close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

36 bondarenko a.p. ermienko a.v. vosstanovlenie narushennih landshaftov. rtut v okrujayushey srede. phz

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки Республики Казахстан
Павлодарский государственный университет
им. С. Торайгырова
Бондаренко А.П., Ермиенко А.В.
ВОССТАНОВЛЕНИЕ
НАРУШЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ.
РТУТЬ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ
Учебное пособие для студентов естественных
специальностей
Павлодар
УДК 504.54(075)
ББК 20.18 Я 7
Б 81
Рекомендовано Учёным советом ПГУ им. С. Торайгырова
Рецензент:
доктор биологических наук, профессор Базарбеков К.У.
Б81 Бондаренко А.П., Ермиенко А.В.
Восстановление нарушенных ландшафтов. Ртуть в окружающей
среде. ПХЗ: учебное пособие. — Павлодар, 2007.— 164 с.
В данном пособии даны основные понятия о ландшафтах,
причинах, факторах и условиях их нарушения. Приведены основные
свойства ртути и формы ее существования в окружающей среде,
причины и условия ее поступления в ландшафты и последствия
интенсивного загрязнения. На примере ртутного загрязнения ПХЗ
показано взаимоотношение человека и среды его обитания.
Учебное пособие рекомендуется студентам естественных
специальностей.
УДК 504.54 (075)
ББК 20.18 Я 7
 Бондаренко А.П., Ермиенко А.В., 2007
 Павлодарский государственный университет
им С. Торайгырова, 2007
2
Введение
Человек, как биологический вид, тесно связан с природой и, в
первую очередь, эта связь определяется условиями существования,
качеством воздуха и воды, необходимыми элементами питания.
Существуют определенные условия внешней среды - оптимальные
для
организма,
определяющие
здоровье
человека
и
продолжительность его жизни.
Естественный ареал распространения вида Homo sapiens,
определяется природными условиями, однако по мере развития
общественного производства и техники среда обитания человечества
значительно
расширилась
и
практически
охватила
всю
географическую оболочку Земли. Благодаря этому, в процессе
освоения, существенно изменена окружающая среда. Воздействие на
нее человека становится всё более ощутимым, причём особенно резко
оно усилилось в условиях современной научно-технической
революции. В разной степени изменению подвергаются все
природные компоненты.
Биологическая продуктивность многих ландшафтов в результате
антропогенного воздействия резко возросла; на территориях,
улучшенных с помощью осушения, искусственного орошения,
защитных лесных полос, а местами отвоёванных у моря, возникли
культурные ландшафты. Однако вмешательство человека в
регулирование природных процессов не всегда дает желаемые
результаты, так как трудно правильно оценить отдалённые
последствия такого влияния.
Изменение хотя бы одного из природных компонентов
приводит, в силу существующих между ними взаимосвязей, к
перестройке сложившейся структуры природно-территориальных
комплексов. Так, вырубка леса, распашка почвы, чрезмерная
перегрузка пастбищ служат причинами нарушения почвенного
покрова, изменения водного баланса, развития эрозии, образования
пыльных бурь, перевевания песков, заболачивания и т.п. В связи со
сказанным, определим, что нарушенные ландшафты – это такие
ландшафты, в которых хотя бы один параметр (элемент, свойство,
отношение) вышли за предел ее устойчивости (гомеостаза).
Угрозу для окружающей среды представляют изменения,
осуществляемые без учёта условий её сохранения, в том числе
интенсивное развитие ряда ведущих отраслей энергетики и
обрабатывающей промышленности (большие объемы добычи и
переработки
нефти,
ядерная
энергетика,
химическая
3
промышленность, цветная металлургия и др.), химизация сельского
хозяйства, рост автомобильного, водного и авиационного транспорта.
В крупных промышленных центрах многих стран содержание
ядовитых примесей в воздухе превышает предельно допустимые
концентрации, что часто ведёт к опасным заболеваниям населения.
Ядовитые примеси из воздуха и водоёмов вовлекаются в планетарный
оборот, переносятся воздушными и водными течениями на большие
расстояния, попадают в почвенные растворы, концентрируются в
растениях, откуда поступают в организмы животных и человека.
При оценке воздействия на окружающую среду чаще всего
используются показатели ПДК или аналогичные. Опасность
различных факторов техногенного происхождения оценивается
степенью их влияния на здоровье человека или экономическим
ущербом, получаемым от снижения ценности территории,
подвергшейся такому действию. Изменения, происходящие в биоте
экосистем, практически не учитываются. Отсюда следует, что
природоохранное законодательство, даже если оно будет исполняться
надлежащим образом, не остановит разрушение ландшафтов, так как
чувствительность многих компонентов биосферы значительно
превышает действие нарушающих факторов на человека, а
разрушение любых элементов экосистем снижает их устойчивость и
способствует деградации.
А.В.Чигаркин отмечает, что основным принципом стратегии
человека, при решении проблемы антропогенного воздействия на
окружающую среду, должна быть соизмеримость форм и масштабов
его деятельности с потенциальной способностью природы
ликвидировать создаваемые им неблагоприятные воздействия. От
этого зависит сохранится, или, наоборот, необратимо нарушится
подвижное, динамическое равновесие в природной среде,
сложившееся за миллиарды лет существования жизни на Земле.
Восстановление нарушенных ландшафтов в Павлодарской
области, как, практически в большинстве геосистем с высокой
антропогенной нагрузкой, в настоящее время является актуальной
природоохранной проблемой, так как на ее территории находится
значительное количество предприятий, которые являются не только
потенциальными загрязнителями окружающей среды, но и
обеспечили
существенное
изменение
свойств
вмещающих
ландшафтов. Среди приоритетных загрязнителей тяжелые металлы, в
том числе ртуть, нефтепродукты и другие вещества. Кроме того,
развитие промышленного производства и автотранспортного парка,
4
вносят свой вклад в поступление отходов в окружающую среду и ее
изменение в негативном, для биоты, отношении.
В учебном пособии «Восстановление нарушенных ландшафтов»
даны основные понятия о причинах и факторах нарушающих
ландшафты. Приведены основные свойства ртути и формы ее
существования в окружающей среде, причины и условия ее
поступления в ландшафты и последствия интенсивного загрязнения.
Значительная часть пособия посвящена мероприятиям по
восстановлению ландшафта нарушенного ртутью на территории,
прилегающей к Павлодарскому химическому заводу, отмечена
потенциальная опасность данного фактора нарушения ландшафтов в
Павлодарской области и Республике Казахстан. Показана
необходимость непрерывного мониторинга, что позволит в
максимальной степени снизить возможное негативное влияние на
биоту в целом, и на человека в частности.
5
1 Ландшафтоведение
Ландшафтоведение - отрасль физической географии, изучающая
природные территориальные комплексы (ПТК) (географические
комплексы, геосистемы) как структурные части географической
оболочки Земли.
Объекты, изучаемые ландшафтоведением,
объединены понятием «геосистема». Геосистема охватывает все
природные географические единства, от географической оболочки
Земли до самых простых, элементарных структур. Геосистема – это не
простая сумма компонентов, а системное, целостное природное
образование с определённой организацией вещества Земли.
Геосистема – представляет собой пространственно-временную
организацию географических компонентов, взаимообусловленных в
своём размещении и развивающихся как единое целое. Объект
изучения ландшафтоведения – геосистемы разных уровней.
Вся природа – системная организация, состоящая из систем
разных типов и порядков. Системная концепция отражает всеобщую
взаимосвязь и взаимодействие предметов и явлений природы.
Поэтому геосистему следует рассматривать как систему особого
класса, высокого уровня организации, со сложной структурой и
взаимной обусловленностью компонентов, подчиняющихся общим
закономерностям. Если под ландшафтом понимают реальный,
многообразный природный объект, то под геосистемой – его
структуризированный, лаконичный образ. Соотношение между
ландшафтом и геосистемой приблизительно такое же, как между
природным процессом и его математическим описанием. Любая
геосистема имеет следующие особенности: состоит из набора
взаимосвязанных элементов; является частью другой, более крупной
системы; состоит из подсистем более низкого уровня.
1.1 Ландшафт и элементы его составляющие
Географический
ландшафт
основная
категория
территориального деления географической оболочки, основная
единица в иерархии природных территориальных комплексов. Эта
категория геосистем имеет большое значение для упорядочения
разнообразных факторов в ландшафтоведении и в разработке его
теоретических основ. Как единица размерности ландшафт занимает
особое место, так как расположен на стыке региональных и локальных
геосистем. В упорядоченной системе физико-географического
районирования
ландшафт
представляет
собой
предельную,
наинизшую ступень в системе региональной дифференциации
6
эпигеосферы. Объединение ландшафтов в соответствии с
региональными закономерностями образует региональные единства
более высоких рангов: ландшафтный округ, ландшафтная провинция,
ландшафтная область, ландшафтная страна, ландшафтная зона.
Зональная или азональная однородность ландшафта проявляется в
единстве геологического фундамента, типе рельефа и климата. Эта
однородность и определяет генетическое единство ландшафта.
Первоначально термин «ландшафт» в географии относился
главным образом к внешнему облику территории или к рельефу
(например, «эрозионный ландшафт», «холмистый ландшафт»).
Первые научные определения принадлежат географам начала 20 века,
в особенности Л. С. Бергу (1913), который видел в нём гармоническое
сочетание природных компонентов (рельефа, климата, почв,
растительного покрова), очерченное естественными границами, и
рассматривал его как «географический индивид» и основной объект
географического исследования.
Изучение ландшафта необходимо для разработки научных основ
рационального использования природных условий и ресурсов, для
улучшения, преобразования и охраны природы.
В соответствии с
региональной трактовкой - ландшафт понимают как конкретный
индивидуальный и неповторимый природно-территориальный
комплекс, имеющий географическое название и точное положение на
карте.
Помимо региональной трактовки ландшафта теоретическая
концепция ландшафтоведения называет ландшафтом конкретную
территориальную единицу, состоящую из нескольких элементарных
географических единиц. Ландшафт – основная ступень в иерархии
локальных геосистем со строго ограниченным набором простых
природных территориальных комплексов: фаций, подурочищ,
урочищ, местностей, рассматриваемых как морфологические части
ландшафта.
Таким образом, с одной стороны, всякий ландшафт в результате
развития и дифференциации географической оболочки одновременно
является элементом более сложных региональных единств высших
структурных подразделений, с другой стороны – представляет
специфическое территориальное сочетание локальных особенностей
природы. Единство этих двух подходов (сверху и снизу) к ландшафту
позволило решить проблему однородности и разнородности
ландшафта.
Ландшафт на локальном уровне расчленяется на различные
более мелкие геосистемы: местности, урочища, подурочища, фации –
7
следовательно, он внутренне неоднороден. Однако единство
геологического фундамента, типа рельефа и климата определяет
генетическое единство самого ландшафта, а сам процесс развития
ландшафта происходит при одинаковых внешних условиях. Отсюда
следует, что разнообразие его морфологических частей не означает
неупорядоченности этого разнообразия. Напротив, набор фаций,
урочищ
и
местностей
каждого
конкретного
ландшафта,
расположенных в определённом порядке, закономерен и специфичен.
Поэтому понятие «однородность» ландшафта диалектически
сочетается с представлением о его разнородности.
В современной географии ландшафта он определяется также,
как генетически единая геосистема, однородная по зональным и
азональным признакам и включающая в себя специфический набор
сопряжённых
локальных
геосистем.
Для
обособления
самостоятельного ландшафта необходимо рассматривать следующие
диагностические признаки: территория, на которой формируется
ландшафт, должна иметь однородный геологический фундамент;
после образования геологического фундамента последующее развитие
ландшафта на его пространстве должно быть однородным, как и
состав горных пород; местный климат на всём пространстве
ландшафта должен быть единым; генетический тип рельефа должен
сохраняться один. В таких условиях на территории каждого
ландшафта формируется строго определённый набор форм рельефа,
локальные геосистемы – фации, подурочища, урочища, местности,
которые и рассматриваются как морфологические части, элементы
рельефа ландшафта.
Для изучения региональных и локальных геосистем требуется
применение разнообразных методов. Локальные геосистемы
обязательно изучают в натуре путём полевых исследований, включая
стационарные наблюдения и ландшафтную съёмку. Высшие физикогеографические единства изучают с применением камеральных
методов исследования, анализа и обобщения литературных
источников, карт. Познание же ландшафта требует применения
комплекса методов: полевых и камеральных.
Существенную помощь при этом оказывает использование
аэрофотоматериалов; в настоящее время интенсивно применяются
космические снимки. На фотографии (рисунок 1) показан снимок из
космоса озера Былкылдак и его окрестностей, служащих объектом
исследования авторов и описанных в следующем разделе.
8
Рисунок 1 - Оз. Былкылдак. Вид из космоса
Изучение
динамики
геосистем
требует
организации
стационарных наблюдений, включающих исследование балансов
тепла и влаги, миграции химических элементов, биологической
продуктивности. На стыке лантшафтоведения со смежными науками
сформировалась особая отрасль географии — геохимия ландшафта,
разрабатываются основы физики (геофизики) ландшафта. В
исследовании фаций как энергетических ячеек ландшафта и
первичного
звена
в
цепи
географических
взаимосвязей
лантшафтоведение
непосредственно
соприкасается
с
биогеоценологией. Стационарные исследования сезонной динамики
ландшафта создают предпосылки для развития ландшафтной
фенологии.
1.1.1 Компоненты ландшафта и его преобразование
К природным географическим компонентам относятся: массы
твёрдой земной коры, массы поверхностных и подземных вод;
воздушные массы; растения, животные, микроорганизмы – биота;
органоминеральное тело – почва. Тесная взаимосвязь географических
компонентов прослеживается в пространстве, и во времени. Если
один элемент комплекса изменяется, то и другие составляющие будут
претерпевать изменения и придут в соответствие друг с другом.
9
Например, при изменении климата произойдут изменения в
гидросфере, биоте, почвах, рельефе. Поскольку каждому компоненту
в ответной реакции свойственна определённая инертность, то
скорость их перестройки будет разной.
Ландшафт состоит из тех же частных компонентов, что и
географическая оболочка. Внутри геосистемы компонентам присуще
вертикальное, упорядоченное, ярусное расположение. Любой
компонент геосистемы - также сложная система. В действительности
жидкости гидросферы не являются химически чистыми веществами,
а представляют
собой сложные растворы и взвеси, так как
взаимодействуют с другими компонентами. Атмосфера – не чистая
смесь газов, а смесь, содержащая пары и твёрдые частицы. Литосфера
подвергается
механическому
воздействию,
химическому
выветриванию, насыщается водой, газами, различными веществами. В
каждом из компонентов содержатся вещества остальных элементов,
что и придаёт им новые свойства. В результате природные тела на
Земле приобрели и приобретают сложную форму организации.
Поэтому следует различать компоненты природы и географические
оболочки или сферы, называемые по преобладающему компоненту:
литосфера, атмосфера, гидросфера, биосфера.
Одинаковость условий необходимо диктует появление сходных
ландшафтов. Факторы, лежащие в основе формирования ландшафта
можно расположить по их действенности: климат, геологическая
основа и т.д. Ландшафту как региональной геосистеме, свойственен
относительно однородный геологический фундамент и однотипные
геоморфологические процессы, образующие один тип макрорельефа.
В тех случаях, когда на однородном фундаменте образовались разные
ландшафты, модифицирующую роль играли климатические различия.
В рельефе важно различать морфоструктуру при анализе
региональных и локальных геосистем, при этом ландшафт имеет
самостоятельную морфоструктуру.
Определённую совокупность свойств и процессов атмосферы
называют климатом. Воздушные границы ландшафта крайне
неопределённы.
Климат
ранжируется
в
зависимости
от
территориальных
масштабов
климатических
процессов
и
региональной или локальной дифференцией геосистем. Макроклимат
отражает климатические черты высших региональных комплексов:
области, зоны. Основная климатологическая единица ландшафта –
климат ландшафта (собственно климат). Климат урочища как
локальная вариация климата ландшафта – местный климат,
мезоклимат. Климат фации – микроклимат. Климат ландшафта
10
складывается из двух составляющих: фонового климата,
отражающего общие черты макроклимата, и совокупности локальных
климатов (мезо - и микро -). Наблюдения любой метеостанции
характеризуют местный климат урочища, в котором расположена
станция. Климат ландшафта определяется данными нескольких
станций, расположенных в типичных урочищах. Все климатические
показатели в пределах отдельного ландшафта варьируют в некотором
диапазоне и должны выражаться в диапазоне значений. Нужно знать
пределы территориальных колебаний разных показателей, например:
количества осадков, испарения (физического, транспирации,
суммарного, с водной поверхности), радиационного баланса,
температуры воздуха и почвы.
Гидросфера ландшафта представлена большим разнообразием
водных природных и искусственных скоплений: текучие, стоячие,
поверхностные, подземные, грунтовые и все семейства. Воды
отличаются
режимами,
интенсивностью
круговорота,
минерализацией, химическим составом и др. Они зависят от
соотношения зональных и азональных условий, внутреннего строения
самого ландшафта, состава его компонентов, морфологии.
Растительный мир представлен в ландшафте в отличие от фации
различными растительными сообществами. Например, в ландшафте
таёжной зоны встречается растительность лесного, болотного,
лугового, тундрового и других типов. И наоборот, одно растительное
сообщество может размещаться в разных ландшафтах.
Границы
распространения животного населения совпадают с природными
ландшафтными границами.
Различного типа, вида и разновидности почвы образуют в
ландшафте сложные территориальные комбинации и зависят от его
морфологического
строения.
Каждый
ландшафт
содержит
закономерное территориальное сочетание в распространённости
факторов и условий почвообразования, плодородия почв.
Компоненты ландшафта разделяются на три группы с учётом
их функций в геосистеме. Инертные – минеральная часть и рельеф
(фиксированная основа геосистемы), мобильные – воздушные и
водные массы (выполняют транзитные и обменные функции),
активные – биота (фактор саморегуляции, восстановления,
стабилизации геосистемы). Абиогенные компоненты составляют
первичный материал геосистемы. Живое вещество – важный
ландшафтообразующий фактор, так как биологический круговорот
преобразует атмосферу, гидросферу и литосферу. Современная
воздушная оболочка, толща осадочных пород, газовый и ионный
11
состав вод, почва формируются при участии биоты. Все большее
значение приобретает техногенный фактор воздействия на биосферу.
Особенно велико антропогенное воздействие непосредственно на
среду обитания человека, что многократно усиливает ее изменение.
Ландшафтообразующий фактор и компонент ландшафт – разные
понятия. Фактор – движущая сила какого-либо процесса или явления,
обладающая энергией, определяющая его характер или отдельные его
черты. Ландшафт, являющийся вещью, обладает свойствами и
подвержен воздействию различных факторов, обеспечивающих
дифференциацию и интеграцию, развитие, размещение и т.д. Они
могут быть внешними и внутренними, активными или пассивными.
Компоненты – ландшафта, являющиеся его элементами, подвергаются
воздействию, претерпевают изменения, обуславливая изменение,
развитие ландшафта. Ни один его компонент нельзя заменить другим,
каждый из них играет определенную роль, обуславливая сложность и
неповторимость ландшафта. К определяющим факторам относятся:
вращение Земли, тектонические движения, неравномерный приток
солнечной
радиации,
циркуляция
атмосферы
и
др.
Ландшафтообразующие факторы целесообразно связывать с
внутренними и внешними энергетическими воздействиями, потоками
вещества, процессами.
1.1.2 Природно-ресурсный потенциал ландшафта
Рассмотрение ландшафтов, как правило, идет через призму его
значения в общественном производстве. С этой точки зрения
ландшафт, согласно современному представлению, выполняет
средообразующие, ресурсосодержащие и ресурсовоспроизводящие
функции. Природно-ресурсный потенциал ландшафта является мерой
возможного выполнения им этих функций. Определив природноресурсный потенциал, можно оценить способность ландшафта
удовлетворять
потребности
общества
(сельскохозяйственные,
водохозяйственные, промышленные и т.д.). Для этого выделяют
природно-ресурсные потенциалы ландшафта: биотический, водный,
минерально-ресурсный,
строительный,
рекреационный,
природоохранный, самоочищения.
Природно-ресурсный потенциал – это не максимальный запас
ресурсов, а та его часть, использование которой не приводит к
нарушению ландшафта. Изъятие из геосистемы вещества и энергии
возможно столько, сколько не приведёт к нарушению способности
саморегулирования и самовосстановления. Вопрос устойчивости
ландшафта будет рассмотрен в следующих разделах.
12
Биотический потенциал характеризует способность ландшафта
продуцировать биомассу. Мерой биологического потенциала
геосистем считается величина ежегодной биологической продукции.
Биотический потенциал поддерживает почвообразование или
восстанавливает плодородие почвы. Предел биологического
потенциала определяет допустимую нагрузку на геосистему.
Вмешательство человека в биологический круговорот геосистем, как
правило, снижает потенциальные биологические ресурсы и
плодородие почв.
Водный потенциал выражается в способности ландшафта
использовать получаемую воду не только растительностью, но и
образовывать относительно замкнутый круговорот воды, пригодный
для нужд человека. Водный потенциал и свойства ландшафта влияют
на биологический круговорот, почвенное плодородие, распределение
составляющих
водного
баланса.
Границы
между
внутриландшафтными
геосистемами
одновременно
являются
границами территорий с характерным водным балансом.
Минерально-ресурным потенциалом ландшафта считают
накопленные в течение геологических периодов отдельные вещества,
строительные материалы, минералы, энергоносители, которые
используют для нужд общества. Такие ресурсы в ходе геологических
циклов могут быть возобновимыми (леса) и невозобновимыми
(несоизмеримы с этапами развития человеческого общества и
скоростью их расхода).
Строительный потенциал предусматривает использование
природных условий ландшафта для размещения строящегося объекта
и выполнения им заданных функций.
Рекреационный потенциал – совокупность природных условий
ландшафта, положительно влияющих на человеческий организм.
Выделяют рекреационные ресурсы и рекреационные ландшафты.
Рекреационные ресурсы используют для отдыха, лечения, туризма, а
рекреационные ландшафты выполняют рекреационные функции
(зелёные зоны, лесопарки, курорты, живописные места и т. д.).
Природоохранный
потенциал
обеспечивает
сбережение
биологического разнообразия, устойчивость и восстановление
геосистем.
Потенциал самоочищения определяет способность ландшафта
разлагать, выносить загрязняющие вещества и устранять их вредное
воздействие.
Важным фактором, определяющим здоровье человека, является
биогеохимический
потенциал
–
совокупность
элементов
13
минерального питания человека и других живых организмов,
находящихся в доступном состоянии.
Ландшафт – многофункциональное образование, т. е. пригоден
для выполнения разного вида деятельности, но выбор исполняемых
функций должен соответствовать его природным свойствам,
ресурсному потенциалу.
1.1.3 Воздействие человека на ландшафт
Многообразие антропогенной деятельности в ландшафтах
приводит к их изменению. Изменённые ландшафты, в свою очередь,
оказывают обратное воздействие на человека и его хозяйственную
деятельность. Последствия такого взаимодействий для общества
могут быть положительными или отрицательными. Проводя
объективные измерения показателей, оценивающих состояние
ландшафта, определяют направленность последствий и делают
анализ. Отрицательным последствиям воздействия человека на
ландшафт уделяется основное внимание.
Сложный процесс «воздействия – последствия» имеет
нелинейный характер, эффект взаимодействия в многокомпонентной
системе ландшафта распространяется по сложной, ветвящейся цепи
процессов. Любая конкретная локальная или региональная геосистема
характеризуется вертикальными и горизонтальными связями,
действующими в единстве времени и пространства. В результате их
взаимодействия происходит перераспределение энергии и веществ из
горизонтальных потоков в вертикальные и из вертикальных в
горизонтальные. Через эти потоки и происходит распространение
изменений.
Без вертикальных связей распространение последствий от
воздействий замыкалось бы на тех компонентах, где возникло, а без
горизонтальных было бы локализованным в структурных элементах
ландшафта.
Воздействие общества на ландшафты можно разделить на группы:
- изъятие из ландшафта энергии или вещества;
- преобразование компонентов ландшафта или его процессов;
- подача в ландшафт энергии или вещества;
- привнесение технических или техногенных объектов в природу.
В результате воздействия общества на ландшафт:
- изменяется и, как правило, ухудшается качество компонентов
ландшафта;
- нарушаются или изменяются межкомпонентные связи в
геосистемах;
- уменьшаются природные ресурсы ландшафта;
14
- изменяется и, как правило, ухудшаются экологические
условия;
- ухудшаются условия ведения хозяйства и работы техники;
- изменяется и, как правило, уменьшается количество и
ухудшается качество продукции.
Ухудшение
использования
ресурсов
ландшафта
в
производственной деятельности из-за внутрихозяйственных и
межхозяйственных связей приводит к отраслевым отрицательным
последствиям и передаётся на опирающиеся другие отрасли, не
связанные с ресурсом. Таким образом, воздействие человека на
ландшафты через производственные цепные реакции способно
вызвать изменение во всём производственном комплексе.
Результат воздействия хозяйственной деятельности человека на
ландшафт можно охарактеризовать:
 изменением его строения, состояния, функционирования;
 изменением хода природных циклов и тенденций естественного
саморазвития;
 различной реакцией на техногенные нагрузки;
 изменением устойчивости;
 изменением механизмов устойчивости;
 выполнением новых функций;
 надёжностью выполнения новых функций и интегральным
управлением геосистемами;
 негативными последствиями в ходе выполнения новых
функций;
 возможными негативными последствиями на соседние
ландшафты;
 экологическими ограничениями.
Изменения в ландшафтах в конечном итоге зависят от
естественных факторов, антропогенно-техногенных воздействий и
свойств самого ландшафта. Естественные факторы характеризуются
зональными условиями, ритмичностью их проявлений (периодом) и
размахом колебаний (амплитудой); считают, что геосистемы в таких
условиях находятся в устойчивом состоянии.
К анторопогенно-техногенным факторам относятся:
- воздействие инженерных сооружений;
- специфическая технология производства;
- вид использования ландшафта.
Естественные
и
антропогеннно-техногенные
факторы
действуют в системе ландшафтных связей в физических, химических,
геологических, биологических, механических и других формах.
15
Техногенные факторы аритмичны и могут достигать такой силы
воздействия, которая вызовет необратимые изменения в ландшафте.
Техногенные воздействия делят на пассивные и активные.
Пассивными воздействия считают, когда технические сооружения не
оказывают на ландшафт большого влияния, а обмен веществом и
энергией между ними минимален – «эффект присутствия». Пассивное
воздействие перейдёт в активное в случае нарушения равновесия
между техногенным фактором и ландшафтом. Например, после
строительства техногенного сооружения на склоне могут проявиться
смыв или оползни – «эффект толчка».
Активное воздействие выражается в изъятии из ландшафта или
привнесении в него вещества или энергии. Например, дождевание
изменяет влажность почвы и улучшает условия роста растений, а
энергия падающей струй дробит и перемещает почву, т.е. имеет место
одновременное поступление вещества и энергии.
Техногенные воздействия на геосистемы разделяют на очаговые
и площадные. Очаговое воздействие связано с использованием
природных ресурсов, имеющих очаговое распространение. Например,
карьер в горнодобывающей промышленности, локальные источники
вод и других ресурсов. Площадные воздействия распространены на
большие территории: пашни, пастбища, лесные угодья и др.
При воздействии человека на ландшафт наибольшему
изменению подвергаются почва, биота, водный и тепловой режимы.
Их трансформация вызывает обратимые изменения в геосистеме.
Необратимые изменения в ландшафте последуют после нарушения
твёрдого фундамента, рельефа, климата, так как эти компоненты –
основные входы в геосистему, через которое извне поступает
вещество и энергия. Преобразование твёрдого фундамента и
мезорельефа формирует совершенно новые геосистемы –
антропогенные, т.е. созданные человеком (отвалы, карьеры, овраги и
др.) и оказывает влияние на почву, биоту, водный и тепловой режимы.
Антропогенные геосистемы изменяются по законам природы, но
скорость их трансформации превосходит темпы изменений,
происходящих в естественных условиях, так как воздействие человека
изменило условия поступления или расхода вещества и энергии, что
повлияло на интенсивность природных процессов. Технические
сооружения интенсивно обмениваются веществом и энергией с
окружающей средой. Каналами связей между компонентами
геосистемы и техническим сооружением являются контактные
поверхности сооружения с геосистемой. Наиболее активные
изменения в зоне влияния технических сооружений в геосистемах
16
происходят в первые годы (годы резких изменений исходных
состояний) их эксплуатации. Затем идёт период изменений наиболее
инертных компонентов геосистем. Далее скорость изменений в
геосистеме замедляется, трансформация продолжается, но темпы её
постепенно приближаются к естественному фону.
В результате в геосистеме устанавливается новое устойчивое
состояние. Временные изменения в структуре геосистем от
воздействия различных техносистем и в разных природных условиях
изучены недостаточно. Здесь важно время релаксации, т.е.
продолжительность периода основных изменений при перестройке
геосистемы. Минимальное время перестройки геосистем длится 10-15
лет.
Помимо временных изменений в геосистеме изменяется её
пространственная структура, так как в прилегающих к техническому
объекту геосистемах активизируется горизонтальные и вертикальные
связи. Зоны влияния технической системы определяют по ареалам
распространения преобразованного компонента геосистемы, например
зона агротехнической обработки почвы или любая другая, в которой
после воздействия произошли изменения природных условий.
Отчётливо эти зоны выделяются в местах размещения водохранилищ,
осушительных систем, каналов, перерабатывающих предприятий и
т.д. В зоне производственного воздействия сильно преобразуется
вертикальная и горизонтальная структура геосистем, разрушается и
смывается почвенный покров, геосистемы загрязняются, угнетается,
повреждается и уничтожается биота. Поэтому, природные ландшафты
при воздействии человека изменяются существенно или коренным
образом.
1.1.4 Измененные ландшафты
Воздействие на любой компонент ландшафта по цепочке
вертикальных связей передаётся на другие компоненты, а по
горизонтальным связям – на другие геосистемы. Воздействия прямо
или косвенно изменяют многие природные процессы: теплового
баланса,
влагооборота,
биологического
и
геохимического
круговорота, перемещения материала.
Так, изменения литогенной основы могут быть связаны с
прямым или косвенным воздействием человека: добыча полезных
ископаемых, земляные работы. Образуются карьеры, выемки, отвалы
пустой породы, терриконы и другие техногенные формы рельефа,
которые способствуют обвалам, осыпям, оползням, размывам,
развеиванию, проседанием, провалам. Образовавшиеся формы
рельефа формируют новые природные комплексы, перемещение
17
пород формируют новые природные комплексы, нарушает
естественный режим поверхностных, почвенных, грунтовых вод,
возможно образование поверхностных водоёмов, заболачивание
территории. Сведения традиционного растительного покрова,
распашка земель, выпас скота приводят к эрозии и смыву земель,
образуются вторичные формы рельефа (овраги, балки, промоины и
т.д.). Ежегодно эрозия и дефляция выносят из ландшафтов суши
миллиарды тонн гумусовых частиц. Эти процессы, как правило,
необратимы.
Изменения условий поверхностного, внутрипочвенного,
грунтового стока оказывают влияние на влагооборот ландшафта.
Воздействуя на физические факторы режимов стока рек,
искусственное регулирование стока и русел рек за многолетний
период изменяет водный баланс водосбора. Преобразование
составляющих
водного
баланса
на
водосборе
изменяет
функционирование всех сопряжённых с ним геосистем. Осушение,
орошение, агротехнические мероприятия, застройка территорий,
искусственное
покрытие,
изменение
инфильтрационной
и
фильтрационной способности почв, условий поверхностного стока,
запасов влаги и других факторов изменяют водный баланс и
влагооборот ландшафта.
Замещение естественных биоценозов искусственными снижает
общую биологическую продуктивность, обедняет почвы, снижает
интенсивность биологического круговорота веществ. В тундре, лесах,
степях, пустыне сведение растительного покрова сопровождается
разрушением
почвенной
структуры,
изменением
условий
почвообразования, истощением, смывом и развеиванием почв.
Культурные растения ежегодно выносят из почвы сотни миллионов
тонн азота, фосфора, калия, кальция, зольных элементов. Так, за счёт
получения урожая почвы со средним содержанием минеральных
веществ могут быть полностью истощены за 15-50 лет. С полей с
эродированными почвами азота, фосфора и калия смывается в 100 раз
больше, чем вносится с удобрениями. Внесение удобрений не
восполняет всех потерь, так как до 40-50% питательных веществ,
вносимых в почву, выносится с полей и вовлекается в
неконтролируемую миграцию. Пестициды через питательные цепи,
накапливаясь в тканях организмов, распространяются от низших
звеньев пищевой цепи к высшим.
В процессе хозяйственной деятельности человека в
геохимический круговорот вовлекается много соединений, до
техногенеза не существовавших в природе. Большая часть их – это
18
отходы
производства,
использованные
изделия,
результат
хозяйственной деятельности: удобрения, пестициды, промышленные
и бытовые отходы и др. В атмосферу попадают газы (углекислый газ,
окись углерода) от сжигания на промышленных предприятиях
топлива, от двигателей внутреннего сгорания (оксиды углерода,
сернистый ангидрид) при сжигании нефти и угля (окислы азота,
углеводороды).
Твёрдые продукты сгорания топлива (копоть, сажа), пыль,
радиоактивные выбросы распространяются на тысячи километров,
попадают в почву, поверхностные и грунтовые воды, в питательные
цепи. Со сточными водами распространяются кислоты, фенолы,
нефтепродукты, хозяйственные и бытовые свалки отходов
(токсичными
веществами),
животноводческие
фермы,
сельскохозяйственные
поля,
загрязнённые
удобрениями
и
ядохимикатами. Загрязнения распространяются с талыми водами и
жидкими осадками, попадая в каналы, реки, озёра и моря; необратимо
загрязняют Мировой океан. Накопление или удаление элементов,
участвующих в геохимическом круговороте в геосистемах, зависит от
климатических условий ландшафта. Растительность в геохимическом
круговороте может играть роль буфера или захватывающего
концентратора.
Хозяйственная
деятельность
человека
приводит
к
непреднамеренному изменению теплового баланса. Сюда относятся:
- поступление тепла в атмосферу при сжигании топлива;
- парниковый эффект при увеличении концентрации
углекислого газа в атмосфере;
- повышение содержания аэрозолей в атмосфере;
- изменение отражательных характеристик деятельной
поверхности и т.п.
Перечисленные непреднамеренные воздействия вызывают
нагрев атмосферы и тем самым приводят к необратимым изменениям
в природе.
Изменённые геосистемы с позиций природопользования можно
классифицировать:
 на преднамеренно или непреднамеренно изменённые;
 сельскохозяйственные, лесохозяйственные, промышленные,
городские, рекреационные, заповедные, средозащитные в
зависимости от выполняемых социально-экономических
функций;
 слабоизменённые,
изменённые,
сильноизменённые
по
сравнению с исходным состоянием;
19
 культурные, акультурные по последствиям изменения;
 системы с преобладанием процесса саморегуляции и с
преобладанием управляющего воздействия со стороны человека
в зависимости от соотношения процессов саморегуляции
геосистем и управления.
По степени изменения ландшафты подразделяют:
 на
условно
неизменённые,
которые
не
подвергали
непосредственному
хозяйственному
использованию
и
воздействию. В этих ландшафтах можно обнаружить лишь
слабые следы косвенного воздействия, например осаждение
техногенных выбросов из атмосферы в нетронутой тайге, в
высокогорьях, в Арктике, Антарктике;
 слабоизменённые,
подвергающиеся
преимущественно
экстенсивному хозяйственному воздействию (охота, рыбная
ловля, выборочная рубка леса), которое частично затронуло
отдельные «вторичные» компоненты ландшафта (растительный
покров, фауна), но основные природные связи при этом не
нарушены и изменения носят обратимый характер. К таким
ландшафтам относят: тундровые, таёжные, пустынные,
экваториальные;
 среднеизменённые ландшафты, в которых необратимая
трансформация затронула некоторые компоненты, особенно
растительный
и
почвенный
покров
(сводка
леса,
широкомасштабная распашка), в результате чего изменяется
структура водного и частично теплового баланса;
 сильноизменённые
(нарушенные)
ландшафты,
которые
подверглись интенсивному воздействию, затронувшему почти
все компоненты (растительность, почвы, воды и даже твёрдые
массы твёрдой земной коры), что привело к существенному
нарушению
структуры,
часто
необратимому
и
неблагоприятному с точки зрения интересов общества. Это
главным образом южно-таёжные, лесостепные, степные,
сухостепные
ландшафты,
в
которых
наблюдаются
обезлесивание, эрозия, засоление, подтопление, загрязнение
атмосферы, вод и почв; широкомасштабная мелиорация
(орошение, осушение) также сильно изменяет ландшафты;
 культурные ландшафты, в которых структура рационально
изменена и оптимизирована на научной основе, с учётом
вышеизложенных принципов, в интересах общества и природы
– ландшафты будущего.
