Человек использует недра для добычи полезных ископаемые. В последнее время недра становятся средой временного обитаний человека (метро, бомбоубежища, шахты, штольни). На месте старых выработок устраивают подземные хранилища, холодильники. Отработанные пространства в месторождениях каменной соли обладают микроклиматом, полезным для лечения астмы, аллергии и некоторых других заболеваний. Возможно, в дальнейшем недра будут использоваться людьми для жилья, уже теперь строят многоэтажные подземные гаражи, торговые центры и др.
Человек получает 36 % энергии за счёт сжигания нефти, по 24 % - за счёт сжигания газа и угля, 6% - на атомных электростанциях (АЭС), по 5 % - за счёт гидроресурсов и при сжигании древесины и торфа. Источники получения энергии постоянно меняются в зависимости от вида ресурсов, научно-технического прогресса, экономических затрат и т. д.
Интенсивность добычи полезных ископаемых постоянно растёт. Если за последние 25 лет население Земли увеличилось на 50%, то потребление угля возросло в 2 раза, железной руды - в 3, нефти и газа – почти в 6 раз. Деятельность людей становится мощным геологическим фактором. Подсчитано, что за 6 последних лет XX столетия из недр Земли добыто 8,3 млрд т руд и горючих ископаемых. Объем добываемых руд сравним с объёмом ежегодного твёрдого стока рек (известно, что в Мировой океан ежегодно выносится около 15 млрд т твёрдых частиц).
Добыча каменного угля наиболее интенсивна в следующих странах: Индия - 282,2 млн т в год, США - 937,1 млн т в год, Китай - 1340,9 млн т в год. В России добыча угля составляет 282,3 млн т в год. Важнейшими угольными бассейнами в России считаются Тунгусский, Ленский, Канско-Ачинский, Кузнецкий, Печорский. Основной способ добычи - открытый, карьерный.
Больше всего нефти добывается в Саудовской Аравии - 428,8 млн т в год, в США - 382,9, в России - 301,1 млн т в год. Основной способ добычи - откачка из скважин.
Темпы роста производства и потребления минеральных ресурсов за период с 1950 по 1975 гг. составили 650- 1100 % в развитых от нах и 310% - в развивающихся. Происходит резкое увеличение потребления энергоресурсов: за указанный период оно вы до 5 6 млн I условного топлива в год, а за период 1980
до 8 - 9 млн т условного топлива. В начале XXI в. потребление энергоресурсов возрастёт до 12 млн т условного топлива в год.
Сейчас в горнодобывающей промышленности объем перерабатываемой горной массы составляет около 30 млрд м3/год. Наибольший объем добычи приходится на железную руду. За 30 лет (1950-1980) её добыча увеличилась в 2,6 раза, бокситов — в 11, молибденита - в 6,4, марганцевой руды и хромитов - в 3,5, медной руды - в 2,7 раза. Добыча угля увеличилась в 2 раза. Происходит не только рост добычи полезных ископаемых, но и увеличение глубины отработки месторождений. Обычная глубина шахт теперь достигает 100-1300 м, в Бельгии - 1400 м, а в Южной Африке золоторудные месторождения разрабатываются на глубине 3959 м.
Исчерпаемость минеральных ресурсов
По прогнозам специалистов, при сохранении современных тенденций добычи, потребления и использования новых месторождений запасы их истощатся через 70-140 лет.
Перспектива нехватки сырьевых ресурсов – реальная опасность для человечества, а энергетический голод не выдумка скептиков: некоторые страны уже сейчас испытывают недостаток энергетических ресурсов. Поэтому важнейшей проблемой становится охрана недр. Она достигается несколькими путями. Кроме поисков новых энергоносителей генеральным направлением следует считать охрану минеральных и энергетических ресурсов от истощения и охрану недр в целом. Истощаются недра в результате потерь газов: метана, оксидов углерода, оксидов азота, соединений серы. Этот процесс инициирован добычей минерального сырья и сопровождает её. Так, за год из недр Донбасса выделяется примерно 2,5 млрд м3 метана при средней концентрации его в газовой смеси около 32%. Я Значительные потери полезных ископаемых и ущерб окружающей среде происходят при разработке месторождений подземным способом. При этом угля теряется (остаётся в недрах) 20-45%, руд цветных и черных металлов - 15-25, горно-химического сырья - 20-60%. При открытом способе разработки полезных ископаемых потери снижаются в среднем до 12%. Исключительно открытым способом добываются стройматериалы (песок, глина, щебень, гравий) и россыпные ископаемые. Однако обратной стороной открытого способа разработки полезных ископаемых являются нарушения естественных природных ландшафтов. Например, при извлечении 1 млн. т угля шахтным способом отвалы занимают 8 га земли, а при открытом способе - 30 га и более.
