Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ДОБЫЧА УГЛЯ В ЮЖНОЙ ЯКУТИИ И ЕЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ НА РАСТИТЕЛЬНОСТЬ (на примере разреза «Нерюнгринский»)

Миронова С. И., Иванов В. В.,

Глава 2. ПРИРОДНО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РЕГИОНА

Нерюнгринское каменноугольное месторождение расположено на юго-востоке Алдано-Чульманского угленосного района Южно-Якутского бассейна на расстоянии 400 км от ж/д станции Б. Невер. Из всех имеющихся на месторождении пластов для открытой разработки назначен пласт «Мощный», по форме представляющий собой мульдообразную складку протяженностью 6 км и шириной 3,9 км (Совершенствование технологии…, 2004).

Геология и рельеф. Чульманская впадина, расположенная в междуречье Олекмы и Тимптона, является самой крупной из серии мезозойских впадин сочленения Алданского щита со Становой складчатой областью. Южная граница впадины – тектоническая, северная, восточная и западная – эрозионные, хотя и определяются в значительной степени разрывными деформациями (Геология СССР. Южная Якутия, 1972). В геологическом строении территории принимают участие карбонатные породы венд-нижнекембрийского и терригенные отложения мезозойского возрастов. Повсеместное распространение имеют четвертичные отложения различного генезиса, преимущественно имеющие грубообломочный состав.

В рельефе территория представляет собой приподнятое плоскогорье с множеством возвышающихся хребтов и гольцовых групп. Высшие отметки окружающих впадину хребтов 1500–1800 м над уровнем моря. Наиболее низкий уровень с абсолютными высотами 700–800 м составляет днища котловин. Хребты сложены мощными толщами гнейсов и кристаллических сланцев архейского возраста, которые прорваны интрузиями и полями гранитов. На более пологом склоне к Алданскому нагорью находится небольшая толща доломитов и известняков, выходы которых отмечаются у поселков Б. Хатыми и Юхта (Коноровский, 1984).

Чульманская впадина сложена с поверхности юрскими песчаниками и алевролитами с прослоями углей. На всей остальной части района преобладают кристаллические сланцы и гнейсы, прерываемые местами гранитами. Сильнощебнистый элювий этих пород и является почвообразующей породой для лесных почв района. Мелкозем элювия юрских пород супесчаный, а архейских кристаллических – легко- и среднесуглинистый. Она имеет типично расчлененный рельеф с местным базисом эрозии в пределах 100–200 м. Преобладают выпукло-склоновые местоположения с крутизной в 4–10°. Лишь междуречные водораздельные пространства вдали от рек имеют более выровненную поверхность. Чульманская впадина, к которой относится район исследований, распадается на ряд более мелких котловин, разделенных между собой невысокими поднятиями. Наиболее четко впадину делит на две половины хр. Стланиковый. Первая половина (собственно Чульманская впадина) более приподнята и охватывает бассейны рек Чульман и Горбыллах, вторая – Унгро-Якокитская впадина.

Пониженные участки территории представлены долинами крупных и мелких рек. Последние заняты марями и обычно имеют одну террасу с небольшой толщей галечниково-щебнистых делювиально-аллювиальных отложений. Механический состав мелкозема зависит от состава пород прилегающих к речке водораздельных поверхностей.

Климат Чульманской впадины континентальный, характеризуется низкими годовыми и зимними температурами и высокой относительной влажностью (табл. 2.1). Заморозки возможны во все летние месяцы. Продолжительность безморозного периода 48 дней. За счет относительной приподнятости района она почти в 2 раза меньше, чем в лежащих севернее на 7° широты окрестностях г. Якутска. Сумма температур выше 10° равна 1158°, что на 400° меньше.