20
1.2 Нарушенные ландшафты и способы их восстановления
Нарушение динамического равновесия, по всей вероятности,
происходит в результате появления критических экологических
состояний в пределах окружающей среды, где даже незначительное
изменение в характере отдельных природных компонентов могут
привести к изменению внешнего облика и внутренней структуры
целых ландшафтов.
Важно также учитывать зависимость между силой воздействия,
степенью изменений и размерами последствий. Воздействие на
ландшафт оценивают показателем – нагрузкой на ландшафт.
Допустимое воздействие, не приводящее к нарушению свойств и
функций ландшафта, определяется понятием – норма нагрузки, при
превышении которой ландшафт разрушается, считается критической
или предельно допустимой. Обоснование и разработка норм нагрузок
относятся к нормированию.
Нормирование позволяет определить границы допустимых
нагрузок и измерить их с помощью нормативных показателей.
Значения нормативных показателей определяются социальноэкономическими потребностями общества, способностью ландшафта
саморегулироваться,
самоочищаться,
самовосстанавливаться.
Разработанные нормативы направлены на сохранение ресурсов
ландшафта и их воспроизводство и выступают одним из способов
управления природопользованием и природообустройством.
Загрязнение окружающей среды снижает качество
среды
обитания человека и других живых организмов, что способствует
возникновению кризисов, которые особенно остро проявляется в ряде
городов и промышленных районов. Оптимизация взаимодействия
человеческого общества со средой его обитания должна
предусматривать не только охрану природы и рациональное
использование ресурсов, активное её преобразование на основе новых
технологий использования сырья (малоотходное производство) и
получения энергии, но и учитывать тот факт, что слишком быстрое
изменение биосферы, или отдельных ее компонентов может привести
к необратимым последствиям.
Результаты взаимодействия человека и природы, как правило,
оставляют желать лучшего, так как определяются многовекторными
воздействиями социальных систем различного уровня и в основном
направлены на решение задач частного порядка в ущерб качеству
среды обитания. Для практического решения этой проблемы
необходимо всестороннее исследование техногенных изменений
природной среды на всех уровнях (от местного до планетарного).
21
Нужно изучить степень устойчивости природных ландшафтов в
изменяющихся биосферных условиях и в связи с воздействием
человека, оценить их способность к саморегулированию и
восстановлению. При умении прогнозировать их дальнейшее
изменение, появляется возможность соразмерять свои скромные
возможности, при попытках изменять сложные природные системы.
Важную роль в изучении в основном негативного
антропогенного влияния на окружающую среду может сыграть
этология – наука о поведении. Конрад Лоренц – основоположник этой
науки, в своей знаменитой работе «Восемь смертных грехов
цивилизованного человечества», отмечает, что причиной разрушения
среды своего обитания являются, кроме всего прочего, и расстройства
механизмов поведения человека. К сожалению, этому вопросу
практически не уделяется внимания.
1.2.1 Устойчивость ландшафтов
В географии под устойчивостью понимают способность
ландшафта, а также любой другой природно-антропогенной системы
сохранять свою структуру и характер функционирования при
изменяющихся геодинамических условиях окружающей среды.
Геоэкологическая
устойчивость
предполагает
способность
геосистемы противостоять техногенезу, сохраняя при этом
благоприятное экологическое состояние окружающей среды. По
различным оценкам, проведенным в рамках изучения устойчивого
существования ландшафтов, при превышении площадей техногенно измененных геосистем через критическую отметку 1 – 2 %,
начинается деградация природной среды региона. Эти граничные
условия относятся к наиболее уязвимым природным системам, но
даже для наиболее устойчивых этот порог вряд ли превышает отметку
10 % .
Окружающая человека природная среда сложилась в процессе
формирования облика Земли под влиянием космических факторов
(солнечное излучение, тяготение и др.), основных свойств самой
планеты (масса, размеры, состав, характер вращения) и происходящих
на Земле процессов (тектоническая деятельность, образование водной
и воздушной оболочек, возникновение и развитие жизни). Состояние
окружающей среды определяется динамическим равновесием,
устанавливающимся
в
сложном
комплексе
многих
взаимодействующих процессов. Так, климат обуславливается
характером атмосферной циркуляции и системой движения водных
масс в океанах; растительный покров в различных районах суши
зависит от климата, структуры земной поверхности, почвы.
22
Под влиянием этих факторов, а также в результате сложного
взаимодействия популяций микроорганизмов, растений и животных в
различных
областях
планеты
складываются
определённые
биогеоценозы. Энергия природных явлений и количество
вовлекаемых в них веществ огромны, однако временами они приходят
в особые формы неустойчивого состояния, и тогда достаточно
затраты небольшого количества энергии или вещества, чтобы процесс
большого масштаба пошёл по иному пути. Это открывает
возможность для активного воздействия на природные явления
сравнительно малыми средствами (например, при воздействии на
погодные условия) и в то же время создаёт опасность крупных,
неожиданных и нежелательных изменений природы. Такое явление
сложных систем, находящихся далеко от равновесия называется
бифуркацией.
Любая форма жизни взаимодействует с окружающей средой,
используя её ресурсы, приспосабливаясь к её условиям и внося
изменения в её структуру, баланс и круговорот веществ и энергии.
Такие важные особенности нашей планеты, как присутствие
значительного количества кислорода в атмосфере, образование
некоторых осадочных пород, глубинное образование нефти,
известняка, и других веществ, сформировались именно в результате
жизнедеятельности организмов. В процессе развития живой материи
выработались
разнообразные
формы,
приспособленные
к
существованию в самых различных условиях, однако каждый
отдельный вид живых существ взаимодействует со средой обитания
своеобразным, свойственным лишь ему, образом и может
существовать только в определённых условиях внешней среды.
Основные формы взаимодействия животных и растений со
средой меняются с появлением новых видов в процессе
биологической эволюции. В отличие от растений и животных, человек
способен создавать орудия производства и применять их в процессе
труда. Тем самым он изменяет способы своего взаимодействия с
природой. При этом значительно расширяется площадь ареала в
различающихся природных условиях, в которых возможно его
существование, увеличивается число элементов окружающей среды,
вовлекаемых в производственную деятельность, расширяется
использование каждого из них. Количественное и качественное
воздействия человека на природу стремительно возрастают в ходе
научно-технической революции.
Развитие производительных сил существенно меняет ценность и
назначение природных ресурсов, а также формы их использования.
23
Например, нефть стала энергетическим ресурсом только со 2-й
половины 19 в., а уран — с середины 20 в. Говоря о целесообразности
использования природных ресурсов, следует учитывать, в чьих
интересах оно ведётся. Использование природных ресурсов или
изменение состояния природной среды целесообразно лишь в том
случае, если оно отвечает интересам населения страны или всего
человечества, а не интересам отдельных лиц, фирм или социальных
групп. При этом необходимо учитывать долговременные интересы
настоящего и будущих поколений.
Большое значение при этом имеют знания закономерностей
развития и взаимодействия всех основных процессов, протекающих в
природе, что позволяет оценить и рассчитать их естественный ход,
ближайшие и отдалённые последствия вмешательства. В оценке
последствий воздействия на природу важное место занимает расчёт
его допустимых (без вреда для человека и природы) масштабов. На
этом базируется, в частности, определение предельно допустимых
концентраций различных веществ, загрязняющих атмосферу, водные
объекты или почву. Одним из важнейших свойств систем является ее
устойчивость - способность без внешнего вмешательства
восстанавливать исходное состояние. В первую очередь она
определяется сложностью системы,
величиной и качеством
действующей силы.
В течение многих тысячелетий устойчивость биосферы
поддерживается заложенными в ней механизмами саморегуляции, в
действии которых определяющую роль играло биологическое
разнообразие, находившееся в равновесии со всеми компонентами
окружающей природной среды. Это не означает, что биосфера не
изменялась. При воздействиях, превосходящих границы критической
нагрузки, ее параметры переходили из одного устойчивого состояния
в другое. При этом зачастую возникали новые абиотические условия,
и, как следствие, исчезали старые и появлялись новые виды. Такое
положение дел не устраивает человека, так как новые абиогенные
изменения, если они произойдут слишком быстро, могут оказать
негативное влияние и на вид Homo sapiens, его численность и границы
распространения.
Возможности самовосстановления природы не безграничны.
Возросшая мощь экономики, не имея ограничителей, становится
разрушительной силой для биосферы, а, следовательно, и для
человека. При этом цивилизация, используя огромное количество
технологий, разрушающих экосистемы, не предложила, по сути,
ничего, что могло бы заменить регулирующие механизмы биосферы.
24
Негативное воздействие человека на окружающую природную среду
выражается не только в уменьшении биологического разнообразия и
понижении устойчивости экосистем, но и в значительном снижении
продуктивности естественных и антропогенных ландшафтов,
вследствие потери плодородия почв из-за прогрессирующего развития
процессов их деградации (эрозия, дефляция, опустынивание,
дегумификация,
уплотнение,
засоление,
осолонцевание,
переувлажнение, заболачивание, химическое загрязнение и др.).
Утверждается, что ежегодно в мире теряется около 15 млн. га
земельных
угодий,
в
настоящее
время
в
мировом
сельскохозяйственном обороте занято около 13 % от площади суши.
Самый доступный и эффективный путь решения этой задачи оптимизация землепользования и, в первую очередь, в сельской
местности, являющейся основным поставщиком продовольствия и
сырья для промышленности. Решение этих задач должно
осуществляться на социально-экономической основе, с учетом
интересов большинства членов общества и материально-технических
возможностей. Одновременно необходимо осознавать направление
дальнейшего развития этих возможностей, чтобы в будущем
обеспечить осуществление хозяйственной деятельности в согласии с
природой и обществом.
Последствия влияния техногенеза на окружающую среду
многообразны. Наиболее отрицательные его формы проявляются в
экологической дестабилизации окружающей среды обширных
территорий. Негативные экологические ситуации или экологическая
дестабилизация природной среды – это такое изменение окружающей
человека природной среды, которое вызывает ухудшение условий
жизни и здоровья населения, истощение или потерю природных
ресурсов, снижают средо- и ресурсоформирующие свойства
геосистем.
1.2.2 Критическая нагрузка
При воздействии на ландшафт, выводящем хотя бы один из
его параметров за пределы
устойчивости
(рисунок
2),
происходит нарушение системы, которое выражается, в конечном
счете, в снижении производства биомассы, мутациях генетического
аппарата, уменьшении биологического разнообразия, изменении
свойств абиотических компонентов геосистем. При этом уменьшается
коэффициент полезного действия
биологического сообщества,
изменяются потоки биогенов, в предельных случаях биологическое
сообщество полностью или частично угнетается. Нагрузка на
экосистему, при которой происходят такие изменения является
25
критической, как видно на рисунке она соответствует переводу
экосистемы за пределы устойчивости в зону нарушения и выход за
пределы гомеостаза.
Рисунок 2 - Состояния системы. В центральной части – зона
оптимума, в пределах, по обе стороны от центральной области –
зона устойчивости. Области, выделенные по краям, соответствуют
критической нагрузке на систему, за ее пределами происходит
разрушение существующей структуры
На рисунке показана кривая нормального распределения, в
которой центральная область соответствует норме, оптимуму
устойчивости. При выходе характеристик ландшафта (хотя бы одного
свойства) за пределы центральной части – светлые зоны –
устойчивость уменьшается, но при снятии воздействия, ландшафт
способен самостоятельно восстановиться. Области в нижней части
кривой являются критическими. При длительном нахождении в этой
области или резком переходе ландшафта в это состояние, ему может
быть нанесен невосполнимый урон и ландшафт оказывается
нарушенным.
Гомеостаз
характеризует
способность
экосистемы
противостоять изменениям ее биотических и абиотических
компонентов и сохранять в течение длительного времени
свойственную ей динамическое равновесие в продуцировании и
разложении органических веществ.
1.2.3 Естественное восстановление ландшафтов
Как нарушение ландшафтов, так и их восстановление может
быть естественным или антропогенным. Нарушение ландшафтов
происходит при пожарах, вызванных электрическими разрядами при
26
грозах или другим образом, вулканических извержениях,
землетрясениях и других природных явлениях. В конечном счете, на
этих
территориях
происходит
восстановление
ландшафтов
аналогичных предыдущим или создание новых. Это процесс может
длиться десятилетиями, причем вновь образованные ландшафты
могут в значительной мере отличаться от существовавших ранее.
Нужно отметить, что в достаточно больших геосистемах
энергетические и информационные параметры существенно
превосходят возможности существующей цивилизации. Несмотря на
многочисленные попытки преобразований природы в значимых
масштабах, изменения отдельных элементов, или свойств геосистем,
как правило, они заканчивались негативными и необратимыми
изменениями ландшафтов.
Обычно критерием восстановления нарушенных ландшафтов
являются гигиенические показатели, - то есть отсутствие прямого
негативного влияния на здоровье человека, или экономические –
сведение к минимуму хозяйственного ущерба на нарушенных
ландшафтах.
1.2.4
Антропогенное
восстановление
нарушенных
ландшафтов
Естественное восстановление нарушенных ландшафтов, как
правило, занимает длительное время, в зависимости от характера
нарушения, климатических особенностей, а в некоторых случаях оно
может быть практически неосуществимым.
Восстановление
ландшафта,
обычно
ассоциируется
с
восстановлением продуктивности земель, ставших бесплодными в
результате деятельности человека (добыча полезных ископаемых,
создание гидросооружений, сведение лесов, строительство городов и
др.). Это важная проблема, так как, например, в результате добычи
полезных ископаемых в Великобритании с 12 в. площадь
сельскохозяйственных и других полезных угодий сократилась на 60
тыс. га., что составляет 0,25 % от всей территории объединенного
королевства. При подземной разработке полезных ископаемых на
поверхности возможны просадки (т. н. провальные воронки),
значительные площади занимают терриконики. В результате
открытой разработки месторождений полезных ископаемых большие
площади нарушаются карьерами и отвалами пустых пород.
Нарушенные земли остаются также на месте торфоразработок,
золоотвалов, эродированных территорий. Восстановление обычно
заключается в выравнивании положительных форм рельефа,
выполаживании и залужении их склонов, нанесении на них слоя
27
плодородной почвы и минеральных удобрений с последующим
отводом земель под сельскохозяйственные угодья, облесением или
залужением.
Рекультивация ландшафта значительно облегчается, если в
технологическом процессе горных работ было заранее предусмотрено
складирование почв, равномерная отсыпка породы и др. мероприятия,
направленные на создание культурного ландшафта. Выработанные
торфяники, карьеры и провалы, возникшие после подземных
разработок, часто заполняют водой и превращают в рыбоводные
пруды. Близ городов на рекультивируемых землях иногда разбивают
парки, сооружают водноспортивные комплексы.
Антропогенные ландшафты условно разделяют на слабо- и
сильно нарушенные. В слабонарушенных ландшафтах происходят
количественные изменения природных компонентов, но они не
приводят к разрушению ее структуры. Таким ландшафтам не
требуется искусственное восстановление. Простое снижение
антропогенной нагрузки возвратит его в исходное состояние за счет
саморегулирования и самовосстановления. В сильнонарушенных
ландшафтах исходная структура разрушена, ресурс исчерпан, а
средовоспроизводящие функции выполняться не могут. Для
восстановления такого ландшафта требуется вмешательство человека.
Для этого проводят рекультивацию - комплекс инженерных,
мелиоративных, агротехнических, сельскохозяйственных и других
работ, направленных на восстановление хозяйственной или другой
ценности нарушенного ландшафта, осуществляемый в два этапа:
технический и биологический. Технический этап может изменить
техногенные формы рельефа в пригодные для хозяйственного
освоения, восстановить почвенный слой, провести мелиоративные
мероприятия, осуществить строительство необходимых сооружений и
прочее. Биологический этап включает восстановление плодородия
почв, воспроизводство биоценозов, формирование культурного
ландшафта на нарушенных землях.
Антропогенные изменения структуры нарушенных ландшафтов
возможны двух видов:
- в геосистеме разрушен почвенно-растительный комплекс и
сохранена литогенная основа;
- разрушены почвенный покров и литогенная основа.
После
рекультивации
ландшафта
возрастет
значение
технических средств защиты, которые не только регулируют режим
его антропогенного использования, но и увеличат его устойчивость к
28
внешним воздействиям. К ним относятся реконструированные и вновь
созданные сооружения.
Техническая
рекультивация
требует
больших
капиталовложений, поэтому в цикл предстоящих работ входит
прогноз состояния будущего ландшафта. В связи с этим выделяют
еще два этапа рекультивации – географический, проводимый до
начала технических работ, и ландшафтный - проводимый после
осуществления
технических,
биологических,
мелиоративных
мероприятий. На географическом этапе определяют будущее
направление
рекультивации
нарушенных
территорий:
природоохранное, рекреационное. лесохозяйственное, строительное
или
сельскохозяйственном.
Экономически
эффективны
те
направления рекультивации, которые в наибольшей степени
совпадают с конкретными природными условиями. Ландшафтный
этап рекультивации, следующий за биологическим, охватывает
период «вживания» созданной геотехнической системы в ландшафт.
Этот период делиться не менее 15 лет.
Рекультивация не только восстанавливает нарушенные
ландшафты, но
позволяет создать на их месте культурные
ландшафты, в которых структура рационально изменена и
оптимизирована на научной основе в интересах общества, с высокой
производительностью, экономической эффективностью, отсутствием
негативных процессов природного и техногенного происхождения. В
тех случаях, когда нарушение ландшафта вызвано радиоактивными
или химическими веществами, предпринимаются меры по снижению
их негативного воздействия на уязвимые компоненты ландшафта и их
элиминации, или переводу в такое состояние, чтобы их воздействие на
человека и живые организмы было минимальным, не превышало
санитарно-гигиенических норм.
1.2.5 Классификация нарушенных ландшафтов
Нарушение ландшафтов, по действующему субъекту можно
разделить на две группы: совершенные без участия человека –
естественные, или антропогенные - при воздействии на ландшафты в
результате техногенной или иной деятельности. Как естественные, так
и антропогенные влияния, различаются по масштабам действия,
характеру действующего агента или объектам действия. При
антропогенном
действии
фактор
может
быть
идентичен
естественному или не встречаться в природе. Классификация
нарушений ландшафтов приведена в таблице 1.
29
Таблица 1 - Классификация нарушений ландшафтов
Факторы
Проявление
Глобальное
Масштабы нарушения
Региональное
Локальное (местное)
Проявление
Очаговое
Площадное
Естественное
Вид нарушения
Антропогенное
Физические
Нарушающие факторы
Химические
Биологические
Кратковременные
Временной характер действия
Долговременные
Регулярные (циклические)
Нерегулярные
Прямое
Тип действия
Опосредованное
Атмосфера
Объект действия
Гидросфера
Литосфера
Биота
Разрушающее
Сила воздействия
Угнетающее
Стационарный
Источник нарушения
Передвижной
Зачастую при рассмотрении техногенного воздействия на
окружающую среду практически о любых негативных действиях на
окружающую среду говорят как о глобальных, в крайнем случае
региональных, не задумываясь о критериях такой оценки. Таким
критерием может быть площадь территории, подверженной
нарушениям, способность действующего фактора к миграции,
концентрации и превращениям. Основным критерием, по-видимому,
должен служить масштаб негативного воздействия, к которым
применимы правила 1% и 10 %.
1.2.6
Экономические
и
социальные
проблемы,
возникающие при нарушении в ландшафтах
Экономический ущерб от нарушений катастроф в ландшафтах
огромен и сравним по величине с потерями при военных конфликтах.
Суммы экологического ущерба могут быть в десятки и сотни раз
30
выше прямых экономических потерь. Между тем, в ходе
экономического развития часто ориентируются на дальнейшую
поддержку экстенсивного развития промышленности.
Важнейшее значение для развития эколого-ориентированного
бизнеса имеет радикальное изменение инвестиционной политики в
направлении природоохранных приоритетов. Современная структура
государственных, частных, иностранных инвестиций закрепляет
природоемкий тип развития на перспективу, т. к. значительная и более
высокая - по сравнению прошлыми десятилетиями - часть
капитальных вложений направляется в природоэксплуатирующие
комплексы,
прежде
всего
топливно-энергетический
и
агропромышленный. Тем самым существенно тормозится рост
бизнеса, связанного с экономикой, ориентированной на сохранение
среды обитания. Значительные потери ресурсов закладываются в
поведенческие реакции человека, во многих странах именно рост
потребления является основным рычагом экономического роста.
В этой направленности капитальных вложений можно выделить
три аспекта. Во-первых, отсутствие проработанной концепции
долгосрочного развития экономики страны. Надежды на то, что
«невидимая рука» рынка сама создаст эффективную структуру
экономики, несостоятельны в силу отмеченных выше причин. В
результате происходит довольно хаотическое распределение
капитальных вложений, закрепляющее природоемкий тип развития.
1.2.7 Оценка ущерба, наносимая природным ресурсам
Экономическая проблема охраны окружающей среды
заключается в оценке ущерба, нанесенного загрязнением атмосферы,
водных ресурсов, разработкой
и использованием недр.
Экономический ущерб представляет собой затраты, возникающие
вследствие повышенного (сверх того уровня, при котором не
возникает негативных последствий) загрязнения воздушной среды,
водных ресурсов, земной поверхности.
Нарушенная
природная
среда
может
отрицательно
воздействовать на здоровье человека и биоту, промышленные,
транспортные
и
жилищно-коммунальные
объекты,
сельскохозяйственные угодья, леса, водоемы и т.п. Эти негативные
воздействия проявляются в основном в повышении заболеваемости
людей и ухудшении их жизненных условий, в снижении
продуктивности биологических природных ресурсов, ускорения
износа зданий, сооружений и оборудования. В связи с этим можно
выделить следующие группы затрат: затраты, направленные на
31
предотвращение вредного воздействия загрязненной окружающей
среды на реципиентов, и затраты, вызываемые этим воздействием.
К первой группе относятся затраты на перемещение людей за
пределы зон локальных нарушений окружающей среды, на создание
зеленых санитарно-защитных зон, на сооружение и эксплуатацию
систем очистки воздуха, поступающего в жилые помещения. Затраты,
отнесенные ко второй группе, включают расходы на медицинское
обслуживание заболевших от загрязнения воздуха, воды или
продуктов питания, выращенных на нарушенных землях, оплату
бюллетеней, компенсацию потерь продукции из-за повышения
заболеваемости, на компенсацию снижения продуктивности
биологических земельных и водных ресурсов.
Экономическая
эффективность
от
мероприятий,
предупреждающих локальное загрязнение воздушной среды “Э1”,
может быть определена по следующему выражению:
Э1 = У + Д - З ,
где У - размеры предотвращаемого годового ущерба от загрязнения
воздушной среды, тенге,
Д - годовой дополнительный доход от улучшения
производственных результатов деятельности предприятия при
реализации мероприятий предотвращающих загрязнение воздуха,
включая рентабельную утилизацию поллютантов, тенге,
З - приведенные затраты на предотвращение или снижение
загрязнения воздушной среды, тенге.
При “З” больше или равно У+Д природозащитные мероприятия
становятся экономически неэффективными, однако они могут быть
социально оправданными.
Аналогично определяются экономические потери при
нарушении гидросферы, литосферы или биоценоза. При этом, в
случае, если нарушение ландшафта или его компонентов произошло,
учитываются не только затраты на его восстановление и потери
здоровья населения, но и упущенную выгоду, выражающуюся в
неполучении продукции с данной территории или ухудшении ее
качества.
1.2.8 Законодательство РК и предотвращение нарушения
ландшафтов
Разнообразное техногенное влияние на естественные процессы в
биосфере часто группируют по действующим факторам, понимая под
32
ними любые нежелательные для устойчивости ландшафтов
антропогенные изменения:
— ингредиентное (ингредиент — составная часть сложного
соединения или смеси) нарушение, как совокупность веществ,
количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам
или в концентрациях, превышающих допустимые величины;
— параметрическое нарушение (параметр окружающей среды одно из ее свойств, например уровень шума, освещенности, радиации
и т. д.), связанное с изменением качественных параметров
окружающей среды;
— биоценотическое нарушение, заключающееся в воздействии
на состав и структуру популяции живых организмов;
— стациально - деструкционное нарушение (стация - место
обитания популяции, деструкция - разрушение), представляющее
собой изменение ландшафтов и экологических систем в процессе
природопользования.
До 60-х годов прошлого века под охраной природы понималась
в основном защита ее животного и растительного мира от
истребления. Соответственно и формами этой защиты было главным
образом создание особо охраняемых территорий, принятие
юридических актов, ограничивающих промысел отдельных животных, и т. п. Опасения вызывали прежде всего биоценотическое и
частично стациально - деструкционные воздействия на биосферу.
Ингредиентное и параметрическое загрязнение, существовало, но оно
не было столь многообразным и массированным, как в настоящее
время, и практически не содержало искусственно созданных
соединений, с трудом поддающихся естественному разложению, а
территории, подвергшиеся нарушениям были незначительными по
площади и природа с ним справлялась самостоятельно.
Так, в реках с ненарушенным биоценозом и нормальной
скоростью
течения,
не
замедляемой
гидротехническими
сооружениями, под влиянием процессов перемешивания, окисления,
осаждения, поглощения и разложения редуцентами, дезинфекции
солнечным излучением и др. загрязненная вода полностью
восстанавливала свои свойства на протяжении 30 км от источников
загрязнения.
Большинство предприятий действуют на ландшафты в
локальных, реже региональных масштабах, но при нынешних темпах
индустриального развития и глобализации происходит значительный
рост объемов производства, и, даже, при снижении относительного
уровня выбросов, общий объем поллютантов продолжает расти, тем
33
более, что накоплены значительные запасы оружия массового
уничтожения, которое также требует нейтрализации или захоронения.
Определенная опасность заключается в том, что зачастую
собственник производства не является жителем данного ландшафта и,
с одной стороны он не понимает его особенностей, взаимосвязей его
компонентов, а с другой стороны особенности и проблемы качества
среды обитания его волнуют лишь в частном порядке, как
экономическая категория потерь прибыли. Отсутствие законов или
ненадлежащее их исполнение способствуют росту уровней
воздействий на окружающую среду, приводящих к деградации
экосистем.
И раньше наблюдались отдельные очаги нарушения природных
сред в окрестностях наиболее загрязняющих производств. Однако к
середине XX века темпы ингредиентного и параметрического
воздействий возросли, а качественный их состав изменился столь
резко, что на значительных территориях способность природы к
самоочищению, то есть естественному разрушению загрязнителей в
результате природных физических, химических и биологических
процессов, была значительно снижена, или, даже полностью утрачена.
Способность почвы к самоочищению также подрывается резким
уменьшением в ней количества редуцентов, происходящим под
влиянием неумеренного применения пестицидов и минеральных
удобрений, выращивания монокультур, полной уборки с полей всех
частей выращенных растений и т. д.
Под охраной окружающей среды понимают совокупность
международных, государственных и региональных правовых актов,
инструкций и стандартов, доводящих общие юридические требования
до каждого конкретного загрязнителя и обеспечивающих его
заинтересованность в выполнении этих требований, конкретных
природоохранных мероприятий по претворению в жизнь этих
требований.
Только в том случае, если все эти составные части
соответствуют друг другу по содержанию и темпам развития, т. е.
складываются в единую систему охраны окружающей природной
среды, можно рассчитывать на некоторый успех. Поскольку не была
решена вовремя задача охраны природы от негативного воздействия
человека - все чаще встает задача защиты человека от влияния
изменившейся природной среды. Оба эти понятия интегрируются в
термине «охрана окружающей (человека) природной среды».
Охрана окружающей природной среды складывается из:
34
— правовой охраны, формулирующей научные экологические
принципы в виде юридических законов, обязательных для
исполнения;
— материального стимулирования природоохранной деятельности, стремящегося сделать ее экономически выгодной для
предприятий;
— инженерной охраны, разрабатывающей природоохранную и
ресурсосберегающую технологию и технику.
В соответствии с законом Республики Казахстан «Об охране
окружающей природной среды от 15.07.1997 N 160-1» охране от
уничтожения, деградации, повреждения, истощения, загрязнения,
нерационального использования и иного вредного воздействия
подлежат:
— земля, недра, вода, атмосферный воздух, леса и иная
растительность, животный мир;
— естественные экологические системы, климат и озоновый
слой Земли.
Особой охране подлежат объекты окружающей среды, имеющие
особую экологическую, научную и культурную ценность, а также
особо охраняемые природные территории.
Охрана окружающей среды осуществляется на основе
соблюдения следующих основных принципов:
— приоритета охраны жизни и здоровья человека, сохранения и
восстановления окружающей среды, благоприятной для жизни, труда
и отдыха населения;
— сбалансированного решения социально - экономических
задач и проблем окружающей среды в целях перехода Республики
Казахстан к устойчивому развитию в условиях рыночных отношений
и удовлетворения потребностей нынешнего и будущих поколений
людей в здоровой и благоприятной окружающей среде;
— обеспечения экологической безопасности и восстановления
нарушенных естественных экологических систем на территориях с
неблагоприятной экологической обстановкой;
— рационального использования и воспроизводства природных
ресурсов, поэтапного введения платы за природопользование и
внедрения экономического стимулирования охраны окружающей
среды;
— обеспечения сохранения биологического разнообразия и
объектов
окружающей среды, имеющих особое экологическое,
научное и культурное значение;
35
— государственного регулирования и государственного
контроля
неотвратимости ответственности за нарушение
законодательства об охране окружающей среды;
— предотвращения нанесения ущерба окружающей среде,
оценки возможного воздействия на окружающую среду;
— активного и демократичного участия населения,
общественных объединений и органов местного самоуправления в
области охраны окружающей среды;
—международного сотрудничества в области охраны
окружающей среды на основе международного права.
Экономическими методами охраны окружающей среды
являются:
— планирование и финансирование мероприятий по охране
окружающей среды;
— установленные Налоговым кодексом Республики Казахстан
платежи за пользование природными ресурсами;
— плата за загрязнение окружающей среды;
— установленные Налоговым кодексом Республики Казахстан
платежи за охрану и воспроизводство природных ресурсов;
— экономическое стимулирование охраны окружающей среды;
— экологическое страхование;
— создание фондов охраны окружающей среды.
Некоторые природоохранные законы РК приведены в
приложении А.
1.2.9
Реализация
природоохранных
мероприятий
осуществляемых природопользователями
Природоохранная деятельность направлена на снижение
негативного влияния от их производственной деятельности за счет:
— рационального использования природных ресурсов;
— снижения вредных выбросов и сбросов загрязняющих
веществ в окружающую природную среду;
— повышения надежности технологического оборудования;
— использования новых технологий, способствующих
минимизации антропогенного влияния на окружающую среду;
— восстановление нарушенных экосистем.
В области охраны атмосферного воздуха от загрязнения
осуществляется ряд мероприятий, направленных на снижение
выбросов загрязняющих веществ в атмосферу: утилизации выбросов,
перевод котельных на газообразное топливо, использование в
производственной деятельности новых технологий, ежегодно
осуществляется контроль за токсичностью отработанных газов
36
двигателей внутреннего сгорания. Кроме того, предприятиями ведется
ведомственный контроль за состоянием атмосферного воздуха на
лицензионных участках.
В области охраны водных ресурсов предприятиями проводятся
следующие мероприятия: осуществление контроля качества
подземных, поверхностных и сбрасываемых сточных вод, расчистка
русел рек от завалов, установка гидрозатворов и боновых
заграждений, и т.д.
В области охраны земельных ресурсов для повышения
надежности эксплуатации трубопроводов и предотвращения
аварийного нефтяного загрязнения проводится ряд мероприятий: по
выявлению аварийно-опасных участков и их замене, по
использованию ингибиторов коррозии, антикоррозионному покрытию
внутренних поверхностей трубопроводов.
На предприятиях работают цеха по восстановлению
экологических систем, которые занимаются: восстановлением
обваловок кустовых площадок, установлением боновых заграждений,
ликвидацией аварийных разливов на трубопроводах, рекультивацией
нефтезагрязненных земель.
В соответствии с Указом Президента РК от 03.12.2003 N 1241
"О концепции экологической безопасности РК 2004—2015 годы",
целью государственной политики в области
экологической
безопасности является обеспечение защищенности природных систем,
жизненно важных интересов общества и прав личности от угроз,
возникающих в результате антропогенных и природных воздействий
на окружающую среду.
Для достижения данной цели предполагается
решение
следующих задач:
— снижение антропогенного воздействия,
ведущего к
изменению климата и разрушению озонового слоя Земли;
—
сохранение
биоразнообразия
и
предотвращение
опустынивания и деградации земель;
— реабилитация зон экологического бедствия, полигонов
военно-космического и испытательного комплексов;
— предупреждение загрязнения шельфа Каспийского моря;
— предупреждение истощения и загрязнения водных ресурсов;
— ликвидация и предотвращение исторических загрязнений,
загрязнения
воздушного
бассейна,
радиоактивного,
бактериологического и химического загрязнений, в том числе
трансграничного;
37
— сокращение объемов накопления промышленных и бытовых
отходов;
— предупреждение чрезвычайных ситуаций природного и
техногенного характера.
Решение этих задач достигается путем:
— совершенствования и систематизации законодательства
Республики
Казахстан,
экономических
механизмов
природопользования, государственного экологического контроля и
экологического мониторинга;
— оптимизации разрешительной системы природопользования
и экологической экспертизы;
— развития научно-исследовательских работ в области охраны
окружающей среды, экологической
статистики, экологического
образования, экологической пропаганды и участия общественности;
— расширения международного сотрудничества.
Экологически
безопасное развитие государства должно
базироваться на следующих принципах:
— экосистемном подходе к регулированию всех общественных
отношений для устойчивого развития государства путем внедрения
научно обоснованного комплекса ограничений, нормативов и правил
ведения хозяйственной и иной деятельности, определяющих
экологически допустимые пределы использования природных
ресурсов и обеспечивающих сбалансированное управление качеством
окружающей среды;
— подчиненности
региональных и локальных задач
экологической безопасности глобальным и национальным целям
предупреждения экологических угроз;
— обязательности
компенсации нанесенного ущерба
окружающей
среде
и
здоровью
человека
(платят
природопользователи и загрязнители);
— эколого-экономической сбалансированностью развития и
размещения производственных сил (принципы
экологической
емкости и территориального планирования);
— обязательностью оценки воздействия хозяйственной и иной
деятельности на окружающую среду с последующими экологической
и санитарно-эпидемиологической экспертизами;
— обеспечением
доступа населения к экологической
информации и его участием в решении экологических проблем;
— партнерством
в международном сотрудничестве и
соблюдением норм международного права.
38
В указе особо выделено отношение к шельфу Каспийского моря,
и постулируется, что широкое освоение углеводородных ресурсов
государствами бассейна Каспийского моря увеличивает масштаб
негативного воздействия на морские и прибрежные экосистемы. В
условиях неопределенности статуса моря существенное значение
приобретают
внешние экологические угрозы трансграничного
характера.
В данное время реализуются: Программа по ликвидации
радиоактивных отвалов уранодобывающей промышленности и
Программа по ликвидации бесхозных нефтяных и самоизливающихся
гидрогеологических скважин. Однако эти программы не полностью
охватывают все виды исторических загрязнений. Поэтому существует
необходимость разработки программы по ликвидации исторических
загрязнений. В этой программе поэтапно предполагается до 2006 года
провести полную инвентаризацию всех объектов исторических
загрязнений с оценкой их воздействия на окружающую среду, а с
2010 года начать работы по ликвидации таких объектов.
