ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ОСНОВЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ДО УРОВНЯ ПРИРОДНЫХ (на примере терриконовых ландшафтов Донбасса) : ТЕОРЕТИЧНІ ТА ПРИКЛАДНІ ОСНОВИ ВІДНОВЛЕННЯ техногенних ландшафтів ДО РІВНЯ ПРИРОДНИХ (на прикладі териконових ландшафтів Донбасу)

Краткое содержание

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані науково-практична проблема, мета і задачі дослідження, об¢єкт, предмет та ідея роботи, відображена наукова новизна та практичне значення отриманих результатів, наведені наукові положення, що виносяться на захист, а також дані щодо апробації та публікації результатів дослідження.

Розділ 1. Аналіз стану питання техногенної небезпеки териконових ландшафтів Донбасу і способів їх відновлення

Зроблений огляд наукових літературних джерел засвідчив, що проведення інтенсивних робіт із видобутку вугілля в Донбасі привело до формування нового класу ландшафту - гірничопромислового, який характеризується властивими йому особливостями рельєфу, підземних і поверхневих вод, рослинності й інших природних компонентів.  У розділі проаналізовано формування антропогенних териконових ландшафтів та зміни природних компонентів під впливом породних відвалів вугільних шахт, а також розглянуті методи відновлення териконових ландшафтів.

Розглядаючи стан дослідження зазначених вище проблем, слід відзначити уже відомі наукові здобутки. Питання екологічної небезпеки відходів різних галузей промисловості, утилізації та рекультивації терикоників, їх шкодочинного впливу розглядалися у працях О.П. Красавина, О.М. Коробочки, М.П. Зборщика, В.В. Осокіна, І.Ф. Галушки, М.І. Лядицької, Л.А. Христєвої, О.І. Зражевського, М.О. Попова, М.П. Волошина, К.Д. Кобезького, М.С. Шалит, В.І. Костомарова, С.З. Поліщука, В.І. Бакланова, О.Б. Мазур, М.Л. Реви, І.А. Давидова, О.Н. Костюк, Б.І. Логгінова, А.Ф. Горового, В.Г. Скорика, Л.С. Киричека, Г.С. Корецького, Т.Н. Келеберди, В.В. Кульчіхіна, Ю.Н. Попа, Є.Г. Жук, В.В. Плющева та інших вчених.

Аналіз існуючих методів відновлення териконових ландшафтів показав, що найбільш поширеними з них є утилізація відвальної породи та рекультивація відвалів, або території, що звільняється після утилізації. Добре вивчені і ширше використовуються у промисловості відходи збагачення, бо вони мають більш стабільний якісний склад, у т.ч. мікроелементи й органічний вуглець. Менш вивчені розкривні та вміщуючі породи - аргіліти, алевроліти, вапняки, піщаники та інші.

Відходи збагачення та вміщуючі породи використовуються у якості сировини при виробництві будівельних матеріалів і нетрадиційних видів добрив (вугледобрив). Їх, також, використовують для покриття доріг, з них одержують бут, заповнювачі для бетонів, в'яжучі, роблять стінові блоки і цеглу, плити і панелі для облицювання будинків, черепицю тощо.  Використання породи терикоників за добриво обумовлено досить високим вмістом в ній органічної речовини (20-25% та вище), наявністю мікроелементів (бор, цинк, нікель, молібден, марганець, мідь та ін.), сірки. 

Найбільш поширений спосіб відновлення порушених ландшафтів після утилізації породи – лісова рекультивація, тому що деревинні породи успішно ростуть на відносно бідних землях і не вимагають ретельного вирівнювання території. Відновлення рослинності териконових ландшафтів можливо, також, за допомогою лісової рекультивації поверхні самих терикоників. При рекультивації терикоників за способом Донецького ботанічного саду рекомендують переформування конічного відвалу у плаский, виположування відкосів, формування на них терас, часткову меліорацію породи і створення захисно-меліоративного рослинного покриву.

Використання замість дорогого заповнення чорноземом посадкових ям (з подальшою висадкою крупних саджанців) верхнього вивітреного дрібноземістого шару "порожньої" породи, малих доз мінеральних добрив і дрібних сіянців чи насіння деревних порід за способом Української сільськогосподарської академії цілком виправдало себе. Закладці лісонасаджень на крутосхилах терикоників за цим способом передує здійснюване вручну мікротерасування, що перепиняє шлях поверхневому стоку, запобігає змиву і розмиву ґрунту, полегшує пересування по крутосхилам людей, посадку сіянців і внесення добрив.

