываемой горной массы, высокая степень подверженности добываемой горной массы к выветриванию, и т.д.). Данный комплекс параметров обуславливают формирование своеобразных ПТЭСК, которые существенно затрудняют рекультивацию нарушенных ландшафтов, породных отвалов, крайне замедляют естественные процессы самоочищения и восстановления преобразованных экосистем в районах расположения алмазодобывающего комплекса.

Проведенные исследования микроэлементного состава снежного покрова в районе расположения карьера «Нерюнгринский» позволили выделить зоны пылевой и геохимической нагрузки на ландшафт (рис. 3). Установлено, что влияние производственной деятельности на загрязнение снежного покрова прослеживается на расстоянии до 80-100 км в юго-восточном направлении от карьера. Общая площадь с измененной по сравнению с фоновыми показателями территории составляет 12001500 км2, в пределах которой выделяются зоны с повышенной, средней и слабой техногенной пылевой нагрузкой. Комплексными исследованиями в районе расположения разреза выявлено, что в зависимости от пылевой нагрузки в лесных сообществах почти на половину меняется видовой состав организмов. Вытеснение природной растительности более устойчивыми к ухудшению экологических условий видами разнотравья и кустарников наблюдается до 70 км к юго-востоку от карьера. Ухудшение качества среды вокруг угольных карьеров подтверждается и повышениями показателей нарушения стабильности развития растений и животных, которые отмечены в непосредственной близости от горных предприятий и на пониженных участках рельефа, где происходит накопление загрязнителей (Шадрина и др., 2003).

Таким образом, основными факторами, влияющими на развитие природно-техногенных экосистемных комплексов при разработке месторождений полезных ископаемых Якутии являются географические и горно-технические условия расположения месторождений; способ и система разработки; технология обогащения; производственная мощность предприятия; длительность освоения месторождения, объемы выбросов в атмосферный воздух, эффективность природоохранных и ре-культивационных работ на предприятии. Площади, занимаемые природно-техногенными экосистемами при освоении новых месторождений, могут занять значительные территории, при этом произойдет наложение техногенных воздействий, что может привести к деградации природной среды на региональном уровне.

Рисунок 3 - Распределение зон загрязнения снежного покрова техногенной пылью

Нерюнгринского карьера

Зоны пылевой и геохимической нагрузки на ландшафт: I - первая зона, пылевая нагрузка 150 т/км2; II - вторая зона, пылевая нагрузка 9,7 т/км2; III - третья зона, пылевая нагрузка 8,3 т/км2; IV - четвертая зона, пылевая нагрузка 6,8 т/км2

Четвертое защищаемое положение. Обоснована геоэкологическая концепция недропользования в Якутии основанная на принципах регионального экологического нормирования и приемах охраны окружающей среды, рекультивации нарушенных ландшафтов и оздоровлении производственной среды, разработанных с учетом особенностей криолитозоны.

Применяемые в настоящее время технологии добычи минерального сырья не отвечают требованиям экологизации производства в условиях криолитозоны, а действующие в Российской Федерации эколого-нормативные регламенты, не учитывают региональные особенности.

Результаты эколого-прикладных исследований в контексте задач охраны окружающей среды подтверждают необходимость перехода природопользования, включая недропользование, на принципы и методологию экологического нормирования.

Одним из отрицательных факторов, сопровождающих горные работы, является пылеобразование и, соответственно, возникающая при этом задача снижения пы-лесодержания в рабочей зоне и уменьшения пылевого загрязнения атмосферы вблизи карьеров.

Многие средства пылеподавления и пылеулавливания не могут найти широкое внедрение на карьерах зоны многолетней мерзлоты из-за недостаточной проработанности вопросов обеспечения их высокоэффективной работы в условиях низкой температуры в зимний период, исключения смерзаемости увлажненной горной массы, значительных затрат на подогрев используемой воды и т.д.

В этой связи, для карьеров Якутии нами рекомендуется комплекс мероприятий по снижению пылеобразования при различных технологических циклах горных работ, а выбор тех или иных способов и средств снижения пылеобразования зависит от горно-эксплуатационных и геоэкологических условий районов освоения (табл. 6).

При подземных горных работах высокое содержание тонкодисперсной пыли в производственной зоне вызывает заболеваемость горнорабочих различными формами пневмокониозов, создает опасные условия работы, может быть причиной взрыва метанопылевой смеси. Основные направления совершенствования мероприятий по обеспыливанию воздуха при подземных горных работах, проведенные мероприятия и результаты их внедрения в практику приведены в табл. 7.

Анализ опытов по восстановлению (рекультивации) нарушенных при горных разработках земель в условиях криолитозоны показал, что применяемые до настоящего времени методы и способы малоэффективны, особенно для отвалов рудных, угольных месторождений, для минимизации термоэрозионных явлений.

Таблица 6 - Комплекс мероприятий для снижения пылеобразования при открытой разработке месторождений полезных ископаемых

Технологические циклы Рекомендуемые мероприятия по снижению пылеобразования Эффективность способа

Взрывные работы Взрывание ВВ с нулевым или близким к нему кислородным балансом Снижение пылеобразования на 82-96 %

Взрывание на неубранную горную массу

Применение водоустойчивых ВВ

Взрывание глубоких скважин с воздушными промежутками

Выбор минимальных расстояний между взрываемыми блоками

Гидрозабойка скважин растворами солей или применение емкостей с водой или ПАВ

Проведение взрывов в период максимальной ветровой активности Быстрое рассеивание

Применение различных оросителей, снегогенераторов Снижение пылеобразования на 85-95 %