В целях недопущения возникновения новых
загрязнений
необходимо разработать и внедрить правовые, экономические и иные
механизмы, исключающие их появление. К сожалению, даже
прекрасные законы не всегда оказываются выполненными, зачастую
ведомственные,
групповые,
личные
интересы
оказываются
приоритетными, экономическая или иная выгода преобладает над
интересами общества в поддержании оптимальных качеств среды
обитания.
2 Техноприродные системы
Развитие цивилизации пошло по пути создания технических
систем, активно использующих ресурсы биосферы, в том числе и
необходимых для жизнедеятельности. При этом происходит как
снижение концентраций одних компонентов и увеличение других, так
и появление новых, ранее не существовавших в природе факторов,
приводящих к качественному изменению среды обитания практически
всех живых организмов, включая человека. Особую опасность
вызывают темпы таких изменений.
Природообустройство направленно на создание нового качества
антропогенно измененного ландшафта как окружающей среды. Под
качеством окружающей среды в данной местности понимают
целостную характеристику функционального единства существенных
ее свойств, новую внутреннюю и внешнюю определенность,
39
относительную устойчивость, отличие ее от одних местностей и
сходство с другими.
Мелиорация земель различного назначения придает им новое
качество
в
соответствии
с
требованиями
конкретных
землепользователей, например, в сельском хозяйстве – это, прежде
всего плодородие почвы, при этом почва выступает как среда
обитания для сельскохозяйственных растений. При мелиорации
земель лесного фонда учитывается требование леса к окружающей
среде. При мелиорации земель населенных пунктов учитываются
требования градостроительства к рельефу местности, прочности
грунтов как оснований сооружений, глубинам и качеству подземных
вод, контактирующих с подземными сооружениями; учитываются
санитарно – гигиенические требования к качеству воздуха, почв, вод и
другие.
При рекультивации земель стоит задача восстановления
качества окружающей среды, нарушенном при интенсивном
использовании (добыче полезных ископаемых, рубке леса и т.д.).
Требования к качеству восстанавливаемых территорий также зависят
от вида будущего их использования. Природоохранное обустройство
территории также главной своей целью ставит создание окружающей
среды нового качества, при сохранении оптимальных экологических
характеристик среды обитания человека.
Достижение нового качества окружающей среды, поддержание
его на требуемом уровне осуществляется созданием техноприродных
систем, т.е. природных систем, в которые человек встраивает
искусственные блоки в виде сооружений, элементов и т.п.
2.1 Техногенные воздействия на геосистемы
Важная проблема – сосуществование и взаимодействие
естественных ландшафтов и встроенных в них человеком
искусственных сооружений, устройств и определение величин
изменения ландшафта, в том числе таких компонентов, как
растительный покров, режим течения рек при строительстве
водохранилищ, карьеров, шахт и т.д.
Встроенные в ландшафт (или геосистему любого ранга)
искусственные сооружения или вносимые в него новые элементы
(посевы, здания, сооружения) функционируют в нем, подчиняясь
природным законам. Новые техногенные или антропогенные объекты
физически входят в ландшафт, становятся его элементами, но
ландшафт остается природной системой. В этом отношении не имеет
значения, как появился в составе ландшафта тот или иной элемент:
40
образовался водоем в результате естественной запруды на реке, или
человек насыпал в русле платину, образовался овраг естественным
путем или в результате неправильной распашке склонов. Важно то,
что эти элементы работают вместе с природными, и именно их
взаимодействие нужно изучать, чтобы уменьшить негативные
последствия изменения ландшафта.
При оценке воздействия человека на природу, на определенные
геосистемы, независимо от степени насыщения результатами
человеческого труда, ландшафты остаются частью природы, в них
действуют те же природные закономерности. Человек не в состоянии
отменить объективные законы функционирования и развития
геосистем, нивелировать качественные различия между ландшафтами
тайги и степи, степи и пустыни.
Воздействие человека на ландшафт следует рассматривать как
природный процесс, в котором человек выступает как внешний
фактор. При этом надо иметь в виду, что новые
элементы,
внедряемые человеком в ландшафт (пашни, сооружения, техногенные
выбросы), как правило, не вытекают из структуры ландшафта, не
обусловлены им и поэтому оказывается чужеродными элементами, не
свойственными конкретному ландшафту. Поэтому ландшафт
стремиться отторгнуть их или модифицировать. В связи с этим
антропогенные элементы, внедряемые в ландшафт, не способны
существовать длительное время без постоянной поддержки человека.
Так, культурные растения, если за ними не ухаживать, не
возобновлять, будут вытеснены дикими, пашня зарастет, каналы в
земляном русле или заплывут, или будут меандрировать, как реки,
здания разрушаться.
Следствием этого, во-первых, является необходимость
постоянной затраты человеком труда и ресурсов на поддержание
таких элементов, необходимость ухода, ремонта, реконструкции, а вовторых, для повышения устойчивости внедряемых элементов человек
должен максимально уменьшить их «чужеродность» для ландшафта.
Для оценки видов и глубины техногенного воздействия,
определения допустимого предела воздействия или допустимой
антропогенной нагрузки на геосистему, за которыми наступает
необратимые и нежелательные ее изменения, необходимо в каждом
конкретном случае определять устойчивость геосистемы к
техногенным нагрузкам.
Всякая геосистема приспособлена к определенным условиям, в
пределах которых она устойчива и нормально функционирует даже
при возмущениях внешних природных факторов (динамичность
41
геосистемы). Техногенные возмущения часто превосходят природные,
они более разнообразны, некоторые вообще отсутствуют в природе,
например,
загрязнение искусственными веществами. Все это
вызывает необходимость в специальных исследованиях реагирования
геосистем на конкретные воздействия, которые должны быть
положены в основу проектов по природопользованию и
природообустройству.
Степень изменения ландшафта зависит от того, какие
компоненты подверглись модификации или даже разрушению. С этих
позиций выделяют первичные и вторичные компоненты.
Геологический фундамент и свойства воздушных масс, т.е. климат,
являются базовыми, первичными, формирующими облик ландшафта.
Кстати, их изменить человеку труднее всего, хотя примеры этого уже
имеются: разработка месторождений открытым способом, когда
карьеры достигают глубины 100 – 200 м и более, а в плане измеряются
десятками километров. Чаще всего человек изменяет вторичные
компоненты: растительный покров, почвы, сильно воздействуют на
поверхностные воды, но вторичные компоненты и восстанавливаются
легче.
Измененную геосистему обычно рассматривают как особую
техноприродную систему, в которую встроены техногенные,
инородные для природы блоки: посевы сельскохозяйственных
культур, здания, сооружения, коммуникации и т.п. В такой системе
техногенные и природные блоки функционируют, подчиняясь
природным законам. Вместе с тем при взаимодействии техногенных
блоков существенна их зависимость от социально-экономических
условий, например в отношении собственности: земля принадлежит
одному субъекту, а сооружения, построенные на ней, - другому, или
выработка электроэнергии на гидроэлектростанциях, управляемых
одной фирмой и попуски воды на пойму, экономические интересы
здесь принадлежат другим собственникам.
Устойчивость
техноприродных
систем,
вступает
в
противоречие с устойчивостью измененной природной системы.
Согласно закону Ле-Шателье, при воздействии на систему, она
стремится перейти в такое состояние, при котором это воздействие
стремится к минимуму, при условии, что система не разрушена.
Зачастую это выглядит как возврат природной системы в
«первобытное» состояние. Человек же заинтересован в устойчивости
созданной им системы. Характерно, что значительное увеличение
антропогенного действия на ландшафт в той же степени способствует
и возрастанию ответной реакции природы.
42
Если зарастание пашни служит критерием устойчивости
геосистемы как природного образования, то этот же процесс
рассматривают
как
свидетельство
неустойчивости
уже
техноприродной системы, в данном случае – агроэкосистемы,
назначение которой – поддерживать заданные свойства пашни для
получения требуемого урожая определенных культур. Другой пример:
осушительная система без поддержки человека приходит в негодность
(мелеют каналы, заиляются и зарастают корнями деревьев и т.д.).
Следовательно,
природная
система
восстанавливает
свой
естественный водный режим, который был до осушения, и это –
критерий ее устойчивости. С точки зрения техноприродной системы
эта же ситуация является признаком неустойчивости.
Устойчивость преднамеренно модифицированной геоситемы
(техноприродной системы) вместе с встроенным в нее техногенным
блоком определяется как способность выполнять заданную
социально- экономическую функцию.
Измененные человеком геосистемы, как правило, менее
устойчивы, чем первичные, поскольку естественный режим
саморегулирования нарушен. Поэтому экстремальные отклонения
параметров внешней среды, которые гасятся в естественной
геосистеме, могут оказаться разрушительными для антропогенной
модификации: один заморозок может погубить культурную
растительность, пыльная буря за несколько дней может разрушить
почвенный слой на распаханной территории.
Техногенный блок природно-технических систем менее
устойчив и может существовать только при постоянной поддержке
человека.
2.2 Техноприродные системы природообустройства
Природообустройство – это сложное дорогостоящее ресурсо- и
энергоемкое мероприятие, проводимое длительное время. Для его
существования
необходимо
создание
комплекса
сложных
инженерных сооружений и устройств, надежно функционирующих в
разнообразных природных условиях, часто экстремальных, при
переменных погодных условиях. Поэтому построенные инженерные
системы природообустройства на больших площадях по своей сути
является техноприродными системами или природно-техногенными
комплексами. При их создании необходимо руководствоваться
принципами природообустройства.
К инженерным системам природообустройства относят:
43
- мелиоративные, предназначенные для реализации требуемого
мелиоративного режима земель;
- экологические - предназначенные для восстановления
естественной
самоочищаемости
загрязненных
территорий,
сокращения поступления на них загрязняющих веществ и их
удаления, локализации очага загрязнения;
- природоохранные;
- противостихийные, предназначенные для борьбы с
наводнениями, подтоплением, размывом берегов, с оползнями, селями
и т.п.;
- регулирования поверхностного стока, необходимые при
комплексном использовании водных ресурсов;
- водоснабжения, обводнения и водоотведения.
Состав мелиоративной системы зависит от вида мелиорируемых
земель, совокупности регулируемых показателей мелиоративного
режима. В общем, мелиоративная система включает регулирующие
элементы,
непосредственно
осуществляющие
мелиоративные
воздействия, проводящие и ограждающие элементы, источники
привлекаемых ресурсов. Например воды, приемники технологических
сбросов с мелиоратируемой территории (дренажные воды, вредные
вещества, наносы, и т.д.). Помимо этого в состав системы входят
объекты энергетического обеспечения, дороги, сооружения; средства
контроля, связи и управления, обеспечивающие обратную связь
между управляющими воздействиями и управляемым объектом и
мониторинг состояния мелиорируемой и прилегающей территории, а
также природоохранные сооружения, производственные базы,
служебные и жилые помещения службы эксплуатации и
консультативной
службы,
осуществляющей
постоянное
взаимодействие между землепользователями и мелиораторами.
Мелиоративные системы в зависимости от их крупности,
важности могут принадлежать различным землепользователям:
- фермеру;
- предприятию;
- группе землепользователей;
- могут быть муниципальными;
- крупные системы, имеющие важное значение, для экономики,
могут быть в собственности государства.
Надежность мелиорации и ее эффективность во многом зависят
не только от технического совершенства мелиоративной системы, но
и от правильного ее функционирования, соблюдения технического
режима, умения управлять ею в неопределенных погодных условиях.
44
Это обстоятельство, требующее принятия решений в условиях
неопределенности и сопряжения со значительным риском не только
экономического ущерба, но и аварий и разрушений, значительно
усложняет управление мелиоративной системой по сравнению с
другими предприятиями, менее зависящими от внешних условий.
Ошибки в управлении гидромелиоративной системой (оросительной
или осушительной) могут привести к переувлажнению или
иссушению земель, прорыву дамб или плотин, подтоплению земель и
др.
Поэтому очень важна правильная, научно обоснованная
эксплуатация мелиоративных систем и прежде всего грамотное
управление ею, основанное на мониторинге состояния земель,
долгосрочным и краткосрочным прогнозе погодных условий. Этому
может способствовать моделирование процессов на мелиоратируемых
землях в режиме реального времени с помощью приведенных далее
моделей, разработка вариантов действия системы в зависимости от
прогнозов и минимизация риска от принимаемых решений.
Инженерно- экологические системы строят на сильно
загрязненных территориях, признанных зоной чрезвычайной
экологической ситуации или иной зоны экологического бедствия:
загрязненных нефтепродуктами, тяжелыми металлами, другими
техногенными загрязняющими веществами. Состав этих систем
зависит от вида и степени загрязнения. Они содержат практически те
же элементы, что и мелиоративные системы.
2.3 Антропогенный ландшафт
Антропогенный ландшафт - природно-территориальный
комплекс, измененный или созданный в результате деятельности
человека.
Распространена
классификация
антропогенных
ландшафтов:
по содержанию;
- сельскохозяйственный;
- лесной (полезащитные лесные полосы, сосново-лиственные
насаждения);
- водный;
- промышленный (отвалы вскрышных пород;
- селитебный (зоны населенных пунктов.);
- линейно-дорожный (ж.-д. магистрали, автомагистрали,
нефтегазопроводы);
- рекреационный (курортно-санаторные зоны, территории домов
отдыха, пионерских лагерей и т.п.);
по глубине воздействия человека на природу;
45
антропогенные
неоландшафты
(карьерно-отвальные
комплексы горнодобывающих предприятий);
- преобразованные антропогенные ландшафты;
по генезису;
- техногенные (автомобильные дороги);
- подсечные (распаханные участки на месте бывших лесов,
вырубленных с целью расширения зернового хозяйства);
- пашенные;
- пирогенные (следствие выжигания растительности с целью
использования земель под пашню или улучшения травостоя);
пастбищно-дигрессионные
(скотопрогоны
вокруг
животноводческих комплексов);
по целенаправленности их возникновения;
- прямые антропогенные;
по
длительности
их
существования
и
степени
саморегулирования;
- многолетние;
- частично регулируемые;
кратковременные
регулируемые
(плодово-ягодные
питомники);
по их хозяйственной ценности;
- культурные или конструктивные комплексы, заново созданные
бонитет и ценность которых выше тех, на месте которых они
возникли;
акультурные, возникшие в результате нерационального
ведения хозяйства (заброшенные карьеры, болота вокруг
водохранилищ).
Антропогенные ландшафты являются объектом изучения
ландшафтоведения. Количество их постоянно увеличивается, что
приводит, как правило, к ухудшению качества среды обитания,
снижению ее санитарно-гигиенических характеристик, способствует
снижению биоразнообразия.
2.4 Нормы техногенного воздействия на ландшафты
Совершенствование
природопользования
и
природообустройства невозможно без разработки нормативов
техногенного воздействия на ландшафты. Разработка нормативов
направлена на сохранение ресурсо- и средовоспроизводящих свойств
ландшафтов.
Норма (от лат. norma – руководящее правило) - узаконенный,
признанный, обязательный порядок, мера. Разработаны нормы
46
осушения, орошения, высева семян и т.д. Нормирование – важнейшее
средство
управления,
планирования,
проектирования,
закономерностей
конструирования
и
контроля
за
любой
деятельностью. Это компромисс между желаемым (допустимым) и
экономически возможным. При обосновании норм учитывают
реальные возможности фактического этапа развития хозяйства и
геосистемы.
Например, для сохранения состава атмосферы
неизмененным в процессе любого производства необходимо
исключать выбросы вредных веществ. Если это не удается
экономически или технологически, то вводят нормы предельно
допустимых выбросов (ПДВ). Или по качеству воды – ее чистота и
степень очистки связаны с загрязненными стоками в водоисточник.
Здесь вводят нормы предельно допустимых концентраций (ПДК) и
т.д. Примеры нормирования для наиболее опасных веществ
приведены в информационном приложении Б.
Компромисс между допустимым воздействием на геосистему (в
конечном счете, на здоровье человека) и реально возможным
воздействием зависит как от уровня материально – технического
развития общества, так и от нашего понимания необходимых и
достаточных условий среды, обеспечивающей здоровье человека, и
отражен в существующих и разрабатываемых нормативах. При
повышении экономических возможностей общества и развитии
технологий
нормы
необходимо
оправдано
ужесточать
и
пересматривать в направлении сокращения разрыва между желаемым
и возможным при их унификации и стандартизации.
При проектировании различают ландшафтные, геосистемные,
комплексные нормативы, величины и интенсивности антропогенно –
техногенной нагрузки на ландшафты, чтобы такое воздействие не
нарушало и не разрушало механизмы устойчивости ландшафтов и их
основные
свойства.
Нормы
ограничивают
нарушение
функционирования отдельных компонентов, их свойств и ландшафта
в целом. Нормы отдельных свойств компонентов для всего ландшафта
не суммируют, а теоретически рассматривают эффективность их
взаимодействия. Помимо этого, выявляют некоторые общесистемные
показатели для целого ландшафта и обосновывают соответствующие
нормы.
Нормы применяют в тех случаях, когда существует, какое либо
воздействие или нагрузка и обнаруживается его последствие или
изменение каких либо показателей. Нагрузки могут накапливаться и
взаимодействовать. Для охраны природы нормы вводят перед
предполагаемым воздействием, что способствует предотвращению
47
возникновения цепных реакций, изменений и, в конечном итоге,
снижению числа использования норм. Нормы должны учитывать
состояние ландшафта – стабильное и устойчивое, оптимальное,
среднее, переменное, допустимое или критическое. Отсюда
непостоянность нормативов. Нормы не имеют пространственного
назначения. Они учитывают территориальную дифференциацию
свойств ландшафта и ландшафтное разнообразие территорий.
Например, дифференцируют водоохранные зоны вокруг
водоемов, вдоль рек и каналов или санитарно-защитные зоны вокруг
промышленных предприятий и т.д. нормы планируют на
значительный
отрезок
времени,
отражают
временную
и
пространственную организацию ландшафта, взаимодействие природы
и техники при длительном функционировании техноприродной
системы.
В первом случае ландшафт рассматривают как природноантропогенную геосистему, в которой активная деятельность человека
является одной из подсистем, и анализируют нагрузки на природную
составляющую геосистемы, у которой должны быть сохранены
ресурсо- и средовоспроизводящие свойства.
Во втором случае рассматривают деятельность технических
систем, влияние которых распространяется на не анализируемый
ландшафт. Здесь объектом считаются активно воздействующие
системы, а субъектом ландшафт. Для технической системы
вырабатывают технические условия и нормы, способствующие
повышению надежности функционирования и эффективности.
2.5 Принципы охраны ландшафтов
При любом виде деятельности человека должны соблюдаться
общие принципы охраны природы. При проектировании природнотехнических систем учитывают общие геосистемные принципы,
свойства геосистем как целостных, сложных образований. Общие
природоохранные принципы включают:
- охрану ландшафта. Ландшафт является основным объектом, с
помощью которого происходит удовлетворение потребностей
общества; охрана ландшафтов – задача оптимизационная, так как
осуществляется поиск пути оптимального использования ландшафта,
заключающийся в определении цели использования, переборе
возможных вариантов использования, выборе природных и
социально- экономических ограничений, в зависимости от вида
использования;
48
- охрану природы. Любые инженерные сооружения или
технологические процессы должны обеспечить сохранение средо - и
ресурсовоспроизводящей способности ландшафта. Последние не
должны терять средо- и ресурсовоспроизводящую способность при
выполнении заданных им обществом социально-экономических
функций за любой по длительности промежуток времени.
Природоохранные мероприятия должны распространяться
повсеместно. Это вытекает из положения о всеобщей связи явлений в
природе и обществе. Целостность географической оболочки, наличие
в ней круговорота вещества, энергетических обменов, вертикальных и
горизонтальных связей, открытость системы, ее целостность,
взаимосвязанность природных комплексов - все это говорит о
невозможности изолированного сохранения каких-либо отдельных
свойств без сохранности остальных. Приоритет отдается
мероприятиям, предупреждающим, во-первых, возникновение
негативных последствий, так как легче предупредить, чем устранить
последствия, а во-вторых, цепной характер изменений может быть
необратимым.
Геосистемные принципы проектирования направлены на
геоэкологическое проектирование. Проектирование пространственной
природно-технической системы – не простое вписывание сооружений
и технологий в природу, оно носит геоэкологическое выражение
системного подхода по использованию и охране природных
ландшафтов и природно- технических систем. Технологию
предприятия рассматривают в момент проектирования во взаимосвязи
с состоянием всех компонентов ландшафта (почвы, воды, биоты и
т.д.), которая должна предусматривать любые изменения этих
компонентов. Проект технической системы учитывает и будущее
состояние природно-технической системы.
Наличие индивидуальных особенностей геосистем и их
типологическое разнообразие находит отражение в том, что
проектирование должно быть территориально дифференцированным.
Проектируют не только геотехническую систему в одном состоянии,
но и режим ее функционирования и управления с учетом
последовательной смены природных процессов и состояний
ландшафтов, изменчивости и устойчивости его свойств. Система
природоохранных мероприятий включает комплексный контроль над
воздействиями, состоянием и изменениям характеристик в природных
комплексах,
социальноэкономическим
изменением,
их
сопоставление с нормативами и стандартами.
49
2.6 Оценка последствий воздействия человека на
ландшафты
Воздействия человека на ландшафты, при системном подходе,
анализируются многоуровневой системой «общество-природа».
Природа и общество – сложные подсистемы общей для них системы.
Их закономерности развития необходимо изучать и учитывать в
последствиях антропогенного воздействия. Подсистема «общество»
воздействует на «природу» и испытывает обратное влияние
измененной природы. Общество как подсистема пытается управлять
всей системой в целом. Элементы природы и общества (хозяйства)
рассматривают как неравнозначные. Считается, что ведущая роль в
функционировании системы «общество-природа» принадлежит
обществу.
Полагают, что природа не управляет процессом их
взаимодействия. Рассматривать же самоуправляемость этой системы
также считают невозможным. Поэтому только подсистема
«общество» прогнозирует и корректирует путь развития системы в
целом. Возможно все это и так, но конечное слово остается за
«управляемой подсистемой – природой». Как здесь не вспомнить
Булгаковского Воланда, его диалог с Берлиозом и Бездомным об
управлении человеком. Попытка незначительными средствами
управлять потоками, существенно их превосходящими, чаще всего
приводит к результатам негативным для управляющего. Поэтому
необходимо соразмерить скромные возможности человечества даже в
рамках биосферы.
Если мы отказываем Природе в разуме или божьем промысле,
мы должны признать за ней свойства великого Цензора. Небрежными
росчерками времени она отрицает самые затратные и энергоемкие
технические проекты. Именно они требуют, кроме всего прочего, и
огромных средств на поддержание своего существование. Гигантские
военные империи, нескончаемые гектары предприятий превращаются
в небольшие холмы, покрывающие развалины необузданных
устремлений.
Некоторые авторы находят недостатки в системном подходе в
игнорировании пространственной структуры в подсистемах
«природа» и «общество». При решении локальных и региональных
решений часто используется представление о закрытом состоянии
системы. В действительности же региональные и локальные системы
выступают как открытые системы, обменивающиеся веществом,
энергией и информацией с другими территориальными системами.
50
Подсистемы «общество» и «природа» и между собой вступают в
сложные и многообразные связи.
Для решения задач взаимодействия этих подсистем
сформулируем основные блоки. Это: «геосистема», «общество»,
«взаимодействие человека», «изменения в геосистеме», «управление»,
«последствие воздействий». Смысл оценки определяется двумя
главными аспектами: воздействия человека на геосистему и
последствия этих воздействий. Взаимосвязь системы «человекприрода» отражается в общей структуре подсистем, механизмах
взаимодействия между подсистемами, процессах управления
подсистемами, процессах управления подсистемами, получения
оценок по взаимодействию элементов в системе.
В подсистеме «общество» в качестве элементов выделяют
основные источники воздействия: хозяйство (предприятия,
территориально-производственные
комплексы,
технические
подсистемы, природно-технические подсистемы); население (группы
людей, организованные по территориальному признаку, основной
объект последствий при изменении состояния среды); органы
управления (организационная работа). Подсистема «природа»
выражена
в
форме
геосистем,
ландшафтов,
природных
территориальных комплексов, отдельных компонентов. Указанные
подсистемы сгруппированы как управляемая и управляющая части.
Отсюда две оценки – оценка действий «общества»,
обеспечивающих управление, и второй аспект – оценка управления
«природы». Механизм их взаимодействия следующий: человек в
процессе своей деятельности оказывает на природу различные
воздействия. В результате воздействий в природе происходят
изменения. Изменения геосистемы оказывают обратное воздействие и
на человека и на его хозяйственную деятельность. Изменения
приводят к положительным или отрицательным последствиям в
состоянии здоровья населения или хозяйстве.
Анализируя последствия по изменениям состояния ландшафта,
переходят к процедурам оценки. Управляемая подсистема включает
управляемую и не управляемую части. Последствия выражаются в
положительной или отрицательной перемене состояния каждого
элемента управляемой или неуправляемой частей в управляемой
подсистеме. В последствиях не исключается возможность перехода
управляемой или неуправляемой части в новое качественное
состояние, но основное внимание уделяют отрицательным
последствиям.
51
Линия «воздействия-последствия» - сложная, ветвящаяся цепь
процессов, отражающих взаимодействие между отдельными
составляющими многокомпонентных систем. Любая территориальная
система характеризуется вертикальными и горизонтальными связями,
совмещенными во времени и пространстве, действующими
одновременно в неразрывном единстве. Круговороты вещества,
потоки энергии, их тесное взаимодействие приводят к
распространению изменений.
Все воздействия общества подразделяются на три группы:
изъятие вещества или энергии; целенаправленное преобразование
процессов или компонентов природы; привнесения в природу
энергии, отходов или других веществ (удобрений, вредных
химикатов, ядов, отходов). Отсюда последствия: ухудшение
окружающей человека среды, уменьшение природных ресурсов,
ухудшение качества продукции, замена естественного качества
искусственным. Происходят цепная реакция, вызывающая изменения
во всем природном комплексе. Например, хозяйства, использующие
природные ресурсы ландшафта, передают отрицательные воздействия
в другие отрасли, не связанные с природой.
52
3
Нарушение
химпромом
ландшафта
ртутью
Павлодарским
Примером целенаправленного антропогенного воздействия на
ландшафт может служить территория Северной промзоны г.
Павлодара и прилегающая к ней. Среди множества факторов,
оказывающих преимущественно негативное влияние на вмещающий
ландшафт, можно выделить выбросы тяжелых металлов, хлора,
нефтепродуктов и некоторых других поллютантов. Определенный
интерес экологов вызывает искусственный водоем – накопитель
отходов – озеро с площадью зеркала до 25 км2 – вид водоема из
космоса приведен на рисунке 1. В настоящее время он получило
название – озеро Былкылдак, его судьба и степень влияния на биоту, в
том числе на пасущихся животных, птиц, постоянно или временно
живущих на озере или вблизи него и, наконец, на людей, ведущих
хозяйственную деятельность на самом озере или в зоне его
возможного влияния, вызывает много споров.
Причины
возникновения
проблемы,
преимущественно
связанной с загрязнением ртутью, и
история производства,
обеспечившего поступление значительных количеств загрязнителей в
окружающую среду, приведены в информационном приложении Б.
3.1 Озеро Былкылдак – накопитель отходов
Былкылдак (Былқылдақ) – в переводе с казахского - зыбун;
трясина; пониженная болотисто-луговая местность с обильным
выходом грунтовых вод. В различных источниках приводится разное
написание, поэтому мы, по-возможности, приводим его согласно
приведенного в данном разделе.
Накопитель отходов - озеро Былкылдак расположен 5 км
восточнее поймы реки Иртыш и имеет расчетную емкость 59,8 млн. м3
и площадь водного зеркала 22,8 км2 при уровневой отметке 109 м–
рисунки 3-4. Накопитель с двух сторон (запад и восток) ограничен
двумя закрепленными земляными дамбами и с трех (запад, север и
восток) - окружен глиняной противофильтрационной диафрагмой по
типу «стена в грунте» толщиной 0,6 м и глубиной от 2,5 до 6,0 м.–
рисунки 5 - 6. В настоящее время западная часть дамбы имеет
протяженность с юга на север 896 метров.
53
Рисунок 3 – Положение отстойника оз. Былкылдак
относительно ПХЗ, р. Иртыш и ближайших населенных пунктов
Рисунок 4 – Отстойник оз. Былкылдак. Вид со стороны
шламонакопителей
54
Рисунок 5 - Дамба оз. Былкылдак, северная часть озера
Рисунок 6 - Дамба оз. Былкылдак, юго-западная часть озера
Дамба выполнена из плотно утрамбованного насыпного грунта
высотой 4 метра, высота откоса 14 метров, шириной 7,5 метров. На
поверхности дамбы находится грунтовая дорога шириной 2,5метра. С
55
одной стороны (восточной) дамба укрепленна железобетонными
армированными ребристыми плитами размером 3,0 × 1,5 и 2,0 × 2,0
уложенных плашмя на откос дамбы, которая имеет уклон 600 . Швы
между плитами залиты бетоном. С другой западной стороны дамба
отсыпана и утрамбованна грунтом с высотой уклона призмы 10
метров.
Следующая часть дамбы имеет протяженность 860 метров
высотой 4 метра, шириной 7,2 метра, на поверхности дамбы
находится грунтовая дорога. С южной стороны откос дамбы отсыпан
крупным щебнем, фракции 50 - 70 мм., и имеет уклон 600 . Северная
сторона, высота по откосу 12 метров дамбы отсыпана и утрамбована
грунтом с уклоном 800 .
Далее дамба, огибая накопитель Былкылдак на северовосточной стороне, имеет протяженность 828 м. Она также выполнена
из насыпного грунта, имеет высоту 4 метра по откосу 10,5 метров,
ширину 7,5 м. На поверхности дамбы находится грунтовая дорога. С
южной стороны дамба укреплена железобетонными армированными
ребристыми плитами, размерами 3,0 × 1,5 и 2,0 × 2,0, уложенными
плашмя на откос дамбы которая имеет уклон 600 . Швы между
плитами залиты бетоном марки 400. С другой стороны северной
дамба отсыпана и утрамбована грунтом и имеет уклон 800.
С восточной стороны призмовидная дамба шириной 12 м имеет
длину 450 м, она отсыпана и уплотнена грунтом (глина) и имеет
откос 600 при высоте 2,5м. С другой стороны (западной) дамба
укреплена крупными плитами железобетонными изделиями
сваленными хаотично по всей восточной стороне дамбы, что
затрудняет промывку дамбы водой, местами она пропускает воду.
На вершине призмы находится грунтовая автомобильная дорога
2,5 м. На момент обследования дамбы огибающей западную и северозападную часть накопителя Былкылдак протяженностью 896 м. и 828
м. с восточной и южной стороны железобетонные изделия до 30%
пришли в негодность, требуют ремонта, поверхности плит имеют
трещины, сколы, местами бетон раскрошился, местами остался только
арматурный каркас, арматура которого находится в заржавленном
состоянии, плиты местами сдвинуты с места. В некоторых местах под
железобетоном имеются промоины. Между плитами бетон имеет
трещины, местами раскрошился, порос травой - которая разрушает
железобетонные изделия дамбы пруда накопителя. С западной и
северной стороны дамба местами имеет вымоины на откосах,
размерами 1,5 × 1,8 м. обрушения, автодорога имеет колею 0,2 - 0, 3м
56
также с восточной стороны происходит оседание призмы
ограждающей дамбы накопителя Былкылдак.
С южной стороны накопитель Былкылдак вообще не имеет
ограждающей конструкции, что позволяет воде беспрепятственно
разливаться в южном направлении, заливая и заболачивая всю южную
часть между озером накопителем отходов Былкылдак и химзаводом г.
Павлодара.
До 1975 г. он принимал сточные воды всей Северной промзоны
г. Павлодара (ПХЗ, тракторного, картонно-рубероидного и
нефтеперерабатывающего заводов и ТЭЦ 2), однако затем был
передан на баланс ПХЗ, и кроме его сточных вод принимал только
дренажные воды объединенного золоотвала ТЭЦ 2 и ТЭЦ 3. Этот
золоотвал до настоящего времени также является основным
источником питания накопителя Былкылдак подземными водами.
В настоящий момент ведется комплексное исследование
экосистемы оз. Былкылдак, в частности одной из главных задач
является выявление биоиндикаторных свойств серебряного карася
(Carassius auratus gibelio), обитающего в условиях ртутного
загрязнения. Это, широко распространенный в водоемах Казахстана
вид, обладает устойчивостью к неблагоприятным условиям среды и
является перспективным объектом для оценки воздействия
токсических веществ на водные экосистемы. Уже на начальном этапе
исследований были зафиксированы интенсивно выраженные
фенотипические изменения у особей этого вида, при содержании
ртути в мышечной ткани до 0,94 мг/кг.
В связи с этим, проводилось исследование биологических и
морфологических показателей серебряного карася в связи с ртутным
загрязнением оз. Былкылдак. В результате проводимых исследований
отмечалось снижение темпа роста и его вариабельности у
старшевозрастных рыб, снижение коэффициента упитанности,
снижение индекса высоты тела, увеличение прогонистости. В массе
отмечалась мозаичность чешуи, ее «ерошение», поражение кожных
покровов, появление на теле язв. Ярко выражены уродства костного
скелета, особенно головы. Наблюдалось значительное удлинение или
укорочение одной из костей челюсти, в связи, с чем форма рта
приобретает положение нижнего или верхнего.
Количество рыб с мопсовидным ртом – рисунок 7 - составляет в
озере Былкылдак 36%, причем преобладают рыбы длиной 10 − 14 см.
Среди молодых рыб, длиной тела до 10 см, особей с аномалиями
челюстных костей не отмечено. У многих особей карася изменен
общий облик плавников, наблюдаются согнутые и изломанные лучи, в
57
массе присутствует наличие неровного края
особенно это характерно для спинного плавника.
(«оплавления»),
Рисунок 7 - Карась серебряный (Carassius auratus gibelio)
обитающий в озере Былкылдак
Таким образом, визуально выявляемые аномалии в строении карася
позволяют рассматривать их как надежный инструмент для
оперативного экологического мониторинга водных экосистем в
условиях
антропического
пресса.
Результаты
проводимых
исследований проходят производственную проверку при проведении
НИР «Последемеркуризационное управление ртутным загрязнением
на территории бывшего ПО «Химпром», а также оценке риска для
окружающей среды от загрязнения подземных вод и прилегающих
водоемов северной промышленной зоны г. Павлодара»
3.2 Шламонакопители
В 1976 г. были построены специальные опытно-промышленные
пруды-испарители, рассчитанные на прием 200 м3/сут. или 73000
м3/год ртутьсодержащих стоков. Спецпруды расположены 1,5 км
севернее 1-й промплощадки ПХЗ на южном берегу накопителя
Былкылдак – рисунок 8.
58
Вверху – фотография ртутного шлама в одном из прудовнакопителей
Рисунок 8 – Пруды-накопители на берегу оз. Былкылдак,
показано их положение относительно озера – отстойника и 1площадки
Они состояли из 3-х секций размером 344х200 м, с высотой
дамб – 3 м, расчетной глубиной воды в секциях – 2 м, емкостью
115000 м3 каждая и суммарной площадью водного зеркала 18,3 га.
Дно испарителей представляло собой укатанный грунт, выстланный
специальным двухслойным экраном. Экран состоял из двух слоев
стабилизированной полиэтиленовой пленки толщиной 0,2 мм и трех
защитных песчаных слоев, суммарной мощностью 1 м.
Две секции спецпрудов должны были быть использованы как
рабочие, одна – как аварийная. Однако в процессе эксплуатации в
качестве пруда-испарителя, в основном, использовали крайнюю
восточную секцию, центральную секцию использовали как
аварийную, в то время как крайнюю западную секцию - как полигон
59
для захоронения твердых ртутьсодержащих отходов (главным
образом, шламов отделения очистки анолита и графита).
После завершения строительства спецпрудов и реконструкции
системы ртутной канализации несанкционированный сброс
ртутьсодержащих сточных вод хлор-щелочного производства в
общезаводскую канализацию ПХЗ, идущую в накопитель сточных вод
– озеро Былкылдак, стал технологически невозможен. Связь
канализации цеха №3 с общезаводской канализацией была разорвана.