Чрезвычайно велики потери полезных ископаемых из-за несовершенства технологии извлечения. Сейчас доля извлечённой нефти по отношению к разведанным запасам составляет 50 - 60%. Потери попутного газа составляют 20 млрд. т в год, он сжигается в факелах.
Часто в месторождениях полезных ископаемых кроме основного компонента содержится целый ряд попутных включений, и ценные компоненты могут оказаться в отвалах, представляя опасность как потенциальные источники загрязнения окружающей среды. Неполнота геохимической изученности месторождений также приводит к тому, что из месторождения не извлекаются полезные компоненты, о наличии которых долгое время даже не подозревали. Показательно в этом отношении месторождение хибинских апатитов, которые содержат комплекс ценных компонентов. Из добываемой руды извлекался лишь апатит, все остальное сбрасывалось в отвалы, где скопились миллионы тонн нефелина (это сотни тысяч тонн алюминия, соды и цемента), тысячи тонн сфена (это тысячи тонн титана), титано-магнезита и других компонентов (это стронций, ванадий и др.). В самом апатите из 33 элементов, входящих в его состав, используется пока лишь один фосфор. Ранее при разработке месторождений железной руды в отвалы шло ценное фосфорсодержащее сырье, так как не была разработана технология получения из отходов концентратов апатита, бадделеита, редких металлов и некоторых других полезных компонентов.
Основные направления по рациональному использованиюи охране недр
Под охраной недр понимается научно обоснованное рациональное и бережное использование полезных ископаемых, максимально полное, технически доступное и экономически целесообразное их извлечение, переработка, использование, утилизация отходов, ликвидация урона, нанесённого естественным природным ландшафтам.
Как было сказано выше, в последнее время быстро увеличивается добыча полезных ископаемых и глубина отработки месторождений. Глубина шахт сейчас достигла 4 тыс. м, эксплуатационных и разведочных скважин – 10-12 тыс. м. Проникновение человека в глубь литосферы осуществляется в виде карьеров при открытом способе добычи; путём проходки шахт, штолен и подземных горных выработок при подземном способе добычи полезных ископаемых. Нарушение сплошности недр происходит также при бурении скважин, при подземной газификации, выщелачивании, растворении или выплавке залежей полезных ископаемых (например, серы).
Основные мероприятия по охране недр на стадии добычи минерального сырья сводятся к совершенствованию технологии его разведки, расчёта запасов, к применению ряда правовых и экономических механизмов.
Значительные потери полезных ископаемых происходят при их транспортировке к местам переработки и использования. На территории России эксплуатируется 350 тыс. км промысловых трубопроводов, на которых ежегодно происходит свыше 50 тыс. прорывов. В Западной Сибири свыше 100 тыс. км промысловых трубопроводов с 30-летним стажем работы нуждаются в замене. В результате за год разливается 2650 т нефти из магистральных труб и 1438 т нефтепродуктов. Несколько меньшие потери, приводящие не только к потерям самого продукта, но и к загрязнению окружающей среды, возникают при транспортировке твёрдых полезных ископаемых, например при перевозке угля.
Потери минеральных ресурсов происходят при извлечении металлов из уже обогащённых руд. Так, при переработке концентратов потери металлов достигают: меди – 6%, никеля – 15, кобальта – 52%.
Комплексное, наиболее полное извлечение и использование полезных ископаемых позволяет сохранить месторождение, не тратить дополнительные средства на переработку отходящих газов, пыли и промышленных стоков.
Пыль, задержанная фильтрами, представляет собой высококачественное сырье. Нефть и масла, собираемые в отстойниках нефтеперерабатывающих заводов, ремонтных, транспортных и других предприятий, рафинируются и используются в народном хозяйстве. Таким образом, комплексное использование и бережное расходование минерального сырья при его добыче, транспортировке и переработке неразрывно связано не только с его охраной, но и с охраной окружающей природной среды.
Преобразование моноцелевых горных предприятий и перерабатывающих заводов в многоцелевые, отказ от отраслевого подхода к разработке минеральных ресурсов – это одновременно и сбережение минерального сырья и ресурсов.