Погрузочно-разгрузочные работы Оросители, туманообразователи, снегогенераторы

Автотранспорт Сухая уборка пыли

Покрытие естественным или искусственным снегом

Орошение водным раствором ПАВ

Обработка отработанными маслами

Таблица 7 - Результаты совершенствования обеспыливающих мероприятий для шахт Севера

Способы и средства обеспыливания Основные направления совершенствования Проведенные мероприятия

Предварительное увлажнение пластов Исследования фильтрационных свойств угольных пластов Подготовка эксперимента, выбор аналитического аппарата, разработка экспериментального оборудования

Проведение шахтных исследований по определению зон увлажнения

Расчеты по определению фильтрационно-коллекторских параметров пластов шахты «Сан-гарская»

Гидрообеспыливание при работе горных комбайнов Теоретическая часть Анализ взаимодействия орошающей жидкости с угольной пылью

Лабораторные исследования Определение зависимости краевого угла смачивания от температуры воды

Исследования влияния температуры воды на смачивание пыли

Стендовые исследования эффективности пылепо-давления от температуры воды

Выбор и обоснование эффективной конструкции оросителя Разработка конструкции многоструйного оросителя с регулируемыми параметрами факела

Лабораторные исследования факела оросителя

Шахтные испытания оросителя

Внедрение разработок в практику Временное руководство по комплексному обеспыливанию угольных шахт Северо-Востока СССР, 1986

Акты внедрения оросителей

Изучение геоэкологических условий разработки россыпных месторождений алмазов в притундровой зоне Якутии позволило разделить техногенный комплекс, образовавшийся в процессе разработки месторождений на отдельные группы (табл. 8), и рекомендовать мероприятия по снижению изменения рельефа местности и повторного загрязнения поверхностных вод.

Одной из основных проблем проведения технической рекультивации отработанного полигона являются обнажения ледяных жил на боковых поверхностях выработки. Несвоевременная их изоляция приводит к интенсивному таянию пород, обрушению бортов полигона и затруднению каких-либо мероприятий по выполажива-нию бортов выработок для последующей биологической рекультивации.

Проведенными исследованиями установлено, что создание защитного экрана, позволяющего минимизировать влияние положительных температур на боковую поверхность полигона, возможно путем направленного обрушения верхней покрывающей части борта без сильной деформации почвенно-растительного слоя (рис. 4). При этом опустившийся и образовавший наклонную поверхность слой с почвенно-растительным покровом служит надежным изолятором температурного воздействия на борта выработок, что позволит избежать развития эрозионных процессов.

Таблица 8 - Анализ условий для проведения рекультивационных мероприятий при разработке россыпных месторождений алмазов

Виды нарушений рельефа местности Факторы, осложняющие проведение рекультивации Факторы, благоприятствующие самозарастанию нарушенных территорий

Горные выработки, отвалы вскрышных пород (торфов), галечные и валунные отвалы, гидроотвалы, илоотстойники отходов обогащения песков, выемки, воронки обрушения, канавы, траншеи, плотины, дамбы и перемычки и техногенные водоемы 1. Развитие термоэрозии поверхности из-за наличия линз льда, мощность которых доходит до 7м и залегающих с глубины 0,1м 2. Острый дефицит потенциально плодородных пород из-за минимальной мощности почвенно-растительного покрова природно-терри-ториального комплекса Отвалы вскрышных пород (торфов) представляют собой перемешанную массу из смеси органики с льдистыми породами аллювиального покрытия месторождения, которые при соответствующих условиях могут быть благоприятны для зарастания растительностью

Основной вывод: Необходимость использования средств и способов противоэрозионной защиты, качественно отличных от мероприятий и технических решений, разработанных для зоны распространения талых пород

Рекомендации по снижению негативных последствий: При прокладке трубопроводов в условиях северных тундр для снижения глубины протаивания грунта и борьбы с нежелательными криогенными процессами использовать теплоизоляционные покрытия из естественных и искусственных материалов. Для исключения загрязнения воды взвешенными частицами при заложении различных водона-правляющих канав обеспечить минимальную скорость потока (Восстановление ..., 2000)

Наиболее сложными объектами по рекультивации являются отвалы пустых пород алмазных, рудных и угольных карьеров. В работе обоснованы предложения, технологические схемы по рекультивации отвалов пустых пород, образовавшихся при отработке кимберлитовых трубок, рудных и угольных месторождений в условиях минимизации дорогостоящих подготовительных работ по техническому этапу, а б

Рисунок 4 - Схема образования термоизоляционного слоя обрушением верхнего слоя почвенно-растительного покрова

1 - почвенно-растительный покров; 2 - льдистая порода; 3 - пробуренные для производства направленного взрыва шпуры; 4 - навал породы после взрыва; а - борт выработки до взрыва; б - после взрыва

Для отвалов алмазных месторождений мероприятия по техническому этапу рекультивации включают нанесение слоя потенциально плодородного слоя, в качестве которого используется мелкозем из отвалов вскрыши россыпных месторожде-

ний. При их отсутствии предлагается нанесение различных смесей из натуральных (песок, мелкозем, илистые породы, торф и т.д.) или искусственных (различные синтетические покрытия) материалов.

Нами в 2006 г. проведен удачный эксперимент с нанесением слоя мелкозема вскрышных пород россыпного месторождения на относительно крутой откос отвала № 6 Мирнинского ГОКа с последующим посевом семян местных видов растений и внесением оптимальных доз минеральных удобрений. На способ получен патент на изобретение.

Другим перспективным направлением замены плодородного слоя является использование смеси из песка, опилок и осадка канализационных очистных сооружений, предварительно выдержанных на специальных отстойниках. Для условий Айхальского ГОКа наиболее удачным оказался вариант смеси в пропорциях песок — 40%, опилки - 35% и осадки КОС - 25%.

