Тема 9 Техносфера

ТЕХНОСФЕРА
Техносфера
Часть геосферных оболочек , в
пределах которых функционируют
какие-либо техногенные системы,
творение рук человеческих.
Минерально-сырьевые ресурсы
являются основной материальной
базой для формирования техносферы и
протекания процессов техногенеза.
Понятие о ПТС ( ГТС )
Cовокупность природных и искусственных
объектов , сформировавшаяся на какой-либо
территории в результате отработки полезных
ископаемых, строительства, эксплуатации
производственных и жилых комплексов,
функционирования инфраструктуры и др.
технических сооружений, находящихся в тесных
взаимоотношениях друг с другом и
оказывающих воздействие друг на друга
называется природно-технической системой
(ПТС) или геотехнической (геотехногенной )
системой ( ГТС ).
Схема строения
геотехнической
системы,
возникающей
при
эксплуатации
минерального
месторождения
(по Еремину
Э.Ф., 1991)
В развитии любой ПТС(ГТС)
отмечается 3 стадии
1. Стадия предтехногенного развития ПТС (поиски, геологоэкономическая оценка
месторождения,проектирование,изыскательские работы,
начало строительства и т.д. (до того как). Ситуация под
строгим контролем. Выполняется проект ОВОС и
т.д.Воздействие на окружающую среду незначительное.
2.Стадия прогрессивного техногенного развития.
Интенсивное строительство, начало эксплуатации и увеличение
объёмов добычи и переработки (во время того как). Мощное,
возрастающее воздействие на все геосферные оболочки и
человека. Но делаются попытки ситуацию контролировать и
минимизировать степень воздействия
3.Стадия регрессивного техногенного развития ,запасы
месторождения подходят к концу или нет надобности в
продукции( после того как ). ПТС приходит в упадок, но
накопленный суммарный эффект экологического воздействия
на природные среды велик и практически не контролируется
• В ПТС формируются особые типы
ЛАНДШАФТОВ (техногенные ландшафты),
ПОЧВ (техногенно-транформированные
почвы -технозёмы), ВОД.
• В них формируются техногенные
месторождения, особый тип
месторождений, творение рук
человеческих.
• Существует много типов классификаций
как самих видов техногенных
воздействий, так и продуктов их
воздействия.
Классификация техногенных нарушений экологии при горно-обогатительных производствах
(А.А.Панычев, «Горный журнал», № 6, 1993)
Тип
1
Технологический
процесс
Реновация
Техногенный фактор
Объект
воздействия
Удаление биологически
активной массы
растительного слоя на
местности
Флора и фауна
Почва
Недра
2
Вскрышные работы
Создание в земной коре
значительных выемок
3
Отвалообразование
Создание навалов больших
размеров из непригодных к
использованию горных
пород
Негативный результат воздействия
Уничтожение
Изъятие сельхозугодий
Гидрология
Флора и фауна
Почва
Недра
Уничтожение жизни микроорганизмов
Нарушение динамических процессов,
генезиса
Нарушение водного режима
Уничтожение
Изъятие сельхозугодий
Нарушение жизни микроорганизмов,
Динамических процессов, генезиса
Нарушение водного режима
Гидрология
4
5.1
Бурение
Массовое взрывание
Создание
цилиндрообразованных
выработок в горных
породах
Разрушение горного
массива в больших
масштабах
Атмосфера
Гидрология
Жилой массив
Флора и фауна
Атмосфера
Гидрология
Сейсмоопасность
Вымирание
Загазованность, запыление, шум
Нарушение жизни
Микроорганизмов,
Динамических процессов, генезиса
Нарушение водного режима
Сейсмоопасность, шум
Вымирание
Загазованность, запыление, шум
Нарушение динамических процессов,
генезиса
Уничтожение жизни микроорганизмов в
недрах
Нарушение водного режима
Недра
Нарушение динамических процессов,
Недра
5.2
Вторичное взрывание
6.1
Добыча полезных
ископаемых без
«летучих» в своем
составе
6.2
Добыча полезных
Разрушение одиночных
горных агрегатов в
большом количестве
Создание в земной коре
значительных выемок
То же
Запыление
Загазованность
Нарушение водного режима
Гидрология
Жилой массив
Флора и фауна
Атмосфера
Недра
Возможность устранения негативного
результата
частичная
полная
Использование
Восстановление
снятого растительного растительного слоя
слоя на
не позже, чем через
облагораживание
3 года
других площадей
Внутреннее
Рекультивация с
отвалообразование с
восстановлением
покрытием
потенциально
плодородным слоем
плодородного слоя
Внутреннее
Разработка и
отвалообразование
внедрение
малоотходной,
безотходной
технологии,
использование
минеральных
ресурсов из отвалов
Аспирация воздуха
Бурение с водой и
Оптимизация режима эмульсией
Отказ от станков
огневого бурения
Оптимизация
процесса
Оптимизация
процесса массового
взрывания
Оптимизация
процесса массового
взрывания
Закладка
выработанного
пространства
То же
Использование
безвзрывного
метода разрушения
Использование
безвзрывного
метода разрушения
Переработка
Классификация техногенных воздействий на геологическую среду
(по Королеву В.А., 1985)
Тип
воздействия
2
Уплотнение
Разуплотнение
Вид воздействия
3
Статическое (гравит.)
Виброуплотнение
Укатывание
Трамбование
Взрывоуплотнение
Компоненты
геологической
среды ПГИВРД
4
ПГИ
ПГИ
ПГИ
ПГИ
ПГИ
Статическая разгрузка
Динамическая разгрузка
Д
Д
ГИ
РД
Механическое воздействие
ГИ
Внутренне
разрушение
массива
Аккумуляция
рельефа”
Планировка
рельефа
Гидромезханичкеское
воздействие
Гидродинамическое
воздействие
Гидроаакумуля
ция рельефа
Гидроэрозия
рельефа
Повышение
напора
Снижение
напора
Термичкчкеское
воздействие
Нагревание
Элктромагнитное
воздействие
Физическое воздействие
«Эрозия»
рельефа
Охлаждение
Бурение
Дробление
Фрезерование
Откалывание
Рытье, экскавация
Взрывное разрушение
Распахивание,
культивация
Отсыпка терриконов
Отвалообразование
Создание насыпей
Создание дамб
Строительная и
дорожная планировка
Рекультивация
Террасирование склона
Формирование выемок
Рытье каналов,
котлованов, разрезов
Подрезка склонов
Образование мульд
проседания и опускания
Гидронамыв дамб,
плотин
Намыв золотоовалов
Намыв насыпей,
массивов
Гидроразмыв массивов
Просадочносуффозийное
воздействие
Нагнетание, инъекция
Подтопление
Орошение
РД
ГИ
ГИ
ГИ
ГИ
ПГИ
ГИ
Д
П
Р
РД
РД
РД
РД
И
И
И
И
ПГИ
РД
ПГИ
РД
Г
РД
ПГИ
РД
ПГИ
Г
РД
РД
ПИР
ИВРД
ИВРД
ИВРД
ГИВРД
ПГИВРД
В
ГИВ
ПГИВ
Откачка
Дренирование
Осушение
В
ПГИВ
ПГИВ
Кондуктивное (до 100о)
Конвективное (до 100о)
Обжиг (более 100о)
Плавление
Термическое упрочнение
Биохимическое
ПГИВ
ПГИВРД
ГИ
ГИ
ГИ
ПГИВ
Кондуктивное
Конвективное
Замораживание
ГИВ
ГИВ
ПГИВРД
Стихийное
Наводка электрических
полей
ПГИ
Целенаправлен
ное
Электрообработка
Электроосмос
Электролиз
Электросиликатизация
ГИ
ПГИВ
ГИВ
ГИ
Д
Д
Д
Разновид
ности
воздействия
5
Выделяются по признакам: 1) времени: постоянные, временные; 2) размера: точечные, линейные, площадные, объемные; 3) положения: наземные, подземные; 4) обратимости: обратимые,
необратимые; 5) цели: стихийные, целенаправленные; 6) интенсивности: низкой, средней, высокой;
Класс и
подкласс
воздействи
я
1
Показатели
воздействия,
единицы
измерения
6
Давление, МПа
Амплитуда,
частота, Гц
Уд.энергия, Вт/м2
Потенциальные
источники
воздействия
7
Здания, сооружения
Вибромеханизмы
Автотранспорт, катки
Метрополитен
Взрывы
То же
Шахты, полости
Котлованы, взрывы
Глубина СКВ.