Таблица 2.1

Многолетние показатели климатических условий Чульманской впадины (по данным метеостанции аэропорта п. Чульман)

В районе выпадает много осадков (500–600 мм за год), большая часть их приходится на летние месяцы. Эвапотранспирационный расход составляет 220–250 мм. В результате более половины выпадающих атмосферных осадков в виде поверхностного и внутрипочвенного стоков уходит по разветвленной гидрографической сети за пределы района. Это обусловливает интенсивное промывание почв повышений и развитие заболачивания на слабо покатых склонах и в долинах рек. В отдельные годы в Чульмане и Нагорном не бывает вегетационного периода и в среднем 3 раза в лето выпадают осадки в виде града (Климатический справочник).

Гидрология. Гидрографическая сеть района густая вследствие большого количества осадков и расчлененности рельефа. Крупные реки – это притоки Алдана – Тимптон и Учур-Гонам являются реками горного типа. Основное их питание происходит за счет талых и дождевых вод. Многие мелкие речки и ручьи не имеют стока, а такие относительно крупные реки как Чульман, Тимптон, Унгра в зимнее время имеют небольшой сток. В наиболее суровые зимы даже эти реки на многих участках промерзают до дна. Наибольший подъем уровней воды в реках отмечается не весной, а после сильных летних дождей. Высокий подъем воды после дождей в июле-августе исключает возможность осушения заболоченных участков на 1-й надпойменной террасе крупных рек.

Для района характерны также трещинно-пластовые подземные воды артезианских бассейнов (Пиннекер, Писарский, 1977).

Многолетняя мерзлота. В пределах рассматриваемой территории, в Чульманской впадине (плоскогорье), многолетняя мерзлота имеет островное распространение и занимает 50–60 % территории, а мощность ее лишь на отдельных участках долин превышает 100 м (Фотиев, 1965). Многолетнемерзлые породы отсутствуют на некоторых плоских водораздельных пространствах.

В разрезе криолитозоны Чульманской впадины преобладают скальные и полускальные эпигенетически промерзавшие породы с унаследованными трещинными текстурами. Мощность рыхлых отложений, находящихся в многомерзлотном состоянии, как правило, не превышает 5–7 м. Они представлены делювиальными, коллювиальными отложениями в нижних частях склонов и аллювием – в долинах. Объемная льдистость отложений достигает 40–60 % (Южная Якутия, 1975).

Распространение многолетнемерзлых пород обусловлено общими суровыми микроклиматическими условиями, отсутствием инфильтрации, малоснежностью, сильной затененностью склонов друг другом, характером растительности и температурной инверсией. Глубина зимнего промерзания, как и оттаивания, различна и зависит от состава
растительности, литологического состава грунтов, их влажности, рельефа, абсолютной высоты местности. В связи с этим величина протаивания грунтов колеблется от 0,3–0,5 м на заболоченных участках с мощным слоем мохового покрова.

К криогенным явлениям относятся широко распространенная в исследуемом районе трещиноватость поверхности грунта, а также пучение грунтов, торфяные бугры. Часто встречаются наледи в долинах рек и ручьев.

Почвенный покров. Распространение почв по району обусловлено горными условиями территории, расчлененностью территории, материнскими почвообразующими породами, несколько меньшей континентальностью климата, большой влажностью и не сплошным распространением многолетнемерзлых пород. Горные условия территории способствовали образованию горных, маломощных, грубых по механическому составу почв, с укороченным почвенным профилем (25–70 см), с большой щебнистостью и каменистостью всех генетических горизонтов, так как формирование их протекало в условиях расчлененного горного рельефа на грубообломочных продуктах выветривания твердых пород. Одна из особенностей почвенного покрова Чульманской впадины – отсутствие засоленных почв. Одни исследователи это объясняют наличием пород лишенных солепроявлений (Иванов, Левицкий, 1960), другие – высоким увлажнением (Коноровский, 1984).

Наиболее распространенными типами почв в исследуемом районе являются мерзлотные подзолистые, мерзлотные болотные и мерзлотные таежные. Отдельно отмечены мерзлотные пойменные и мерзлотные слаборазвитые (примитивные) (Еловская, 1977).