Основные мероприятия по охране недр базируются на ресурсосбережении: предотвращение потерь при добыче, транспортировке полезных ископаемых, при их обогащении и переработке, использовании готовой продукции. В мероприятия по охране недр входит комплексное использование ресурсов, которое предусматривает более полное извлечение сопутствующих компонентов при добыче полезного ископаемого. Отмена системы валовой выемки, своевременное разделение руд по сортам во время добычи способствуют сохранности ценных компонентов сырья и дают большой экономический эффект.
Правила ресурсосбережения необходимо соблюдать при добыче строительных материалов. Известно, что односторонний спонтанный производитель берет от месторождения только то, что ему нужно, без комплексного подхода; разрабатывает месторождение в местах, где ему выгодно. Такой способ действий недопустим с позиции рационального природопользования и охраны окружающей среды. Он наносит непоправимый ущерб естественным природным ландшафтам, их целостности и устойчивости.
Надо отметить, что ужесточение лицензионных обязательств не спасает положения. Необходим постоянный и строгий контроль лицензионных соглашений, соблюдения режима эксплуатации месторождений, организации и ведения мониторинга силами разработчика, производства рекультивации иреабилитации ландшафта.
Для охраны недр существенное значение имеет использование полезного ископаемого строго по его назначению. Ещё Д. И. Менделеев говорил: «Нефть – не топливо, топить можно и ассигнациями». И если нефть или коксующиеся угли используются в качестве о топлива – это неразумная трата мин. ресурсов.
Резервами в экономии минеральных ресурсов являются более полное использование вторичного сырья и побочной энергии, заме-на дефицитных металлов менее редкими материалами. Так, современная металлургическая промышленность может работать на 40% и более на вторичном сырье. Горячая вода, полученная как побочный продукт в системах оборотного водоснабжения промышленных предприятий, может использоваться для обогревания зданий. В то же время почти одна треть тепла, которое вырабатывается при сжигании топлива на предприятиях цементной промышленности, в мартеновском производстве, рассеивается в окружающей среде вместе с отходящими газами. Подсчитано, что почти 70-80% потребностей народного хозяйства в энергии, топливе, сырье и материалах могут быть удовлетворены за счёт экономии. В частности, 20-25% металла, заключённого в изделиях, выбрасываемых на свалку, может быть использовано и снова вовлечено в оборот при незначительных затратах, а ещё 40-45% - при специальной обработке.
Вторичное сырье может дать почти половину объёма выплавляемой стали. Вторичная переработка лома цветных металлов потенциально может давать ежегодно 1/5 мировой продукции меди, более 1/3 - олова, 1/3 - алюминия, около 1/5 - цинка.
Конечно, рост добычи топлива и производства энергии связан с существенным повышением капиталовложений, идущих не только на добычу и разведку, но и на мероприятия по охране окружающей среды. Игнорирование их в угоду сиюминутной прибыли оборачивается, как правило, негативными последствиями, на ликвидацию которых затрачивается значительно больше средств, чем на предотвращение.
Ещё одним резервом сбережения и соответственно охраны недр является применение искусственных заменителей дефицитного минерального сырья. Металл может быть с успехом заменён пластмассами, деревом и даже камнем. В недалёком прошлом трудно было представить чайник из тефлона, а телевизор - без электронных ламп накаливания. Судя по темпам производства пластмасс, полимеры в скором времени превзойдут металлы.
Минеральное топливо может быть заменено геотермальной энергией, выделяемой из термальных подземных вод. Особенно перспективны в этом отношении районы Исландии, Японии, Новой Зеландии, Мексики, в России - районы Северного Кавказа, Магаданской области, Камчатки, Сахалина. В Венгрии тепличное хозяйство, животноводческие комплексы и даже жилые помещения обогреваются за счёт геотермальной энергии.
Таким образом, основополагающими принципами рационального использования и охраны недр служат возможное ослабление ущерба от разведки и разработки минеральных ресурсов, рациональная эксплуатация и бережное использование минерального сырья, а по окончании работ – рекультивация ландшафтов. Во многих развитых странах за основу рациональной эксплуатации недр принимаются конъюнктурные экономические интересы. Это приводит к тупиковым ситуациям, что важно учитывать при использовании недр в нашей стране.