Предложения использованы при разработке проектов рекультивации некоторых объектов АК «АЛРОСА» и приняты для внедрения.

Для отвалов, образовавшихся при разработке угольных месторождений, разработаны технологические схемы подготовки поверхности для биологической рекультивации, включающие варианты по разрыхлению поверхности отвала, техническую подготовку с нанесением потенциально плодородного слоя из отходов обогатительной фабрики, выбора и внесения оптимальной дозы минеральных удобрений, подбора необходимой техники.

Вариант подготовки поверхности отвала для посадки саженцев удачно внедрен на отвале карьера «Нерюнгринский».

Основными принципами обосновываемой нами концепции эколого-нормативного природопользования (в частности, недропользования) являются:

I. Презумпция необходимости недопущения дальнейшей деградации экологически необратимых северных экосистем под влиянием действующей в настоящее время хозяйственной системы и отдельных природопользователей.

П. Регулирование воздействия на экосистемы вновь организуемых производств только на основе экологических нормативов.

Ш. Восстановление (рекультивация) нарушенных экосистем или целенаправленное придание им общественно-полезных и социально-значимых качеств (рекреационных, эстетических, утилитарных).

Разработка проблемы и практические шаги по решению эколого-нормативного недропользования осуществляется на четырех уровнях: федеральном, региональном, субрегиональном, локальном.

На федеральном уровне_научно обосновываются нормы техногенного воздействия на экосистемы Севера в целом. Особый эколого-социальный статус Севера закрепляется законодательно, где учитываются все специфические особенности этой природно-климатической зоны России и условия природопользования, поддержания экологической безопасности в ее пределах.

На региональном уровне проводится сравнительный анализ ее производительных сил, т.е. недровых, лесных, гидроэнергетических, аграрных и других ресурсов в сопоставлении с численностью населения и его динамикой, структурой, производи-

тельными возможностями и ожидаемыми потребностями для обеспечения благоприятных условий жизни и развития.

На основе таких сопоставлений разрабатываются рекомендации руководству республики по оптимизации хозяйственной структуры региона, допустимых пределов развития горнодобывающего комплекса, численности населения, транспортной схемы, научно-образовательного потенциала и т.д.

На субрегиональом уровне_экологическое нормирование включает следующие основные этапы:

- районирование территории по природно-климатическим, географо-экономическим или иным показателям, которые учитывают различия отдельных зон (горных, равнинных, прибрежно-морских, речных бассейнов) по их экологическому потенциалу;

- количественная оценка ресурсных возможностей выделенных субрегиональных экосистем, оценка и прогноз их устойчивости к различным видам и допустимым масштабам хозяйственной деятельности;

- разработка рекомендаций территориальным органам, главам муниципальных администраций и различных природоохранных инспекций по наиболее рациональной системе природопользования на данной территории и допустимых пределах изъятия тех или иных ресурсов при разных видах техногенных воздействий.

На локальном уровне экологическое нормирование включает:

- комплексную оценку состояния экосистем, нарушенных деятельностью того или иного производства или совокупной хозяйственной нагрузкой на данную территорию;

- составление экологического регламента для данной экосистемы, в котором перечисляются меры по ограничению производственной деятельности, ее допустимым пределам и видам, а также мероприятия по восстановлению природной среды на нарушенных территориях.

Основой реализации данной концепции являются опережающие освоение перспективных территорий комплексные геоэкологические исследования, разработка и внедрение в производство способов и средств минимизации выделений вредных веществ, пыли, проявлений термоэрозии, рекультивации нарушенных земель, отвалов горных пород, учитывающих и использующих геоэкологические особенности крио-литозоны.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Приведенные нами результаты многолетних исследований по теме диссертационной работы позволяют заключить следующее.

1. Недропользование на северных территориях России развивалось в два этапа. Начальный этап был связан с расширением границ русского государства и продолжался вплоть до 20-30 гг. XX в. и характеризуется преобладанием традиционных аборигенных форм хозяйственной деятельности. За этот период были заложены основы изучения природных условий и геологического строения северных земель, технологии добычи и переработки полезных ископаемых для суровых природно-

климатических условий, накоплен значительный материал о месторождениях многих минеральных ресурсов на Севере, начаты разработки наиболее ценных из них.

На современном этапе развития недропользование на Российском Севере занимает доминирующую роль в экономическом блоке страны и ее регионов. С другой стороны, масштабные и разнообразные формы недропользования в пределах российского сегмента криолитозоны ведут к значительной трансформации экосистем, подвергаемых техногенному воздействию.

На основе изучения специфических природно-климатических, геологических и техногенных факторов недропользования в условиях криолитозоны, опыта районирования территории республики нами приведены геоэкологическая типизация экосистемных комплексов Якутии, преобразуемых при недропользовании, и принципиальная схема геоэкологической типизации видов минеральных ресурсов как объектов недропользования региона, позволяющие соотносить преобразование природных комплексов под воздействием на них процессов и факторов недропользования, анализировать возникающие последствия.

2. В качестве основных географических факторов влияющих на воздействие недропользования на природный комплекс приняты климатические (среднегодовые температурные показатели января и июля месяцев) и мерзлотные (характеристика мерзлой толщи, льдистость пород, наличие таликов, наледей) показатели. Геологическими и горнотехническими факторами оказывающими значительное влияние на выбор способа и систем их разработки и на геоэкологические последствия недропользования выделены глубина залегания, форма продуктивных тел, газо- нефте-проявления в горные выработки, пылеобразования при технологических операциях, распределение и содержание полезного компонента, геохимические особенности районов расположения месторождений минеральных ресурсов, наличие водоносных горизонтов. Технологическими факторами воздействия на геосистемы при недропользовании отмечены способ и системы разработки месторождений, которые определяют выбор применяемой техники, масштаб и сроки освоения. Установлено, что совокупное воздействие выявленных факторов воздействия недропользования на состояние геосистем криолитозоны приводит к их существенной трансформации.