Аналіз наукових праць дозволив виявити й коло невирішених питань. До них, зокрема, відносяться наступні.

Недостатньо вивчені найбільш характерні зі змін, що обумовлені появою у регіоні вугільних шахт - геохімічні.

Крім відомих способів використання відвальної породи з метою одержання будівельних матеріалів і добрив, інші напрямки утилізації поки що не розроблені.

Рекультивація поверхні відвалів, яка проводиться з метою припинення шкідливого впливу терикоників на навколишнє середовище та відновлення біологічної продуктивності порушених ландшафтів, є дуже трудомісткою. Тому необхідна розробка технічних заходів щодо зниження працевитрат на її виконання.

Розділ 2. Програма, методики та об'єкти досліджень

На основі аналізу стану питання техногенної небезпеки териконових ландшафтів, зробленого у попередньому розділі, та способів їх відновлення сформульовані актуальність проблеми і задачі дослідження. На підставі критичного аналізу існуючих методичних підходів в розділі підібрано комплекс найбільш прийнятних з них для умов дослідження, що забезпечило універсальність підходу до вирішення поставлених задач.

Враховуючи необхідність отримання найбільш повного уявлення про наявність токсичних елементів та металів, що мають промислове значення, склад відвальної породи, грунтових та рослинних зразків аналізувався за допомогою емісійного методу. Оцінка екологічної ситуації в грунтах та рослинності виконувалася за допомогою методики, розробленої Інститутом грунтознавства та агрохімії ім. О.Н. Соколовського. Облік втрат породи з терикоників внаслідок ерозії виконувався шляхом вимірювання розмоїн за методом С.С. Соболєва, але виявлені недоліки використання цього методу в складних умовах крутих сильноеродованих схилів породних відвалів примусили розробити новий запатентований метод, що дозволяє вивчати не тільки лінійну, але й поверхневу ерозію, рідкий та іонний стік зі схилів відвалів на прилеглу територію. Едафічні умови та фізіологічні показники рослинності на відвалах вивчалися за допомогою загальноприйнятих методик.  Рослинний покрив вивчався за методикою Н.П. Власової. Статистичний та кореляційно-регресійний аналіз результатів досліджень та експериментів здійснювався за методом Брандона з використанням комп’ютерної програми, розробленої Ф.Д. Зеленським та В.П. Голубцовим.

При виконанні роботи, також, було створено та апробовано нову універсальну методику обліку обсягу забруднення територій, що прилягають до відвалів вугільних шахт, важкими металами, яка включає спектральний аналіз породи і грунтів, облік обсягу продуктів водної ерозії з терикоників (патент України № 42978А), розрахунок рухливої форми важких металів та геохімічний аналіз подальшої поведінки мігруючих з поверхні відвалів атомів і іонів хімічних елементів.

Дослідження виконувалися в умовах характерних для Донбасу териконових ландшафтів. Виконано аналіз основних типів шахтних відвалів, що відрізняються за формою, віком, висотою, метаморфізмом порід та ін.

Розділ 3. Дослідження геохімічної трансформації природних кальцієвих ландшафтів Донбасу у териконові сірчанокислі

На основі аналізу відомих геохімічних даних доведено, що всі природні компоненти степової зони, такі як кора вивітрювання, ґрунти, підземні, поверхневі води й інші характеризуються нейтральною або слаболужною реакцією середовища, наявністю у великій кількості кальцію, нездатністю токсичних речовин, наприклад важких металів, мати рухливу форму в міграційних потоках.  В результаті дослідження зовнішніх факторів міграції елементів (окислювально-відновлювальна обстановка й окислювально-відновний потенціал, життєдіяльність організмів, температура і тиск, поверхневі сили колоїдних систем, комплекс типоморфних елементів і концентрація водневих іонів, радіоактивність, геоморфологічні особливості і ступінь електролітичної дисоціації) доведено, що відвальні шахтні породи характеризуються іншими геохімічними умовами: в них відбувається хімічне та біохімічне окислення піриту (FeS₂).  У початковий період окислення після розкладання гідрокарбонат-іонів і виділення двоокису вуглецю відбувається уповільнення процесу внаслідок екранування поверхні піриту новотворами.  При наявності у поровому розчині порід тионових бактерій процес окисного вилуження піриту одержує продовження і прискорюється у 500 тисяч разів (за М.П. Зборщиком і В.В. Осокіним).