Необходимо отметить, что человеческое общество вошло в эпоху глобальной взаимозависимости как между отдельными государствами, так и в отношениях с окружающей средой. Важно понимать, что запасы недр на Земле ограничены и исчерпаемы. Если какая-то страна не щадит собственные недра, то пострадать могут соседние государства. Развитые страны имеют больше шансов не растрачивать свои стратегические ресурсы, а покупать их у соседей и, обладая более совершенной технологией, использовать отходы производства, вторичное сырье менее богатых соседей. Многое зависит от совершенства технологий, поэтому идёт разработка, поиск и приобретение новейших технологий (часто и промышленный шпионаж за прогрессивными технологиями), ибо тот, кто владеет более совершенной технологией, владеет природными ресурсами.
Охрана природных комплексов при разработке минеральных ресурсов
В сферу рационального природопользования и охраны недр необходимо включить также охрану природных комплексов, которые нарушаются в процессе разработки месторождений полезных ископаемых. Горные разработки приводят к нарушению залегания слоёв, разрушению земной поверхности, повреждению рельефа, изменению естественных природных ландшафтов, порче земель, пригодных для сельского хозяйства (рис. 3). Ощутимый ущерб наносят лесным массивам, пашням, городским застройкам движения горных пород, трещины, обрушение кровли, проседания, провалы и другие негативные экзогенные геологические процессы. Опасны деформации и изменение напряжения недр в результате перемещения огромных масс вещества на более высокий энергетический уровень. Перемещение минерального сырья на высоту 10000 м и более приводи! к увеличению микросейсмичности территории, что провоцирует возникновение так называемых техногенных землетрясений даже в сейсмически благополучных районах.
Горные разработки оказывают значительное влияние на человека, животный и растительный мир. Следует отметить отрицательное воздействие как самих горных выработок, так и сопутствующих им гидрогеологических (подтопление, затопление, образование воронок депрессии, напряжённых зон в земной коре и т. д.) и инженерно-геологических (просадки, оседание земной поверхности, карст, суффозия и т. д.) процессов. Горные выработки служат причиной формирования различных геофизических полей, влияние которых на биосферу и человека пока слабо изучено. Существование геофизических и других полей в силу трудности их фиксации не всеми признается. Наиболее чётко они проявляются в так называемых патогенных зонах.
Негативные тенденции в использовании недр. Изменение естественных природных ландшафтов начинается уже при разведке полезных ископаемых. Основным методом разведки является бурение скважин. При разведке месторождений угля закладывается около 20 скважин на 1 км2. После окончания разведочных работ скважины должны быть ликвидированы, а их стволы затампонированы. Если тампонаж произведён некачественно, пробурённые скважины становятся источником негативных гидрогеологических и инженерно-геологических процессов. Вода и загрязняющие вещества проникают на глубину бурения скважин, возникают просадки. Если скважинами были вскрыты напорные воды, то плохо ликвидированные скважины фонтанируют и заливают водой окружающую их территорию. Особую опасность представляют скважины, пробурённые при разведке нефтяных месторождений. Производство работ осуществляется организациями, которые потом найти и предъявить им претензии практически невозможно. Скважины становятся «бесхозными». В России число ликвидированных «бесхозных» нефтяных и газовых скважин превышает 7500 единиц. В основном они находятся в Тюменской, Архангельской, Иркутской, Астраханской областях, Республике Коми. Эти скважины представляют экологическую опасность.
При разведке и разведочном бурении применяется мощная техника, прокладываются дороги и другие коммуникации, возводятся временные здания и сооружения. Если используют такие современные методы исследований, как геофизика, аэро-, фото- и космосъёмка, отправляются в маршруты по бездорожью на военных тягачах (АТЛ и ATT), то создаётся мощная нагрузка на естественные при-родные ландшафты, от которой они трансформируются и частично разрушаются.
Полное разрушение естественных природных ландшафтов происходит при эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Уничтожается почвенный покров. Поднятая на поверхность «пустая» порода складируется в терриконы и отвалы, занимая большие площади. Огромные площади уходят под отходы переработанных полезных ископаемых, обезображивающие ландшафт. Часто под терриконами и отвалами оказываются леса, поля, травостои, плодородные сельскохозяйственные земли. Терриконы и отвалы, как правило, самовозгораются, загрязняя атмосферный воздух продуктами горения. Дождевые стоки от терриконов и отвалов загрязняют почву и подземные воды. Много земель изымается из природного фонда на транспортные пути, строительство коммуникаций, размещение производственных мощностей и оборудования.