3. При недропользовании в результате значительного всестороннего воздействия на природную среду неизбежно происходит трансформация исходных природных комплексов и их преобразование. Новообразованные комплексы в работе названы природно-техногенными экосистемными комплексами (ПТЭСК), которые включают как природные, так и техногенные элементы, взаиморасположение которых, преобладание одной части над другой из них зависят от исходных природно-географических условий территории, масштабов и длительности техногенного воздействия, вида месторождения (россыпное, рудное или другое), применяемой технологии добычи и обогащения.

Трансформация природных комплексов при разработке месторождений минерального сырья происходит в несколько стадий. Приведена принципиальная схема геоэкологической типизации объектов недропользования Якутии, которая дает возможность оценки геоэкологических последствий недропользования. Установлено, что масштаб, формы воздействия на природную среду при освоении месторождений

зависят от этапов проведения горных работ, от вовлечения в отработку составляющих частей геологических образований (участок, месторождение или россыпное или рудное поле, зона или узел, провинция).

4. Выявлено, что одним из актуальных вопросов геоэкологического оздоровления производственной среды, повышения безопасности горных работ является снижение вредных выбросов, в первую очередь, минимизация образования пыли при различных технологических операциях. Научно обоснована и практически реализована возможность использования градиента отрицательных и положительных температур для повышения эффективности пылеподавления, рекомендуется комплекс мероприятий по снижению пылеобразования при различных технологических циклах открытых и подземных горных работ с применением высокоэффективных средств снижения запыленности воздуха, конструкции которых защищены авторскими свидетельствами на изобретения.

В работе предложены способы минимизации влияния положительных температур на боковую поверхность полигона, представленного сильнольдистыми породами, различные варианты подготовки поверхности и склонов отвалов с использованием слоя мелкозема из отвалов вскрыши россыпного месторождения с внесением минеральных удобрений, смеси из песка, опилок и в качестве вяжущего и минерального удобрения осадка канализационных очистных сооружений. Разработанные научно-практические рекомендации по биологической рекультивации отвалов внедрены алмазо- и угледобывающими предприятиями Якутии.

5. Территория Якутии предлагается как естественный полигон для отработки и практического применения методологии экологического нормирования, которая в нашем понимании представляет собой процесс разработки, внедрения в практику и дальнейшего совершенствования целого комплекса научно обоснованных природоохранных и законодательных мероприятий реализуемых в определенной последовательности. Основными принципами обосновываемой нами концепции эколого-нормативного недропользования являются:

- Презумпция необходимости недопущения дальнейшей деградации экологически неустойчивых северных экосистем под влиянием действующей в настоящее время хозяйственной системы и отдельных недропользователей.

- Регулирование воздействия на экосистемы вновь организуемых производств только на основе экологических нормативов, разрабатываемых в результате комплексного экологического мониторинга.

- Восстановление нарушенных экосистем или целенаправленное придание им общественно-полезных и социально-значимых качеств (рекреационных, эстетических, утилитарных).

Основой реализации предлагаемой геоэкологической концепции недропользования в Якутии являются опережающие освоение перспективных территорий комплексные геоэкологические исследования, разработка и внедрение в производство способов и средств минимизации выделений вредных веществ, пыли, проявлений термоэрозии, рекультивации нарушенных земель, учитывающих и использующих геоэкологические особенности криолитозоны.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, опубликованные в ведущих рецензируемых научных журналах, определенных Высшей аттестационной комиссией при Минобрнауки России:

1. Ларионов В.Р. Исследование кинетики смачивания водой мерзлой угольной пыли / В.Р. Ларионов, В.В. Иванов, E.H. Чемезов // Уголь. - 1988. - № 3 - С. 48-50. - 0,24 /0,12 п. л.

2. Шумилов Ю.В. Экологическое нормирование - новый подход к природопользованию на Севере / Ю.В. Шумилов, Д.Д. Саввинов, В.В. Иванов // Наука и образование. - 1999. - № 1. - С. 31-35. - 0,5 / 0,2 п.л.

3. Миронова С.И. О проблемах восстановления нарушенных земель Южной Якутии / С.И.Миронова, В.В. Иванов // Наука и образование. - 2001. - № 1. - С. 25-30.-0,6/0,3 п.л.

4. Иванов В.В. Экологическое нормирование природопользования в Якутии /

B.В. Иванов, С.И. Миронова // География и природные ресурсы. - 2004. - № 4. - С. 40-43.-0,39/0,25 п.л.

5. Миронова С.И. Особенности формирования природно-техногенных экосистем Южной Якутии / С.И. Миронова, Н.Ф. Васильев, В.В. Иванов // Проблемы региональной экологии. - 2008. - № 2. - С. 8-11. - 0,24 / 0,08 п.л.

6. Кудинова З.А. Влияние угольного разреза «Нерюнгринский» (Южная Якутия) на сообщества лишайников / З.А. Кудинова, В.В. Иванов // Проблемы региональной экологии. - 2008. - № 2. - С. 76-78. - 0,18 / 0,06 п.л.

7. Тарабукина В.Г. Загрязнение почвенного покрова выбросами объектов промышленного комплекса в условиях Южной Якутии / В.Г. Тарабукина, В.В. Иванов, B.C. Макаров, З.А. Кудинова // Проблемы региональной экологии. - 2009. -№ 2. - С. 24-28. - 0,24 / 0,12 п.л.

