Техногенные месторождения

Создание депо продуктов жизнедеятельности – организация «техногенных месторождений» вместо «техногенных помоек» имеет большие перспективы. Это и целенаправленное формирование горных отвалов (см. раздел ноосферный подход) и поиски безопасных способов консервации промышленных отходов, в том числе радиоактивных.

Фактически многие месторождения полезных (для нас) ископаемых являются скоплением токсичных элементов и их ассоциаций. Так, месторождение мышьяка, содержащие тысячи тонн этого элемента, могут сотни миллионов лет сохраняться в недрах, не принося никакого вреда окружающей природе. Любое месторождение можно рассматривать как «помойки природы», куда она сбросила избыточные для данных условий элементы. Наверное, здесь можно поучиться у природы.

Для последних десятилетий характерен гигантский рост потребления энергетических и минеральных ресурсов: угля, нефти, газа, рудных и нерудных полезных ископаемых. При этом создается масса отходов, что существенно сказывается на экологическом состоянии отдельных регионов. Кроме того, эти отходы могут быть использованы в будущем, а частью и в настоящее время как дополнительный источник минерального сырья, то есть техногенных месторождений. Суммарное содержание полезных компонентов, которые накапливаются в техногенных месторождениях за 20-30 лет, сопоставимо, а иногда и превышает их количество в ежегодно добываемых рудах.

Особенностями техногенных месторождений являются: 1) расположение в промышленно развитых районах; 2) месторождения находятся на поверхности, и материал в них преимущественно раздроблен; 3) количество искусственных минеральных форм, которые образуются в техногенных месторождениях, превышает 30 000, что значительно превосходит число известных в настоящее время природных минералов.

Отвалы и шламохранилища негативно влияют на окружающую среду, кроме того, занимают земли, которые могли бы использоваться для других целей. Из шлаков и шламов извлекают металл, производят строительные материалы, цемент, сельскохозяйственные удобрения, многое другое. В настоящее время Министерством природных ресурсов РФ разработана Федеральная целевая программа "Долгосрочная государственная программа изучения недр и воспроизводства минерально-сырьевой базы России на основе баланса потребления и воспроизводства минерального сырья на 2005-2010 гг. и до 2020 года. В США из промотходов получают 20% всего алюминия, 33% железа, 50% свинца и цинка, 44% меди и т.д. Подобная тенденция использования вторичных ресурсов наблюдается в Канаде, Великобритании, ЮАР, Испании и других странах.

Прогнозирование гео-экологических катастроф

Прогнозирование — специальное научное исследование конкретных перспектив развития какого-либо явления, одна из форм конкретизации научного предвидения. Оно дает возможность заблаговременно принять меры по устранению нежелательных последствий.

Прогноз опасных геологических процессов и стихийных геологических бедствий включает четыре элемента: 1. Вид бедствия (геологического «события»). 2. Место. 3. Время. 4. Интенсивность. В настоящее время прогноз по первым двум пунктам трудностей не вызывает. Практически для любого места Земли известно, какое геологическое событие там может произойти. А проблема предсказания точного времени и интенсивности катастрофы до сих пор не решена, хотя и имеются удивительные по точности прогнозы и места и времени и интенсивности, например, землетрясений. Материальный ущерб от «тихих» геологических катастроф (просадки грунта, карстовые и оползневые процессы, «эрозия» почвы и другие) во много раз превышает последствия таких «громких» как землетрясения и извержения вулканов. В табл. 11.2. и 11.3. представлены геодинамические процессы в оболочках Земли и продолжительности некоторых геологических процессов.

Таблица 11.2. Схема геодинамических процессов в оболочках Земли (по D.J. Wyllie et all., 1993, с изменениями Н.Л. Добрецова и др., 2001)

Тип наблюдений	Длиннопериодные процессы в оболочках				Короткопериодичные проявления
Метеорология, гидрология	Циркуляция в океане и в атмосфере				Изменения погоды и климата
Геологические наблюдения и измерения	Приповерхностные процессы. Вариации климата, изменения рельефа				Извержения вулканов, фумаролы
	Вулканическая дегазация		Гидротермальная циркуляция	Седиментация	Сезонные колебания скорости и характера осадконакопления в озерах, реках
	Вулканизм		Биогеохимические циклы
Геология, геодезия, космос (деформации поля напряжения, движения плит)	Процессы в литосфере				Землетрясения, изменения рельефа и ландшафтов
	Опускания, деформации, интрузии, метаморфизм, расслоение плит и др.
Геофизические (гравиметрия, магнитометрия, тепловые потоки и др.). Геологические наблюдения и реконструкции	Взаимодействие астеносферы и литосферы				Образование руд и энергетических ресурсов
	Процессы, определяющие движение и раздвижение плит	Спрединг, субдукция, коллизия		Геохимические циклы
Геофизика и астрономия (колебания скорости вращения Земли, миграция полюса, сейсмология). Геология и геохимия магматизма	Конвекция и плюмы в мантии Земли				Нутации полюса
Геофизика, метеоритика и эксперимент (вариации геомагнитного поля, состав метеоритов и др.)	Взаимодействие ядро – мантия. Конвекция во внешнем жидком ядре				Вторичные геомагнитные поля. Вариации вращения Земли

Прогнозы обычно делятся на 5 временных циклов: оперативный, краткосрочный, среднесрочный, долгосрочный, сверхдолгосрочный.