Некоторые месторождения в Западной Сибири разрабатывались без строительства мощностей по сбору и использованию нефтяного газа, без проведения государственной экологической экспертизы, реализации проектов обустройства территории, что резко ухудшило общую напряжённую экологическую ситуацию.
Создаются своеобразные горнотехнические техногенные ландшафты. Вид такого рукотворного ландшафта просто фантастический: технические водоёмы, хвосто- и шламохранилища, пруды-отстойники, гидроотвалы, выемки карьеров и траншей, насыпи и отвалы, терриконы, золоотвалы, железный лес буровых вышек, качалок, лубрикаторов.
Площадь техногенных ландшафтов на Земле непрерывно растёт и сейчас составляет более 10 млн га. Страшная картина открывается на месторождениях полезных ископаемых, которые добываются открытым способом: Экибастуз в Казахской Республике. Курская магнитная аномалия (КМА) в Центрально-Чернозёмных областях, Кузнецкий угольный бассейн (Кузбасс) в Кемеровской области. Такое впечатление, что Земле нанесены глубокие незаживающие раны.
Вокруг месторождения в Экибастузе расположены рукотворные озера, возникшие на местах понижений-соров, некогда плодородных участков пустыни, где создавались благоприятные условия для формирования линз пресных грунтовых вод. Теперь они заполнены рассолами из глубоких водоносных горизонтов и сточными водами горно-обогатительных фабрик.
Рекультивация и восстановление земель. Рекультивация и реабилитация нарушенных человеком природных ландшафтов – важная социально-экономическая и научно-техническая проблема. Различают горно-техническую, биологическую и строительную рекультивацию.
При горно-технической рекультивации сохраняются поверхностные грунты и плодородный слой почвы. Производится планировка отвалов, выполаживание откосов, химическая мелиорация: известкование, гипсование, устраиваются дренажные сети. Поверхности отвалов, карьеров и хвостохранилищ покрываются слоем плодородной почвы, сохранённые (складированные) почвы возвращаются на те места, где они были до начала разработок.
Биологическая рекультивация заключается в восстановлении и повышении плодородия почв за счёт специальных агротехнических мероприятий и внесения удобрений с учётом вновь сложившихся топографических, почвенных и гидрогеологических условий.
Строительная рекультивация проводится с целью использования площадей карьеров, отвалов и терриконов для промышленного и гражданского строительства. Она заключается в создании рекреационных зон, искусственных водоёмов. Лесохозяйственное, гидроводохозяйственное и санитарно-гигиеническое направления рекультивационных работ зависят от состояния нарушенных ландшафтов и заключаются, по сути, в корректировке состояния ландшафта применительно к новым условиям, возникшим в результате разработки недр. Например, использование крупных выемок для создания искусственных водоёмов, террасирование склонов, подбор и посадка растений и т.д.
В нашей стране впервые была разработана технология использования пород терриконов и отвалов в качестве строительного материала. При этом большое внимание уделялось тщательной проверке безопасности для живых организмов и человека указанных пород и материалов. Нетрудно представить себе, какой вред здоровью человека могут нанести материалы с повышенной (превышающей фоновую) радиоактивностью, из которых делают стены жилых домов. Породы терриконов и отвалов используют при строительстве Дорог и фундаментов зданий.
Правовые основы рационального использованияи охраны недр
Правовой основой рационального использования и охраны недр России служат государственные законы, правительственные постановления, ведомственные нормативно-правовые акты, определяющие порядок и характер проведения горно-геологических работ, эксплуатации месторождений полезных ископаемых, рекультивации и реабилитации природно-территориальных комплексов.
Важное значение для бережного использования и охраны недр имеют международные договоры и соглашения нашей страны с другими странами, соответствие российских правоохранительных требований международным.
Международная правовая охрана недр действует сейчас на следующих принципах: недра имеют всегосударственные границы, они являются общим достоянием человечества. Должны соблюдаться свобода исследований и меры по сохранению недр и их компонентов, запрещается национальное присвоение недр и их компонентов. Отдаётся приоритет международному сотрудничеству и выполнению международных соглашений (конвенций) и обязательств, соблюдению международной ответственности всех государств за сохранение недр.
Юридической основой рационального использования и охраны недр является природоохранное законодательство. Оно представляет собой совокупность нормативно-правовых актов, определяющих порядок и условия использования и охраны недр, деятельность государственных и общественных организаций, права и обязанности недропользователей и их ответственность за охрану недр.