8. Миронова С.И. Опыт рекультивации отвалов алмазных карьеров Якутии /

C.И. Миронова, В.В. Иванов // Экология и промышленность России. - 2009. - Декабрь. - С. 40-43. - 0,24 / 0,12 п.л.

9. Миронова С.И. Антропогенная динамика растительности Севера / С.И. Миронова, З.А. Кудинова, В.В. Иванов // Бюллетень МОИП. Отдел биология. -2009. - Т. 114, вып. 3. - С. 97-100. - 0,25 / 0,05 п.л.

Ю.Иванов В.В. Проблемы рекультивации нарушенных земель при разработке кимберлитовых месторождений Якутии / В.В. Иванов, С.И. Миронова, З.А. Кудинова, Г.А. Мартынова // Горный журнал. - 2011. - № 1. - С. 95-97. - 0,39 /0,16 п.л.

П.Иванов В.В. Стадийность развития природно-техногенных комплексов Якутии при недропользовании / В.В. Иванов, С.И. Миронова, В.Г. Тарабукина, Ю.В. Шумилов // Проблемы региональной экологии. - 2011. - № 4. - С. 19-24. - 0,38 / 0,19 п.л.

12.Ахметшин A.A. Экологический мониторинг водохранилищ Якутии [Электронный ресурс] / A.A. Ахметшин, Г.Н. Саввинов, В.В. Иванов // Современные проблемы науки и образования : Электрон, журнал. - Электрон, текст, дан. - 2011. - № 6. - URL: http://www.science-education.ru/100-4943. - 0,24 / 0,08 п.л.

13.Иванов В.В. Некоторые количественные параметры изучения криолитозо-ны методом ключевых участков [Электронный ресурс] / В.В. Иванов, A.A. Ахметшин, Г.Н. Саввинов, // Современные проблемы науки и образования : Электрон.

журнал. - Электрон, текст, дан. - 2011. - № 6. - URL: http://www.science-education.ru/100-5158 - 0,24 / 0,08 п.л.

14.Ахметшин A.A. К вопросу снижения природоемкости недропользования в условиях Севера / A.A. Ахметшин, В.В. Иванов, Г.Н. Саввинов // Вестник СевероВосточного федерального университета им. М.К. Амосова. - 2012. - Т. 9, № 2. - С. 51-56.-0,88/0,29 п.л.

15.Ахметшин A.A. Приповерхностная геотермосъемка. Возможности применения и усовершенствования / A.A. Ахметшин, Г.Н. Саввинов, В.В. Иванов // Наука и образование. - 2012. - № 1 (65). - С. 81-84. - 0,42 / 0,14 пл.

16. Горохов А.Н. Антропогенная измененность ландшафтов Южно-Угуйской золотоносной зоны (Южная Якутия) / А.Н. Горохов, И.С. Васильев, В.В. Иванов // Наука и образование. - 2012. - № 4 (68). - С. 45-48. - 0,42 / 0,12 п.л.

П.Миронова С.И. Биолого-географические особенности рекультивации нарушенных земель алмазных месторождений Якутии / С.И. Миронова, В.В. Иванов // Горный журнал. - 2012. - № 12. - С. 101-104. - 0,46 / 0,23 п.л.

Изобретения, патенты:

18. A.c. №1105658 СССР, Е 21 F 5/00. Ороситель [Текст] / E.H. Чемезов, А.Б. Малышев, В.В. Иванов и др. (СССР) . - № 3488271/22-03 ; заявл. 30.08.82 ; опубл. 30.07.84 , Бюл. № 28. -2с.: ил.

19.A.c. №1254171 СССР, Е 21 Р 5/00. Ороситель [Текст] / E.H. Чемезов, А.Б. Малышев, В.В. Иванов и др. (СССР) . - № 3877149/22-03 ; заявл. 02.04.85 ; опубл. 30.08.86 , Бюл. № 32. - 3 с.: ил.

20. Пат. 2462854 Российская Федерация, МПК А01В 79/02. Способ биологической рекультивации отвалов пустых пород алмазных карьеров [Текст] / Миронова С.И., Иванов В.В., Поисеева С.И., и др.; Заявитель и патентообладатель Научно-исследовательский институт прикладной экологии Севера Северо-Восточного федерального университета (НИИПЭС СВФУ) (RU). - № 2010116462/13 ; заявл. 26.04.10 ; опубл. 10.11.11, Бюл. №31.-10 с.: ил.

Монографии в соавторстве:

21. Экология реки Вилюй : состояние природной среды и здоровье населения / Д.Д. Саввинов, М.М. Тяптиргянов, В.Г. Кривошапкин, В.В. Иванов [и др.]. - Якутск : ЯНЦ СО РАН, 1993. - 140 с. - 14,0 / 0,7 п.л.

22. Экология реки Вилюй : материалы к оценке экологического состояния / Д.Д. Саввинов, В.Г. Кривошапкин, Р.Н. Копылов, В.В. Иванов [и др.]. - Якутск : ЯНЦ СО РАН, 1996. - 144 с. - 10,0 / 0,35 п.л.

23.Проблемы и практика экологического нормирования на Севере / Ю.В. Шумилов, Д.Д. Саввинов, В.В. Иванов [и др.]. - Якутск : Якутский филиал изд-ва СО РАН, 2001. - 325 с. - 19,53 / 1,8 п.л.

24.Природно-техногенные экосистемы Южной Якутии / В.В. Иванов, С.И. Миронова, Ю.В. Шумилов [и др.]. - М. : Недра-Бизнесцентр, 2006. - 186 с. - 13,0 / 5,2 пл.