Таблица. 11.3. Сопоставление продолжительности некоторых геологических процессов и геологической деятельности человека. (по Дж. Уилсону, 1996.)

Интервал времени	Геологические и техногенные процессы
Доли секунды	Падение метеоритов Взрывы, горные удары
Минуты – Первые часы	Землетрясения, обвалы Оползни, грязевые потоки Обвалы в шахтах и на рудниках, вызванные взрывными работами Ливневые паводки, прорывы плотин
Часы-сутки	Штормы, мутьевые потоки, эксплозивные извержения вулканов, извержения грязевых вулканов, Пирокластические потоки. Формирование осыпей. Обрушение и оползание горных пород в шахтах и рудниках. Вулканическая деятельность. Эрозия почвы; дефляция, движение барханов и дюн.
Десятилетия	Загрязнение озерных и речных водоемов. Миграция песчаных баров и оползней. Техногенные изменения рельефа; формирование бедлендов и городских ландшафтов. Заиливание гаваней. Истощение водоносных горизонтов, проникновение в них сильноминерализованных и морских вод. Распад короткоживущих изотопов. Исчерпание небольших и средних месторождений.
Столетия	Распад короткоживущих изотопов. Разрастание (спрединг) морского дна более чем на 10м. Исчерпание крупных и уникальных месторождений. Эвстатические повышения и понижения уровня океана. Трансгрессии и регрессии. Периодические изменения климата. Аккумуляция торфа, аллювиальных и пляжных отложений.
Миллионы лет	Распад долгоживущих изотопов. Разрастание дна океанов более чем на 100 км. Эволюция живых организмов. Образование новых видов. Созревание нефти и угля. Накопление мощных осадочных толщ. Формирование крупных вулканов. Рудообразующие процессы. Конвективные движения в мантии и ядре.

Методы прогноза. В основе большинства прогнозов лежат три основных метода: 1. Экспертных оценок. 2. Экстраполяция статистических тенденций. 3. Поиск зависимости между двумя или более статистическими переменными.

Статистический метод выясняет и находит среднее значение течения данного процесса (его цикл или цикличность) и по этим данным строит прогноз (усредненные ряды на будущее).

В настоящее время прогноз геологических событий, влияющих на экологические ситуации можно свести к определению:

1. климатических изменений,

2. тектонической (и вулканической) деятельности,

3. падение на Землю космического вещества,

4. изменение солнечной активности (СА).

5. результатов антропогенного давления на природу.

Прогноз геологических событий осложняется не стационарностью геологических процессов, что существенно затрудняет прогнозирование. Только некоторые из не слишком отдаленных от нас по времени процессов можно прогнозировать при условии, что в этот интервал времени общий характер процесса не будет сильно меняться.

Эндогенные геологические процессы обусловлены эндодинамическим преобразованием горных пород, происходящие главным образом внутри Земли, в зоне действия сейсмотектонических и термодинамических факторов и вызванные в основном внутренними силами Земли. Здесь прогнозируются такие события как: землетрясения, вулканические извержения, цунами, и т.д.

Экзогенные геологические процессы: обусловлены экзодинамическим преобразованием горных пород, происходящим на поверхности Земли и в приповерхностном слое — в зоне действия факторов выветривания, эрозии, склоновых и береговых деформаций, вызванные в большей части внешними по отношению к литосфере силами (солнечной энергией, атмосферными, гидросферными, гравитационными). Здесь прогнозируются такие события как: оползни, обвалы, карст, суффозия и т.д.

Мониторинг и прогнозирование опасных геологических явлений осуществляется специализированными службами министерств, ведомств или специально уполномоченными организациями, которые функционально, по своему назначению, являются информационными подсистемами в составе единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

В основную задачу мониторинга и прогнозирования опасных геологических явлений входит своевременное выявление и прогнозирование развития опасных геологических процессов, влияющих на безопасное состояние геологической среды, в целях разработки и реализации мер по предупреждению и ликвидации чрезвычайных ситуаций, для обеспечения безопасности населения и объектов экономики страны.

Источниками природных чрезвычайных ситуаций и, соответственно, объектами мониторинга и прогнозирования опасных геологических явлений являются территории активного проявления эндогенных (землетрясение, вулканическое извержение) и экзогенных (оползень, обвал, карст, суффозия, просадка в лессовых грунтах, эрозия овражная, переработка берегов) геодинамических процессов. Перечень поражающих факторов опасных геологических процессов, характер их действия и проявления определяется соответствующим ГОСТ’ом.

При организации наблюдательных сетей мониторинга должен быть выполнен подготовительный этап работ по созданию специализированной картографической основы для контролируемой территории (в форматах ГИС) в масштабах, соответствующих уровню мониторинга, с целью оптимизации системы наблюдений и оценки вероятных потерь (геологического риска).

Объектами мониторинга являются территории распространения опасных геологических явлений, выделяемые по данным специализированных геологических исследований как учетные единицы таксономического ряда объектов наблюдений: регион, область, район, участок, временная зона.

Методы прогнозирования опасных геологических явлений, перечень исходных данных, правила оценки, алгоритмы прогноза и оценки достоверности, перечень выходных данных должны соответствовать требованиям ГОСТ’а.