Горные условия территории способствовали образованию горных, маломощных, грубых по механическому составу почв, с укороченным почвенным профилем (25–70 см), с большой щебнистостью и каменистостью всех генетических горизонтов, так как формирование их протекало в условиях расчлененного горного рельефа на грубообломочных продуктах выветривания твердых пород.

Одна из особенностей почвенного покрова Чульманской впадины – отсутствие засоленных почв. Одни исследователи это объясняют наличием пород лишенных солепроявлений (Иванов, Левицкий, 1960), другие – высоким увлажнением (Коноровский, 1984).

Наиболее распространенными типами почв в исследуемом районе являются мерзлотные подзолистые, мерзлотные болотные и мерзлотные таежные. Отдельно отмечены мерзлотные пойменные и мерзлотные слаборазвитые (примитивные).

Открытая разработка угольных месторождений оказывает негативное воздействие на почвенный покров. В процессе разработки месторождений для размещения отходов горного производства (вскрышных пород, шламов и др.) из биологического цикла изымаются продуктивные земли.

Разработка угольных разрезов сопровождается значительными объемами пылевых выбросов. Наиболее серьезное последствие интенсивного выноса угольной пыли – загрязнение почв, прилегающих к району разработок, тяжелыми металлами. Кроме того, газопылевые выбросы оказывают влияние и на свойства почв, снижая почвенное плодородие. В районе разработок угольных разрезов ухудшение почвенного плодородия и экологического состояния почв создают неудовлетворительные санитарно-гигиенические условия для жизни человека и неблагоприятные условия для окружающей среды. Кроме того, отработка угольных месторождений связана с извлечением на поверхность больших масс пустых пород. Так, например, карьерная добыча каждой тысячи тонн угля требует размещения 3,6 тыс. м3 вскрышных пород (Красавин, 1983). Значительный ущерб природной среде причиняют вскрышные породы, сосредоточенные в отвалах. Продукты выветривания угля и пустых пород содержат различные химические элементы. Среди выщелачиваемых содержатся и токсичные. В процессе рассеяния и миграции тяжелых металлов и других экологически опасных элементов из угольной пыли негативно изменяется геохимический состав почв, что соответственно отражается на экологическом состоянии окружающей среды.

Тяжелые металлы также входят в состав отходов промышленного производства. Из-за высокой сорбционной способности почвенные системы наиболее достоверно регистрируют ранние негативные последствия техногенеза. Например, Нерюнгринская ГРЭС, работающая на каменном угле Нерюнгринского разреза обладает мощностью 570 мВт и вырабатывает 2240 млн кВт/ч. Она снабжена фильтром типа
ЭГА-2–88–12-6-4у, улавливающим 98 % золы дымовых газов. Тем не менее, расчеты, проведенные М.В. Щелчковой (1998) показывают, что ежегодный выброс золы в атмосферу составляет 4058 т. В ней обнаружено содержание хрома – 33, никеля – 33, ванадия – 67, кобальта – 10, циркония – 300, олова – 7, свинца – 46, цинка – 50, меди – 34 мг/кг.

Изучение геохимии снежного покрова В.Н. Макаровым и др. (1990) свидетельствует, что разработка угольного месторождения изменяет его химический состав. В снежном покрове угольного разреза устанавливаются ореолы аномальных концентраций веществ, которые входят в состав каменного угля и вскрышных пород или составляют продукты их трансформации. Аномальные поля прослеживаются на 15–20 км к югу от угольного разреза.

Расчлененность рельефа усиливает неравномерность распределения техногенных выбросов на поверхность почвы и предопределяет вариабельность в них микроэлементов. Продукты выветривания угля и пустых пород переносятся атмосферным воздухом и природными водами. Последнее обусловлено тем, что выпадающие атмосферные осадки смывают с угольного отвала и с поверхности почв угольную пыль и вещества, которые по естественным водотокам распространяются на большие расстояния. В результате техногенные потоки веществ способствуют негативному изменению природного геохимического состава почв и влияют на экологическое состояние окружающей среды на значительной территории исследуемого района.