25.Иванов В.В. Экологические аспекты разработки угольных месторождений Северо-Востока России / В.В. Иванов. - М. : Недра-Бизнесцентр, 2007. - 117 с. -8,0 пл.

Учебные и методические пособия, научно-практические рекомендации:

26.Временное руководство по комплексному обеспыливанию угольных шахт Северо-Востока СССР / E.H. Чемезов, A.B. Трубицын, Иванов В.В. [и др.]. - Кемерово : Изд-во ВостНИИ, 1986. - 36 с. - 1,5 / 0,25 п.л.

27.Рекомендации по отводу под самозарастание земель, нарушенных горными работами / С.И. Миронова, В.В. Иванов, Ю.В. Шумилов [и др.]. - Якутск : Якутский филиал изд-ва СО РАН, 2001. - 81 с. - 5,0 / 1,05 п.л.

28.Миронова С.И. Рекультивация земель при разработке месторождений полезных ископаемых Якутии : учебно-методическое пособие / С.И. Миронова, В.В. Иванов. - Якутск : Изд-во Якут. гос. ун-та, 2005. - 65 с. - 5,31 / 2,6 п.л.

29. Научно-практические рекомендации по рекультивации отработанных земель рудных месторождений золота (на примере КРП) / С.И. Миронова, В.В. Иванов, В.Г. Тарабукина, З.А. Кудинова. - Якутск : Изд-во Якут. гос. ун-та, 2010. - 31 с. -3,03/1,01 п.л.

30. Проблемы экологической безопасности Западной Якутии: справочно-информационные материалы к заседанию Совета по науке и технической политике при Президенте Республики Саха (Якутия) / Д.Д. Саввинов, Г.Н. Саввинов, В.В. Иванов [и др.]. - Якутск : Изд-во ЯНЦ СО РАН, 2008. - 32 с. - 2,68 / 0,23 п.л.

Подписано в печать 21.03.2014 г.

Формат А4/2. Ризография . л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ № 5/03-14 Отпечатано в ООО «Позитив-НБ» 634050 г. Томск, пр. Ленина 34а

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, доктора географических наук, Иванов, Василий Васильевич, Томск

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»

ТРАНСФОРМАЦИЯ ПРИРОДНЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИИ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ (на примере Якутии)

25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени доктора географических наук

Научные консультанты: Доктор геолого-минералогических наук, профессор Ю.В. Шумилов Доктор биологических наук, профессор С.И. Миронова

Якутск-2014

На правах рукописи

05201451235

Иванов Василий Васильевич

V

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ...................................................................... 4

ГЛАВА 1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ В СЕВЕРНЫХ РЕГИОНАХ.................................................................................. 11

1.1. Историко-географический опыт освоения минеральных ресурсов Севера России и Якутии.................................................... 11

1.2. Специфика физико-географических условий недропользования в Якутии.............................................................................. 28

1.3. Бассейново-экосистемная методология решения проблемы недропользования....................................................................................................................................36

1.4. Геоэкологическая типизация природных комплексов и объектов

недропользования Якутии......................................................................................................63

ГЛАВА 2. ОСНОВНЫЕ ПРОЦЕССЫ И ФОРМЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ

НА ЭКОСИСТЕМЫ ПРИ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИИ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ.............................................................. 80

2.1. Развиваемые при недропользовании процессы и их послед- 80 ствия.................................................................................

2.2. Географические и геокриологические процессы и факторы............90

2.3. Геологические и горно-технические особенности месторождений, вещественный состав добываемого сырья и депонирующих сред...... 110

2.4. Технологические факторы воздействия недропользования на экосистемы и географическую среду в условиях криолитозоны........... 121

ГЛАВА 3. СТАДИЙНОСТЬ ТРАНСФОРМАЦИИ ИСХОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ КРИОЛИТОЗОЫ В ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМНЫЕ КОМПЛЕКСЫ (ПТЭСК)!............................. 141

3.1. Принципиальная схема формирования природно-техногенных экосистемных комплексов при недропользовании........................ 141

3.2. Особенности формирования ПТЭСК при разработке россыпных месторождений..................................................................... 155

3.3. Образование ПТЭСК при разработке рудных месторождений.... 168

3.4. Геоэкологические особенности ПТЭСК при освоении кимбер- ; литовых трубок.................................................................... 183

3.5. ПТЭСК, образующиеся при разработке угольных месторождений.................................................................................... 191

З.б.Элементы формирования ПТЭСК при прокладке линейных сооружений........................................................................... 205

3.7. Типизация объектов недропользования Якутии по формам и

масштабам воздействия на географическую среду........................ 210

ГЛАВА 4. ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОПТИМИЗАЦИЯ НЕКОТОРЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИИ В УСЛОВИЯХ ЯКУТИИ.........................'................... 225

ъ

4.1. Экологическое оздоровление производственной зоны при горных работах по пылевому фактору............................................ 227

4.2. Мероприятия по рекультивации нарушенных земель при недропользовании..................................................................................................................................237

ГЛАВА 5. КОНЦЕЦИЯ ЭКОЛОГО-НОРМАТИВНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ................................................................................ 259

5.1. Принципы экологического нормирования как методологическая основа недропользования в условиях криолитозоны...................... 259

5.2. Основные положения концепции системы эколого-нормативного недропользования при переходе к устойчивому развитию северных регионов....................................................... 282

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................... 291

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ....................................................... 295

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................... 334

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Специфический вид природопользования -недропользование - на территории Якутии стало приобретать все большие масштабы, начиная с 20 - х годов XX столетия. Сначала это были разработки россыпного золота в Южной Якутии, а в последующие десятилетия широкое развитие получила добыча алмазов, угля, золота, олова, сурьмы и ряда других полезных ископаемых. Планируется освоение залежей урановых, железных и фосфорсодержащих руд, на основе которых на территории республики будут строиться горно-металлургические комбинаты и горно-химические комплексы. В последние десятилетия развивается нефтегазовая промышленность, начаты поисково-разведочные работы на акваториях шельфа Якутии и прилегающих к ним районах суши.