К спецпрудам по поверхности земли была проложена специальная
канализация для ртутьсодержащих стоков, представляющая собой
титановую трубу.
3.3 Общие потери ртути Павлодарским химпромом
Регламентная загрузка металлической ртути на один
электролизер составляла 2750 кг, т.е. всего в электролизерах
находилось 220 т ртути. С 1975 г. по 1989 г., за 14 лет производства
было выпущено 685 525 т каустической соды и израсходовано
1089,356 т ртути – таблица 2.
Таблица 2 - Объёмы производства каустической соды и фактический
расход ртути на ПО «Химпром» г. Павлодар
Год
Выпуск 100%
Удельный расход
Расход ртути
NaOH, т/год
ртути кг/т NaOH
всего за год, т
1975
17775
1,29
22,930
1976
9575
2,09
20,011
1977
28285
5,05
142,839
1978
36600
1,4
51,240
1979
43082
2,6
112,013
1980
42363
1,86
78,795
1981
59338
1,504
89,334
1982
48935
1,296
63,420
1983
55510
1,485
82,432
1984
66600
1,3
86,580
1985
57464
1,743
100,160
1986
38234
2,6
99,408
1987
57954
0,838
48,565
1988
61060
0,74
45,184
1989
62750
0,74
46,435
Всего, т
685525
Среднее 1,589
1089,356
60
Фактический удельный расход ртути составлял 1,589 кг/т, в то
время
как
"научно-обоснованная
норма"
регламентировала
потребление ртути на уровне 0,3 кг/т, "технически обоснованная
норма" - 0,5 кг/т, а "плановая" - 0,76 кг/т. Баланс основных
технологических потерь ртути выглядел следующим образом: до 0,8%
потерь приходилось на шламы, накапливаемые и перерабатываемые
на производстве, до 1,9% - на вентвыбросы, до 2,6% - на шламы,
направляемые на переработку на ртутный комбинат, до 3,9% - на
выбросы в атмосферу с водородом, до 11,8% - на сточные воды и
твердые шламы, транспортируемые на спецпруды для твердых и
жидких ртутных отходов, до 83,7% - на неучтенные потери.
Последние были обусловлены проливами, утечками металлической
ртути и неполнотой ее сбора при эксплуатации и ремонте
электролизеров.
В 1990-1993 гг. было выпущено еще около 200000 т
каустической соды и израсходовано 175 т ртути. Всего в виде шламов
на ртутный комбинат было отправлено на переработку не более 2,6%
израсходованной ртути, т.е. около 33 т. После остановки производства
хлора и демонтажа оборудования и здания электролизного цеха
(корпуса 31) было слито, собрано, термически извлечено и отправлено
на ртутный комбинат 140 т металлической ртути. Таким образом,
общие потери ртути за все время существования хлор-щелочного
производства бывшего ПО "Химпром" г. Павлодар могут быть
оценены в 1310 т, из которых приблизительно 1100 т, составляли
неучтенные механические потери, депонированные в бетонном
основании здания, а также грунтах под корпусом 31 и в
непосредственной близости вокруг него. Нужно отметить, что
величины учета потерь, если он велся, недоступны, поэтому данные
о потерях ртути на ПХЗ, взятые из различных источников,
приблизительны и различаются в значительной степени.
3.4 Закрытие электролизного производства ПХЗ
Агрессивная производственная среда способствовала быстрому
износу оборудования хлор-щелочного производства. Цех электролиза
ПХЗ имел более высокую аварийность, чем аналогичные
предприятия, так как при перепроизводстве хлора и заполнении им
всех существующих емкостей электролизеры отключались от тока или
переводились на пониженную токовую нагрузку. Это неблагоприятно
сказывалось на их техническом состоянии.
В 1986 г. цех №3 ПХЗ прошел плановый капитальный ремонт, а
в 1988 г. в СССР была принята программа перевода технологий
61
электролизных заводов с ртутного метода на мембранный и с 1990 г.
на ПХЗ рядом с корпусом 34 началось строительство нового
электролизного корпуса для мембранных электролизеров, который
должен был заменить корпус 31. Основная инфраструктура цеха №3
должна была быть сохранена. Строительство нового корпуса явилось
причиной значительного сокращения средств, отпускаемых на
текущий ремонт и реконструкцию корпуса 31.
Неудовлетворительное техническое состояние хлор-щелочного
производства привело к выходу Постановления Главного санитарного
врача СССР № 89-35 от 12.07.89 "О запрещении производства хлора и
каустической соды на Павлодарском ПО "Химпром". Тем не менее, с
небольшими перерывами это производство продолжалось еще
несколько лет. Цех №3 был окончательно остановлен уже после
распада СССР в августе 1993 г., когда из-за коррозии началось
разрушение кровли корпуса 31 и падение отдельных элементов
строительных конструкций в зал электролиза.
В январе 1994 г. вышло Постановление № 7 Кабинета
Министров Республики Казахстан "О мерах по улучшению
экологической
и
санитарно-гигиенической
обстановки
в
Павлодарском
промышленном
регионе
(Производственное
объединение "Химпром")", которое не оставляло никаких надежд на
возрождение производства хлора по ртутному методу, так как давало
разрешение на "реализацию высвобождающегося оборудования, а
также материалов, не находящих применения на предприятии".
Демонтаж был осуществлен в 1994-1995 гг.
3.5 Состояние окружающей среды в период закрытия
производства
Антропоцентрический подход к природе, существующий в
обществе и в настоящее время, обуславливает оценку состояния
ландшафтов в основном в санитарно-гигиеническом аспекте. Это
означает, что единственной ценностью признается здоровье человека
или, что бывает значительно чаще, экономические возможности
компонентов экосистем.
3.5.1 Природные условия Павлодарской области
Природные условия Павлодарской области рассмотрены кратко,
с точки зрения возможности перемещения ртути в элементах геосфер.
Известно, что ртуть существует как в виде металлического состояния,
так и в виде неорганических и органических соединений.
Особенности их миграции в окружающей среде, в действии на живые
организмы, в величине ПДК существенно различаются, что требует
62
анализа поведения соединений ртути в различных условиях и их
превращений при определении степени влияния на здоровье
населения и качества среды, в которую произошло поступление
элемента.
3.5.2 Географическое положение
По географическому положению область простирается более
чем на 450 км с запада на восток (от 73030´ до 800 в.д.) и свыше 500 км
с юга на север (от 50 до 54030´ с.ш.). Благодаря значительной
протяженности в меридиональном и широтном направлениях, а также
вследствие различной геологической истории развития поверхности и
существенного колебания абсолютных высот.
3.5.3 Климат
Павлодарская область, располагаясь в центре
Азиатского
материка, открыта влиянию воздушных масс из
арктических,
умеренных и южных широт. Под влиянием этих воздушных масс
здесь формируется тип континентального климата, для которого
свойственны засушливость весенне-летнего периода, высокие летние
и низкие зимние температуры, недостаточное и неустойчивое по
годам количество атмосферных осадков с летним их максимумом и
значительная ветровая деятельность в течение всего года.
Основная черта климата – резкая
континентальность:
продолжительная и холодная зима (5-5.5 месяца), жаркое и короткое
лето (3 месяца). Среднегодовое количество осадков колеблется от
200 мм (на юге) до 310 (на севере).
Больше всего осадков выпадает в период с 15 июня по 15
августа. Резко выражен максимум осадков в июле по северным
районам области и с 20 июня по 20 июля на остальной территории
региона, однако в отдельные годы он может приходится на май, что
наблюдается один раз в 9-12 лет.
Среднегодовая температура воздуха по всей
области
положительная и закономерно повышается к югу. Так, средняя
годовая температура в умеренно-засушливой подзоне составляет 0.01.00, сухостепной – 1.0-2.00 и пустынно-степной зоне – более 2.50.
Самым теплым месяцем является июль (20-220), самым
холодным – январь (-17-200). При температуре от зимы к весне и от
весны к лету отмечается резкое нарастание температур. Первые
осенние заморозки в большинстве случаев отмечаются в середине и в
конце сентября, а последние весенние – в середине и в конце мая.
Безморозный период продолжается в среднем 110-135 дней – с мая по
сентябрь включительно. Продолжительность периода со средней
температурой выше 100 составляет
135-145 дней при сумме
63
температур за это время 2200-26000, с возрастанием к югу. Эти
данные показывают, что количество тепла и света вполне достаточно
для возделывания основных сельскохозяйственных культур.
Снежный покров появляется в последней декаде октября,
местами в начале ноября. Примерно 10-15 ноября образуется
устойчивый снежный покров, который держится в северных районах
до 5-10 апреля, на юге – до конца марта. Число дней со снежным
покровом – 130-155. В последних числах ноября – первых числах
декабря мощность снежного покрова достигает 10 см, в это время
можно приступать к снегозадержанию. Наибольшую толщину он
имеет в конце февраля – начале марта – 15-25 см, что соответствует
29-36 мм продуктивной влаги, в центральных и южных районах – 1214 см или 18-20 мм влаги.
В зимний период преобладают ветры западного и югозападного направлений. Часто отмечаются ветры со скоростью более
15 м/с вызывающие сильные поземки и метели. Число дней с
метелями может достигать за зиму 30-35, а в отдельные годы – до 5060. Как правило, метели бывают сильными и затяжного характера –
до 3-5 дней подряд.
Весна характеризуется наибольшими в году скоростями ветра
(около 5 м/с), иссушающими почву. Самые ветреные месяцы – март,
апрель, май, иногда июнь. На рисунках 9 – 13 показана роза ветров
относительно 1 площадки ПХЗ в отдельные месяцы и среднегодовые
величины. Роза ветров нанесена на схему расположения площадки –
источника выбросов ртути, что позволяет сделать предположение о
возможных преимущественных районах загрязнения ртутью,
особенно, при наличии статистики выбросов по месяцам.
Среднемесячное число дней с сильными ветрами, более 15 м/с
за год составляет 35 дней. Сочетание сухого воздуха с большими
скоростями ветра и малым количеством осадков вызывает сильное
иссушение верхнего слоя почвы, возникают пыльные и песчаные
бури, которые особенно опасны в мае. Часто они возникают при
ветрах юго-западного, западного, северо-западного
направлений
(66%). В апреле резко преобладают ветры юго-западного и западного
направлений, в мае несколько снижается значение юго-западного за
счет возрастания северо-западного, а в июне примерно выравнивается
значение ветров западных направлений.
64
Рисунок 9 – Роза ветров в январе в районе расположения ПХЗ
Рисунок 10 – Роза ветров в апреле в районе расположения
ПХЗ
65
Рисунок 11 – Роза ветров в июле в районе расположения ПХЗ
Рисунок 12 – Роза ветров в октябре в районе расположения
ПХЗ
66
Рисунок 13 –
расположения ПХЗ
Среднегодовая роза ветров в районе
3.5.4 Рельеф
Поверхность области по своему происхождению и строению
подразделяется на две ясно выраженные части: северо-восточную и
юго-западную. Северо-восточная часть – это типичная равнина с
глубокими и многочисленными озерными котловинами, пологими
холмами и гривами. Рельеф местности не препятствует
распространению загрязнений атмосферы. Рельеф Павлодарской
области, как и любой территории, формировался в результате
длительного взаимодействия внутренних и внешних сил Земли.
Большая часть территории области находится в пределах южной
части Западно-Сибирской равнины, имеющей слабый уклон на
северо-востоке и местный уклон к долине реки Иртыш. На югозападе на территорию области заходит северная часть Казахского
мелкосопочника. Внутри этих крупных форм рельефа можно выделить
более мелкие провинции. На территории Западно-Сибирской
равнины, где расположена Павлодарская область, выделяют четыре
провинции: Прииртышскую, Кулундинскую, Барабинскую и
Иртышскую.
Прииртышская
сухостепная
провинция
обширная
плосковолнистая равнина на юго-востоке Западно-Сибирской
низменности, пересекаемая долиной р. Иртыш. Абсолютная высота 110 67
120 м. Сложена кайнозойскими осадочными породами (неогеновыми
глинами), развитыми в пределах Прииртышской синеклизы. С
поверхности равнины сложены песчаными и песчано-гравийными
аллювиальными отложениями, принадлежащими четырем надпойменным
террасам р. Иртыш.
Кулундинская сухостепная провинция - располагается на стыке
южной окраины Западно-Сибирской низменности и западных подножий
Алтая (130 - 120м над уровнем моря). Слабоволнистые равнины сложены
глинистыми породами мезо-кайнозоя, перекрытыми четвертичными
аллювиальными песками и галечником.
Барабинская степная провинция - занимает правобережье р. Иртыш
на
юго-восточной
окраине
Западно-Сибирской
низменности.
Характеризуется глубоким залеганием палеозойского складчатого
фундамента, перекрытого мощной (до 2500 м) толщей глинисто песчаных пород кайнозойского возраста. Преобладают плосковолнистые
равнины с неглубокими озерными котловинами и эрозионными
ложбинами, чередующимися с песчаными гривами (относительная высота
5-8 м). Характеризуется незначительными уклонами в западном
направлении к долине р. Иртыш.
Иртышская степная провинция - расположена в междуречье Ишима
и Иртыша на юге Западно-Сибирской низменности. Плоские равнины
(140 - 200 м над уровнем моря) сложены мезо-кайнозойскими осадочными
породами (мощность 800 – 1000 м). Повсеместно распространены озёрнодефляционные котловины.
По геоморфологическим признакам изучаемая территория
(ПХЗ) расположена в пределах плоской озерно-аллювиальной
Кулундинской равнины, Западно-Сибирской низменности и
характеризуется преобладанием озерной, и речной аккумуляции
протекавшей на фоне неотектонических относительных опусканий.
Геоморфологическая область делится на две части: Северную и
Южную. Северная часть, известная под названием Барабинской
низменности, расположена на абсолютных отметках 110 - 120 м;
геологический разрез территории представлен плиоценовыми (до 50
м), нижнечетвертичными и среднечетвертичными (до 70 м)
отложениями. Современные процессы в пределах этой части области
представлены аккумуляцией и суффозией.
Южная часть представленная Кулундинской впадиной является
крупным понижением, частично занятым озерными ваннами,
тектонического происхождения. С поверхности впадина сложена
покровными песчаными отложениями, частично перевиваемыми.
68
Абсолютные отметки южной части варьируют от 120 до 140 м, а
уровень озер понижается до 79 м.
Поверхность области постоянно, хотя и очень медленно,
изменяется в результате взаимодействия внутренних и внешних сил,
хозяйственной деятельности человека (открытая разработка
полезных ископаемых, распашка, различные строительные работы).
Поэтому, как и любой другой компонент природы, рельеф требует к
себе бережного отношения, так как резкие, быстрые во времени
изменения элементов ландшафта приводят к его изменению и
нарушениям, захватывающим, зачастую, значительные территории.
3.5.5 Растительный покров
Одним из главнейших индикаторов физико-географических
условий является растительность, которая разнообразна по характеру
структурно-динамических особенностей на территории Павлодарской
области. Естественная травянистая растительность расположена в
двух зонах – степной и полупустынной. Степная зона объединяет
подзоны
умеренно засушливых
богато разнообразных
красноковыльных степей на южных
черноземах, засушливых
разнотравно-ковыльных и ковыльно-типчаковых степей на темнокаштановых
почвах, сухих
типчаково-ковыльных
степей на
каштановых почвах.
Подзона сухих типчаково-ковыльных степей занимает
центральную часть области с каштановыми почвами. Значительное
распространение здесь получили ксерофиты – ковыль волосатый,
типчак, овсец пустынный, карагана, на сильно-эродированных
супесчаных и песчаных почвах - тмин песчаный, волоснец
гигантский, ковыль песчаный, эбелек и др. При дефиците влаги,
продолжительных засухах с высокими температурами воздуха в
период вегетации
разнотравье почти полностью выпадает из
травостоя.
Пойменные леса распространены на всем протяжении реки
Иртыш на первой и второй террасах поймы и на островах. Здесь
преобладают тополь черный (осокорь) и белый, ива белая. Из
деревьев третьей величины и кустарников – калина, черемуха,
крушина, различные ивы, шиповник и лох узколистный.
3.5.6 Водные ресурсы
Водные ресурсы по территории области распределены
неравномерно.
Наиболее
крупными
поверхностными
водоисточниками являются р. Иртыш со среднегодовым многолетним
расходом 800-900 м3 /сек.
69
Территория области характеризуется обилием озер. По своим
размерам, глубине, составу солей, также по происхождению они
весьма разнообразны. Большинство озер области находится в
замкнутых бессточных котловинах. Многие озера располагаются
здесь в древних ложбинах стока.
Размеры озерных котловин на территории области изменяются в
широких пределах – от мелких водоемов с площадью в 10-20 га до
громадных озер, площадь которых превышает 100-200 км2 .
Глубина озер, как правило, незначительна и редко достигает 1 –
1.5 м. В большинстве случаев они имеют глубину 40-50 см. Многие
озера летом высыхают, превращаясь в соры и солончаки. Чаще всего
это
небольшие
озера,
питание
которых
осуществляется
исключительно за счет талых вод. Более крупные по площади и
глубоковрезанные озера, питающиеся как атмосферными, так и
грунтовыми водами, длительное время сохраняют на поверхности
соленую воду.
Подытоживая природно-климатические характеристики области
в районе расположения ПХЗ, можно сделать вывод, что это
территория с высокой ветровой активностью, благодаря которой пары
ртути, попавшие в атмосферу могут перемещаться на большие
расстояния. Почвы легкого механического состава подвержены
ветровому переносу, что способствует достаточно
свободному
переносу
соединений
ртути,
выпавших
на
поверхность.
Незначительное количество гумуса в почве не способствует созданию
прочных комплексов ртути в почве.
Наличие большого количества водоемов с небольшой глубиной
и пересыхающих летом может способствовать биотическому
превращению ртути в органическую форму с последующим ветровым
переносом. На фотографии (рисунок 14) показана пылевая буря в
районе химзавода.
3.6 Природные уровни ртути в ландшафтах
Важным свойством ландшафтов является их устойчивость, то
есть способность противостоять внешнему воздействию, без
изменения ресурсных и средоформирующих функций и свойств.
Степень устойчивости ландшафтов зависит от взаимодействия
природных компонентов в пределах ландшафтов, каждый из которых
представляет собой специфическую экологическую среду, в рамках
которой осуществляется антропогенез. Даже в пределах одного
ландшафта геохимические свойства могут существенно изменяться,
70
что обуславливает различие растительного покрова и животных,
обитающих в данном ландшафте.
Рисунок 14 – Пылевая буря в районе водоема близ ПХЗ
В атмосфере Земли содержится 200-250 т ртути примерно в
равных количествах в виде паров и в аэрозольном состоянии. Время
нахождения ртутных паров в атмосфере колеблется от 0,4 до 3 лет. В
слабозагрязненном воздухе концентрация ртути составляет 0,8-1,2
нг/м3, в районах крупных ртутных месторождений - до 240 нг/м3, в
районах газовых месторождений - до 70000 нг/м3, в то время как
среднее содержание ее в атмосфере 0,5-2,0 нг/м3.
При ПДК для поверхностных вод 0,0005 мг/л концентрации
растворенной ртути в природных водах варьируют от нанограммов до
микрограммов в литре (для незагрязненных водных экосистем менее 1
мкг/л). При этом в хорошо аэрируемых водах, для которых
окислительно-восстановительный
потенциал
среды
Е(h)>0,5,
преобладает двухвалентная ртуть (в виде Нg(+2) или CH3Hg+), а при
восстановительных
условиях
Hg(0).
При
интенсивном
взаимодействии ртути с твердыми взвешенными частицами размером
менее 0,45 мкм доля связанной ртути в 10 тыс. раз больше, чем
растворенной. В донных отложениях ртуть практически полностью
связана с фракцией частиц диаметром менее 20 мкм. Среднее фоновое
содержание растворенной ртути в реках и озерах составляет 0,09 мкг/л
и взвешенной ртути - 0,23 мкг/л.
Ртуть в почвенном покрове распределяется неоднородно, ее
концентрация зависит от уровня содержания ртути в почво71
образующих породах и колеблется в пределах 0,005-1,275 мг/кг
(Сибирь), 0,005-0,46 мг/кг (США). Распределение ртути по профилю
зависит от свойств почв - гранулометрического, количественного и
качественного состава органического вещества, рН среды, содержания
карбонатов. Высокие концентрации ртути наблюдаются в почвах на
территории вблизи ртутных месторождений, особенно находящихся
над рудными телами. В почвах ртутных ореолов рассеяния
содержание ртути в 2-3 раза выше фоновых значений.
Большое влияние на закрепление ртути в почве оказывают
органические вещества. В одном и том же элементарном ландшафте
ртуть в большей степени аккумулируется в обогащенных органикой
участках. Вниз по разрезу доля ртути, переходящей в солянокислую
вытяжку, увеличивается с уменьшением количества гумуса. Таким
образом, процессы перераспределения ртути в малом цикле почва растение
усиливают
депонирующую
роль
почвы
и
ее
информативность для выявления загрязнения окружающей среды.
Влияние гуминовой кислоты (ГК) на загрязнение красной и
аллювиальной почв изучены в Китае. При этом выявлено, что в
аллювиальной почве при содержании ГК >0,2 г/кг в растениях не
обнаружена усвоенная ртуть (предел определения <2,5 мкг/кг), хотя
количество вносимой в почву ртути составило 8 мкг/кг. Количество
усваиваемой ртути уменьшается с увеличением содержания ГК в
красной почве. В исследованных почвах установлена значительная
положительная корреляционная связь между содержанием ГК и Hgорганической (коэффициент корреляции для красной почвы - 0,974,
для аллювиальной - 0,979), что объясняется образованием
металлоорганических соединений. Увеличение содержания ГК в
почве снижает количество Hg, усваиваемой растениями, именно из-за
связывания последней в органический комплекс; это также
значительно снижает масштаб выноса Hg из почвы. Эта
закономерность особенно четко проявляется в аллювиальной почве с
более низким содержанием глинистой фракции. Использование ГК в
качестве вещества, контролирующего перенос Hg в сильно
загрязненных почвах, предотвращает ее попадание в пищевую цепь.
Деятельность микробов может преобразовать металлоорганический
комплекс Hg(II) в Hg(0) с последующей миграцией ртути в атмосферу
путем испарения. Определение формы содержания тяжелых металлов
в почве дает возможность прогнозировать их поведение и разработать
методики для очистки загрязненных почв.
По валовому количеству ртути в почве нельзя судить о степени
ее поглощения растениями, поскольку доступность элемента зависит
72
от многих параметров, среди которых рН, количество органического
вещества и карбонатов в почве. Растения чаще всего содержат ртуть в
меньших количествах, чем почвы, но в процессе минерализации
растительных остатков возможно накопление ртути в верхних
горизонтах. Величина отношения корни/надземная часть обычно
меньше 1. Тонкие корни в большей степени, чем крупные,
накапливают ртуть и играют роль барьера. В дерновом горизонте почв
наблюдается отчетливое увеличение содержания ртути в надземных и
корневых органах растений (0,018-3,0 мг/кг) по мере повышения ее
концентрации в почве. Минимальное содержание Hg (0,01-0,02 мг/кг)
накапливается в растениях, произрастающих на почвах с низкими
концентрациями ртути (до 0,10 мг/кг). Исследования миграции ртути
в системе атмосфера - растение - почва в Байкальском регионе
показали, что ртуть, поступающая из атмосферы в виде паров,
сорбируется хвоей и прочно удерживается ею.
3.7 Антропогенные источники поступления ртути в
окружающую среду
Содержание ртути в воздухе вокруг предприятий, производящих
или потребляющих ртуть, на расстоянии до 2 км может превышать
ПДК в 4-5 и более раз. В радиусе 5 км от организованного источника
выпадает не более 6-10 % валового выброса ртути, около 60 %
переносится на расстояние до 100 км.
Одним из основных источников загрязнения атмосферы ртутью
является сжигание различных отходов. В продуктах горения угля
около 20-50 % находится в виде элементарной ртути (Hg(0)), а около
50-80 % - Hg(+2) (в виде HgCl2). При сжигании других видов отходов
соотношение форм Hg(0) и Hg(+2) составляет 10-20 и 75-86 %
соответственно. Распределение ртути между этими двумя формами в
газовых выбросах зависит от концентраций взвешенного C, HCl и
других загрязняющих веществ.
Величина и характер выбросов ртути из источников горения
определяются как формами ее существования в газовом потоке, так и
механизмом контроля выбросов, т.е. применяемыми очистными
фильтрами и системами поглощения. Hg(+2) хорошо растворима в
воде и поэтому может удаляться из загрязненной выбросами
атмосферы при сухом или мокром осаждении вблизи источника
загрязнения. Сочетание высокого давления пара и низкой
растворимости в воде способствует переносу Hg в атмосфере на
дальние расстояния. Фоновое содержание ртути в атмосфере
обусловлено в основном присутствием Hg(0). Она удаляется из
73
атмосферы при сухом выпадении на земную поверхность и мокрым
осаждением после окисления Hg(0) и ее перевода в водорастворимую
Hg(+2).
Основной путь попадания ртути в водные экосистемы - сбросы
сточных вод в виде гомогенных и коллоидных растворов и взвесей.
Количество антропогенной ртути, поступающей в поверхностные
водные экосистемы, составляет 57 тыс. т, что в 10 раз превышает
поступление из природных источников.
Закономерностей в распределении Hg по площади не
установлено. Содержание взвешенной ртути зависит от содержания
взвешенного вещества. Оно обычно минимально ранней весной,
несколько повышается летом, падает осенью и повышается в периоды
зимних штормов. Основными источниками поступления ртути
являются: региональный принос в виде мокрых и сухих осадков,
поступление из городских районов, принос реками, незначительная
доля приходится на подземные воды.
По санитарным нормам РФ содержание соединений ртути в
растениях (картофель, овощи, зерновые) лимитируется на уровне 0,020,03 мг/кг. Ртуть на организменном, клеточном, субклеточном,
ферментном и молекулярном уровнях вызывает различные
негативные экотоксикологические эффекты - ингибирование
клеточного дыхания, понижение ферментной активности и др.
Концентрация ртути в листьях и ризомах водорослей Thalassia
testudinum из различных пунктов вблизи побережья Венесуэлы
колеблется в пределах 3-6 и 8-15 ч/млн соответственно при ее
концентрации в донных отложениях 6-9 ч/млн. На участках с
повышенным общим уровнем антропогенного загрязнения морской
среды концентрация ртути в донном грунте достигала 26-37, а в
листьях и ризомах водорослей соответственно 16-30 и 21-47 ч/млн. Из
этого следует, что ризомы водорослей способны накапливать ртуть из
загрязненного ею донного грунта и могут служить ее источником для
многих эпифитных организмов.
Ртуть в концентрациях более 557 мг/кг обнаружена в корнях и
побегах водных и наземных растений в зоне расположения завода по
производству поташа. Отмечена корреляция содержания в растениях с
концентрациями ртути в почве и воде.
74
3.8 Снижение ртутной нагрузки на экосистемы в зоне
антропогенных загрязнений
3.8.1 Опыт демеркуризации ртутных загрязнений в СССР
В 1981 г. на реконструкцию было остановлено хлор-щелочное
производсто ПО «Химпром» в г.Сумгаит, Республики Азербайджан.
Цех также был оборудован ртутными электролизерами СДМ 50, с
общей мощностью 80 тыс. т каустика в год и отработал 25 лет. Новый
электролизный корпус был построен в 15 м от старого и имел ту же
общую мощность, хотя и был оборудован новыми более
производительными ртутными электролизерами СДМ 100. Это
позволило сохранить всю старую инфраструктуру хлор-щелочного
производства.
Специальных мероприятий по демеркуризации не проводилось.
Ртуть из электролизеров и другого оборудования была слита и
использована в новом производстве. Проводилась механическое
очищение металлоконструкций оборудования от ртути, промывкой их
водой и направлением на переплавку на металлургический завод.
Бетонные конструкции корпуса электролиза были разобраны в
течение года и использованы населением для частного строительства.
Богатый ртутный шлам и строительный мусор с большим
содержанием ртути был отправлен на Никитовский ртутный комбинат
на Украину, ртутные отходы с невысоким содержанием ртути
отправлены на полигон ртутных отходов. Полы бетонного основания
электролизного зала некоторое время находились под открытым
небом, и ртуть выпотевала из бетона. Ее периодически собирали
механическим способом. Затем полы были выломаны и вместе с
грунтом на глубину в 2 м удалены на свалку и захоронены. В
настоящее время на месте старого электролизного корпуса остался
котлован, в котором находятся бетонные колонны основания здания.
В 1987-88 гг. было остановлено и демонтировано старое хлорщелочное производство на ПО «Каустик» г. Стерлитамак, Россия,
мощностью 80 тыс. т каустика в год. Новое хлор-щелочное
производство с ртутным катодом имело мощность в 2 раза выше и
было построено за 5-6 лет до остановки старого производства на
значительном расстоянии от него.
СП «Еврохим» г. Киев разработал проект демонтажа
оборудования и демеркуризации производственных корпусов. В
мероприятиях по очистке от ртути, которые были проведены в
течение года, участвовали рабочие остановленного цеха. Было
демонтировано и утилизировано не только оборудование цеха
75
электролизного участка, но и всех вспомогательных технологических
участков хлор-щелочного производства.
Помимо ртути, слитой из электролизеров, дополнительно было
собрано около 140 т ртути. Все ртутные шламы, строительный мусор
и вручную выломанные полы здания электролиза были отправлены на
переработку на Никитовский ртутный комбинат на Украину. Здания
хлор-щелочного производства, были построены на мощной глиняной
линзе, поэтому выемка грунта не проводилась. Конструкции, имевшие
большие габариты, были захоронены в могильнике I-го класса
опасности. Корпуса зданий хлор-щелочного производства, включая
корпус электролиза, были сохранены.
Основные исследования на территории первой площадки
химзавода и территории, к ней прилегающей, проведенные на
начальном этапе демеркуризационных мероприятий приведены в
приложении Г.
3.8.2 Оценка степени ртутного загрязнения в северной
промзоне г. Павлодара
Проводимые исследования загрязнения ртутью в г. Павлодаре
обычно имели небольшие бюджеты и из-за режима секретности не
охватывали
территорию,
непосредственно
прилегающую
к
промплощадке ПХЗ. Эти исследования показали, что площадь
распространения ртутного загрязнения почв в 90-х гг. еще не вышла
за пределы промплощадки ПХЗ, а загрязнение поверхностных вод
было ограничено акваторией накопителя Былкылдак – рисунок 15.
Рисунок 20 - Прибрежный ландшафт озера Былкылдак
76
3.8.3 Исследования, связанные с охраной подземных и
поверхностных вод
По заданию Министерства геологии КазССР с 1981 г. ПГГ
проводила мониторинг загрязнения подземных вод Павлодарской
области, в том числе исследовала ртутное загрязнение поверхностных
и подземных вод в Северной промзоне г. Павлодара. Для этого была
использована сеть из 40 наблюдательных скважин, расположенных
севернее площадки №1 ПХЗ и вокруг накопителя Былкылдак.
В подготовленных отчетах было отмечено, что после 1985 г.
отметка уреза воды в накопителе Былкылдак стабильно находилась на
уровне выше 110 м (в 1988 г. его уровень поднимался до 110,23 м, а в
1994 г. до 110,95 м), что соответствует площади водного зеркала более
25 км2 и объему воды более 80 млн.м3. В начале эксплуатации
накопителя Былкылдак в него поступил большой объем неочищенных
ртутьсодержащих стоков, что привело к депонированию ртути в
донные отложения до максимальной концентрации 1,2 г/кг.
Концентрация ртути в воде накопителя в отдельные периоды
достигала 25 мг/л (50 000 ПДКв). В дальнейшем, после ввода в
эксплуатацию спецпрудов для ртутьсодержащих отходов, содержание
ртути в накопителе Былкылдак снизилось и в 1985-1993 гг. колебалось
на уровне 1-10 мкг/л (2-20 ПДКв).
Однако
залповые
несанкционированные
сбросы
ртутьсодержащих стоков продолжали поступать в накопитель
Былкылдак даже в 90-е гг., так в 1992 г. было отмечено локальное
повышение концентрации ртути до 10 мг/л.
Специальные пруды-испарители, глубиной около 3 м и
состоящие из трех секций (одна из них использовалась для приема
твердых ртутьсодержащих отходов – рисунок 8), расположены в
непосредственной близости от южного берега накопителя Былкылдак
и занимают площадь 18,3 га. Концентрация ртути в воде средней и
крайней восточной секций прудов колебалась от 2,35 до 51,5 мг/л.
Общая масса ртутьсодержащих материалов, находящихся в
спецпрудах составляла в начале 90-х около 270 000 т.
Площадь вокруг накопителя Былкылдак, где подземные воды
загрязнены ртутью свыше ПДКв, постепенно расширялась. Если в
1985 г. ртуть была обнаружена только в скважинах, расположенных в
10-150 м от южной и юго-западной береговой линии и площадь этого
загрязнения составляла 2-3 км2, то уже в 1987 г. она увеличилась до
12-15 км2.
77
Территория
распространения
ртутного
загрязнения,
определяемая по талым снеговым водам, загрязненным свыше ПДКВ,
оценивалась в 255 км2. В качестве наиболее вероятной причины
распространения ртути назывался ветровой разнос снега и льда с
поверхности накопителя Былкылдак и спецпрудов-испарителей, а
также рассеивание ртутьсодержащих вентвыбросов электролизного
производства. Было отмечено заметное уменьшение площади
загрязнения снежного покрова зимой 1992-1993 гг., связанное с
сокращением деятельности хлор-щелочного производства.
3.8.4 Состояние озера Мойылды
Соленое озеро Мойылды, давшее название одноименному
грязевому курорту, расположено в 4 км юго-восточнее накопителя
Былкылдак и заполняет бессточную впадину с пологими (кроме
северного)
слабоизрезанными
заболоченными
берегами,
сливающимися без резко выраженной границы с окружающей
местностью. Оно имеет форму овала, вытянутого на восток на 1640 м
при максимальной ширине – 840 м Площадь его составляет 0, 98 км.2,
глубина – 1-2 метра – рисунок 16, на фотографии, рисунок 17 показан вид курорта Мойылды с оз. Былкылдак.
В гидрогеологическом отношении озеро Мойылды находится на
южной окраине Западно-Сибирского артезианского бассейна и
представляет собой гидравлически связанную систему “грунтовые
воды - пойма”. Оно является старицей реки Иртыш. Природное озеро
Мойылды содержит целебные иловые грязи, соленую хлоридносульфатно-натриево-магниевую рапу и минеральную воду, которые
подаются в грязелечебницу, расположенную на берегу.
До 1967 г. основным источником питания озера являлись талые
снеговые воды, грунтовые воды и атмосферные осадки. Затем его
стали искусственно обводнять из артезианской скважины,
расположенной на северном берегу озера. После начала обводнения
минерализация вод озера снизилась с 300 г/л до 80 г/л.
Было пробурено 16 наблюдательных скважин по 3-м профилям,
перпендикулярным потоку подземных вод с западного направления.
Отбор подземных вод в 1990-1991 гг. производили ежемесячно в
течение года. Анализ воды осуществляли с помощью атомноабсорбционного спектрофотометра методом холодного пара с
пределом обнаружения 500 нг/л. Все пробы подземных вод, а также
пробы воды из озера Мойылды содержали ртуть ниже предела
чувствительности используемого метода определения.
78
Рисунок 16 – Расположение озера Мойылды относительно
ПХЗ (показана 2 площадка) и о. Былкылдак
Рисунок 17 – Вид на курорт Мойылды с оз. Былкылдак
79
3.8.5 Загрязнение ртутью снежного покрова и почвы
Исследование выполнялось Центром охраны здоровья и
Институтом почвоведения в 1990-1992 гг., а также Институтом
почвоведения и НИИ Новых химических технологий и материалов
при Казахском государственном Национальном университете им.
Аль-Фараби (КазГУ) в 1993-1994 гг.