Работа,
мощность,
уд.энергия, Вт/м2
Буровые скважины
Горные комбайны
Горные выработки
Карьеры, разрезы
Шахты, штольни
Взрывы
Агротехническая
деятельность
Шахты, рудники,
ТЭС, ТЭЦ, ГРЭС
Комбинаты
Строительство
Строительство
Объекты рекультивации
Объекты мелиорации
Коэф.
Изменности
Уд.энергия Вт/м2
То же
То же
Карьеры, разрезы
Котлованы, каналы
Дорожное строительство
Шахты, рудники
То же
Строительство
ТЭЦ, ТЭС
Хвостощранилища
Шлпамонакопители
То же
Карьеры, разрезы
Драги
Водоразборы,
подземное
выщелачивание
Закачки, сбросы
Утечки, промстоки
С\х поливы,
гидромелиорация
Изменение
напора, уровня,
влажности
Уд.энергия
Вт/2
То же
Температура,
тер.градиент
Град/м
Уд.энергия
Вт/м2
То же
Напряженность,
В/см
Плотность
А/м2
То же
Водозаборы
Объекты мелиорации
Домны, ТЭЦ, АЭС,
ТЭС, ГРЭС, горячие
цеха
Подземная выплавка
серы, газификация
Объекты технической
мелиорации
Полигоны ТБО
Холодильники
Закачка растворов
Объекты технической
мелиорации
Линии электропоездов
Метрополитен
Линии трамваев,
троллейбусов, электросет
Объекты технической
мелиорациии
Тип
воздействия
1
2
Гидратное
Физико-химическое
воздействие
Класс и
подкласс
воздействи
я
Кольматирован
ие
Химическое воздействие
3
Капиллярная
конденсация
Дегидротация (сушка)
Физическое
Физико-химическое
Компоненты
геологической
среды ПГИВРД
4
ПГИВ
ПГИВ
ПГИ
ПГИ
Выщелачивание Прямое
Диффузное
ГИВ
ГИВ
Ионо-бменное
Солонцевание
Собственно
ионообменное
Фенольное,
хлорфенольное
Нитратное
Пестицидное
Гербицидное
Тяжелыми металлами
Углеводородное
Кислотное
Щелочное
Засоление
Нейтрализация
Рассоление
Разбавление
Цементация
Силикатизация
Битумизация
Смолизация
Известкование и др.
Бактериологическое
Микробиологическое
ПГИ
ПГИ
Стерилизация
ПГИВ
Загрязнение
Биологическое
воздействие
Вид воздействия
Очистка
Закрепление
смассивов
Загрязнение
Очистка
Разнови
д
ности
воздействия
5
То же,
как
среди
физичес
ких
воздейст
вий
То же
ПГИВ
ПГИВ
ПГИВ
ПГИВ
ПГИВ
ПГИВ
ПГИВ
ПГИВ
ПГИВ
ПГИВ
ПГИВ
ПГИВ
ГИ
ГИ
ГИ
ГИ
ПГИ
ПГИВ
ПГИВ
То же по
виду
микроор
ганизмов
Показатели
воздействия,
единицы
измерения
Потенциальные
источники
воздействия
6
Градиент
влажности
7
Асфальтовые покрытия
Дренажные системы
Объекты технической
мелиорации
Объем
кольматации, м3
Уд.энергия, Вт/м
2
Объекты выщелачивания
Емкость обмена,
мг*экв/100 г.
Мелиорация земель
Концентрация
загрязнителя,
мг/г, МГ/м2
Превышение
ПДК
Объемная
скорость
массопереноса,
г/с*м2
Химические фабрики
То же
Фермы, животноводства
Склады отходов
С\х деятельность
Транспорт, выбросы
АЗС, нефтехранилища
Кислотные дожди
Предприятия, стоки
Внесение удобрений и др.
Мелиорация земель
Объем
закрепления, м3
Объекты технической
мелиорации
Превышение
ПДК, уд.скорость
переноса
Свалки ТБО
С\х фермы, склады
Силосные ямы
Канализация
Объекты очистки
То же
Примечание: В четвертой графе указаны компоненты геологической среды, на которые потенциально
может предварительный вид техногенного воздействия: П – почвы, Г- горные породы, И –
искусственные грунты, В – подземные воды, Р- рельеф, Д- геодинамические процессы.
Принципиальная схема преобразования рельефа и пород, эволюция почв и биоценозов техногенных ландшафтов
(по Гаджиеву И.М. и др., 1992)
Процессы
Техногенная фаза
Машинное формирование
Гипергенные
Техногенная
дезинтерграция глубинных
пород
Сукцессионые
Инокуляция спорами
микроорганизмов, низших
растений, обсеменение
высшими растениями
-
Элементарные
почвенные
Посттехногенная фаза
Этапы преобразования рельефа
Упорядочение
Преобразование
Относительная
стабилизация
Гравитационная
То же + биохимическое
Пространственная
сортировка и перенос,
преобразование,
дифференциация
физическое выветривание
усложнение явлений
вещественного состава
ионного обмена с
элювия при ведущей
участием органического
роли биологического
вещества
реактора
Появление и7нициальных
Начальные стадии
Формирование
биоценозов
сукцессий биоценозов
биогеоценоза
Лессивирование,
выщелачивание
Профилеобразующие
-
Механическая
перегруппировка элювия
по гранулометрическому
составу
Обособления структуры
почвенного покрова
-
отсутствие
Развития плодородия
почв
Формирование исходных
физических и химических
свойств техногенного
элювия
Формирование
агрофизических свойств
элювия
То же+ оглинивание,
рассоление, засроление
То же+ оглеение,
оторфовывание,
осолодение,
осолонцевание
Начальные стадии
Формирование
дифференциации
генетически и
профиля по
геохимически
механическому составу сопряженных горизонтов
почвенного профиля
ФрагментарноФормирование
парцеллярное
генетически и
геохимически
сопряженной структуры
почвенного покрова
То же + формирование
Дифференциация
агрохимических свойств
плодородия почв и
элювия
почвенного покрова
Динамическая
стабильность
Функционирование
генетически и
геохимиченски
сопряженной системы
ландшафтов
Климаксовый
биогеоценотический
комплекс
Климаксовыая стадия
функционирования
почвы
То же
Климаксовыая стадия
функционирования
почвенного покрова
Климаксовая стадия
функционирования почв
и почвенного покрова
Обобщенная схема субстантивно-генетической классификации постлитогенных почв
техногенных ландшафтов
(по Гаджиеву И.М. и др., 1992)
Типы
Подтипы
Принципиальная формула профиля
Класс эмбриоземы литогенно неразвитые
Элювиоземы дерновые
Типичные
(АО)+Ад+(АдА1)+D
Элювиоземы грубогумусовые
Сухоторфянистые АО или Ат+(Ад)+(АдА1)+А1+D
Класс эмбриоземы биогенно неразвитые
Эмбриоземы инициальные
Типичные
С
Оподзоленные
Эмбриоземы
Оторфованные
АО+С
органоаккумулятивные
Осолоделые
Эмбриоземы дерновые
Солонцеватые
(АО)+Ад+(АдА1)+С
Эмбриоземы
Солончаковатые (Ад)+(АдА1)+А1+С
гумусовоаккумулятивные
Эмбриоземы грубогумусовые
АО+(Ад)+(АдА1)+А1+С
Эмбриоземы инициальные
Ск
карбонатные
Эмбриоземы
Ао+Ск
органоаккумулятивные
карбонатные
Эмбриоземы гумусово(Адк)+(АдА1к)+А1к+Скд
аккумулятивные карбонатные
Эмбриоземы грубогумусовые
Ао+(Адк)+(АдА1к)+А1к+Ск
карбонатные
Эмбриоземы инициальные
Cg
глеевые
Эмбриоземы
АО+ Cg
органоаккумулятивные глеевые
Эмбриоземы гумусово(Ад)+(АдА1)+А1+ Cg
аккумулятивные глеевые
Эмбриоземы грубогумусовые
АО или Ат+(Ад)+(АдА1)+А1+
глеевые
Cg
Эмбриоземы инициальные
Cкg
карбонатные глеевые
Эмбриоземы
АО+ Cкg
органоаккумулятивные
карбонатные глеевые
Эмбриоземы гумусово(Адк)+(АдА1к)+А1к+ Cкg
аккумулятивные карбонатные
глеевые
Эмбриоземы грубогумусовые
АО или Ат+(Ад)+(АдА1)+А1к+
карбонатные глеевые
Cкg
Класс эмбриоземы трансформационные
Техноземы
Типичные
Ап+С
Техноземы карбонатные
Гумусогенные
Апк+Ск
Техноземы глеевые
Органогенны
Ап+ Cg
Техноземы карбонатные глеевые
Апк+Ск
Примечание. Полукжирным шрифтом выделены типодиагностические горизонты
Оценка экологической составляющей открытого и подземного способов разработки
минерального сырья
(по Смирнову В.С. и др., 1995)
Экологические факторы
Способ разработки
подземный
открытый
Н-Ср
С
Обогащение
Загрязненность территории в
Н-Ср
период эксплуатации
месторождения
Загрязненность воздуха
О
Н
Н-С
Загрязненность воды
О-Ср
О-Н
Н-С
Загрязнение шумовое
Н
Н
Н-Ср
Загрязнение территории после
Н
С
О-Н
завершения эксплуатации
месторождения
Удельная землеемкость добычи:
- железной руды (в б. СССР в
1
2,1
целом)
- угля (Россия)
1,0
3,2-3,6
- сланца (Эстония)
1,0
17-19
Количество породы, поступающей
0,25
До 4
3
в отвалы при добыче 1 т. угля, м
Зона влияния на изменения
1,0
10-100
основных компонентов природной
среды
Падение урожайности
Не
10-30
сельскохозяйственных культур в
отмечалось
зоне влияния, %
Примечание: О – незаметное влияние; Н- небольшое; Ср – среднее; С- сильное.
Удельная землеемкость добычи и зона влияния на изменения основных компонентов
природной среды даны в качественных показателях. За единицу принят показатель
подземной добычи.
Техногенез и его геохимические
воздействия на
природные ландшафты
Техногенез
совокупность
геохимических
и
геофизических процессов, связанных с деятельностью
человечества, В геохимическом аспекте техногенез
включает:
1) извлечение химических элементов и их соединений из
природной среды
(литосферы, атмосферы, гидросферы) и их концентрацию;
2) перегруппировку химических элементов, изменение
химического состава соединений, в которые эти элементы
входят, а
также создание новых химических веществ;
3) рассеяние вовлеченных в техногенез элементов в
окружающей среде.
Отрицательное действие техногенеза
объединяется понятием загрязнение природой среды.
Термин
"загрязнение
природной
среды"
применяется
достаточно
широко.
Под
"загрязнением"
понимают
поступление
в
окружающую
среду
продуктов
техногенеза, оказывающих вредное
воздействие
на
человека,
на
биологические компоненты, а также
на технические сооружения (порча
зданий,
разрушение
подводных
конструкций и т.д.)
В незагрязненных биокосных системах пределы колебаний
концентрации техногенных веществ, а также формы их
нахождения в данной системе должны удовлетворять
следующим условиям:
1.
3.
4.
При
Не нарушаются функции живого вещества системы.
2. Не изменяется биохимический состав первичной и
вторичной продукции.
Не
понижается
биологическая
продуктивность
системы.
Не понижается информативность системы: сохраняется
необходимый для существования системы генофонд.
нарушении
перечисленных
условий
происходит
техногенная трансформация данной природной системы,
а при критических уровнях техногенного воздействия - ее
разрушение.
Распределение элементов по модулям техногенного
давления
(по Н.Ф. Глазовскому, 1982)
Модуль техногенного давления,
(кг/км2) год
500-1000
200-500
100-200
50-100
20-50
10-20
1010
0,1-1
0,01-0,1
0,001-0,01
0,0001-0,001
Элементы
Na, Cl, Ca, Fe
S
N, K
Al
P
Ti, Mn
B, F, Mg, Cu, Zn, Zr, Ba, Pb
V, Cr, Ni, As, Br, Sr, Mo, Cd,
Sn. I, U
Be, Sc, Co, Ga, Ge, Se, Bi
Li, Ag, W, Au, Hg, Tl
Cs
Степень использования элемента по
отношению к его содержанию в
литосфере
называют
его
технофильностью.
Понятие
"технофильность
элементов"
было
введено
А.П.Перельманом (1973). Показателем
технофильности является отношение
массы ежегодной добычи элемента к
его
кларку
в
литосфере.
Технофильность
элементов
изменяется во времени и зависит от
использования
и
добычи
определенных групп элементов.
Технофильность
химических элементов
(по Перельману А.И.,
1973)
Общая тенденция
развития
ноосферы состоит
в увеличении
технофильности
ИЗВЕЧНЫЙ РУССКИЙ ВОПРОС:
ЧТО ДЕЛАТЬ?
Человечество,
если таковым оно себя считает
«…должно
научиться
жить
«на
проценты»
с кругооборота вещества и энергии в
биосфере, не загрязняя и не истощая
её,
как это имеет место до сих пор»
( Н.В.Тимофеев-Ресовкий, 1968 г.)
• Необходимо внедрение новых
ресурсосберегающиих и
природощедящих технологий ;
• По всем направлениям вести работу
по формированию прежде всего
духовно-нравственных ценностей.
Степень рециркуляции и вторичное использование
некоторых металлов
Металл
Алюминий
Степень
рециркуля
ции
(1969),%
11,7
Медь
40,9
Золото
15,9
Железо
27,9
Свинец
40,0
Применение
При хорошем
При плохом
извлечении
извлечении
Новый скрап (81%),
электрическое
оборудование,
строительные
материалы, упаковка
Латунь,
бронза,
сплавы,
чеканка
монет,
электрооборудование
Сплавы
Химикаты
каталитические
реагенты,
тугоплавкие
материалы
Химикаты,
фунгициды,
микроудобрении
Ювелирное
дело,
электроника,
слитки
благородных
металлов.
Новый скрап (75%), Химикаты,
строительные
удобрения
материалы,
транспорт, упаковка
Аккумуляторы,
Добавки к бензину,
сплавы на основе Pb пигменты.
и Cu.
Сопутствующи
е примеси
Mg, Cu, Vn, D
Zn, Sn, Pb
Ag,
Группа
Pt
Cr, Mn, Ti, C
Sb, Pb, Cu
Мы должны осозновать , что:
У ОБЩЕСТВА И ПРИРОДЫ одна
СУДЬБА.
ИХ БУДУЩЕЕ ЗАВИСИТ
ОТ НАШЕЙ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ
КУЛЬТУРЫ
ЗАЩИТА ПРИРОДЫ —
ДЕЛО СОВЕСТИ И ДОЛГ КАЖДОГО
ГРАЖДАНИНА
РОССИИ
Мы пытаемся сейччас понять сущность экологическрго воспитания
«Если Вы думаете на год вперёд – сейте зёрна,
Если Вы думаете на десять лет вперёд –
сажайте дерево,
Если Вы думаете на сто лет вперёд –
воспитывайте человека»
С наступающим Новым Годом и
Рождеством Христовым !
Отличной сдачи сессии и весёлых
каникул !
Спасибо за
внимание