Интенсивно возрастающие темпы недропользования в Якутии привели к негативным изменениям природной среды, достигающим в ряде горнопромышленных районов региона состояния критической экологической ситуации.

В этой связи актуальность диссертации обусловлена:

- в теоретическом отношении - необходимостью разработки системной научно-геоэкологической основы недропользования в условиях криолитозоны;

- в научно-практическом отношении - потребностью осуществления научно обоснованных природоохранных мероприятий по рекультивации и восстановлению нарушенных горной промышленностью экосистемных комплексов и оздоровления производственной среды с учетом геоэкологических условий криолитозоны и современных технологических возможностей.

Актуальность темы диссертационной работы обусловлена также предстоящим осуществлением проектов, предусмотренных в «Схеме комплексного развития производительных сил, транспорта и энергетики Республики Саха (Якутия) до 2020 года», в инвестиционном проекте «Комплексное развитие Южной Якутии» и других, что неизбежно вызовет дальнейшее усиление техногенного воздействия на экосистемы всего региона.

Целыо диссертационной работы является выявление основных закономерностей трансформации экосистемных комплексов при освоении месторождений минеральных ресурсов и разработка геоэкологической концепции недропользования в условиях криолитозоны на примере Якутии.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

- систематизированы имеющиеся в литературе теоретические и прикладные разработки по проблеме недропользования в условиях северных регионов;

- изучены природно-климатические и геоэкологические факторы недропользования в условиях криолитозоны и приведена их типизация для условий Якутии;

- оценена динамика трансформации природных комплексов в зависимости от исходных природных условий, вида добываемого сырья, применяемых технологий добычи, продолжительности и масштабов освоения месторождений;

- разработаны и внедрены высокоэффективные способы и средства по экологическому оздоровлению производственной среды по пылевому фактору при разработке угольных месторождений криолитозоны;

- разработаны технологии и научно-практические рекомендации по рекультивации нарушенных земель в различных ландшафтных областях Якутии и для отдельных групп месторождений полезных ископаемых;

- разработана геоэкологическая концепция недропользования для условий крупнейшего региона России, позволяющая минимизировать техногенное воздействие на экосистемы.

Объектом исследования являются экосистемные комплексы Якутии, подверженные техногенному воздействию при недропользовании.

Предмет исследования - геоэкологические условия размещения основных видов полезных ископаемых, оценка преобразования экосистем при недропользовании и мероприятия по охране природной среды при освоении месторождений.

Фактический материал, районы и объекты исследований. Основой для диссертационной работы послужили данные комплексных геоэкологических исследований и наблюдений, проведенных соискателем лично или под его научным

руководством в разных регионах Якутии в период с 1981 года по настоящее время. Опытно-экспериментальные работы проводились на угольных предприятиях Магаданской области и Якутии. Геоэкологическими исследованиями и наблюдениями были охвачены экосистемные комплексы, подверженные техногенному воздействию при разработке месторождений россыпного и рудного золота, олова и каменного угля в различных ландшафтных областях Якутии (Северной - Западной - Восточной - Центральной - Южной).

Методика исследований. В процессе комплексных исследований применялся широкий набор методов, включающих анализ литературных и фондовых материалов, данных собственных полевых наблюдений по геологическому строению, геоморфологическим, геокриологическим, ландшафтным и геоэкологическим особенностям изучаемых природных и природно-техногенных комплексов, лабораторных и шахтных экспериментов по пылеобразованию и пылеподавлению при разработке каменного угля в условиях криолитозоны.

Научная новизна.

1. Впервые для крупнейшего горнопромышленного региона России выполнена геоэкологическая типизация объектов недропользования.

2. Выявлены основные природно-климатические, геологические и технологические факторы, совокупно влияющие на преобразование экосистемных комплексов Якутии в результате недропользования.

3. Доказано, что при недропользовании происходит преобразование природных комплексов в природно-техногенные экосистемные комплексы (ПТЭСК), включающие как природные, так и техногенные элементы, взаиморасположение которых и преобладание одной части над другой зависят от основных факторов недропользования.

4. Впервые для Якутии обоснована стадийность трансформации природных комплексов при разработке различных типов месторождений минерального сырья.

5. Научно обоснована и практически реализована возможность использования градиента отрицательных и положительных температур для повышения эффективности пылеподавления;

6. Разработаны и внедрены высокоэффективные средства снижения запыленности воздуха при работе угольных комбайнов в условиях криолитозоны (авторские свидетельства №1105658; №1254171);

7. Впервые апробированы для различных групп месторождений полезных ископаемых эффективные в условиях Севера принципиальные схемы и технологии биологической рекультивации (патент на изобретение №2462854);

8. Разработана региональная геоэкологическая концепция недропользования, основанная на принципах экологического нормирования недропользования в условиях криолитозоны и позволяющая минимизировать экологические последствия освоения новых минерально-сырьевых районов Якутии.

Основные защищаемые положения:

1. При недропользовании в условиях криолитозоны основой экологического нормирования и разработки эффективных мер охраны природной среды является геоэкологическая типизация объектов недропользования - месторождений полезных ископаемых и экосистемпых комплексов.