Зимой 1990-1991 гг. изучался снежный покров в жилых
массивах и южной части Северной промзоны г. Павлодара (вокруг
промплощадок радиозавода «Весна» и ПО «Павлодарский тракторный
завод». Превышение ПДКв для ртути в талой воде было обнаружено в
районе дач садоводческого товарищества «Химик». Скорее всего, это
был зафиксирован южный край ртутной аномалии, расположенной
севернее границы исследования. В 1991-1992 гг. район исследования
был расширен до северной границы промплощадки ПХЗ, и кроме 45
проб снеговой воды были отобраны 32 пробы почв на глубину
почвенного покрова (до 50 см).
На дачных участках садоводческих товариществ северного
пригорода Павлодара было взято 96 проб садово-огородной
продукции. Превышение ПДКв для ртути в талой воде было
обнаружено на обширной территории вокруг ПХЗ (южнее ПО
«Павлодарский тракторный завод, западнее озера Мойылды и
восточнее поймы реки Иртыш), однако загрязнение ртутью почв выше
ПДКП зафиксировано не было. Также не было найдено ртутного
загрязнения садово-огородной продукции.
Исследования 1993 г., когда были отобраны 150 проб почв по 28
скважинам на глубину до 2-х м севернее промплощадки ПХЗ на
площади около 1000 км2, не обнаружили загрязнения почв выше 0,5
мг/кг (0,4 ПДКп). Также не было обнаружено загрязнения ртутью 42
проб сельхозпродукции и 26 проб подземных и поверхностных вод,
отобранных на этой площади. Исключение составляла проба воды из
накопителя Былкылдак, показавшая концентрацию ртути в воде 0,1
мкг/л (2 ПДКв).
Проведенные полевые исследования показали, что ежегодное
загрязнение ртутью снежного покрова от атмосферных выпадений не
привело в начале 90-х гг. к заметному загрязнению ртутью почв на
территории вокруг ПХЗ, что, скорее всего, было связано с
непродолжительностью существования этого пути распространения
ртутного загрязнения.
Исследование ртутного загрязнения почв и поверхностных вод
по проекту ИНТАС в 97-99 гг. приведены в приложении Д. При
изучении трех сред, содержащих ртуть, сделан вывод, что основным
80
фактором,
обеспечивающим
перераспределение
ртути
на
значительные расстояния являются подземные воды. Чтобы оценить
возможные потоки ртути было проведено моделирование подземных
потоков, с учетом естественных и антропогенных условий,
способствующих протеканию этих процессов – приложение Е.
3.9 Выводы и рекомендации по проекту «Toxicmanagement»
3.9.1 Ртутное загрязнение подземных вод, используемых для
питьевого водоснабжения
В северном и северо-восточном пригородах Павлодара во всех
скважинах, используемых для питьевого водоснабжения, уровни
содержания ртути значительно ниже допустимого. Эта территория
включает в себя с. Павлодарское. Водоснабжение, использующее
подземные воды в этом районе, можно рассматривать как безопасное
с точки зрения ртутного загрязнения.
Содержание ртути в воде и рыбе реки Иртыш и ее пойменных
озер значительно ниже предельно допустимых концентраций.
3.9.2 Уровни ртутного загрязнения в районе бывшего цеха
электролиза
Необходимо в ближайшее время завершить работы,
предусмотренные проектом демеркуризации СП Еврохим и связанные
с изоляцией главного очага загрязнения от окружающей среды.
Корпус 31 должен быть разобран, и его строительные конструкции
помещены в могильник, также должно быть завершено строительство
бентонитовой противофильтрационной завесы по типу "стена в
грунте", достигающей регионального водоупора.
Если противофильтрационная завеса будет функционировать,
как запланировано, и остановит дальнейшее горизонтальное
распространение растворимых солей ртути с подземными водами, то
нет необходимости извлекать и перерабатывать бетонное основание
зала электролиза корпуса 31, а также грунт, расположенный под ним.
Термическую переработку сильно загрязненных ртутью
строительных материалов будет возможно отложить на будущее,
когда поднимутся цены на ртуть и ее извлечение станет экономически
оправданным. Однако в этом случае будет необходимо изолировать
объем, ограниченный "стеной в грунте", так, чтобы он был герметичен
для атмосферных осадков и паров ртути, что остановит загрязнение
атмосферы. Это потребует в дополнение к работам, предусмотренным
проектом демеркуризации СП Еврохим, строительства специально
81
сконструированного покрытия, которое также должно остановить
капиллярный подъем.
3.9.3 Загрязненные ртутью почвы вокруг производства
хлора и каустика
Загрязненная выше санитарных норм почва, находящаяся за
периметром противофильтрационной завесы, должна быть извлечена
и помещена в специально спроектированный и изолированный от
действия подземной и атмосферной воды могильник.
3.9.4 Загрязнение ртутью атмосферного воздуха
При проведении демеркуризационных работ следует проводить
пылеподавляющие мероприятия, использовать более эффективное
временное покрытие загрязненной ртутью почвы и бетонного
основания зала электролиза корпуса 31, а также прекратить
использование существующей установки термической переработки
ртутьсодержащих строительных материалов.
3.9.5 Распространение шлейфа загрязненных ртутью
подземных вод
Без
значительного
дополнительного
вмешательства,
неблагоприятно изменяющего гидрогеологические условия в
Северной промышленной зоне г. Павлодара, шлейф загрязненных
ртутью подземных вод не представляет угрозы реке Иртыш и с.
Павлодарское. Если первичный источник ртутного загрязнения,
находящийся под корпусом 31, будет изолирован, то даже при
неблагоприятных изменениях гидрогеологических условий ртуть не
сможет достичь реки Иртыш и с. Павлодарское. Выполненная в
дополнение к работам, предусмотренным проектом демеркуризации
СП Еврохим, изоляция с помощью противофильтрационной завесы по
типу "стены в грунте" вторичного источника загрязнения - 6-й
насосной станции остановит дальнейшее локальное загрязнение
ртутью подземных вод.
3.9.6 Спецпруды для ртутных отходов
Необходимо в дополнение к работам, предусмотренным
проектом демеркуризации СП Еврохим, изолировать спецпруды для
ртутных отходов с помощью бентонитовой противофильтрационной
завесы по типу "стены в грунте", доходящей до регионального
водоупора, и специально сконструированного верхнего покрытия,
непроницаемого для ртутных паров и атмосферной воды.
3.9.7 Накопитель сточных вод Былкылдак
Исследованиями, проведенными в этот период, было показано,
что рыба накопителя сточных вод содержит ртуть в концентрациях,
представляющих опасность. Содержание ртути в рыбе было более 7
82
ПДК, что представляет прямую угрозу, в связи, с чем лов рыбы в
накопителе сточных вод должен быть запрещен и приняты меры для
практической реализации запрета. Необходимо дальнейшее
исследование состояния накопителя для того, чтобы принять по
отношению к нему долгосрочное решение.
С помощью модели, созданной в 2002 г. при выполнении
проекта «Toxicmanagement», ИГГ в 2003 г. рассчитал четвертый
вариант прогноза распространения шлейфа загрязненных ртутью
подземных вод, предусматривающий полную изоляцию с помощью
"стены в грунте” двух источников загрязнения (как под корпусом 31,
так и в районе 6 насосной станции).
Этот вариант прогноза показал, что лишенный обоих
источников поступления ртути шлейф уже в 2005 г. должен будет
распасться на два ореола. При этом к 2031 г. южный ореол
уменьшится в поперечнике до 100 м с центром, находящимся 100 м
восточнее бывшей 6-й насосной станции, а содержание ртути в нем
снизится до 2-6 ПДКв. Северный ореол в это же время будет иметь
центр, находящийся 0,5 км западнее спецпрудов, его максимальное
распространение - не превысит 0,85 км, а концентрация ртути в
подземных водах – не будет составлять значений больше 15-20 ПДКв.
Таким образом, при изоляции обоих источников поступления ртути в
подземные воды риск, исходящий от ртутного загрязнения подземных
вод, будет минимизирован.
Также с помощью гидрогеологической модели Северной
промзоны г. Павлодара была решена задача расчета массы ртути,
находящейся в растворенном состоянии в объеме шлейфа
загрязнения. Была смоделирована детальная векторная карта
распространения уровней концентрации растворимых ртутных солей
в объеме шлейфа загрязнения. Расчет показал, что без учета ртути,
сорбированной на вмещающих породах, в воде шлейфа, имеющего
длину 1,9 км, максимальную ширину 470 м и площадь 0,65 км2
должно быть растворено 24,2 кг ртути.
3.9.8 Корректировка проекта СП Еврохим и завершение
первого этапа программы демеркуризации
Необходимость
корректировки
рабочего
проекта
демеркуризации, разработанного в 1995 г., была вызвана тем
обстоятельством, что выполненная в 1998-1999гг. часть работ,
предусмотренных проектом, позволила в значительной мере
предупредить угрозу ртутного загрязнения реки Иртыш из района
Северной промзоны г. Павлодара. В то же время в 2001-2002 гг. были
получены данные о том, что устройство противофильтрационной
83
завесы по методу «стена в грунте» является достаточным для
изоляции ртутного очага и не требует извлечения и переработки
бетона полов и грунтов из основания корпуса 31. Также были
выявлены новые очаги ртутного загрязнения почв, подземных вод и
атмосферного
воздуха,
требующие
дополнительных
демеркуризационных мероприятий. Кроме того, было установлено,
что спецпруды – испарители жидких отходов - являются источником
ртутного загрязнения окружающей среды и требуют изоляции от
грунтовых вод и атмосферы в срочном порядке, а не после
завершения I этапа демеркуризации, как это планировалось в проекте
1995 г.
Также было установлено, что за время, прошедшее с 1993 г.,
здания производства хлора и каустической соды в результате
многолетнего перерыва в эксплуатации пришли в неработоспособное
состояние, являются источником ртутного загрязнения окружающей
среды и не подлежат повторному использованию в составе вновь
создаваемых производств. В связи с этим возникла необходимость
демонтажа строительных конструкций и оборудования указанных
корпусов и их демеркуризация.
С учетом технических характеристик объектов демеркуризации,
их размещения на промплощадке и накопленного опыта проведения
демеркуризационных работ, корректировкой рабочего проекта были
предусмотрены следующие методы демеркуризации:
- локализация участков – очагов ртутного загрязнения
подземных вод и спецпрудов - испарителей ртутных отходов с
помощью устройства противофильтрационной завесы, создаваемой
методом «стена в грунте»;
- выемка на глубину до 0,5 м на отдельных участках грунтов с
высоким поверхностным загрязнением ртутью с последующим
захоронением в картах спецпрудов-испарителей. Участок после
выемки загрязненного грунта восстанавливают засыпкой чистого
грунта;
- устройство непроницаемого для ртутных паров и атмосферных
осадков
верхнего
покрытия
на
участках,
ограниченных
противофильтрационными
завесами,
и
картах
спецпрудовиспарителей;
- демеркуризация зданий и сооружений путем их демонтажа,
очистки от шламов и строительных отходов с захоронением отходов
на картах спецпрудов-испарителей;
84
- создание сети наблюдательных скважин и приобретение
оборудования для осуществления мониторинга окружающей среды в
Северной промзоне г. Павлодара.
Предусмотренные
корректировкой
рабочего
проекта
технические решения являлись дополнением и развитием
комплексной схемы демеркуризации выведенного из эксплуатации
производства хлора и каустической соды. Они были выбраны на
основании опыта осуществления демеркуризации на ПХЗ и
заключались в следующем:
- локализация очагов ртутного загрязнения и спецпрудовиспарителей ртутных отходов от действия подземных вод
осуществлялась с помощью противофильтрационных завес из
бентонитовых глин в замок с водоупором, возводимых методом
«стена в грунте»;
экранирование
поверхности
загрязненных
участков
осуществлялось укладкой и уплотнением бентонитоподобных
местных глин поверх слоя чистых грунтов;
- захоронение образующихся при демеркуризации отходов
предусматривалось на картах спецпрудов-испарителей ртутных
отходов, с последующей изоляцией карт;
- изоляция заполненных карт спецпрудов-испарителей от
атмосферы осуществлялась путем устройства многослойного экрана:
переходный выравнивающий слой состоял из материала гребней
частично разбираемых ограждающих дамб, сорбционный слой,
служащий также для предотвращения капиллярного подъема влаги и
растворенных в ней веществ, – из золы ТЭЦ, водоупорный слой – из
бентонитовых глин, защита экрана от атмосферных осадков – из
растительной грунтовой смеси;
- устройство асфальтного покрытия на глинобетонном экране
хранилища отходов было предназначено для предотвращения
пыления;
- принятые решения по демеркуризации и конструкции экранов
и покрытий позволяли использовать эти участки для строительства
легких зданий и сооружений без устройства фундаментов и
подземных коммуникаций.
В 2002-2004 гг. вокруг четырех основных ртутных очагов из
бентонитовой глины была построена противофильтрационная завеса
(ПФЗ) по типу «стена в грунте», достигающая водоупора на глубине
15-20 м. Задача ПФЗ состоит в том, чтобы свести к минимуму переход
поллютанта, в данном случае ртути, за пределы ограничиваемой
территории – рисунок 18.
85
Рисунок 18 - Устройство противофильтрационной стены в
грунте
Боковые
стены
сооружения
заполняются
глиной,
препятствующей переходу загрязнителя за пределы ограничиваемой
территории. Снизу стена соединяется с глиной водоупорного слоя. В
зависимости от среды загрязнения, твердая или жидкая, поверхность
защитного сооружения закрывается водонепроницаемым слоем
сверху, как это показано на рисунке 6, в случае необходимости, может
использоваться полиэтиленовая пленка, для уменьшения скорости
фильтрации.
Ее общая протяженность составила 3588 м, в том числе вокруг
корпуса 31 – 699 м, вокруг 40-х корпусов – 185 м, вокруг 6 насосной
станции– 240 м, вокруг спецпрудов для ртутьсодержащих отходов –
2464 м. На рисунке 19 показан этап проведения работ.
Почва, загрязненная только в поверхностных слоях, была
извлечена на глубину до 0,5 м и перемещена внутрь объемов,
ограниченных противофильтрационной завесой. Вместо нее был
отсыпан чистый грунт. Очаги ртутного загрязнения были
изолированы от атмосферы специальными глиняными экранами
общей площадью 180000 м2.
86
Рисунок
19
–
Этап
работ
по
противофильтрационной завесы в районе спецпрудов
созданию
Все здания цеха 3, имевшие ртутное загрязнение, были
разобраны, а их загрязненные ртутью строительные конструкции
уложены в могильник – рисунок 6. На промплощадке вокруг хлорщелочного
производства
также
были
демонтированы
ртутьсодержащие подземные коммуникации. Уложенные в могильник
конструкции были залиты цементным раствором и образовали
монолитное хранилище отходов общей площадью 15671 м2, стойкое к
действию подземных вод и атмосферных осадков.
На рисунке 20 показана установка для строительства «стены в
грунте», грейпфер выбирает почву и пространство, предназначенное
для ПФЗ заполняется жидким раствором бентонитовой глины, что
предупреждает возможность обрушения боковых стенок – это
показано на рисунке 21. Глубина такой «стены в грунте» достигала 17
метров.
87
Рисунок 20 - Утановка для строительства «стены в грунте»
Рисунок 21 - Строительство противофильтрационной завесы
(стена в грунте) вокруг прудов испарителей
88
На рисунках 22 – 24 показаны последовательные этапы
строительство ПФЗ вокруг прудов-испарителей и сооружения
саркофага, препятствующего поступлению воды ко ртутьсодержащим
отходам, а также выходу ртути на поверхность.
Рисунок 22 – Этапы строительства саркофага
Рисунок 23 – Подготовка поверхности шламонакопителей к
перекрытию непроницаемой поверхностью
89
Рисунок 24 – Перекрытие и планировка
спецпрудов – испарителей (шламонакопителей)
поверхности
За три года работ было освоено 860 млн. тенге, в том числе в
2002 г. - 295 млн. тенге, 2003 г. – 242 млн. тенге и за 2004 г. - 323 млн.
тенге. После окончания программы демеркуризации выполненные
работы были приняты государственной комиссией.
3.10 Мониторинг ртутного загрязнения
Мониторинг ртутного загрязнения в окрестности ПХЗ велся, в
последнее десятилетие, достаточно последовательно. В это же время
были созданы предпосылки для дальнейшего контроля ртутных
перемещений. В их основе скважины – рисунок 25 - для отбора проб.
При строительстве противофильтрационной «стены в грунте»,
такие скважины бурились по обе стороны ПФЗ, для дальнейшего
контроля возможных потоков ртути из очага загрязнения. На рисунке
26 - показаны такие парные скважины на месте захоронения
конструкций 31 корпуса, содержащих ртуть.
90
Рисунок 25 - Скважина для отбора грунтовых вод, сети
гидрологического наблюдения
Рисунок 26 - Парные скважины, по разные стороны ПФЗ, для
мониторинга потоков ртути
91
Уже через год, после строительства ПФЗ вокруг спецпрудов о.
Былкылдак и создания непроницаемого покрытия, поверхность
шламонакопителей покрылись растительностью – рисунок 27.
Рисунок 27 - Поверхность спецпрудов, через год после
проведения работ по созданию саркофага
3.10.1 Мониторинг территории зоны ртутного влияния ПХЗ
Программа после демеркуризационного ртутного мониторинга в
Северной промышленной зоне г. Павлодара была разработана АИЭС в
2004 г. по договору с ПХЗ. Необходимость ее разработки была
обусловлена локализацией ртутных загрязнений. В этих условиях
ртутный мониторинг становился основным инструментом получения
информации для принятия решений.
Основными целями Программы мониторинга являлись
установление уровня содержания ртути в объектах окружающей
среды (атмосфера, почва, поверхностные и подземные воды),
сложившегося после проведения Программы демеркуризации
производства хлора и щелочи бывшего ПО "Химпром" г. Павлодар,
контроль за изменением этого уровня в течение 15 лет, а также
подтверждение безопасного уровня риска, исходящего от остаточного
ртутного загрязнения для здоровья населения, в том числе
проживающего в северном пригороде Павлодара, а также
работающего на территории бывшего ПО "Химпром".
92
Полевые исследования и компьютерное моделирование,
проведенные по проекту «Toxicmanagement» в 2001-2002 гг.,
показали, что основные риски, вызванные ртутным загрязнением в
районе бывшего ПО "Химпром" г. Павлодар, были связаны с
загрязнением ртутью подземных и поверхностных вод, а также
испарением ртути в местах наиболее интенсивного загрязнения почв.
После демеркуризации риск, связанный с загрязнением ртутью
атмосферы был сведен к минимуму. Также было прекращено
поступление ртути в природные воды, что в свою очередь должно
привести к их постепенному самоочищению и снижению риска,
связанному с ртутным загрязнением подземных и поверхностных вод.
Однако
достоверность
такого
развития
событий
должна
подтвердиться наблюдениями за природными средами.
В районе бывшего ПО "Химпром" г. Павлодар следует ожидать
сохранение некоторого уровня загрязнения ртутью почв, однако ореол
этого загрязнения не должен расширяться. В соответствии с этими
задачами мониторинг ртутного загрязнения в районе бывшего ПО
"Химпром" г.Павлодар включил в себя следующие компоненты:
- контроль концентрации ртути относительно ПДКсс для
газообразной ртути, равной 300 нг/м3, в приземном слое (1 м)
воздушного бассейна на территории промышленной площадки
бывшего ПО "Химпром" г. Павлодар;
- контроль над отсутствием превышения ПДКп для ртути общей,
равной 2,1 мг/кг, в почвенном слое покрытия ртутных могильников;
- контроль над отсутствием распространения ртутного
загрязнения почвы свыше ПДКп для ртути общей, равной 2,1 мг/кг, за
пределы первоначальных ртутных ореолов (в том числе за счет
испарения подземных вод, содержащих ртуть) и накопления ртути в
пределах первоначального очага ртутного загрязнения;
- контроль над отсутствием распространения подземных вод,
загрязненных ртутью общей свыше ПДКв для растворенной
неорганической ртути, равной 500 нг/л, в направлении с.
Павлодарское и реки Иртыш;
- наблюдение за снижением концентрации ртути общей в
подземных водах, в том числе в пределах шлейфа ртутного
загрязнения;
- контроль над отсутствием проникновения содержащейся в
воде ртути общей за пределы противофильтрационной завесы по типу
"стена в грунте" и могильника твердых ртутьсодержащих материалов
и наблюдение за уровнем подземных вод внутри изолированных
объемов;
93
- наблюдение за уровнями концентрации ртути общей в
поверхностных водах Северной промзоны г. Павлодара, включая
накопитель сточных вод Былкылдак;
- наблюдение за уровнями концентрации ртути общей в рыбе
накопителя сточных вод Былкылдак.
Для достижения этих целей было предусмотрено решение
следующих задач:
- установление порядка, периодичности и методик отбора проб
воздуха, почвы и воды для определения в них содержания ртути
общей;
установление порядка и периодичности иных полевых работ и
измерений;
- установление методик химико-аналитического определения
ртути общей в отобранных образцах и порядка проведения
лабораторных работ;
- разработка рекомендаций по интерпретации полученных
результатов;
- определение ресурсов, необходимых для проведения работ по
ртутному мониторингу.
Результаты программы ртутного мониторинга должны будут
ответить на вопрос о достаточности демеркуризационных
мероприятий 2001-2004 гг. в районе бывшего ПО "Химпром" г.
Павлодар. В случае снижения остаточного уровня ртутного
загрязнения до приемлемого риска программа мониторинга может
быть завершена в 2020 г. При установлении возрастания риска
окружающей среде и здоровью населения вследствие увеличения
ртутных концентраций в почве, подземных и поверхностных водах, а
также при обнаружении загрязнения атмосферы газообразной ртутью,
на любом этапе мониторинга возникнет необходимость проведения
дополнительных мер по очистке данной территории от ртути или об
ее инженерной защите.
3.10.2 Полевых исследования в Северной промзоне г.
Павлодара в 2004 г
В сентябре 2004 г. АИЭС и ПХЗ провели совместные полевые
исследования и химико-аналитические работы по определению
уровней ртутного загрязнения в районе мониторинга на завершающем
этапе проведения демеркуризационных работ. Были обследованы 36
новых наблюдательных скважин, пробуренных осенью 2003 г., а
также 49 старых наблюдательных скважин, определенных для
обследования Программой демеркуризации, отобраны 6 проб
94
поверхностных вод, 11 - почв, 15 - воздуха, а также 4 экземпляра
рыбы, отловленной из накопителя сточных вод – озера Былкылдак.
Сравнение данных 2004 г. с данными, полученные по проекту
«Toxicmanagement» в 2001-2002 гг., показало, что в результате
произведенного в 2003-2004 гг. техногенного вмешательства в
гидрогеологические условия в районе ртутных очагов произошли
локальные изменения концентрации ртути в подземных водах внутри
шлейфа загрязнения. В ряде случаев, когда скважина попадала внутрь
объема, окруженного «стеной в грунте», в ней происходило весьма
значительное увеличение концентрации ртути, например, для
скважины Р3 наблюдалось увеличение концентрации ртути в 100 раз.
То же происходило, если скважина оказывалась в районе
разрушенных канализационных коммуникаций, например, для
скважины 87-02 увеличение концентрации ртути произошло в 10 раз,
а для В21а - в 2 раза. В то же время, скважины, экранируемые от
источника ртутного загрязнения близко расположенной «стеной в
грунте», показывали уменьшение концентрации в них ртути,
например, для скважин 566-00 и 567-00 уменьшение концентрации
ртути произошло в 2 раза. Для большей части наблюдательных
скважин,
расположенных
вдали
от
мест
проведения
демеркуризационных работ, после их проведения в 2004 г. не
произошло существенных изменений уровня концентраций ртути в
подземных водах.
Обследование новых наблюдательных скважин (пробуренных в
2003 г.) подтвердило высокие уровни концентрации ртути в
подземных водах в пределах ранее обнаруженных очагов, особенно в
районе спецпрудов для ртутных отходов, а также установило наличие
еще одного очага загрязнения ртутью подземных вод в районе
бывшей ртутной канализации, проложенной от 1 промлощадки к
спецпрудам.
Уровни концентрации ртути в поверхностных водах в районе
проведения демеркуризационных работ сильно возросли, в том числе
вдоль юго-западного побережья накопителя сточных вод – озера
Былкылдак. Это связано с перемещением больших объемов
загрязненного ртутью пылящего грунта.
Уровни концентраций ртути в почвах в местах проведения
демеркуризационных работ оставались достаточно высокими,
возможно, вследствие незавершенности этих работ в момент отбора
проб. К таким местам высокого загрязнения почв ртутью также
приурочены места поступления ртути в атмосферу. Уровни
95
загрязнения ртутью почв вне очага ртутного загрязнения (например,
западнее корпуса ЦЗЛ) остались незначительными.
В целом в сентябре 2004 г. оказалось трудно определить степень
долгосрочного воздействия проведенных демеркуризационных работ
на состояние окружающей среды в районе ПХЗ ввиду их
незавершенности в тот период. Можно отметить локальное
кратковременное увеличение уровня ртутной опасности в местах
проводящихся работ, связанное с пылением и выбросом ртутных
паров от экспериментальной установки термической переработки
ртутьсодержащего строительного мусора и увеличивавших риск для
здоровья рабочих, участвовавших в проведении Программы
демеркуризации.
Также первые пробные полевые исследования 2004 г. показали,
что для последующих этапов Программы мониторинга необходимо
существенно расширить объем предполагаемых исследовательских
работ
из-за
проведения
в
процессе
демеркуризации
малоконтролируемых перемещений больших объемов загрязненных
ртутью пылящих грунтов и возможного расширения очага
загрязнения почв, поверхностных и подземных вод.
3.11 Экологические исследования 2006 года
Результаты экспериментальных исследований сложно экстраполировать в природной среде, в которой на организм действует
совместно, абиотические, биотические и антропические факторы.
Химический состав воды, особенно ее рН, температура, структура
пищевых цепей и многие другие факторы могут сказываться на
доступности и накоплении ртути. Доминирующим фактором в
повышении биодоступности ртути является закисление озер.
Необходимо учитывать, что наличие большого числа загрязнителей
антропогенного происхождения могут привести к неверной
интерпретации полученных данных. Важной составной частью
достоверности в этих условиях могут стать модельные опыты, в
которых различие в действующих факторах строго контролируется.
Токсичность соединений ртути для различных представителей
ихтиофауны
определяется
местообитанием,
видовой
принадлежностью, типом питания, темпом роста и возрастом, полом и
половой зрелостью, условиями среды обитания. Ведущая роль, среди
этих составляющих, отводится именно последнему фактору.
Накопление ртути определяется не только скоростью прямых
процессов аккумуляции металла конкретным трофическим уровнем,
но и временными характеристиками естественных биологических
96
процессов - совокупностью абиотических и биотических факторов
среды. Поэтому важно выявить наиболее чувствительное к ртути
звено водной экосистемы.
Исследовательские работы проведенные экологами ПГУ на
озере Былкылдак
показали, что в водоеме обитают: карась
серебряный Carassius auratus gibelio (Bloch, 1783) – рисунок –7, и
карп–сазан Cyprinus carpio aralensis (Spitshakov, 1935) – рисунок 28.
Рисунок 28 - Карп–сазан Cyprinus carpio aralensis
На берегу водоема был найден один экземпляр налима Lota lota
(Linnaeus, 1758) – рисунок 29, из семейства Gadidae – тресковые,
холодноводного хищника. Доминирует в озере карась серебряный,
карп встречается единично. По опросным данным, в озере обитает
также линь – Tinca tinca (Linnaeus, 1758) – рисунок 30, который
попадается в последнее время очень редко.
Рисунок 29 - Налим Lota lota
97
Рисунок 30 - Линь Tinca tinca
Караси (Carassius), род рыб семейства карповых. Спинной
плавник длинный, глоточные зубы однорядные. 2 вида — золотой,
или обыкновенный, карась (Carassius carassius) и серебряный карась
(С. auratus). Серебряный карась распространён в бассейне Тихого
океана, по всей Сибири, в низовьях рек Аральского бассейна
Европейской части СНГ. Два подвида — С. auratus auratus и С. а.
gibelio. Окраска тела серебристая. Длина тела до 45 см, весит иногда
более 1 кг.
Карп, одомашненная форма сазана, разводимая в прудах.
Породы карпа различают по чешуйчатому покрову. Карп теплолюбив
(выносит температуру до 35 °С), неприхотлив, живёт в прудах с
небольшим
количеством
кислорода,
выносит
значительное
загрязнение. Достигает половой зрелости на 3—5-м году. Нерест
весной на свежезалитой растительности, плодовитость 700—800 тыс.
икринок. Молодь вначале питается зоопланктоном, затем переходит
на питание зообентосом (главным образом личинками хирономид). К
осени начинает питаться растительностью.
Наибольший прирост даёт при температуре воды 20—28 °С и
содержании в воде кислорода летом 5—7 мг/л, зимой — не ниже 4
мг/л. При понижении температуры воды до 14 °С потребление пищи
карпа резко снижается, а при 1—2 °С он впадает в малоподвижное
состояние, перестаёт питаться и теряет в весе. Недостаток пищи и
содержание в плохих условиях ведут к его вырождению.
98
Налим (Lota lota), пресноводная рыба семейства тресковых.
Спинных плавников 2, на подбородке усик. Чешуя очень мелкая.
Длина тела до 1,2 м, весит до 32 кг. Встречается в Европе, Азии,
Америке к С. от 45° с. ш., живёт главным образом в реках. Активен в
холодной воде, в тёплой (выше 16°C) становится малоактивным.
Половой зрелости достигает на 3-4 году жизни; плодовитость от 33
тыс. до 5 млн. икринок. Нерест зимой подо льдом. Икра донная,
слабоклейкая. Хищник, питается рыбой и донными беспозвоночными.
Линь (Tinea tinea), рыба семейства карповых. Тело высокое,
толстое, покрыто густым слоем слизи; чешуя мелкая; спина тёмнозелёная, бока оливковые с золотистым отливом. Длина около 30 см,
весит около 500 г (изредка до 60 см и до 7,5 кг). В углах рта по
небольшому усику. Обитает в пресных водоёмах Европы, исключая
бассейны европейских рек, впадающих в Северный Ледовитый океан;
в СНГ - в реках и озёрах Европейской части и в бассейнах Оби и
Енисея. Малоподвижная донная рыба, предпочитает стоячие и
заросшие заливы рек и озёр. Переносит низкое содержание кислорода,
поэтому встречается в водоёмах с периодическим недостатком
кислорода. Половая зрелость наступает к 3-4 годам при длине тела
более 20 см. Плодовитость 300-400 тыс. икринок. Нерест порционный,
растянутый. Питается мелкими беспозвоночными, реже водорослями.
Как видно из графика, рисунок 31, основу в контрольных
уловах составляют караси длиной тела 10–13 см – 70 %. Различные
аномалии карася сгруппированы в таблице 3. На теле карася
встречаются язвы, наблюдается частичное «ерошение» чешуи,
особенно у особей крупных размеров.
Рисунок 31- Размерный состав карася в озере Былкылдак
99
Таблица 3 – Характеристика аномалий карася в озере Былкылдак
Система
Признаки
органов
Появление язв на теле
Кожные покровы Изменение направления роста чешуи
"Ерошение" чешуи
Челюсти
Изменение длины обеих или одной из них
«Мопсовидный» рот
Глаза
(«Телескопическая» выпуклость
Плавники
Деформация лучей (изломы и изгибы), изменение их
числа
"Оплавление" плавников
Жаберные
Трансформация формы тычинок
тычинки
Частичная редукция тычиночного ряда
Жабры
Ослизнение жабр и деформация эпителия
Наличие анемичного кольца
Мышцы
Ослабленный тургор
Позвоночник
«Серповидное» искривление позвоночника
«Синусоидное» искривление позвоночника
Срастание и разрушение позвонков
Аномалии ротовой части головы чаще всего присутствуют в
виде удлинения одной из челюстей, что образует «нижний» или
«верхний» рот. Недоразвитость челюстей приводит к образованию
ярко выраженной «мопсовидности» (рисунки 32-33). Количество рыб
с мопсовидным ртом составляет в озере Былкылдак 36%, причем
доминируют рыбы длиной 10−14 см. Среди молодых рыб, длиной
тела до 10 см, особей с аномалиями челюстных костей не отмечено.
Возможно, это связано с тем, что рыбы приобретают этот признак в
период онтогенеза, в условиях длительного обитания в загрязненной
среде. Как уже упоминалось, взрослые караси питаются
преимущественно донными организмами, которые в свою очередь,
депонируют большое количество загрязняющих веществ в водоеме.
100
Рисунок 32 - Соотношение нормальных и «мопсовидных»
карасей в уловах, %
Широко распространено изменение формы плавников, главным
образом спинного (дорзального – D). В норме плавники имеют
плавные очертания и характерное для данного вида число лучей.
При слабом токсикозе в плавниках наблюдались согнутые и
изломанные лучи, иногда изгиб охватывал сразу несколько лучей,
что изменяло очертания плавника Частичное или общее укорочение
лучей в плавниках, неровный край плавника ("оплавление"
плавника) оценивали как результат более сильного токсикоза. У
окуня часто встречалось укорочение или полное отсутствие верхней
или нижней лопасти хвостового плавника
Рисунок 33 – Аномалии в форме рта серебряного карася
101
Исследованиями отмечены и другие морфологические различия
в улове рыб озера Былкылдак. Еще более заметно различие между
рыбами из озера-отстойника и озерами не загрязненными
промышленными отходами в сколь либо значительном количестве.
Так по морфологическим признакам караси из озера Былкылдак и
контрольного озера поймы реки Иртыш различаются по ряду
признаков (таблица 4), однако проведенные исследования еще не
позволяют сделать однозначные выводы о причинах этих различий.
Таблица 4 – Средние морфологические показатели карася серебряного
из оз. Былкылдак и Кривое, % (Убаськин А.В. 2006)
Показатель
О. Былкыдак
О. Кривое
Наибольшая высота тела
Наименьшая высота тела
Длина головы
Высота головы
Длина рыла
Заглазничный отдел
Антедорсальное расстояние
Постдорсальное расстояние
Длина хвостового стебля
Длина PV
Длина D
Высота D
Длина A
Высота A
ll
39,1
14,8
27,1
25,0
6,9
13,3
48,1
22,0
17,1
19,4
35,0
18,6
10,0
16,8
31,0
37,8
14,4
26,9
25,9
7,0
13,0
49,3
18,8
14,0
16,9
33,1
17,0
10,4
14,9
30,7
Примечание: P – грудной плавник; V – брюшной плавник; D –
спинной плавник; A – анальный плавник; ll – боковая линия.
Полученные к настоящему времени данные пока недостаточны
для суждения о процессах, протекающих в естественных условиях озера
Былкылдак, однако они свидетельствуют о том, что загрязнение
водной среды преимущественно соединениями ртути, на фоне
других загрязняющих веществ, может привести к ряду физиологобиохимических, морфологических и экологических изменений рыб.
Учитывая тот факт, что экосистема озера Былкылдак в
настоящее время находится в состоянии стресса в результате
102
интенсивного антропического воздействия, разработка системы
биологического мониторинга является актуальной задачей и требует
выделения комплексных критериев для оценки и прогноза состояния
экосистемы.
Проведенное исследование показывает, что при ртутной
интоксикации протекающие процессы могут стать причиной серьезных
онтогенетических нарушений на всех этапах жизненного цикла рыб, что
необходимо учитывать при изучении природных популяций в водоемах,
подверженных антропическому загрязнению.
3.11.1 Цепи питания
Цепи питания, пищевые, или трофические, цепи - ряды видов
растений, животных, грибов и микроорганизмов, связанных друг с
другом отношениями: пища - потребитель. Организмы последующего
звена поедают организмы предыдущего звена и т. о. осуществляется
перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в
природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая
часть (до 80—90%) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде
тепла. По этой причине число звеньев (видов) в пищевых цепях.
ограничено и не превышает обычно 4-5.
Трофические уровни изображают различным способом, на
рисунке 34 показано изменение биомассы живых организмов
различных
трофических
уровней.
Изображают
подобные
взаимоотношения также в виде пирамид численностей особей,
пирамид энергии. Общее - во всех подобных схемах – резкое
снижение определяемых характеристик следующего уровня. На
данном рисунке видно, что биомасса всех организмов каждого
следующего уровня, значительно ниже предыдущего.