Исследованиями установлено, что Нерюнгринский угольный разрез и Нерюнгринская ГРЭС являются основными источниками поступления в почву и окружающую среду микроэлементов, в том числе и токсичных.

Микроэлементный анализ золы лесной подстилки фиксирует накопление титана, хрома, молибдена, меди, марганца, мышьяка, свинца и цинка. Из них титан и свинец проявляют халькофильные свойства, хром и молибден являются ярко выраженными литофилами.

Анализ распределения микроэлементов в гумусовом горизонте фиксирует незначительные концентрации ванадия и никеля. Содержание остальных микроэлементов по почвенному профилю слабо дифференцировано с незначительным увеличением вниз по профилю, что связано с влиянием подстилающих пород. В целом, на исследуемой территории значительные концентрации микроэлементов отмечаются – в моховом покрове, лесной подстилке и гумусовом горизонте. Как известно, тяжелые металлы, достигая определенных концентраций, губительно действуют на живые организмы, растения. В дальнейшем, вовлекаемые в биологический круговорот, тяжелые металлы с длительным периодом детоксикации в природных системах будут накапливаться в них и представят опасность для окружающей среды.

По данным геохимического анализа почв на основе карты загрязнения снежного покрова нами установлена градация последствий техногенного воздействия предприятий разреза «Нерюнгринский» на почвы (Иванов и др., 2012):

1 – зона сильного воздействия – в 2–7 км к юго-востоку от Нерюнгринского разреза. Мерзлотные подзолистые, мерзлотные таежные и торфяно-болотные почвы данного участка, попадают в зону влияния промышленных выбросов Нерюнгринского угольного разреза. В подстилке почв содержание титана, марганца, меди, цинка в 2–3 раза выше ПДК, концентрации свинца превышают ПДК в 5 раз (табл. 4.3.1; 4.3.2, рис. 4.3.1–4.3.5). В гумусовом горизонте количество марганца, титана выше ПДК в 2 раза. В данном районе отмечаются 3 элемента I класса опасности (мышьяк, свинец, цинк), один элемент II класса опасности (медь) и III класса – цирконий, превышающие ПДК.

2 – зона среднего воздействия – к юго-востоку в 7–34 км и в 16–19 км к северу от объекта. Участок находится вдоль преобладающего направления действия ветров от техногенных объектов. Это согласуется с исследованиями В.Н. Макарова и др. (1990), которые установили, что на расстоянии 15–20 км. Кроме того, в пос. Беркакит производится механизированная очистка вагонов. На складе скоплено 120 тыс. т угля после зачистки вагонов, которая также загрязняет окружающую среду. Так же возможно, что аномальная концентрация элементов обусловлена более низким местоположением зоны, чем ГРЭС и разрез. Здесь происходит смыв элементов загрязнителей поверхностными стоками со склонов и накопление их в зоне.

3 – зона слабого воздействия – к юго-востоку от Нерюнгринского угольного разреза в 34–58 и в 16–56 км к северо-западу и к северу от объекта.

На участке накопление тяжелых металлов отмечается в бассейне рек Иенгра и Тимптон. В таежной почве фиксируются марганец, цинк, свинец, в торфянисто-гумусовом горизонте – титан, превышающие ПДК в 2 раза. В устье р. Сыганах в подстилке мерзлотной таежной почвы содержание титана выше ПДК, в торфянисто-гумусовом горизонте количество цинка, свинца выше ПДК в 2 раза. Возможно, загрязнение данного района связано с добычей золота, которая проводится на данной территории. Как известно, при открытых разработках полезных ископаемых горные породы, извлекаемые на дневную поверхность, содержат различные химические элементы. Среди выщелачиваемых оказываются и токсичные. Вокруг разработанного месторождения в таких случаях образуется ореол рассеяния химических элементов, которые попадают в почву и живые организмы. Продукты выветривания пород переносятся атмосферным воздухом и природными водами. Техногенные потоки вещества в районах разработок полезных ископаемых могут быть причиной изменения геохимических свойств почв.

Растительному покрову территории и воздействию промышленных предприятий на растительность посвящается следующая глава.