2. Преобразование исходных экосистемпых комплексов криолитозоны является функцией сопряженного взаимодействия криогенеза, вещественного состава добываемого сырья и депонирующих сред, горно-геологических параметров продуктивных залежей, технологии добычи полезного ископаемого, масштабов и длительности разработки месторождений.

3. Преобразование экосистем в результате недропользования сопровождается формированием природно-техногенных экосистемпых комплексов (ПТЭСК), развитие которых зависит от этапов освоения месторождений полезных ископаемых.

4. Обоснована геоэкологическая концепция недропользования в Якутии, основанная на применении принципов регионального экологического нормирования и приемов охраны природной среды, рекультивации нарушенных ланд-

шафтов и оздоровления производственной среды, разработанных с учетом особенностей криолшпозоны.

Практическая значимость работы.

Научно-методические и теоретические выводы, обоснованные в диссертационной работе, успешно использованы при решении следующих практических задач:

- на основе ряда предложений и научных результатов автора по снижению влияния горных работ на производственную и природную среду по пылевому фактору разработаны и согласованы с производственными объединениями «Якуту голь» и «Северовостокуголь» «Временное руководство по комплексному обеспыливанию угольных шахт Северо-Востока СССР» (1986 г.), которые приняты для практического использования на шахтах ПО «Якутуголь» (акт о передаче законченной НИР от 13.01.1989 г.)

- разработанные с участием автора высокоэффективные средства пылепо-давления, защищенные авторскими свидетельствами на изобретение, внедрены в угольных шахтах Якутии и Магаданской области в1985-1990 гг. (акты внедрения от 22.05. 1985 г; 03.03. 1986 г.; 24.02. 1988 г.);

- рекомендации по отводу под самозарастание земель, нарушенных горными работами, согласованы с контролирующими природопользование органами Республики Саха (Якутия) и успешно применены в ОАО «Алданзолото ГРК»;

- результаты комплексных геоэкологических исследований проведенных под руководством автора использованы при составлении разделов «Оценка воздействия на окружающую среду (ОВОС)» проектов разработки месторождений полезных ископаемых;

- разработанные рекомендации и технологические схемы по рекультивации нарушенных земель использованы на объектах АК «АЛРОСА», ОАО ХК «Якутуголь», ОАО «Алданзолото ГРК» (с 1994 г. по настоящее время.);

- диссертантом был подготовлен и читался курс лекций по экологическому нормированию природопользования в условиях криолитозоны в СевероВосточном федеральном университете им. М.К. Аммосова;

- разработанное с участием автора учебно-методическое пособие по рекультивации земель при разработке месторождений полезных ископаемых Якутии используется при чтении спецкурсов по специальности «Природопользование» на кафедре экологии СВФУ.

Личный вклад автора заключается в сборе и анализе фондовых, литературных, картографических материалов по теме работы, в организации экспедиционных исследований и участии в них, в проведении экспериментов в лабораторных и производственных условиях по снижению запыленности воздуха и рекультивации нарушенных земель, во внедрении результатов исследований в производство, в подготовке экспертных заключений Государственной экологической экспертизы.

Апробация работы и публикация результатов. Результаты исследований докладывались на 17 международных, 7 российских и 12 региональных конференциях и семинарах, на ученых советах и научных семинарах НИИПЭС СВФУ, ИГДС СО РАН, на объединенных ученых советах АН РС(Я).

По теме диссертации опубликовано 89 работ, в том числе 5 монографий в соавторстве, 17 статей в рецензируемых научных изданиях и 5 учебных и методических пособий, научно-практических рекомендаций. Диссертантом в соавторстве получены 2 свидетельства и 1 патент на изобретения.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 388 наименований, содержит 345 страниц, 29 таблиц, 21 рисунок и приложения на 10 стр.

Благодарности. Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность научным консультантам д.г.-м.н., проф. Ю.В. Шумилову, д.б.н., проф. С.И. Мироновой, директору НИИПЭС СВФУ д.б.н. Г.Н. Саввинову, директору-организатору Института прикладной экологии Севера д.б.н., проф. Д.Д. Саввинову, д.т.н., проф. E.H. Чемезову, д.б.н. Я.Л. Вольперту, к.г.н. А.Н. Горохову, к.г.н. А.Н. Федорову, своим коллегам из НИИПЭС СВФУ и ИГДС СО РАН за ценные советы и помощь при подготовке диссертационной работы.

10- 11

ГЛАВА 1. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РЕШЕНИЮ ПРОБЛЕМЫ НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЯ В СЕВЕРНЫХ РЕГИОНАХ

Общее понятие «природопользование» было введено в 60-х годах XX в. Ю.Н. Куражковским (1969). В дальнейшем понятие и концепции природопользования как научно-практического направления теоретической и прикладной экологии были расширены и развиты в работах В.А. Анучина, Д.Л. Арманд, П.Я. Бакланова, К.Н. Благосклонова, Ю.К. Ефремова, A.A. Иноземцева, В.М. Котлякова, Т.М. Красовской, Ю.П. Михайлова, B.C. Преображенского, В.М. Разумовского, Н.Ф. Реймерса, Н.П. Федоренко, A.C. Шейнхауза, Р. Костанза и других.

В современной прикладной и экономической географии получает все большее признание представление о природопользовании как об особой сфере деятельности, направленной на взаимосвязанное решение трех основных задач - ре-сурсообеспечения, сохранения среды жизни людей, охраны разнообразия природы (Преображенский и др., 1985; Геоэкология и природопользование, 2005).

Недропользование является одним из видов природопользования, характеризующий чаще всего вид деятельности по добыче, переработке и использованию минеральных ресурсов. Своего рода классическим примером региона, в котором недропользование стало ведущей отраслью экономики и осуществляется в условиях целого спектра географических усл