Рисунок 34 – Пирамида биомассы (по Вили К. и Детье В.)
103
Основу каждой трофической цепи составляют виды-продуценты
- автотрофные организмы, преимущественно зелёные растения,
синтезирующие органическое вещество (строят своё тело из воды,
неорганических солей и углекислоты, ассимилируя энергию
солнечного излучения), а также серные, водородные и другие
бактерии, использующие для синтеза органических веществ энергию
окисления химических веществ. Следующие звенья цепи питания
занимают виды - консументы - гетеротрофные организмы,
потребляющие органические вещества.
Первичными консументами являются растительноядные
животные, питающиеся травой, семенами, плодами, подземными
частями растений — корнями, клубнями, луковицами и даже
древесиной (некоторые насекомые). Ко вторичным консументам
относят плотоядных животных, в свою очередь подразделяющихся на
две группы: питающихся массовой мелкой добычей и активных
хищников, нападающих нередко на добычу крупнее самого хищника.
В подавляющем большинстве случаев питание этих консументов
носит смешанный характер, включая и некоторое количество
растительной пищи. Вместе с тем и растительноядные животные
потребляют какое-то количество животной пищи, получая этим путём
необходимые
им
незаменимые
аминокислоты
животного
происхождения.
Наконец,
организмы,
называемые
сапрофитами,
преимущественно грибы и бактерии, получают необходимую
энергию, разлагая мёртвое органическое вещество. Личинки и
взрослые особи животных, для которых характерен метаморфоз,
имеют разный тип питания и занимают различное положение в цепях
питания. Положение вида (или отдельных фаз его развития) в
трофической цепи и его отношения с партнёрами, представляющими
собой выше- и нижележащие звенья в цепи питания, определяют его
экологическую нишу. Один вид может своими отдельными
популяциями или возрастными группами входить в несколько
пищевых цепей, объединяя их в более сложные комплексы.
В биоценозах существуют 2 основных типа трофических цепей т. н. «пастбищные» и «детритные». Первые начинаются с
фотосинтезирующих зелёных растений и обычно составляют основу
биоценоза, вторые - с организмов (сапрофитов), которые используют
энергию, освобождающуюся при разложении ими мёртвого
органического вещества (грибы и многие микроорганизмы).
Совокупность обоих типов цепей питания обеспечивает 3 основные
104
этапа круговорота веществ, отражённого в существовании трёх
трофических уровней:
1)продуценты - растения;
2)консументы первичные (растительноядные животные) и
вторичные (плотоядные);
3)сапротрофы-редуценты,
разрушающие
органическое
вещество.
Такая трофическая классификация делит на группы не виды, а
типы их жизнедеятельности: популяция одного вида может занимать
один или несколько трофических уровней, смотря по тому, какие
источники энергии она использует. Поток энергии через трофический
уровень равен общей ассимиляции на этом уровне, а общая
ассимиляция, в свою очередь, равна продукции биомассы плюс
дыхание. В сообществах организмов (биоценозах) обычно существует
ряд параллельных цепей питания, например, травянистая
растительность - грызуны - мелкие хищники; травянистая
растительность - копытные - крупные хищники. Параллельные цепи
питания нередко объединяют обитателей разных ярусов (почвы,
травянистого покрова, древесного яруса), но и между ними могут
существовать связи. Сложная структура цепей питания обеспечивает
не только целостность, но и динамичность биоценоза.
3.12.2 Пищевые цепи озера Былкылдак
Живой мир оз. Былкылдак достаточно разнообразен. Среди
растений встречается заметное количество синантропных видов, повидимому, связанных с переходной сукцессией нарушенной
территории. На рисунке 35 приведена общая схема цепи питания,
связанной с экосистемой оз. Былкылдак.
Автотрофными продуцентами являются водоросли самого озера
и прибрежная растительность. Именно они обеспечивают накопление
органического вещества и биологической энергии, которые и
обеспечивают жизнедеятельность экосистемы озера. Как уже
упоминалось
выше,
сложность
построения
подобных
взаимоотношений заключается в том, что один и тот же организм на
разных этапах онтогенеза, или в различные времена года могут
изменять положение цепи питания, переходя на различные источники
корма.
105
Рисунок 49 – Схема пищевой цепи озера Былкылдак
Описание рыб, обитающих в озере-накопителе отходов, было
приведено выше, здесь мы приведем характеристики часто
встречающихся представителей оз. Былкылдак. Еще раз обращаем
внимание на тот факт, что этот водоем создавался как приемник
отходов промышленных предприятий, биота озера может служить
примером приспособления
живых организмов в антропогенно
измененных условиях и освоение техногенно нарушенных
ландшафтов.
Прудовики (Lymnaeidae) - семейство брюхоногих моллюсков,
встречаются в небольших количествах в разных частях водоема –
рисунок 36. Раковина спирально закрученная, более или менее
высокая, обычно с большим устьем. Глаза расположены у основания
щупалец. Орган воздушного дыхания — легкое, у некоторых
прудовиков оно наполняется водой и функционирует как жабра.
Гермафродиты. Оплодотворённые яйца откладывают в виде
слизистых шнуров. Питаются водорослями, тканями высших
растений, животными и растительными остатками. Обитают обычно в
пресных водоёмах (отсюда и название), редко в осолонённых озёрах и
прибрежной зоне внутренних солоноватоводных морей. Почти все
прудовики - промежуточные хозяева червей - паразитов человека,
домашних и диких животных.
106
Рисунок 36 – Раковина моллюска из семейства Lymnaeidae
В озере-накопителе отходов Былкылдак встречаются и живые
особи, но достаточно редко, чаще встречаются пустые раковины. Как
отмечают специалисты, раковины моллюсков оз. Былкылдак
отличаются от раковин из других озер искривлениями, наростами и
другими аномалиями, которые связывают с условиями жизни.
Малощетинковые черви, олигохеты (Oligochaeta) - класс
кольчатых червей – рисунок 37. Хорошо выражена метамерия тела,
состоящего из различного числа сегментов (от 5—7 до 600). На всех
сегментах, кроме ротового, как правило, имеются щетинки,
расположенные пучками (2 спинных и 2 брюшных на каждом
сегменте), от двух до нескольких десятков в пучке. Малощетинковые
черви - гермафродиты; половые органы сосредоточены в нескольких
сегментах тела. У представителей некоторых семейств имеется и
бесполое размножение; у некоторых видов известен партеногенез.
Яйца развиваются без метаморфоза.
107
Рисунок 37
(олигохет)
– Представители
малощетинковых
червей
Известно около 3000 видов, в том числе около 2000 почвенных, остальные живут в пресных водах и небольшое число
видов - в морях; в СНГ свыше 200 водных и около 100 почвенных.
Большинство из них питается растительным детритом, который
поглощают с грунтом; несколько видов – хищники. Они играют
важную роль в круговороте веществ в водоёмах и почвах, определяя
темпы илообразования и минерализации осадков в пресных водоёмах.
Малощетинковые черви имеют большое значение для процессов
самоочищения загрязнённых водоёмов; служат пищей рыб.
Гладыши - семейство водяных клопов (Notonectidae) – рисунок
38. Тело выпуклое со спинной стороны и плоское с брюшной; хоботок
сильный, колющий, задние ноги плавательные, на конце уплощённые
в виде вёсел и усаженные волосками. Около 170 видов. Живут в
пресных и солоноватых водах, распространены очень широко.
Плавают брюшной стороной кверху. Гладыши - хищники, нападают
на мальков рыб, головастиков и на мелких насекомых. Летают,
переселяясь из водоёма в водоём. Яйца откладывают в ткани водных
растений.
108
Рисунок 38 - Гладыш (Notonecta glauca)
Комары-дергуны, звонцы (Chironomidae, Tendipedidae) семейство двукрылых насекомых. Длина тела 1,5-15 мм. У самцов
обычно усики перистые, ноги длинные. Живут 3-7 суток, не питаются.
Более 2000 видов. Распространены повсеместно. Личинки и куколки
обитают в пресных водоёмах, почве, в морях и океанах. Строят
трубки-домики в иле, на камнях, растениях и в их тканях или живут
свободно. Питаются водорослями, бактериями, детритом; некоторые хищники, немногие - паразиты губок, моллюсков, подёнок. Личинки
живут от 1 до 12 мес., куколки – 2-3 суток. Донные личинки - мотыль
- основной корм пресноводных бентосоядных рыб. Мотыль,
червеобразные личинки двукрылых насекомых - комаров-дергунов из
рода Tendipes рисунок 39. Обитают в иле озёр и прудов, питаются
главным образом разлагающимися органическими веществами.
Выносливы к недостатку О2 в воде. Тело ярко-красное вследствие
присутствия гемоглобина в гемолимфе.
Рисунок 39 - Мотыль, червеобразные личинки комаровдергунов из рода Tendipes
109
Водомерки – рисунок 40 - несколько семейств (Gerridae,
Hydrometridae и др.) водяных клопов (отряд Heteroptera). Небольшие
(от 2 до 34 мм) насекомые с тонким вытянутым телом и длинными
ногами. Быстро скользят или свободно ходят по поверхности воды
(отсюда название). Водомерки часто бескрылые. Нижняя поверхность
тела покрыта бархатистым пушком. Около 600 видов. Распространены
широко. В пресных водах СНГ наиболее обычна Gerris lacustris.
Водомерки - хищники, высасывают также трупы животных.
Пресноводные откладывают яйца на водные растения.
Рисунок 40 - Водомерка Gerris lacustris (на поверхности
воды)
Встречаются и другие представители беспозвоночных. В
настоящее время животный мир экосистемы озера – накопителя
отходов Былкылдак достаточно интенсивно изучается, проводится
отбор образцов флоры и фауны, чтобы определить перераспределение
ртути в объектах пищевых цепей и возможность ее биогенной
миграции за пределы водоема. Тем более, что фактором биогенной
миграции является не только человек, но и многочисленные птицы
(рисунки 41-42).
110
Рисунок 41 – Чайки и гуси на берегу оз. Былкылдак
Рисунок 42 – Лебеди на оз. Былкылдак
На озере – накопителе отходов Былкылдак встречаются чайки,
дикие гуси, дикие утки, лебеди, журавли и другие птицы. Некоторые
из них находятся на озере временно, другие практически весь летний
период. Данных о переносе загрязнителей пернатыми практически
отсутствуют. В связи с этим проводимые исследования представляют
не только научный, но и практический интерес.
111
Заключение
Живые организмы существуют в определенной среде обитания,
приспособлены к ее свойствам, реагируют на их изменение, более
того, слишком резкое отклонение качественных характеристик среды
от установившихся величин, приводит к изменению, адаптации
популяций. Антропогенные воздействия на ландшафты, как правило,
приводят к резким и глубоким изменениям свойств их элементов. Эти
трансформации влияют на санитарно-гигиенические и иные значимые
характеристики ландшафтов.
Особая опасность заключается в том, что в первую очередь
загрязнению подвергаются территории, связанные с местообитанием
человека, особенно урбанизированные. Потоки поллютантов зачастую
превышают уровни, к которым человек, как биологическая система,
может приспосабливаться за счет внутренних резервов. Адаптация
биологических
систем
происходит
за
счет
выбраковки
неприспособленных, человечество несогласно повышать смертность в
обществе, негативно воспринимает увеличение болезней и уродств,
но в то же время, не предпринимает каких-либо значимых мер по
поддержанию необходимого качества среды обитания. С точки зрения
эколога - человек такой же биологический вид, как и другие, и
негативные изменения, происходящие с любым животным из-за
действия загрязнителей могут коснуться и его самого.
Проблемы негативного воздействия на ландшафт, вмещающий
химический завод, источник поступления в окружающую среду ртути,
рассмотренные в данном учебном пособии, имеют исторический
характер: они возникли в годы предшествующие образованию
Республики Казахстан. На данном примере показано, каким образом
проводятся работы, по снижению опасности загрязнения среды
обитания ртутью, изменения в биоте, связанные с этим тяжелым
металлом, и возможные последствия для живых организмо, в том
числе и человека.
112
Литература
Основная
1 Голованов А. И., Кожанов Е.С., Сухарев Ю. И.
Ландшафтоведение. — М. : Колос, 2005. — 216 с.
2 Исаченко А.Г., Шляпников А.А., Ландшафты. — М. : Мысль,
1989. — 324 с.
3 Марков Ю. Г. Социальная экология. Взаимодействие общества
и природы. — Новосибирск : Сиб. унив. изд-во, 2004. — 544 с.
4 О выявлении источников загрязнения в районе озера
Мойылды по работам 1990-1991 годах. Гидрогеологическое
производственное управление “Казгеокаптяжминвод”. — Алматы,
1992. — 40 с.
5 Равель П., Равель Ч. Среда нашего обитания. — М. : Мир.
1995 — 291с.
6 Сулеев Д. К., Сагитов С. И., Сагитов П. И., Жумагулов К. К.
Экология и природопользование. — Алматы : Fылым, 2004. — 392 с.
7 Чигаркин А.В. Геоэкология и охрана природы Казахстана. —
Алматы : Казак университетi, 2003. — 338 с.
Дополнительная
8 Иваненко А.А. Отчет по гидрогеологическим работам
гидрогеологической станции на участке Мойылды. — Алматы, 1986.
— 79 с.
9 Николаев В.А. Ландшафты азиатских степей. — М. : Из-во
МГУ, 1999. — 288 с.
10 Попова В.Н. Ономастика. Словарь географических названий
Казахстана. Павлодарская область. — Павлодар : НПФ «ЭКО», 2001.
— Ч. 1. — 296 с.
11 Саипов А.Т., Теория и практика туризма Казахстана. —
Алматы, 1999. — с. 62-109
12 Филонцев П.П., Омаров Т.Р., Муравлев Г.Г. Озера
Казахстана. — Алматы : Наука, 1995. — 237 с.
113
Приложение А (информационное).
законы РК
Природоохранные
ЗАКОН
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН от 16.01.1992 "О
ВНЕСЕНИИ ИЗМЕНЕНИЙ И ДОПОЛНЕНИЙ В КОДЕКС
КАЗАХСКОЙ
ССР
ОБ
АДМИНИСТРАТИВНЫХ
ПРАВОНАРУШЕНИЯХ В СВЯЗИ С ПРИНЯТИЕМ ЗАКОНА
КАЗАХСКОЙ ССР "ОБ ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ
СРЕДЫ В КАЗАХСКОЙ ССР", ЗЕМЕЛЬНОГО КОДЕКСА
КАЗАХСКОЙ ССР И ЗАКОНА КАЗАХСКОЙ ССР "О ЗЕМЕЛЬНОЙ
РЕФОРМЕ В КАЗАХСКОЙ ССР"
ЗАКОН РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН от 15.07.1997 N 162-1
"ОБ ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЯХ"
ЗЕМЕЛЬНЫЙ КОДЕКС
20.06.2003 N 442-2
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН от
ВОДНЫЙ КОДЕКС РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН от 09.07.2003
N 481-2
ЛЕСНОЙ КОДЕКС РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН от 08.07.2003
N 477-2
УКАЗ ПРЕЗИДЕНТА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН от
03.12.2003 N 1241 "О КОНЦЕПЦИИ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
БЕЗОПАСНОСТИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАНА 2004—2015
ГОДЫ"
УКАЗ ПРЕЗИДЕНТА РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
от
04.12.2001 N 735 "О ДАЛЬНЕЙШИХ МЕРАХ ПО РЕАЛИЗАЦИИ
СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ КАЗАХСТАНА ДО 2030 ГОДА"
ВОДНЫЙ КОДЕКС РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН от 31.03.1993
УКАЗ
ПРЕЗИДЕНТА
РЕСПУБЛИКИ
КАЗАХСТАН,
ИМЕЮЩИЙ СИЛУ ЗАКОНА от 28.06.1995 N 2350 "О НЕФТИ"
УКАЗ
ПРЕЗИДЕНТА
РЕСПУБЛИКИ
КАЗАХСТАН,
ИМЕЮЩИЙ СИЛУ ЗАКОНА от 27.01.1996 N 2828 "О НЕДРАХ И
НЕДРОПОЛЬЗОВАНИИ"
114
ЗАКОН РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН от 15.07.1997 N 160-1
"ОБ ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ"
ЗАКОН РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН от 18.03.1997 N 85-1
"ОБ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЭКСПЕРТИЗЕ"
ЗАКОН РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН от 04.12.2002 N 361-2 "О
САНИТАРНО - ЭПИДЕМИОЛОГИЧЕСКОМ БЛАГОПОЛУЧИИ
НАСЕЛЕНИЯ"
115
Приложение Б (обязательное). Возникновение ртутной
проблемы на территории Павлодарского химзавода и
прилегающей к ней
Возникновение
проблемы
негативного
техногенного
воздействия
на
окружающую
среду
связано
с
любым
производственным процессом – вопрос заключается в том, насколько
глубоки изменения среды обитания, не выходят ли они за пределы,
совместимые с жизнеобеспечением, достаточна ли емкость геосфер,
чтобы устойчивость экосистем не была нарушена.
Общая история завода
Строительство ПХЗ началось в 1965 г., как Павлодарского
химического комбината. Вначале в 1970 г. был пущен ремонтномеханический цех, затем - азотно-кислородная станция – в 1972 г., цех
хлористого алюминия – в июне 1973 г. В комплексе завода
предусматривалось
производство
химического
оружия
на
промышленной площадке №2, строительство которой была начато
одновременно с площадкой №1 в 700 м восточнее от нее.
Выбор места расположения ПХЗ (9 км на север от жилых
многоэтажных массивов в г. Павлодаре и 5 км восточнее реки Иртыш
– рисунок Б1) был обусловлен рядом причин: наличием дешевой
электроэнергии, пресной воды, соляных озер и солепромыслов, а
также предполагаемым строительством по соседству в Северной
промышленной зоне г. Павлодара нефтеперегонного завода для
переработки западносибирской нефти.
В семидесятых годах оба завода: ПХЗ и Павлодарский
нефтеперерабатывающий завод (ПНПЗ), а также проектируемые завод
белково-витаминных концентратов (БВК) и завод пластмасс (ЗП)
часто называли нефтехимическим комплексом. Предполагалось, что
ПНПЗ будет обеспечивать ПХЗ, БВК и ЗП углеводородным сырьем, в
том числе для хлорорганического синтеза, что даст возможность
потреблять избыток хлора, образующийся при производстве
каустической соды методом электролиза. Строительство ПХЗ и ПНПЗ
так и не было завершено в запланированном объеме, а БВК и ЗП даже
не было начато из-за распада СССР.
Хроническая нехватка квалифицированной рабочей силы и
постоянное перепроизводство хлора, и вызванные по этой причине
частые остановки хлор-щелочного производства, способствовали
высокой
аварийности,
нарушениям
химико-технологических
процессов, и, как следствие, повышенному, по сравнению с
116
плановыми нормами, загрязнению окружающей среды хлором и
ртутью.
Рисунок Б1 – Положение ПХЗ относительно г. Павлодар и
р. Иртыш
Первая промышленная площадка ПХЗ состояла из 30 цехов и
производила широкий спектр продукции: каустическая сода, хлор,
гипохлорид натрия, хлорид аммония, присадки к смазочным маслам и
моторные масла, флотационные реагенты (аэрофлоты), антифризы и
антиобледенители, дезинфицирующие и отбеливающие средства,
пластификаторы для пластмасс, фенол-формальдегидную смолу,
несколько видов пластиков и изделий из них.
После прекращения в 1993 г. производства хлора и каустика,
являющегося основным производством ПХЗ, стало ясно, что без него
ПХЗ не сможет сохраниться как единый технологический комплекс.
Между тем потенциальных инвесторов нового хлорного производства
отпугивало наличие на территории площадки №1 очага ртутного
загрязнения,
ликвидация
которого
требовала
огромных
непроизводительных затрат.
117
В связи с этим, одним из приоритетов деятельности заводского
руководства (и местных властей) с середины 90-х гг. становятся
мероприятия по проведению демеркуризации и поиску финансовых
средств для этих работ. В конце 1998 г. за счет средств АО
«Химпром» и областного бюджета был начат демонтаж наиболее
загрязненного ртутью корпуса 31- рисунок Б2.
Рисунок Б2 – Корпус, загрязненный ртутью
В начале 1999 г. эти работы планировалось продолжить за счет
средств республиканского бюджета. Но из-за прекращения
финансирования, демонтаж был остановлен после того, как уже была
разобрана кровля и часть стен здания, и в апреле в г. Павлодаре было
объявлена
чрезвычайная
ситуация,
вызванная
угрозой
неконтролируемого испарения из развалин цеха разлитой и
несобранной металлической ртути.
К проблеме демеркуризации ПХЗ было привлечено внимание
средств массовой информации и экологических движений и под их
давлением республиканские власти вынуждены были выделить деньги
на завершение сбора пролитой ртути – рисунок Б3, демонтаж
оборудования и разборку части корпуса 31 (зала электролиза).
26.04.1999 г. для проведения демеркуризационных работ за счет
средств государственного бюджета из состава АО «Химпром» было
выделено ОАО ПХЗ, которое провело запланированные работы по
разборке зала электролиза корпуса 31.
118
Рисунок Б3 – Бетонный пол корпуса 31, с разлитой ртутью
Однако после окончания 1999 г. это финансирование было
вновь фактически прекращено. В 2001 г. ОАО «ПХЗ» было передано в
коммунальную собственность акима Павлодарской области.
Демеркуризационные работы за счет бюджетных средств Республики
Казахстан были возобновлены только в начале 2002 г. 1-й этап
демеркуризации был завершен в январе 2005 г. На рисунке Б4
показано место захоронения разобранных конструкций цеха,
загрязненных ртутью.
Рисунок Б4 – Саркофаг для конструкций корпуса 31,
загрязненных ртутью
119
Хлор-щелочное производство ПХЗ
Цех №3 ПХЗ производил хлор и каустическую соду (гидроксид
натрия, NaOH) методом электролиза с ртутным катодом – рисунок Б5
- с 1975 по 1993 гг. В зале электролиза корпуса 31 в четыре ряда были
установлены 80 электролизеров СДМ 150-7.3 (в 1975 г. - 72, в 1984 г. дополнительно 8, после капитального ремонта в 1986 г. в работе
постоянно находились 68 электролизеров). Мощность производства
составляла 112 700 т каустической соды и 100 000 т хлора в год.
Источники сырья: поваренная соль, привозимая с Баскунчакского
солепромысла (Волгоградская область, Россия), вода - из реки Иртыш.
Горизонтальный электролизер СДМ 150-7.3 производства ГДР
(максимальная токовая нагрузка 150 кА, катодная плотность тока 7,3
кА/м2, длина 14,5 м, ширина 2,03 м, число анодов – 120) с ртутным
катодом (площадь 20,4 м2) и вертикальным разлагателем амальгамы
(диаметр 1,0 м в верхней части и 1,44 м в нижней, высота без
холодильника 2,07 м), производил газообразные хлор и водород, а
также водный раствор гидроксида натрия, свободный от примесей
1 – выход отработанного рассола. 2 – графитовый анод, 3 – подача
рассола, 4 – насос, 5 – подача воды, 6 – амальгама натрия, 7 – выход
раствора NaOH, 8 – ртутный катод
Рисунок Б5 – Электролиз с ртутным катодом
120
хлоридов. Благодаря использованию ртути процесс электролиза
водного раствора хлорида натрия
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2↑ + H2↑,
был разделен на два электрохимических процесса:
в электролизере на графитовом аноде выделялся газообразный
хлор, а на ртутном катоде - амальгама натрия
2Na+ + 2Cl- + (Hg) → 2Na (Hg) + Cl2↑,
а в разлагателе в результате взаимодействия амальгамы натрия с
водой на поверхности графитовой насадки образовывался водный
раствор гидроксида натрия и выделялся газообразный водород
2Na (Hg) + 2H2O → (Hg) + 2NaOH + H2↑.
Технологически процесс получения гидроксида натрия
выглядел как перемещение обедненной амальгамы натрия (с
концентрацией натрия не более 0,005%) из нижней части разлагателя
вверх на вход электролизера с помощью ртутного насоса,
донасыщение амальгамы натрием под действием тока до
концентрации 0,45 % в процессе ее протекания по наклонному днищу
электролизера, поступление 0,45% амальгамы натрия самотеком из
электролизера в верхнюю часть разлагателя и образование NaOH в
процессе взаимодействия натрия с обессоленной водой на графитовой
насадке при стекании амальгамы вниз по разлагателю, во время
которого концентрация натрия в амальгаме снижалась с 0,45 до
0,005%.
Рассол NaCl в электролизере двигался прямотоком вместе с
амальгамой, раствор NaOH в разлагателе – противотоком.
Концентрация хлорида натрия в рассоле на входе в электролизер
составляла – 300-310 г/л, в анолите на выходе – 265-275 г/л (анолит
также содержал 0,3-0,5 г/л растворенного хлора). Концентрация
раствора щелочи на выходе из разлагателя составляла – 43-46% .
Рассол для электролиза готовили путем донасыщения анолита в
корпусе 34а и хранили в двух горизонтальных гуммированных
емкостях объемом 80 м3 каждая, из которых он самотеком поступал в
корпус 31. Анолит поступал в две титановые емкости объемом 40 м3
121
каждая, из которых он откачивался в цех №2 на обесхлоривание и
затем возвращался в корпус 34а.
Температура растворов в электролизере достигала 80-85оС, в
разлагателе – 80-100оС. При высокой температуре происходило
загрязнение ртутью всех продуктов и отходов электролиза: анолита с
обедненным содержанием хлорида натрия, хлора, щелочи и водорода.
Щелочь была загрязнена элементарной атомно-дисперсной ртутью,
анолит, хлор и абгазы содержали растворимый в воде хлорид ртути
(II) – сулему, водород и вентвыбросы – газообразную ртуть. При
эксплуатации
электролизеров
большое
количество
ртути
шламировалось, образуя амальгамное масло, которое вручную
периодически удаляли из электролизеров через карманы. В карманы
электролизеров для промывки амальгамы также подавали очищенную
воду.
Раствор щелочи охлаждали, фильтровали на рамных фильтрах
ФР-50 от ртути и других примесей, после чего его направляли на
складирование и залив в цистерны. Водород охлаждали до 20-25оС
сразу же над разлагателем так, чтобы конденсирующаяся при его
охлаждении ртуть в своей основной массе возвращалась в разлагатель.
Затем водород проходил дополнительное охлаждение до 15-20оС с
возвратом сконденсировавшейся ртути в электролизеры и мокрую
очистку от ртути хлорной водой в колоннах насадочного типа.
Остаточный хлор поглощали из водорода раствором щелочи с
концентрацией NaOH 180-240 г/л, очищенный водород промывали
водой, разбавляли азотом и выбрасывали в атмосферу через “свечу”.
Содержание ртути в выбрасываемых газах не должно было превышать
0,01 мг/м3. Однако часто, особенно в зимний период, водород
выбрасывали в атмосферу, минуя стадию очистки хлорной водой.
Получаемый в электролизерах хлоргаз с концентрацией Cl2 не менее
90% и примесного H2 не более 1% постоянно отсасывали в коллектор
так, чтобы внутри электролизера поддерживался вакуум.
Влажный хлоргаз отмывали оборотной водой (в основном, от
хлорида натрия и ртути), охлаждали и осушали концентрированной
серной кислотой в двух параллельных системах охлаждения и сушки,
состоящих из фильтров и нескольких колонн насадочного типа. Затем
его сжимали компрессором и направляли на сжижение в корпус 36
цеха №4.
Анолит
перед его донасыщением хлоридом натрия
обесхлоривали путем подкисления и добавлением раствора сульфида
натрия с последующим отфильтровыванием на пресс-фильтре
образующихся шламов, содержащих сульфид ртути, HgS.
122
Регламентируемое содержание сулемы в анолите, выходящем из
электролизеров – 0,002%, в очищенном рассоле, поступающем в
электролизеры – 0,001%.
Абгазы, выделяющиеся из анолита и образующиеся в отделении
сушки и перекачки хлора, а также хлоргаз, выделяющийся при малых
нагрузках электролизеров, отсасывали на нейтрализацию в эжектор.
Поглощение хлора и ртути осуществляли раствором щелочи с
исходным содержанием NaOH 180-240 г/л, который циркулировал
через эжектод до тех пор, пока концентрация щелочи не падала до 20
г/л. Очищенные абгазы выбрасывали в атмосферу. Вентвыбросы
выбрасывали в атмосферу без очистки.
Все промывные и поглотительные растворы, а также воду,
содержащие
ртуть,
сбрасывали
в
ртутную
канализацию.
Регламентируемая норма расхода ртутьсодержащих сточных вод
хлор-щелочного производства составляла 15 м3/сут. Жидкие ртутные
шламы отстаивали, ртуть возвращали в электролизеры, а не
отстоявшийся шлам размывали водой в емкость с мешалкой, где в
течение 3-х часов происходила отбивка шлама. Отбитую ртуть
возвращали в электролизеры, не отбившийся шлам направляли на
термическую регенерацию. Твердые ртутные шламы, образующиеся
при очистке анолита и, в основном, содержавшие сульфид ртути,
направляли на захоронение, шламы, образующиеся при очистке
щелочи и содержащие металлическую ртуть, – на термическую
регенерацию.
К богатым ртутным отходам также относились графит от
отработанных анодов, графитовая насадка из разлагателя, хлориновая
ткань и стекловолокно фильтров. Эти отходы направляли на
захоронение на полигон твердых отходов. Электролизеры
периодически проходили капитальный ремонт в ремонтномеханическом цехе, заключающийся в термическом отжиге
изношенного гуминового покрытия и нанесении нового.
Ртуть, механически теряемую при эксплуатации электролизеров
в результате утечек и при текущем ремонте, смывали водой с полов
зала электролиза в лотки и далее в приямки сточных вод. Лотки и
приямки периодически очищали от ртути и ртутного шлама с
помощью переносного титанового вакуумного бачка, один штуцер
которого присоединялся к вакуумной разводке, на другой надевали
резиновый шланг, через который собирали ртуть. Собираемую
жидкую ртуть возвращали в электролизеры. Полы зала электролиза
имели специальное покрытие, которое обновляли несколько раз за
время эксплуатации цеха.
123
Установка термической регенерации ртутных шламов была
введена в эксплуатацию в 1980 г. и имела мощность 150 м3/год и
максимально достигнутую производительность 48 м3/год. Она
состояла из 3-х индукционных печей периодического действия,
вмещающих каждая по 4 цилиндрических корзины со сварным дном.
Богатый ртутный шлам с содержанием ртути 4-15% вручную
предварительно смешивали с опилками и известью в объемных
соотношениях 20:1:1 и также вручную загружали в корзины. Корзины
помещали в печь, крышку герметически закрывали, в печи создавали
вакуум 0,2 кгс/см2. Нагревание производили в несколько этапов в
течение 14-15 часов до максимальной температуры 550-600оС.
Для улавливания паров ртути использовали вертикальный
теплообменник с водяной рубашкой и площадью теплообмена 17 м 2.
Абгазы доочищали от ртути либо в адсорберах (имелось 2 аппарата,
один в работе, другой в подготовке), заполненных углем ХПК-3П,
либо в вертикальном цилиндрическом аппарате емкостью 2 м2 с
мешалкой, пропуская их через слой 10-20% раствора Na2S.
Ртутьсодержащие отходы установки представляли собой огарок и
шламы (которые направляли на захоронение), сточные воды (сливали
в ртутьсодержащую канализацию), очищенные абгазы и вентвыбросы
(выбрасывали в атмосферу).
Установка сульфидной очистки ртутьсодержащих сточных вод,
расположенная в корпусах 40, 40а и 40б, была запущена в 1975 г.
одновременно с пуском хлор-щелочного производства. Процесс
очистки заключался в корректировке рН ртутьсодержащих сточных
вод,
осаждении
в
приемном
отстойнике
первичного
ртутьсодержащего шлама, доокислении ртути до Hg (II) в сточной
воде за счет ее хлорирования с последующим удалением избытка
хлора, повторной корректировке рН и осаждении Hg (II) из раствора с
помощью сульфида натрия.
Малорастворимый сульфид ртути (II) осаждался за счет
добавления сульфата железа в качестве коагулянта с последующим
длительным отстаиванием ртутного шлама. Очищенные стоки
собирали в емкость объемом 5000 м3. После наполнения емкости
сточной водой и установления санитарной лабораторией безопасного
уровня концентрации ртути в ней, ртутьсодержащие сточные воды
сбрасывали в накопитель Былкылдак.
Однако из-за принципиальных технологических недостатков
сульфидного метода очистки (низкой скорости образования осадка
сульфида ртути, протекания побочных процессов образования
растворимых полисульфидов ртути, трудностей с отделением твердой
124
фазы) концентрация ртути в сточной воде, сбрасываемой из емкости
40д в накопитель Былкылдак, обычно не отвечала регламентируемым
нормам. Поэтому цех №3 часто производил несанкционированные
сбросы в Былкылдак ртутьсодержащих сточных вод, не прошедших
стадию сульфидной очистки.
Это привело к реконструкции системы сбора и очистки
ртутьсодержащих сточных вод. Уже в 1978 г. вместо установки
сульфидной очистки была введена в эксплуатацию установка
ионообменной очистки ртутьсодержащих сточных вод, однако она
также эксплуатировалась лишь периодически. Достигнутая мощность
составляла 30 м3/ч. Сточные воды фильтровали, подкисляли до рН 1-3
и хлорировали в хлораторе при концентрации активного хлора в воде
0,1-0,8 г/л для осветленной воды и до 2 г/л для не осветленной. Далее
хлорированную воду вновь фильтровали, обесхлоривали, пропуская
через адсорбер, заполненный 2,5 м слоем активированного угля марки
АРВ, еще раз фильтровали и пропускали через каскад из 4-х
адсорберов, заполненных анионообменной смолой ВП-1-АП.
Уголь и анионообменную смолу загружали в адсорберы сверху,
выгружали на сито-поддон снизу, очищаемые сточные воды подавали
снизу. Отработанную смолу и уголь направляли на регенерацию,
бедные ртутьсодержащие шламы - на переработку на ртутный
комбинат. После адсорберов сточные воды имели слабокислую
реакцию, поэтому их нейтрализовали раствором щелочи до рН 7 и
сбрасывали в крайнюю восточную секцию спецпрудов. Регламентная
степень очистки сточных вод от ртути – до 0,005 мг/л. Во время
простаивания анионообменной установки ртутьсодержащие сточные
воды хлор-щелочного производства сбрасывали в спецпруды без
очистки.
125
Приложение В (информационное). Свойства ртути
Элементы побочная подгруппа второй группы - цинк, кадмий и
ртуть - характеризуются наличием двух электронов в наружном слое
атома и восемнадцатью в предыдущем. Восстановительные свойства
элементов подгруппы цинка выражены значительно слабее, чем у
элементов главной подгруппы. Это объясняется меньшими размерами
атомов и, соответственно, более высокими энергиями ионизации этих
элементов по сравнению с соответствующими элементами главной
подгруппы.
Ртуть (лат. Hydrargyrum), Hg, химический элемент II группы
периодической системы, атомный номер 80, атомная масса 200,59,
серебристо-белый тяжёлый металл, жидкий при комнатной
температуре. В природе она представлена семью стабильными
изотопами с массовыми числами: 196 (0,2%), 198 (10,0%), 199 (16,8%),
200 (23,1%), 201 (13,2%), 202 (29,8%), 204 (6,9%).
Физические и химические свойства ртути
Ртуть - единственный металл, жидкий при комнатной
температуре. В твердом состоянии она кристаллизуется в
ромбические сингонии, а = 3,463 ангстрем (далее Å), с = 6,706 Å,
плотность в твёрдом состоянии - 14,193 г/см3 (-38,9 °С), жидкой 13,52
г/см3 (20 °С), атомный радиус 1,57 Å, ионный радиус Hg2+ 1,10 Å, tпл 38,89 °С, tkип 357,25 °С. Конфигурация внешних электронов атома Hg
5d 106s2, в соответствии с чем при химических реакциях образуются
катионы Hg2+ и Hg22+.
Химическая активность Hg невелика. В сухом воздухе (или
кислороде) она при комнатной температуре сохраняет свой блеск
неограниченно долго. С кислородом даёт два соединения: чёрную
закись Hg2O и красную окись HgO. Hg2O появляется в виде чёрной
плёнки на поверхности ртути при действии озона. HgO образуется при
нагревании Hg на воздухе (300-350 °С), а также при осторожном
нагревании нитратов Hg(NO3)2 или Hg2(NO3)2. Гидроокись Hg
практически не образуется. При взаимодействии с металлами,
которые Hg смачивает, образуются амальгамы. Из сернистых
соединений важнейшим является HgS, которую получают
растиранием Hg с серным цветом при комнатной температуре, а также
осаждением растворов солей Hg2+ сероводородом или сульфидом
щелочного металла. С галогенами (хлором, иодом) Hg соединяется
при нагревании, образуя почти недиссоциирующие, в большинстве
ядовитые соединения типа HgX2. В соляной и разбавленной серной
126
кислотах ртуть не растворяется, но растворима в царской водке,
азотной и горячей концентрированной серной кислотах.
Почти все соли Hg2+ плохо растворимы в воде. К хорошо
растворимым относится нитрат Hg (NO3)2. Большое значение имеют
хлориды Hg - Hg2Cl2 (каломель) и HgCl2 (сулема) Известны соли
окисной ртути, цианистой и роданистой кислот, а также ртутная соль
гремучей кислоты Hg(ONC)2, - гремучая ртуть. При действии аммиака
на соли образуются многочисленные комплексные соединения,
например HgCI×2NH3 (плавкий белый преципитат) и HgNH2CI
(неплавкий
белый
преципитат).
Применение
находят
ртутьорганические соединения.
Распространение ртути в природе
Ртуть принадлежит к числу весьма редких элементов, её среднее
содержание в земной коре (кларк) близко к 4,5×10-6% по массе.
Приблизительно в таких количествах она содержится в изверженных
горных породах. Важную роль в геохимии ртути. играет её миграция в
газообразном состоянии и в водных растворах. В земной коре она
преимущественно рассеяна, осаждается из горячих подземных вод,
образуя ртутные руды (содержание в которых составляет несколько
процентов). Известно 35 ртутных минералов, главнейший из них киноварь HgS.
В биосфере ртуть в основном рассеивается и лишь в
незначительных количествах сорбируется глинами и илами (в глинах
и сланцах в среднем 4×10-5%). В морской воде содержится 3×10-9%
ртути. Самородная ртуть, встречающаяся в природе, образуется при
окислении киновари в сульфат и разложении последнего, при
вулканических извержениях (редко), гидротермальным путём
(выделяется из водных растворов).
Ртуть в организме
Содержание ртути в организмах составляет около 10-6% В
среднем в организм человека с пищей ежесуточно поступает 0,02 0,05 мг Hg. Концентрация в крови человека составляет в среднем
0,023 мкг/мл, в моче - 0,1- 0,2 мкг/мл. В связи с загрязнением воды
промышленными отходами в теле многих ракообразных и рыб
концентрация Hg (главным образом в виде её органических
соединений) может значительно превышать допустимый санитарногигиенический уровень. Ионы Hg и её соединения, связываясь с
сульфгидрильными группами ферментов, могут инактивировать их.
127
Попадая в организм, она влияет на поглощение и обмен
микроэлементов - Cu, Zn, Cd, Se. В целом биологическая роль ртути в
организме изучена недостаточно.
Отравления ртутью и её соединениями возможны на ртутных
рудниках и заводах, при производстве некоторых измерительных
приборов, ламп, фармацевтических препаратов, инсектофунгицидов и
других. Основную опасность представляют пары металлической
ртути, выделение которых с открытых поверхностей возрастает при
повышении температуры воздуха.
При вдыхании она попадает в кровь. В организме Hg
циркулирует в крови, соединяясь с белками, частично откладывается в
печени, в почках, селезёнке, ткани мозга. Токсическое действие
связано с блокированием сульфгидрильных групп тканевых белков,
нарушением деятельности головного мозга (в первую очередь,
гипоталамуса). Из организма ртуть выводится через почки, кишечник,
потовые железы.
Наибольшую опасность представляют соединения ртути,
которые в некоторых объектах окружающей среды накапливаются в
довольно существенных количествах и попадают в пищевые цепи
человека с водой и пищей (рыба). Примером могут служить массовые
отравления населения Японии (болезнь Минамата) ртутью в 19431970 гг. из-за слива заводом Тиссо большого количества сточных вод,
загрязненных солями метилртути.
Соли двухвалентной ртути, особенно органическая ртуть, легко
поглощаются водными организмами. Водные беспозвоночные, и
особенно водные насекомые, накапливают ртуть в высоких
концентрациях. Рыба также поглощает этот металл и удерживает его в
тканях главным образом в виде метилртути. Содержание ртути в
морских животных, обитающих около Атлантического побережья
Канады, характеризуется следующими данными (таблица В1).
Приведенные данные свидетельствуют о высоком содержании
ртути в рыбе и организме других животных. Ртуть в количестве 0,10,7 мг/кг обнаружена также в рыбе у берегов Дании, Швеции, Греции,
Югославии, Турции, Канады, Перу, США. В воде озер Северной
Америки содержание ртути составляло 0,09-1 мкг/л, а в рыбах (щука,
налим) 9,16-12,13 мг/кг. Отмечается, что переход ртути из воды в
организм рыбы сильно зависит от рН воды. При более низком рН
поглощение и накопление соединений ртути в рыбах протекает более
интенсивно. Если при рН 5,0 за определенное время в рыбе
накапливается 2,7 мг/кг ртути, то за такое же время при рН 7,5 - всего
лишь 0,4 мг/кг.
128
Таблица В1 - Накопление ртути в организме морских животных
Вид
Содержание ртути, мг/кг
Треска
Крабы
Сельдь
Тунец
Камбала
Лангуст
Меч-рыба
Устрица
Двустворчатые моллюски
0,02-0,23
0,06-0,15
0,02-0,09
0,33-0,86
0,07-0,17
0,08-0,20
0,82-1,0
0,02-0,14
0,02-0,11
В связи с наличием ртути в рыбах и других морских организмах
значительные количества обнаружены в диких птицах, особенно тех,
что питаются морскими организмами. У некоторых перелетных птиц
обнаружено от 6 до 97 мкг/кг ртути, однако подобные концентрации
не опасны. Формы, в которых ртуть накапливается в организмах птиц,
разнообразны и зависят от вида, органа и места обитания. Анализ
содержания ртути в перьях морских птиц Северной Атлантики
показывает наличие тенденции к уменьшению концентрации ртути с
юго-запада на северо-восток. Наибольшие концентрации ртути
найдены в перьях тупиков (1,5-11,4 мг/кг) и трехпалых чаек (1,7-6,8
мг/кг) вне зависимости от района их обитания. Наименьшие
количества ртути обнаружены в перьях кайр (0,5-2,2 мг/кг).
Промежуточные значения загрязнения пера ртутью отмечены у
гагарок (0,8-5,8 мг/кг).
Ртуть и здоровье человека
Ртуть поступает в организм с пищей, примерно 0.2 мг/кг в
сутки. Присутствует во всех органах, но физиологическая роль ртути
до сих пор не ясна. Применение ртутных соединений в качестве
лечебных средств началось в глубокой древности. В современной
медицине используется противовоспалительное, антисептическое,
дезинфицирующее действие ртути. Много ртути поступает в организм
человека с морской рыбой, морепродуктами, рисом (до 0,2 мг/кг).
Токсичность ртути зависит от химической формы, в которой она
попадает в организм. Металлическая ртуть (в жидком виде) при
отдельном попадании в организм практически нетоксична.
129
Элементарная ртуть в виде испарения очень хорошо резорбируется в
респираторном тракте.
Элементарная ртуть, поступившая в виде паров в органы
дыхания, подвергается быстрой абсорбции. В кровь поступает около
80%, после чего она быстро окисляется в Hg2+. Однако металлическая
ртуть в связи с липофильностью легко проникает в ткани. За
несколько минут до того как произойдет окисление, элементарная
ртуть
успевает
проникнуть
из
крови
в
мозг
через
гематоэнцефалический барьер. Процесс проникновения элементарной
ртути в мозг идет столь быстро, что 97% ее не успевает окислиться. В
мозге происходит окисление металлической ртути в Hg2+, которая
плохо
проникает
через
гематоэнцефалический
барьер
и,
следовательно, там надолго задерживается. У японских рабочих,
умерших через 10 лет после ингаляционной экспозиции к парам
ртути, в мозге все еще обнаруживались существенные концентрации
ртути. При экспозиции к парам ртути накопление ртути в мозге
примерно в 10 раз выше, чем при экспозиции к неорганическим
солям.
Таким образом, металлическая ртуть постепенно превращается в
неорганические соединения. Не обнаружено механизмов перехода
металлической и ионной ртути в органические соединения в
организме млекопитающих, но в крови людей, подвергавшихся
экспозиции к парам ртути, обнаруживали также небольшое
количество метилртути. Дело в том, что значительная часть ртути
выводится с желчью в кишечник, где подвергается обратному
всасыванию. Возможно, в кишечнике часть неорганической ртути
подвергается метилированию кишечными бактериями и поступает
обратно в кровь в форме метилртути.
Благодаря липофильности элементарная ртуть проникает во все
органы, но из-за неспособности окисленной ртути проникать из мозга
обратно в кровь, ее задержка происходит главным образом в мозговой
ткани. В других исследованиях при ингаляции паров ртути
наибольшие отложения ртути наблюдали в почках. Преобладание
отложения в одном из этих органов зависит от продолжительности и
выраженности экспозиции .
Разные химические формы ртути имеют различное
распределение между плазмой и эритроцитами крови. Исследования
такого распределения обладают не только научным, но также и
большим практическим значением, так как позволяют косвенно
судить о природе ртутной интоксикации. При исследовании
добровольцев с однократной ингаляцией паров ртути концентрация в
130
эритроцитах была в два раза выше, чем в плазме. Отношение между
концентрацией в эритроцитах и концентрацией в плазме у людей при
ингаляции паров элементарной ртути выше, чем при поступлении
неорганических солей ртути и обычно ≥1.
Общая закономерность распределения ртути поступившей в
элементарной форме такова, что наибольшие ее концентрации
скапливаются в почках и головном мозге. При остром поступлении
концентрация ртути в почках будет выше, но в связи с более
медленным выведением из ткани мозга при продолжительной
экспозиции или в отдаленном периоде острой экспозиции
концентрация ртути в мозге станет выше, чем в почках.
Соотношение между концентрациями в эритроцитах крови и в
плазме обнаруживает небольшое преобладание содержания ртути в
эритроцитах, что отличает ингаляционное поступление элементарной
ртути от интоксикации неорганическими солями ртути, при которой
данное соотношение может быть меньше 1, а также от интоксикации
метилртутью, где это отношение может быть 20:1. Следовательно,
исследование содержания ртути в эритроцитах и плазме позволяет
косвенно судить о том, в какой химической форме ртуть поступает в
организм .
Неорганические
соединения
ртути
не
обладают
липофильностью и плохо проникают через гематоэнцефалический
барьер. Они накапливаются в печени и почках и в меньшей степени в
головном мозге. У крыс после 6 недель инъекционного поступления
хлорида ртути только 0.01% обнаруживался в мозге и 3% в почках.
Самые высокие концентрации ртути у мышей после экспозиции к ее
неорганическим соединениям обнаруживались в почках. В почках
накапливается от 50 до 90% ртути при экспозиции к ее
неорганическим
соединениям.
Следовательно
в
случае
преобладающего поступления в организм неорганических соединений
ртути следует ожидать, что концентрация ртути в почках окажется
выше, чем концентрация в мозге. Отношение концентрации ртути в
эритроцитах к концентрации в плазме крови при экспозиции к
неорганическим солям ртути было меньше 1.
Поступившая в кровь метилртуть относительно равномерно
распределяется по всему организму с более высокими уровнями в
мозге и в почках. Метилртуть имеет свойство проникать через
гематоэнцефалический барьер и ее концентрации в мозге выше, чем в
почках. В исследованиях на добровольцах употребление метилртути
приводило к концентрациям ртути в эритроцитах в 20 раз более
высоким, чем в плазме крови. В соответствии с экспертами ВОЗ,
131
«распределение метилртути имеет следующие три характеристики: (i)
высокая концентрация ртути в крови и высокое отношение
концентраций эритроциты:плазма, (ii) более легкое проникновение
через гематоэнцефалический и плацентарный барьеры, чем у других
соединений, за исключением паров ртути, (iii) меньшее отложение в
почках, чем у других соединений ртути».
При анамнестическом анализе ртутной интоксикации
определение химической формы поступавшей ртути возможно только
косвенным методом, а именно, посредством сравнения концентраций
в мозговой и почечной тканях, а также в эритроцитах и плазме крови.
Приведенные выше данные позволяют выстроить схему для
логического анализа как это показано в таблице В2.
Таблица В2 - Косвенное определение химической формы ртути,
вызвавшей интоксикацию
Химическая форма Отношение
Отношение
ртути
концентраций
концентраций
мозг:почка
эритроциты:плазма
Различное: >1 или <1, >1 или =1, но <10
Hg0
либо = 1.
<<<1
=1 или <1
Hg++
MeHg
> 10 или =10
>1
Тем не
менее, вопрос с распределением различных
химических форм ртути по тканям и биологическим жидкостям
осложняется тем, что ртуть в организме непрерывно подвергается
биологической трансформации с переходом одних форм в другие. Во
первых, при длительном пребывании ртути в организме независимо от
первоначальной формы, основная масса ртути перейдет в
неорганические
соединения.
Во-вторых,
сам
процесс
биотрансформации может испытывать влияние со стороны различных
факторов. Например, алкоголь, подавляя окисление металлической
ртути, уменьшает ее задержку в мозге. Следовательно, у лиц,
регулярно употребляющих алкоголь,
распределение ртути может
оказаться иным, чем у мало пьющих.
Накопление ртути в биологических средах человека
При поступлении ртути в организм человека в повышенных
концентрациях она способна накапливаться во внутренних органах 132
печени, почках, сердце и головном мозге. В организм человека
ежесуточно с пищей и жидкостью поступает 15 мкг ртути, с воздухом
- 1 мкг. Интоксикация происходит в основном через дыхательные
пути, что обусловлено высокой летучестью ртути. Вдыхаемые
элементарная ртуть и ее неорганические соединения всасываются на
80-85 %. В желудочно-кишечном тракте человека элементарная ртуть
практически не всасывается, а неорганические соли всасываются в
количестве 8-15 %, метилртуть - практически полностью. Соли и
кислород воздуха, содержащиеся в крови, способствуют поглощению
ртути, ее окислению и образованию ртутных солей. Токсическое
действие оказывают главным образом ионы ртути и ее органические
соединения.
Сложные органические соединения ртути распадаются
значительно быстрее, чем простые, и выводятся в основном с мочой.
Биологический период полувыведения неорганических соединений
ртути - 30-60 суток, для ртути, содержащейся в пище, - 70 суток, для
метилртути, содержащейся в рыбе, - 200 суток. Ртуть накапливается в
почках (0,2-2,8 мг/кг), печени (0,2-03 мг/кг), головном мозге (0,1
мг/кг).
Относительное содержание ртути в эритроцитах одного и того
же человека может меняться более чем в 5 раз. Выводится ртуть в
основном с мочой (0-35 мкг/сут.), с фекалиями выделяется до 10
мкг/сут, с волосами - 0,9 мкг/сут., некоторое количество - с потом.
Биотрансформация ртути в организме человека
Метаболические превращения ртути в организме включают:
- окисление металлической ртути в дивалентную ртуть;
- восстановление дивалентной ртути в металлическую ртуть;
- метилирование неорганической ртути;
- превращение метилртути в дивалентную неорганическую
ртуть.
Элементарная ртуть в крови окисляется в ее двухвалентную
форму в эритроцитах. Основным ферментом, ответственным за
окисление ртути, является каталаза. Превращение в двухвалентную
форму идет также в мозговой и других тканях.
Двухвалентные катионы ртути в организме человека могут
восстанавливаться в одновалентную или металлическую форму. В
частности после поступления в организм двухвалентной
неорганической ртути в выдыхаемом воздухе могут появиться пары
элементарной
ртути,
которая
образовалась
в
результате
восстановления.
133
Метаболизм
метилртути
напрямую
зависит
от
ее
деметилирования в тканях организма. Скорость деметилирования
различна в разных тканях. В исследованиях на обезьянах
краткосрочная биотрансформация в неорганическую ртуть была
следующей: в печени – 20% от всей ртути, в почках – 50%, в желчи
30-83% и в мозге менее 5%. При длительной экспозиции у макак от 10
до 33% ртути в мозге было представлено в неорганической форме, а
через 6 месяцев после прекращения экспозиции – 90%. То есть,
отношение между неорганической и органической ртутью после
экспозиции к метилртути со временем увеличивается.
134
Приложение Г (обязательное). Исследования загрязнения
ртутью в окрестностях ПХЗ
В исследовании территории, прилегающей к первой площадке
ПХЗ принимали участие многие организации, так как необходимо
было провести изучение содержания, физического и химического
состояния ртути в различных природных объектах: воздухе, наземных
и подземных водных источниках, в различных грунтах и
конструкциях, и, наконец, в живых объектах.
Обследуемые территории ПХЗ - СП «Еврохим»
Инженерные изыскания на территории ПХЗ проводились в
соответствии с «Мероприятиями по разработке решений по защите
окружающей среды от загрязнений ртутью при выводе из
эксплуатации производства хлора и каустической соды ртутным
методом с переводом процесса электролиза на мембранный метод на
Павлодарском ПО «Химпром», утвержденными Минхимпромом
СССР 31.12.88 г. и Постановлением Главного государственного врача
СССР № 89-35 от 12.07.89 «О запрещении производства хлора и
каустической соды на Павлодарском ПО «Химпром».
Павлодарская
гидрогеологическая
экспедиция
НТЦ
«Технолог» (ПГГ) в 1989-1990 гг. провела полевые работы: были
пройдены 32 разведочные и наблюдательные скважины по 8
профилям вокруг корпуса 31 и 19 дополнительных скважин,
расположенных вне этих профилей. Такое количество скважин
позволило
определить
гидрогеологические
условия,
на
заключительный период деятельности хлор-щелочного производства,
а также степень загрязнения ртутью геологической среды в западной
части 1 промплощадки, включая главный источник загрязнения - зал
ртутного электролиза. Половина скважин была пробурена на первых
водоносных горизонтах и верховодке до глубин в 10 м.
С помощью 16 скважин был опробован второй горизонт
Павлодарской свиты, залегающий на глубинах 6,0-13,5 м. Воды
нижнего (третьего) водоносного горизонта были вскрыты 10
скважинами на глубинах 11-20 м. При бурении 47 скважин с
интервалами в 25-50 см были отобраны образцы кернов, а из
водоносных горизонтов - пробы воды на содержание ртути.
Непосредственно в зале ртутного электролиза и в корпусе
переработки ртутных шламов были пройдены 11 шурфов и скважин
глубиной до 0,75-3,0 м.
135
Для определения границ ореола загрязнения ртутью на
территории 1 промплощадки с глубины 0,25-0,3 м с помощью
ручного бура были отобраны 102 пробы почв. Пробы были отобраны
по профилям с шагом 40-45 м вдоль транспортных магистралей и в
районе цеха №3, где в технологических целях использовалась ртуть.
Концентрацию ртути в пробах почв и воды определяли атомноабсорбционным методом в лабораториях «Экогидрохимгео» г.Алматы
и СП Еврохим.
Основные результаты - СП Еврохим
Основные результаты балансового и гидрогеологического
обследования хлор-щелочного производства ПХЗ заключались в
следующем:
- общая оценочная масса ртути, потерянной с 1975 по 1989 гг.
во время эксплуатации производства хлора и каустика ПО
«Химпром», составляет 1089 т, в том числе с водородом и
вентвыбросами – от 14 до 63 т, депонировано в полах и грунтах по
периметру зала электролиза – от 813 до 866 т, рассеяно по территории,
примыкающей к цеху электролиза и отделению термической
регенерации, вдоль дорог, на площадке хранения отходов и деталей
электролизеров – от 42 до 45 т, накоплено на шламовой карте
спецпрудов с рассольными и другими шламами – до 137 т,
депонировано в иловых отложениях и воде накопителя Былкылдак –
от 10 до 15 т, в воде карты для жидких отходов спецпруда-испарителя
– от 1 до 2 т;
- основной очаг ртутного загрязнения расположен внутри
периметра зала электролиза 31корпуса площадью 7519 м2, где в
бетонных полах, а также грунтах ниже бетонного основания корпуса
с общим объемом масс около 22 тыс. м3, депонировано около 1131,8 т
ртути, в том числе бетонных полах зала электролиза – 104,1 т, в
насыщенных суспензионных грунтах – 859,1 т, в подстилающих
глинах – 6,4 т. Глубина проникновения ртути превышает 3 м. Однако
основная масса ртути (около 99%) залегает на поверхности
ненарушенного грунта, на глубине, не превышающей 2 м от
поверхности пола;
- площадь загрязнения ртутью почв 1 площадки составляет
521150 м2. Наиболее загрязненный участок расположен восточнее
корпуса 31. Среднее содержание ртути в слое 0-0,25 м на
загрязненном участке составляет 2-14 мг/кг. Общая масса ртути,
рассеянной в поверхностном слое почв 0-0,25 м составляет около 2,8
т, масса загрязненного грунта - приблизительно 208 000 т.
136
Проникновение ртути прослеживается на глубину до 4 м. Однако уже
на глубине 1,5 м содержание ртути в грунте не превышает ПДК п.
Расчетная масса ртути, рассеянной в слое 0-4 м (без учета ртути,
находящейся под корпусом 31) составляет 10 т.;
- контур загрязненных ртутью подземных вод вытянут от
корпуса 31 в западно-западно-северном направлении на 800 м. Общая
площадь загрязнения ртутью подземных вод первых горизонтов и
верховодки составляет 0,55 км2. Объем загрязненных вод для всех
горизонтов был оценен в 2,08 млн. м3, в котором ориентировочно
содержится около 10,0 т ртути (с концентрацией ртути от 12,5 до
103,0 мг/л и сухим остатком солей 62-72 г/л) в форме хорошо
растворимого хлорида ртути (II) - сулемы;
- в двух картах экранированного спецпруда - накопителя
сосредоточены ртутьсодержащие шламы очистки анолита, в которых
ртуть находится в виде трудно растворимой соли сульфида ртути (II).
Содержание ртути в этих шламах колеблется от 0,01 до 0,33%. Всего в
накопителе находится около 140 т солей ртути;
- в накопитель Былкылдак ртуть поступала со сточными водами.
Среднее содержание ртути в его поверхностных водах 0,01 мг/л, что в
20 раз выше ПДКВ. Исходя из объема сброшенных сточных вод и
содержания в них ртути, можно приблизительно оценить общую
массу ртути в воде и донных отложениях озера. Оно составляет 10-15
т;
- гидрогеологический прогноз дальнейшего распространения
ртути по водоносным горизонтам с промплощадки АО «Химпром» и
прилегающей территории показал следующие скорости движения
ртути: в верховодке и первом горизонте - 20-46,7 м/год, во втором 12-28 м/год и в третьем - 46-56 м/год.
Разработка Проекта демеркуризации проводилась с 1988 по
1995 гг. и совпала по времени с годами распада СССР и наиболее
тяжелым периодом экономического и политического кризиса.
Первоочередная программа, разработанная СП Еврохим после
предварительных исследований 1988-1992 гг., заключалась в
демонтаже наиболее загрязненной части корпуса 31 – электролизного
зала, где проходил сам процесс электролиза (80 электролизёров,
другое содержащее ртуть оборудование, стены, перекрытия и т.д.),
промывке демонтированных конструкций на месте и их сортировке.
Металлическое оборудование после обработки растворами
окислителей (гипохлорид натрия, перекись водорода, перманганат
калия, азотная кислота, хлорное железо) и водой должно было быть
сдано на металлолом, строительные конструкции, содержащие менее
137
1% ртути, – уложены в специально сооружаемый могильник
(котлован, глубиной не более 3-х м, выстланный глиняным экраном
толщиной не менее 0,5 м и резервными возможностями для
расширения) и залиты раствором цемента, строительные конструкции,
содержащие более 1% ртути, - временно складированы на площадке в
1500 м2 и покрыты слоем глины, и, в последнюю очередь, - наиболее
загрязненные ртутью материалы должны были быть собраны и
помещены в контейнеры и ждать переработки. Другие части корпуса
31, считавшиеся менее загрязненными, предполагалось демонтировать
позднее.
Основной процесс извлечения ртути должен был быть
произведен с помощью установок термической демеркуризации
бетона и механической демеркуризации грунта. Отходы с низким
содержанием ртути должны были быть уложены в новые секции
могильника и залиты грунтобетонной смесью из бетоносмесительной
установки.
Бетонные выломки основания зала электролиза и других
строительных конструкций с размером кусков, не превышающих
20х30 см, и содержанием ртути не менее 0,3-0.5% предполагалось
демеркуризировать
в
камерной
вакуумной
электропечи
о
периодического действия при температуре 700-750 С в течение 2-х
часов. Для этого бетонные выломки загружаются экскаватором в
решетчатые прямоугольные контейнеры с брутто массой 5 т,
транспортируются на автомобиле к печи, талью загружаются в камеру
и герметично закрываются съемной крышкой. Печь разогревается с
помощью спиралей, включаемых посекционно. После окончания
нагревания печь продувается воздухом для охлаждения. Воздух,
содержащий пары ртути, предусматривалось охлаждать в воздушном
конденсаторе, омываемом снаружи водой для дополнительного
охлаждения.
Металлическая ртуть собирается в сборнике и периодически
сливается в герметично закрываемые контейнеры, охлажденный
воздух подвергается дополнительной очистке на адсорбенте ХПР-3п
(активированном угле, пропитанном хлорным железом), а затем
выбрасывается в атмосферу через трубу высотой 10 м. Прогретый
бетон с содержанием ртути менее 0,3% подлежал захоронению в
могильнике.
Грунты с содержанием ртути более 1% подлежали отбивке от
ртути путем приготовления пульпы и грохочением породы на
скруббере. Для этого грунт из котлована корпуса 31 загружается в
контейнер с брутто массой 5 т, транспортируется автотранспортом к
138
установке демеркуризации и выгружается в бункер, снабженный
решеткой (с размером ячеек не более 15 см) для отделения
строительного мусора. Из бункера грунт подается внутрь
вращающегося с большой скоростью барабана скруббера, в который
также подается вода. В барабане глина переходит в воду, образуя
поток пульпы, движущийся по направлению к бутаре.
Не размытые сцементированные куски материала и галька
(фракция 16-150 мм) отделяются бутарой, а пульпа с ртутью через
перфорацию бутары уходят в кожух-сепаратор, устанавливаемый под
бутарой. На сетке кожуха-сепаратора происходит частичное
обезвоживание пульпы и отделение основной массы ртути. Частично
обезвоженная пульпа сливается с сетки на грохот, ртуть и вода
собираются внутри наклонного днища кожуха под сеткой, при этом
ртуть периодически сливается в герметично закрываемые контейнеры,
а вода непрерывно подается на отбивку ртути в барабан скруббера с
бутарой.
На грохоте происходит дополнительное обезвоживание пульпы,
которая затем сливается в вертикальный цилиндрический сборник с
коническим днищем. Для предотвращения отстаивания пульпы она
непрерывно циркулирует с помощью насоса по контуру: сборникнасос-сборник, имеющий для более полного выведения ртути из
пульпы дополнительный сепаратор, снабженный сетчатым дном.
Обезвоженная и обедненная ртутью пульпа из сборника насосом
подается на приготовление грунтобетона и заливку могильника.
Грунты с содержанием ртути менее 0,3% (около корпуса 31) и
менее 0,02% (около корпусов 31а и 37) должны были быть вынуты на
глубину 0,25 м и направлены на приготовление грунтобетона без
предварительной обработки.
Пульпа грунта установки механической демеркуризации по
трубопроводу подается к бетоносмесительной установке, где она
отстаивается. Менее загрязненные грунты завозятся автотранспортом
в контейнерах. Мокрый и сухой грунт скрепером подается в
бетоносмесительные установки, в которых он смешивается с
цементом и водой в нужном соотношении. Состав грунтобетона (на 1
м 3 бетонной смеси): грунтовая смесь – 1800 кг, портландцемент (Н
400) – 95 кг, вода – 300 кг (всего 2195 кг). Проектная прочность
бетона – 1,5 МПа (15 кгс/см3). Приготовленная грунтобетонная смесь
доставляется к месту укладки в могильник автотранспортом.
Могильник для ртутных отходов должен был представлять
собой разделенный на карты (не менее 3-х) котлован глубиной до 3-х
м, выстланный водонепроницаемым глиняным экраном толщиной 0,5
139
м. Вместимость могильника до 33300 м3. Сверху хранилище должно
было быть закрыто экраном, на котором можно было размещать
производственные помещения.
Степень извлечения ртути: при обжиге – 95%, остаточное
содержание не более 0,3%, при отбивке - 85%, максимальная
концентрация ртути в захораниваемом бетоне – не выше 3,5%.
В 1995-1998 гг. ПХЗ провел согласование и утверждение всех
документов,
необходимых
для
сопровождения
Проекта
демеркуризации, в том числе 11.08.95 в Министерстве экологии и
биоресурсов Республики Казахстан (письмо № 3-2-137/1718). В 1996
г. Проект СП Еврохим был дополнен ТЭО для проведения демонтажа
и демеркуризации электролизного цеха.
140
Приложение Д (обязательное). Исследование ртутного
загрязнения почв и поверхностных вод по проекту ИНТАС в 9799 гг
Проект ИНТАС-Кз 95-19, финансируемый Европейским
Союзом, был выполнен научной группой, входящей в состав ТОО
«Геокен», а затем перешедшей в Институт естественных наук г.
Алматы (ИЕН). В работах также принимал участие КазГУ. Проект
включал в себя два полевых исследования 1997 и 1998 гг. на площади
около 1000 км2 севернее промплощадки ПХЗ, включавшей территории
вокруг накопителей Былкылдак и Сарымсак, а также пойму реки
Иртыш.
По регулярной сетке 0,7 x 0,7 км, 1 х 1 км и 2,8 x 2,8 км было
отобрано более 2000 проб почв с уровней 0-15, 15-30 и 30-50 см. На
этой территории также было отобрано около 100 проб поверхностных
вод и 100 проб донных отложений. Около 600 проб почв и донных
отложений были опробованы спектральным методом анализа на
содержание 7-ми тяжелых металлов, кроме этого все пробы были
проанализированы на содержание ртути атомно-абсорбционным
методом.
Не было зафиксировано превышений ПДКп ни для одного из
тяжелых металлов, кроме нескольких случаев содержания ртути
вблизи северной границы промплощадки №1 ПХЗ, а также около
спецпрудов на берегу накопителя Былкылдак. Однако было
обнаружено несколько ореолов повышенного содержания ртути (со
100 кратным превышением местного фонового уровня), в основном,
связанных с пониженными участками рельефа, что было объяснено
накоплением в этих местах талых вод в весенний период. Также были
обнаружены участки с повышенным содержанием ртути (но не выше
ПДКп) в почве и донных отложениях в старицах поймы реки Иртыш, а
также несколько случаев содержания ртути на уровне ПДКв в
поверхностных водах реки Иртыш в ее прибрежной зоне и пойменных
озерах. Загрязнение ртутью поймы реки Иртыш было объяснено
возможной разгрузкой загрязненных ртутью подземных вод.
Среднее значение уровня загрязнения ртутью поверхностных
вод накопителя Былкылдак было оценено в 1 мкг/л (2 ПДКв).
Проект “Тoxicmanagement”
В 2002 г. завершилось исследование ртутного загрязнения
Северной промышленной зоны г. Павлодара, финансируемое в рамках
программы ИНКО-2 Европейского Союза. Проект включал в себя
141
программу двухгодичных полевых и химико-аналитических работ, а
также разработку математической модели распространения ртутного
загрязнения с подземными водами в районе бывшего ПО "Химпром"
г. Павлодар, выполнявшиеся Консорциумом казахстанских и
зарубежных университетов, исследовательских институтов и
компаний.
Казахстанскими партнерами по проекту ИНКО-2 ICA2-CT-200010029 "Развитие экономически эффективных методов снижения
опасности от загрязнения тяжелыми металлами в индустриальных
центрах на примере исследования ртутного загрязнения в Павлодаре"
("Toxicmanagement")
были
Кафедра
методики
научного
природопользования BG Алматинского института энергетики и связи
(АИЭС), Институт гидрогеологии и гидрофизики МОН РК (ИГГ),
КазГУ и ИЕН. Иностранными партнерами являлись Отдел
гражданского инжиниринга Саутгемптонского университета из
Великобритании (СУ) - координатор проекта, Консалдинговая
компания "ГеоДелф" из Нидерландов (ГеоДелф), СП Еврохим и
Сибирский духовно-экологический университет г. Омск (СдэУ).
Основное содержание работ по сбору архивных данных и
данных экспедиционных работ
В 2001 г. ИГГ, КазГУ и ИЕН провели сбор фондовых
гидрогеологических данных для Северной промышленной зоны г.
Павлодара в архивах ТУ “Южказнедра” г. Алматы, Республиканского
центра геологической информации “Казгеоинформ” г. Кокчетав, ПГГ
и
ОАО
ПХЗ.
Были
приобретены
или
скопированы
гидрогеологические карты, составленные для различных периодов
времени (всего 32), гидрогеологические разрезы (всего 90), данные
для более 1000 гидрогеологических скважин, пробуренных с 1960 по
2000 гг. различными организациями (описания разрезов, конструкции
скважин, результаты откачек, наблюдений за уровневым режимом
подземных вод, химический состав подземных вод).
Собранные материалы были изучены и проанализированы ИГГ
и на основе части из них в программе FoxPro 3.0, была создана база
данных, а также с использованием программы MapInfo 5.0
спроектирована геоинформационная система ИГГ (ГИС ИГГ). При
создании ГИС ИГГ гидрогеологические карты сканировались, а затем
оцифровывались. При этом были сформированы слои, содержащие
сведения о местоположении картировочных скважин, а также
объектов, оказывающих существенное влияние на гидрогеологические
142
условия: река Иртыш, озера, золоотвал ТЭЦ 2 и 3, дренажные канавы,
накопители сточных вод, территория бывшего ПО “Химпром” и т.д.
Также были оценены масштабы ртутного загрязнения почвы и
грунтов на территории бывшего ПО "Химпром" г. Павлодар и вокруг
нее, подземных и поверхностных вод, донных отложений и различных
биоматериалов, отобранных в Северной промзоне г. Павлодара. Район
полевых исследований первоначально был ограничен с севера
магистральным каналом в районе с. Мичурино, с востока - озером
Мойылды, с юга - золоотвалом ТЭЦ 2 и 3, однако в ходе работ он был
локализован на площади 50 км2, ограниченной с юга и востока 1-й
промышленной площадкой бывшего ПО "Химпром", с севера накопителем сточных вод - озером Былкылдак, с запада - поймой реки
Иртыш.
В 2001 г. отбор проб почв проводили по регулярной сети с
шагом 13, 20, 26, 125 и 500 м с трех уровней 0-10, 10-20 и 20-50 см, в
2002 г. были отобраны дополнительные образцы грунтов на
территории 1 промплощадки из шурфов и скважин глубиной до 4 м.
КазГУ в 2001 г. также отобрал пробы почв и грунтов в с.
Павлодарском с двух уровней 0-10 и 10-20 см, вокруг спецпрудов для
ртутных отходов с трех уровней 0-10, 10-20 и 20-50 см и вокруг
накопителя Былкылдак с уровня 5-15 см, а ИЕН в 2002 г. - на
территории спецпрудов с трех уровней 0-10, 10-20 и 20-50 см. Точки
отбора проб были координированы с помощью GPS. Всего было
отобрано 2026 проб почв и грунтов.
Во время летних полевых работ на территории 1 промплощадки
в 2001 и 2002 гг. ИЕН с помощью полевого атомно-адсорбционного
фотометра АГП-01 проводил ежедневные замеры содержания ртути в
приземном слое атмосферного воздуха. Эти замеры проводились
также в целях безопасности работающего персонала и являлись
основанием применения защитных комбинезонов и противогазов.
Исследование подземных вод в Северной промзоне г. Павлодара
проводили АИЭС и КазГУ с помощью существующей сети
наблюдательных скважин (всего было обследовано 304 скважины), а
также дополнительно пробуренных 89 скважин: 36 - диаметром 108
мм и глубиной от 5 до 15 м, и 53 - диаметром 45 мм и глубиной от 1
до 3,6 м.
Летом 2001 г. на территории, площадью превышающей 200 км2
вокруг цеха электролиза бывшего ПО "Химпром" (корпус 31), были
обследованы все существующие наблюдательные скважины (в том
числе неучтенные, заброшенные и потерянные), а также 30
эксплуатационных скважин в с. Павлодарское и на близлежащих
143
промышленных предприятиях. С помощью GPS были определены их
координаты, а также проведены замеры уровней воды, ее
температуры, рН, редокспотенциала.
С помощью погружных электронасосов скважины были
прокачены по специально разработанной методике, исключавшей
загрязнение образцов, пробы воды были отобраны для определения
содержания хлоридов и ртути общей. Осенью 2001 г. в направлении
вероятного распространения ртутного загрязнения исследователи
КазГУ ручными бурами пробурили 13 скважин диаметром 45 мм и
глубиной до 3 м. Эти скважины, а также 9 скважин вблизи ртутных
очагов под цехом электролиза и 6 насосной станцией сточных вод
были обследованы аналогично летней программе, кроме этого из них
были отобраны пробы воды для определения содержания сульфатов и
сульфидов. В дополнение к этому замеры уровней воды были
повторены для большинства обнаруженных наблюдательных скважин.
Всего в 2001 г. уровни воды были замерены в 189 скважинах, пробы
воды для определения ртути общей были отобраны в 151 скважинах.
Летом 2002 г. в направлении вероятного распространения
шлейфа загрязненных ртутью подземных вод ПГГ пробурила 36
новых наблюдательных скважин диаметром 108 мм, достигавших
уровня водоупорных глин павлодарской свиты. В направлении реки
Иртыш и с. Павлодарское ИЕН ручными бурами пробурил 33
скважины диаметром 45 мм, достигавших статического уровня
подземных вод. Все эти скважины были координированы с помощью
GPS, кроме этого все они, а также 57 старых скважин (всего 126)
были нивелированы с точностью до 1 см.
Между спецпрудами для ртутных отходов и накопителем
Былкылдак СтЛМ и КазГУ ручными бурами пробурили 7 скважин
диаметром 45 мм и глубиной от 1 до 2 м для отбора проб грунтовых
вод, двигающихся от спецпрудов к Былкылдаку. Уровни воды в 2002
г. были замерены в 163 скважинах, пробы воды для определения
ртути общей были отобраны в 83 скважинах.
В 2001 и 2002 гг. КазГУ и ИЕН отобрали пробы поверхностных
вод из реки Иртыш и ее стариц, озера Мойылды, золоотвала ТЭЦ 2 и
3, накопителя Былкылдак, спецпрудов для ртутных отходов, каналов,
канав и карьеров, расположенных севернее территории бывшего ПО
"Химпром". Пробы воды были также отобраны из люков канализаций
и коллекторов насосных станций сточных вод. Всего было отобрано
63 пробы.
В 2001 г. АИЭС и КазГУ отобрали пробы донных отложений
накопителя сточных вод - озера Былкылдак в его юго-западной части,
144
вдоль хорды, соединяющей его крайние южную и северную точки, а
также в его северо-восточной части. Пробы были отобраны из лодки с
помощью специальных проботборников с глубины до 10 м. Всего
было отобрано 34 пробы.
В 2001 г. КазГУ из накопителя Былкылдак были отловлены 55
образцов рыб: карася серебряного, линя, ельца сибирского, окуня
речного, в 2002 г. из реки Иртыш и ее стариц - 30 образцов рыб: щуки,
судака, окуня речного.
В 2002 г. КазГУ в с. Павлодарское отобрал 15 образцов молока
коров, пастбищем для которых являлась территория между
промплощадкой бывшего ПО "Химпром" и накопителем сточных водозером Былкылдак. В 2001 г. в районе 6 насосной станции сточных
вод и 300 м севернее от нее СУ и КазГУ отобрали образцы
пастбищной травы, в 2002 г. в с. Павлодарском - образцы почки и
печени 2-х летней коровы, в 2001 и 2002 гг. - образцы волос
работников ПХЗ.
Пробы почв и грунтов были проанализированы на содержание
ртути общей в лабораториях АИЭС, КазГУ и ИЕН в г. Павлодаре и г.
Алматы, пробы воды на содержание ртути общей, хлоридов,
сульфатов и сульфидов и молока на ртуть общую - в лабораториях
КазГУ и ИЕН в г. Павлодаре, пробы илов, рыб и биоматериалов на
ртуть общую - в лабораториях АИЭС и КазГУ в г. Алматы. Всего
было отобрано и проанализировано на ртуть общую 2060 проб почв,
грунтов, шламов и илов, 325 проб воды и молока, 95 образцов мяса
рыб и других биоматериалов.
Проинтерполировав данные загрязнения почв ртутью с
помощью модуля Spatial Analyst метода взвешенной усредненной
оценки, АИЭС построил модели и карты распределения ртути в трех
верхних слоях почвы. На основе этих моделей были рассчитаны
объемы загрязненного ртутью грунта, отвечающие уровням
загрязнения <2,1; 2,1-10; 10-100; 100-1000 и >1000 мг/кг, а также
запасы ртути, депонированной в почве на загрязненных территориях.
Основные результаты экспедиционных работ и результаты
анализа архивных данных
Исследование ртутного загрязнения почвы на территории
бывшего ПО "Химпром" г. Павлодар и вокруг нее позволило выявить
несколько крупных очагов загрязнения с превышением ПДК п для
ртути (2.1 мг/кг) в 500 и более раз: четыре из них находились на
территории промышленной площадки №1 и были связаны с корпусом
31, участком регенерации растворов, емкостями для хранения
145
ртутьсодержащих сточных вод и зданием установки очистки сточных
вод от ртути; один - находился на берегу накопителя Былкылдак и
был связан со спецпрудами для хранения ртутных отходов.
Три очага на территории промплощадки были образованы
разливом ртутьсодержащих растворов или жидкой металлической
ртути, их интенсивность мало изменялась с глубиной отбора в слое до
0.5 м. Четвертый очаг около северо-восточного угла корпуса 31 имел
поверхностный характер и либо был образован за счет рассыпания
твердых ртутьсодержащих отходов, либо возник относительно
недавно при демонтаже оборудования.
Наиболее высокие концентрации ртути в грунте наблюдались на
глубинах до 1.7 м как вблизи, так и под бетонным основанием зала
электролиза корпуса 31 (десятки и сотни г/кг). Высокий фон (от 1 до
50 ПДКп) ртутного загрязнения почв в слое 0-50 см на площади около
1 км2 вокруг бывшего производства хлора и каустика был связан с
высокой подвижностью форм ртути, составляющих загрязнение
рисунок Д1. Очаг ртутного загрязнения почвы в районе спецпрудов
был образован за счет ветрового переноса, дисперсных твердых
ртутьсодержащих отходов и имел поверхностный характер.
Рисунок Д1 – Содержание общей ртути в почве 0-10 см.
Северная промзона (ИНКО-2 "Toxicmanagement")
146
Один из двух (западный) менее интенсивных очагов загрязнения
верхнего слоя почвы между 1 промплощадкой и спецпрудами
совпадал с контуром распространения шлейфа загрязненных ртутью
подземных вод и, скорее всего, связан с их выходом на поверхность за
счет испарения и капиллярных эффектов. Второй (восточный),
вероятно, был образован утечкой ртутьсодержащих сточных вод из
канализации и их скоплением в этом районе. Это предположение
подтверждалось
неоднократным
обнаружением
высоких
концентраций ртути в скважине 7Р (4250 нг/л в 2002 г.) в течение
многих лет различными организациями.
Объем почв и грунтов в слое 0-50 см, загрязненных выше 10
мг/кг, а также запасы ртути в них составлял (без учета ртути,
депонированной в пределах периметра корпуса 31), соответственно,
19263 м3 и 2931 кг для территории 1 промплощадки бывшего ПО
"Химпром", и 79542 м3 и 16022 кг для территории между накопителем
Былкылдак и промышленной площадкой бывшего ПО "Химпром".
Уровень ртутного загрязнения атмосферного воздуха вблизи
корпуса 31 в летнее время значительно превышал ПДКсс (300 нг/м3),
достигая 25 000 нг/м3 за счет испарения металлической ртути с
поверхности почвы и строительных конструкций и превышал 100000
нг/м3 при проведении демеркуризационных работ. Распространение
загрязнения воздуха было ограничено радиусом в 200 м вокруг
площадки производства хлора и каустика и представляло собой
локальную угрозу.
Обследование
существующих
наблюдательных
и
эксплуатационных скважин в 2001 г. показало, что распространение
подземных вод с содержанием ртути свыше ПДКв (500 нг/л)
ограничено территорией 1 промплощадки, местами прохождения
канализационных сетей и районом спецпрудов. Ни в одной из проб
воды, отобранных из эксплуатационных скважин в с. Павлодарское,
не было обнаружено содержание ртути с концентрацией выше 7 нг/л
(0,014 ПДКв), что практически совпадало с пределом обнаружения
ртути по используемой методике анализа.
Бурение в 2002 г. створа новых наблюдательных скважин,
расположенного перпендикулярно к потоку подземных вод на
расстоянии 1,2 км от корпуса 31, позволило обнаружить шлейф
загрязненных ртутью подземных вод, распространявшихся от
основного очага ртутного загрязнения в северо-северо-западном
направлении. Оконтуривание этого шлейфа показало, что его
максимальная ширина составляла 350 м, а протяженность - более 2
км, при этом поток загрязненных вод двигался над слоем
147
водоупорных глин павлодарской свиты на глубине от 6 до 14 м в
зависимости от рельефа местности и поверхности водоупора.
Концентрация ртути в шлейфе изменялась от 65 мкг/л (130
ПДКв) около корпуса 31 до 50 мкг/л (100 ПДКв) около 6-й насосной
станции и далее через каждые 200-300 м до 45 (90 ПДКв), 0,8 (1,6
ПДКв), 1,1 (2,2 ПДКв), 0,9 (1,8 ПДКв), 0,4 мкг/л (0,8 ПДКв). 10 новых
наблюдательных скважин, пробуренных на западе вдоль шлейфа
зартученных вод, показали, что распространение ртутного
загрязнения в этом направлении не наблюдалось – рисунок Д2.
Поверхностные воды в спецпрудах, скапливающиеся от
атмосферных осадков, были загрязнены ртутью до уровня 50 мг/л (100
000 ПДКв), в карьерах и котлованах южнее спецпрудов - от 3 до 30
мкг/л (6-60 ПДКв), в канаве вдоль автодороги к западной дамбе
накопителя Былкылдак - от 2 до 18 мкг/л (4-36 ПДКв), в накопителе
Былкылдак от 3,5 мкг/л (7 ПДКв) около спецпрудов до 100-300 нг/л
(0,2-0,6 ПДКв) вдоль остального побережья. Содержание ртути в воде
недостроенного аварийного сбросного канала, протянувшегося от
накопителя Былкылдак к реке Иртыш, было не более 10 нг/л (0,02
ПДКв), в старицах Иртыша около с. Павлодарское и Шауке - не более
9 нг/л (0,018 ПДКв), в реке Иртыш - ниже предела обнаружения
используемой методики анализа 2 нг/л (0,004 ПДКв).
Рисунок Д2 - Шлейф зартученных подземных вод от корпуса
электролизного производства (ИНКО-2 "Toxicmanagement")
148
Концентрация ртути в шламах спецпрудов для ртутных отходов
имела величины порядка 10-10000 мг/кг (2-2000 ПДКп), в донных
отложениях накопителя сточных вод-озера Былкылдак - 1-500 мг/кг
(0,5-250 ПДКп). Грунтовые воды, движущиеся от спецпрудов к
накопителю Былкылдак на глубине 1,5-2 м, были загрязнены ртутью
до уровня 2-3 мг/л (4000-6000 ПДКв).
Основным видом рыб, обитающим в накопителе Былкылдак,
являлся карась серебряный - рисунок Д3. Хищных рыб в нем
обнаружить не удалось. Концентрация ртути общей в мясе рыб,
отловленных из накопителя Былкылдак, изменялась от 0,18 до 2,2
мг/кг и в большинстве случаев превышала ПДКр для нехищных рыб
(0,3 мг/кг). Несмотря на это количество рыбаков на озере достаточно
велико – рисунок Д4, ловят и удочками, и сетями. На рисунке Д5
показан улов на удочку за три часа.
Рисунок Д3
- Карась серебряный из озера-накопителя
Былкылдак выглядит вполне здоровым
149
Рисунок Д4 - Рыбаки на о. Былкылдак
Рисунок Д5 - Улов на удочку в озере-накопителе за три часа
150
Концентрация ртути в мясе хищных рыб (в основном, в щуке),
отловленных в реке Иртыш и ее старицах в районе сс. Павлодарское и
Шауке, изменялась от 0,075 до 0,16 мг/л, что не превышало 0.3 ПДКр
для хищных рыб (0,6 мг/кг).
Пастбищная трава в районе 6 насосной станции сточных вод
содержала ртуть от 1 до 2 мг/кг, однако содержание ртути в молоке,
почках и печени коров, пасущихся на территории между 1-й
промплощадкой и накопителем Былкылдак, не превышало
аналогичный показатель для этих продуктов из других
незагрязненных районов. Основной приозерной растительностью на
южной части озера, со стороны спецпрудов является рогоз – рисунок
Д6, а другие берега преимущественно зарастают тростником –
рисунок Д7. Стадо коров с. Палодарское регулярно пасется в
прибрежной зоне озера-накопителя Былкылдак – рисунок Д8, вода
озера используется при водопое.
Рисунок Д6 - Рогоз – основная растительность южной части
пруда-накопителя Былкылдак
151
Рисунок Д7 - Основная растительность прибрежной зоны
озера-накопителя Былкылдак - тростник
Рисунок Д8 – Стадо коров пасется в прибрежной зоне оз.
Былкылдак
В районе исследований, ограниченном рекой Иртыш,
магистральным каналом, золоотвалом ТЭЦ 2 и 3 и озером Муялды
получили распространение водоносный горизонт в современных
аллювиальных отложениях поймы реки Иртыш, водоносный горизонт
152
в верхнечетвертичных отложениях первой надпойменной террасы и
водоносный
комплекс
в
верхнемиоценовых
нижнесреднеплиоценовых отложениях павлодарской свиты. Первым
региональным водоупором являются глины калкаманской свиты
неогена.
Водоносный
горизонт
в
современных
аллювиальных
отложениях распространен в западной части района исследований
узкой полосой вдоль русла реки Иртыш. Водовмещающие породы
представлены крупнозернистыми песками с включениями гравия
мощностью 4-8 м. Воды грунтовые, по качеству пресные,
гидрокарбонатно-сульфатные. Глубина залегания изменяется от 0 до
5.5 м. Подземные воды имеют хорошую гидравлическую связь с
водами реки Иртыш. Дебиты скважин колеблются от 0.1 до 15 л/с при
понижениях уровня на 1.4 – 3 м.
Водоносный горизонт в верхнечетвертичных аллювиальных
отложениях первой надпойменной террасы распространен на большей
части района исследований. Водовмещающими породами являются
средне- и крупнозернистые пески, реже пески мелко- и
тонкозернистые, глинистые. Воды грунтовые. Глубина залегания
уровенной поверхности изменяется от 1.5-3 до 6.5-7 м. По качеству
воды пресные и слабосолоноватые с минерализацией от 0.5 до 2.2 г/л,
гидрокарбонатные,
гидрокарбонатно-сульфатные.
В
районе
накопителя Былкылдак, заболоченностей и 6 насосной станции
сточных вод вскрыты воды с минерализацией от 6.2-7.2 до 27.1-35.5
г/л хлоридно-натриевого состава. Дебиты скважин колеблются от 0.30.5 до 0.9-3 л/с при понижениях уровня на 0.8-2м. Коэффициент
фильтрации по данным одиночных и кустовых откачек изменяется от
10 до 20-30 м/сут.
Водоносный
комплекс
верхнемиоценовых,
нижнесреднеплиоценовых отложений павлодарской свиты распространен на
исследуемой площади практически повсеместно. На западе он
перекрывается современными и верхнечетвертичными отложениями,
а на востоке выходит на дневную поверхность. Подземные воды
приурочены к линзам и прослоям не выдержанных по простиранию
среднезернистых песков, общая мощность которых изменяется от 3 - 5
до 15 – 20 м. Воды в основном слабо напорные, иногда грунтовые.
Глубина залегания уровня в естественных условиях изменялась от 1
до 15 м. Максимальные глубины были зафиксированы в юговосточной части.
После устройства здесь золоотвала ТЭЦ 2 уровненная
поверхность подземных вод стала подниматься, и в настоящее время
153
глубина залегания грунтовых вод на этом участке колеблется от 0 до
2-3 м. Она также уменьшилась вблизи накопителей Былкылдак и
Сарымсак. По качеству воды преимущественно пресные с
минерализацией 0.5-0.8 г/л. В районе промышленной площадки №1
ПХЗ вскрыты воды с минерализацией 2.5-7 г/л сульфатно-хлоридного,
натриевого типа. Непосредственно вблизи корпуса 31 минерализация
подземных вод достигает 60-70 г/л. Дебиты скважин колеблются от
0.05-0.8 до 1-2 л/с при понижениях уровня на 1.1–0.9 м.
Коэффициенты фильтрации водовмещающих пород изменяются в
основном от 1-3 до 5-8 м/сут. Водоносный комплекс повсеместно
подстилается глинами калкаманской свиты, которые являются
региональным водоупором.
Формирование подземных вод района в естественных условиях
осуществлялось
преимущественно
за
счет
инфильтрации
атмосферных осадков и притока по внешним границам. Подземные
воды современных, верхнечетвертичных отложений и отложений
павлодарской свиты имеют хорошую гидравлическую связь между
собой. Поток подземных вод, образующийся в отложениях
павлодарской свиты, частично разгружался в верхнечетвертичные
отложения, а затем в пойму, которая дренировалась рекой Иртыш.
Разгрузка подземных вод происходила также в озерные котловины, за
счет испарения и в результате оттока по внешним границам.
В 1970 г. начался сброс сточных вод в озеро Былкылдак, в 1972
г. с пуском ТЭЦ 3 активизируется работа золоотвала ТЭЦ 2, который
становится совместным для двух электростанций, с 1977 г.
постепенно
заполняется
накопитель
Павлодарского
нефтеперерабатывающего завода Сарымсак. В 1992 г. заполняется
водой магистральный канал, являющийся северной границей района
исследований и начинается подача воды из реки Иртыш на поля
орошения. Накопители, золоотвал и оросительная система становятся
интенсивными источниками питания подземных вод. В настоящее
время техногенные факторы являются доминирующими и во многом
определяют режим подземных вод на изучаемой территории.
Мощный поток подземных вод, формирующийся в районе золоотвала
ТЭЦ 2 и 3 в результате фильтрационных потерь, проходит через
территорию бывшего ПО "Химпром", загрязняется ртутью и
переносит
ее
преимущественно
в
северо-северо-западном
направлении.
154
Приложение
Е
(информационное).
гидрогеологических условий
Моделирование
Работа ИГГ в 2001-2002 гг. по созданию модели включала в себя
следующие основные этапы:
- схематизацию природных условий;
- подготовку исходных данных;
- создание модели и ее калибровку;
- решение прогнозных задач.
На первом этапе просматривались и анализировались все
собранные сведения, оценивалась их полнота, достоверность и
непротиворечивость. Выбиралась модель процесса. Намечались
границы модели и осуществлялась их схематизация граничными
условиями, выполнялась схематизация моделируемого объекта в
разрезе (определялось количество слоев), определялись требования к
сеточной аппроксимации моделируемой области в плане. Для анализа
данных использовались созданные ГИС ИГГ и базы данных.
Исходные данные для моделирования готовились в
соответствии с результатами схематизации гидрогеологических
условий и особенностями системы моделирования GMS 3.1. Для
каждого слоя модели строились карты гидрогеологических
параметров. Значения динамических параметров, описывающих
процессы на границах модели (уровни воды в накопителях Былкылдак
и Сарымсак), рассчитывались на каждый временной шаг. Подготовка
исходных данных осуществлялась с использованием ГИС и базы
данных.
Подготовленные исходные данные конвертировались в
форматы, используемые системой моделирования GMS 3.1. Для
доказательства адекватности созданной модели природным условиям
осуществлялась ее калибровка. В процессе калибровки на модели
воспроизводились условия, существовавшие на ненарушенный период
(1970 г.), а затем на период с 1970 по июль 2001 гг. Путем подбора
параметров добивались совпадения решений, полученных на модели,
с фактическими данными, полученными в результате проведения
полевых исследований в прошлые годы и летом 2001 г. После
получения удовлетворительного совпадения считалось, что модель
адекватно отражает гидрогеологические условия и может быть
использована для прогнозирования их изменения. При создании и
калибровке модели использовалась программа PEST, входящая в
состав комплекса GMS 3.1, а также собственные разработки ИГГ.
155
Были
решены
обратная
стационарная
и
обратная
нестационарная задачи. Стационарная задача решалась на период
1970 г. В процессе решения нестационарной задачи на модели
воспроизводился период с 1970 до середины 2001 гг. Средняя
погрешность решения обратной стационарной задачи порядка 0.01 м.
Максимальная погрешность решения обратной нестационарной
задачи в районе распространения шлейфа загрязнения подземных вод
ртутью не превышает 0.5 м, что в данном случае являлось
допустимым.
В процессе решения обратной нестационарной задачи на модели
было воспроизведено загрязнение подземных вод ртутью.
Консультации с СП Еврохим позволили предположить, что основной
источник загрязнения расположен под корпусом 31, а второй находится в районе 6-й насосной станции сточных вод. Совпадение
результатов решения с фактографическими данными, полученными
при проведении полевых исследований в 2001-2002 гг., оказалось
удовлетворительным, поэтому модель была использована для
решения прогнозных задач.
На модели были рассчитаны три варианта прогноза:
- первый вариант предусматривал сохранение двух источников
загрязнения подземных вод ртутью (под корпусом 31 и в районе 6
насосной станции), а также сохранение гидрогеологических условий
по состоянию на 2001 г. Считалось, что концентрация ртути в
источниках будет оставаться постоянной весь прогнозный период;
- по второму варианту прогноза источник под корпусом 31 был
полностью изолирован с помощью "стены в грунте";
- по третьему варианту сохранялись два источника ртутного
загрязнения (под корпусом 31 и в районе 6 насосной станции), однако
имитировалось прекращение подачи воды из реки Иртыш на станцию
водоочистки, расположенную западнее 1 промышленной площадки
бывшего ПО "Химпром".
По результатам моделирования (первый вариант прогноза)
установлено, что шлейф загрязненных ртутью подземных вод будет
распространяться в северо-северо-западном направлении над слоем
глин павлодарской свиты на глубинах от 5 до 15 м. Если направление
движения подземных вод не изменится, это не будет представлять
серьезной угрозы для жителей с. Павлодарское и реки Иртыш. Вместе
с тем будет возможно поступление небольшого количества ртути в
недостроенный аварийный сбросной канал, проходящий от
накопителя Былкылдак в западном направлении.
156
Второй вариант прогноза позволил сделать вывод, что
сооружение “стены в грунте” вокруг источника ртути под корпусом
31 не решит полностью проблему улучшения качества подземных вод,
так как остается еще один, хотя и менее интенсивный источник
загрязнения в районе 6 насосной станции.
Третий вариант прогноза показал, что направление
распространения шлейфа ртутного загрязнения подземных вод может
измениться
при
изменении
гидрогеологических
условий.
Прекращение подачи воды на станцию очистки сведет к нулю питание
подземных вод на ее территории, что повлияет на конфигурацию
поверхности подземных вод и направление их движения. В
результате, шлейф загрязнения может сместиться к западу и может
возникнуть угроза с. Павлодарское и реке Иртыш.
157
Приложение Ж
(информационное).
наиболее опасных веществ
Нормирование
Таблица Б1 - предельно-допустимые концентрации (ПДК)
Вещество
ПДКмр1, ПДКсc2,
мг/м3
мг/м3
Азота диоксид
0,085
0,04
Азота оксид(II)
0,4
0,06
Азотная кислота
0,4
0,15
Аммиак
0,2
0,04
Ацетальдегид
0,01
0,01
Ацетилен
Бенз(а)пирен
1 нг/м3
Бензин нефтяной малосернистый
5
1,5
(в пересчете на углерод)
Бензин сланцевой
0,05
0,05
(в пересчете на углерод)
Бензол
1,5
0,1
Борная кислота
0,02
Бром
0,04
1,3-Бутадиен
3
1
Бутан
200
Ванадия (V) оксид
0,002
Газообразные соединения фтора (в
0,02
0,005
пересчете на фтор)
Гексан
60
Гексахлорбензол
Гексахлорциклогексан
0,03
0,03
(гексахлоран)
м-Динитробензол
о-Динитробензол
п-Динитробензол
Дихлорэтан
3
1
Диэтиловый эфир
1
0,6
Диэтилртуть (в пересчете на ртуть)
0,0003
Изопропилбензол
0,014
0,014
Кадмия нитрат (в пересчете на
0,0003
кадмий)
Карбамид (мочевина)
0,2
Кобальт металлический
0,001
158
ОБУВ
1,5
0,013
0,01
0,01
0,01
-
Ксилол
Марганец и его соединения (в
пересчете на марганец)
Меди оксид (в пересчете на медь)
Меди сульфат (в пересчете на медь)
Меди хлорид (в пересчете на медь)
Метан
Метанол
Метилметакрилат
Мышьяк в неорганических
соединениях (в пересчете на
мышьяк)
Нафталин
Никель металлический
Никель, растворимые соли (в
пересчете на никель)
Нитрат аммония
Нитробензол
Оксид углерода
Окситетрациклин
Ортофосфорная кислота
Плохо растворимые неорганические
фториды (в пересчете на фтор)
Пропанол
Растворимые соли бария (ацетат,
нитрат, хлорид)
Растворимые соли никеля (в
пересчете на никель)
Ртуть металлическая
Свинец и его неорганические
соединения (в пересчете на свинец)
Свинец и его соединения, кроме
тетраэтилсвинца (в пересчете на
свинец)
Сера элементарная
Серная кислота
Сероводород
Сероуглерод
Серы диоксид
Смесь водорастворимых соединений
159
0,2
0,01
0,2
0,001
-
0,003
1
0,1
-
0,002
0,004
0,002
0,5
0,01
0,003
50
-
0,003
-
0,003
0,001
0,0002
-
0,008
5
0,01
0,2
0,3
0,008
3
0,03
0,02
-
0,3
-
0,3
-
0,004
0,002
0,0002
-
0,001
0,00035
0,0003
-
-
0,0003
-
0,3
0,008
0,03
0,5
-
0,1
0,005
0,05
-
0,07
0,0008
ртути (в пересчете на ртуть)
Смесь плохо растворимых в воде
соединений ртути (в пересчете на
ртуть)
Смесь плохо растворимых и
растворимых в воде соединений
ртути (в пересчете на ртуть)
Сурьма
Тетраэтилсвинец
Титана диоксид
Толуол
Фенол
Хлор
Хлороводород
Хром (VI) (в пересчете на оксид
хрома (VI))
Циклопентадиены
Цинка оксид (в пересчете на цинк)
Четыреххлористый углерод
Этилбензол
Этиленоксид
Этилхлорид
160
-
-
0,0009
-
-
0,001
0,6
0,01
0,1
0,2
0,0015
0,6
0,003
0,03
0,2
0,0015
0,01
0,000003
0,5
-
4
0,02
0,3
-
0,05
0,7
0,02
0,03
0,2
0,05
-
Приложение З (информационное). Глоссарий
Абсорбция (лат. absorptio - поглощение, от absorbeo поглощаю) - поглощение веществ из газовой смеси жидкостями.
Анамнез (греч. anamnesis - воспоминание) - сведения об
условиях жизни больного, предшествовавших данному заболеванию,
а также вся история развития болезни.
Анолит - электролит, соприкасающийся с анодом и отделённый
от катода пористой перегородкой — диафрагмой.
Антисептика (от анти... и греч. septikós - гнойный) - способ
химического и биологического обеззараживания ран, предметов,
соприкасающихся с ними, операционного поля, рук хирурга и
воздействия на инфекцию в организме больного.
Бентониты - коллоидные глины состоящие в основном из
минералов
группы
монтмориллонита
Al2[Si4010](OH)2 nH2O.
Образование бентонитов связано с химическим изменением
вулканических пород — туфов и пеплов, по-видимому, в условиях
морского дна. Б. широко используют в нефтяной промышленности
для приготовления буровых растворов, как отбеливающие глины, как
связующий материал в литейных формовочных смесях и
керамических массах.
ВОЗ – всемирная организация здравоохранения.
Бутара (возможно, от народнолат. butarium — бочка),
барабанный грохот (бочка, желомейка); древнейший прибор для
промывки песков россыпных месторождений золота и оловянного
камня. Изготовлялась из дерева. В последующем приобрела вид
вращающегося цилиндрического или конического барабана. Состоит
из загрузочной воронки, наклонного грохота, промывной колоды
Гемато-энцефалический барьер (от гемато... и греч. enkephalos
- мозг) - физиологический механизм, регулирующий обмен веществ
между кровью, спинномозговой жидкостью и мозгом.
Гуммирование - нанесение резинового или эбонитового
покрытия на металлические изделия с целью защиты их от коррозии и
др. вредных воздействий.
Излучины, меандры [от Меандр (греч. Maíandros) - древнее
название сильно извилистой реки в Малой Азии, ныне Большой
Мендерес] - изгибы русла реки, возникающие в результате действия
течений, не совпадающих с направлением основного речного потока,
при которых поверхностные струи направляются к вогнутому берегу,
а донные, насыщенные наносами струи - к выпуклому. Вогнутый,
обычно крутой, берег усиленно размывается, а поступление наносов к
161
выпуклому берегу способствует его постепенному наращиванию и
образованию отмели. В результате русло может настолько изогнуться,
что поток прорывает себе новый, более короткий путь, а излучины
превращаются в старицы. Иногда излучины сильно выпячиваются,
принимая
пальцеобразные
очертания;
наблюдается
также
незавершённое меандрирование - излучины спрямляются протоком.
Излучины типичны для рек равнин и предгорий.
Интоксикация (от лат. in - в, внутрь и греч toxikón - яд) отравление организма образовавшимися в нём самом или
поступившим извне токсическими веществами.
Поллютант – загрязнитель. Вещество или физический фактор
несвойственные данному ландшафту, или поступающиеу в
окружающую среду в количествах, превышающих допустимые.
Резорбция (от лат. resorbeo - поглощаю) - 1) в физиологи и
повторное поглощение; то же, что всасывание; 2) в патологии и
патологической физиологии рассасывание (например, при лейкозах
резорбция кости идёт очень интенсивно, сопровождаясь истончением
и полным рассасыванием костных балок).
Респираторный тракт-дыхательный тракт.
Синантропные организмы, синантропы (от греч. sýn-вместе и
ánthropos-человек), животные, растения и микроорганизмы, в разной
степени связанные с человеком.
Синеклиза - (от греч. sýn-вместе и énklisis-наклонение), очень
пологий прогиб земной коры в пределах платформы, имеющий в
плане неправильно округлые или овальные очертания (до нескольких
сотен, иногда более тысячи км в поперечнике) и глубину обычно до 35 км.
Экспозиция склонов - ориентировка склонов по отношению к
странам света и к соответственно направленным в пространстве
процессам, прежде всего господствующим ветрам.
Эпигеосфера, географическая оболочка, ландшафтная
оболочка
- оболочка Земли, в которой соприкасаются и
взаимодействуют литосфера, гидросфера, атмосфера и биосфера.
Характеризуется сложным составом и строением. Верхнюю границу
целесообразно проводить по стратопаузе, т.к. до этого рубежа
сказывается тепловое воздействие земной поверхности на
атмосферные процессы; границу Эпигеосферу в литосфере часто
совмещают с нижним пределом области гипергенеза (иногда за
нижнюю границу эпигеосферы принимают подножие стратисферы,
среднюю глубину сейсмических или вулканических очагов, подошву
земной коры, уровень нулевых годовых амплитуд температуры).
162
Таким образом, эпигеосфера полностью охватывает гидросферу,
опускаясь в океане на 10—11 км ниже поверхности Земли, верхнюю
зону земной коры и нижнюю часть атмосферы (слой мощностью 25—
30 км). Наибольшая толщина эпигеосферы близка к 40 км.
163
Содержание
1
1.1
1.2
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
3
3.1
3.2
3.5
3.6
3.7
3.8
3.9
3.10
3.11
Ландшафтоведение ........................................................................... 6
Ландшафт и элементы его составляющие ...................................... 6
Нарушенные ландшафты и способы их восстановления ............ 21
Техноприродные системы .............................................................. 39
Техногенные воздействия на геосистемы..................................... 40
Техноприродные системы природообустройства........................ 43
Антропогенный ландшафт ............................................................. 45
Нормы техногенного воздействия на ландшафты ....................... 46
Принципы охраны ландшафтов ..................................................... 48
Оценка последствий воздействия человека на ландшафты........ 50
Нарушение ландшафта ртутью Павлодарским химпромом ....... 53
Озеро Былкылдак – накопитель отходов ...................................... 53
Шламонакопители ........................................................................... 58
Состояние окружающей среды в период закрытия .................... 62
Природные уровни ртути в ландшафтах ...................................... 70
Антропогенные источники поступления ртути .......................... 73
Снижение ртутной нагрузки на экосистемы ............................... 75
Выводы и рекомендации по проекту «Toxicmanagement» ......... 81
Мониторинг ртутного загрязнения ............................................... 90
Экологические исследования 2006 года ....................................... 96
Заключение .................................................................................... 112
Литература ..................................................................................... 113
Приложение .................................................................................. 114
164
РЕЦЕНЗИЯ
на учебно-методическое пособие Бондаренко А.П. и Ермиенко А.В.
«Восстановление нарушенных ландшафтов
ртуть в окружающей среде. ПХЗ.»
В учебно-методическом пособии Бондаренко А.П. и Ермиенко
А.В. «Восстановление нарушенных ландшафтов ртуть в окружающей
среде. ПХЗ» в первой части рассмотрены вопросы ландшафтоведения,
дана классификация ландшафтов, рассмотрены причины и условия
деградации ландшафтов, Проанализированы критерии устойчивости
ландшафтов, естественные и антропогенные условия восстановления
нарушенных ландшафтов. Приведены основные положения
законодательства РК в предотвращении нарушения экосистем.
Во второй части рассмотрены техноприродные системы,
техноприродные системы природообустройства, антропогенные
ландшафты, нормы техногенного воздействия на ландшафты и
принципы охраны ландшафтов, а также проводится
оценка
последствий воздействия человека на ландшафты. Отмечается более
высокая, по сравнению с природными системами, неустойчивость
антропогенных измененний ландшафтов.
В третьей части показано возникновение и развитие ртутного
загрязнения в Павлодарской области в результате деятельности ПХЗ.
Рассмотрено действие ртути на живые организмы и биоценозы.
Приведены последствия длительного действия ртути на здоровье
человека. На богато иллюстрированном материале показано
осуществление демеркуризационных мероприятий в окрестностях
первой площадки ПХЗ, первичные экологические исследования,
проведенные с участием авторов.
Предложенное учебное пособие полно и доступно излагает
вопросы нарушений ландшафтов и на конкретном примере
показывает возможность снижения негативного влияния загрязненных
территорий на биоценозы и здоровье населения.
Доктор биологических наук, профессор
Базарбеков К.У.
165
________________
166
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
39 528 Кб
Теги
phz, okrujayushey, vosstanovlen, narushennih, bondarenko, rtut, landshaftov, ermienko, sreda
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа