Техногенные изменения земной коры

Изменения состава и строения земной коры. Состав земной коры наиболее интенсивно меняется в приповерхностной части в связи с постоянно возрастающим уровнем добычи и использования минерального сырья. При существующей технологии добычи теряется почти половина металлов и одна треть химического сырья.

В результате ведения горных работ количество многих химических элементов в земной коре сокращается. Так, к настоящему времени из недр извлечено и вынесено на поверхность искусственно более 100 млн. т меди, свинца, цинка, олова и алюминия.

Из всей массы добытых полезных ископаемых подавляющая часть извлечена из недр за последние 20 лет: нефти - 75 %, угля - 40 %, железа - 50 % и горючих газов -90 %. Добыча и вынос на поверхность химических элементов будут быстро расти и дальше. Полагают, что через 10 лет в поверхностной части земной коры повысится содержание окиси железа в 2 раза, свинца в 10, ртути в 100 раз, мышьяка в 150 раз.

Хозяйственная деятельность человека нередко противоположна направлению развития природных процессов. При использовании минерального топлива человек распыляет углерод в земной коре. Минеральные удобрения целенаправленно рассеивают на обширных площадях. Рассеиваются, но все же сохраняются в земной коре многие металлы. Таким образом, преобладающей тенденцией геохимии техногенеза является рассеивание ценных химических элементов.

Перераспределение веществ в земной коре не только изменяет ее состав, но и нарушает естественные процессы миграции химических элементов в природе; последствия этого пока трудно оценить.

Инженерно-строительная деятельность создает дополнительную нагрузку на толщи пород и вызывает, как правило, ограниченные нарушения. Основными результатами строительных работ следует считать сжатие и уплотнение пород под отдельными зданиями и населенными пунктами в целом. В настоящее время через каждые 15 лет площадь Земли, выделяемая под застройки, удваивается. К 1980 г. территория, занятая всеми инженерными сооружениями, составила около 5 %, а по прогнозу на 2000 г. она достигнет 15 % суши.

Наиболее значительные нарушения в строении земных масс возникают при гидротехническом строительстве, здесь природное равновесие может резко изменяться в связи с превышением критического предела напряженного состояния пород. Тектонические нарушения могут быть также результатами резкого изменения свойств горных пород, обусловленных, например, их влагонасыщением при изменении условий естественной фильтрации. Широко известны случаи катастрофических разрушений таких гидротехнических сооружений, как плотина Бузей во Франции в 1895 г., плотина Аустин (1890 г.) и Сан-Френсис (1928 г.) в США и др.

Горнотехническая деятельность затрагивает непосредственно недра, поэтому и последствия ее обычно более существенны. Горностроительные и добычные работы нарушают сложение и строение массивов горных пород, создают значительные полости и пустоты, которые по масштабам превосходят природные образования - подземные карстовые пещеры. При добыче полезных ископаемых человек проникает в земную кору на большие глубины. Например, выработки рудника "Колар" в Индии достигли глубины 3800 м; разработка золото-урановых руд в ЮАР ведется на глубине около 4 км. На еще большие глубины проникли буровые скважины на нефть.

11.4. Изменения рельефа.

Рельеф земной поверхности меняется при строительстве городов, дорог, гидротехнических, энергетических и других сооружений. Но больше всего способствует увеличению контрастности отметок поверхности горнодобывающая промышленность, поскольку в этом случае создаются как положительные, так и отрицательные формы рельефа.

Как отмечалось выше, проходка подземных горных выработок, извлечение твердых полезных ископаемых и сопутствующей горной массы, нефти, газа, подземных вод вызывает нарушения геостатического поля и обусловливает проявление геодинамических последствий техногенеза, нарушения строения верхней части литосферы. При обрушении поверхности над горными выработками образуются провалы и воронки, которые могут достигать глубины нескольких десятков метров. Локальные провалы поверхности наблюдаются во многих районах добычи руд и угля подземным способом. Можно ожидать, что подобные явления получат еще более широкое развитие в связи с применением при подзем- ной разработке высокопроизводительных систем с обрушением руды и вмещающих пород (без поддержания выработанного пространства).

Региональные обширные опускания территории (до 5 —10 м) возникают в результате снижения пластовых давлений в связи с откачкой из недр флюидов и газов. Иногда подобные опускания могут иметь катастрофические последствия.

В специальной литературе описаны многочисленные случаи изменения строения литосферы, возникающие в результате проседания поверхности при снижении пластового давления. Обширные проседания (несколько десятков квадратных километров) и с амплитудой около 1 м отмечены, например, на территории нефтедобычи, в штате Техас (США). Прогибание поверхности в районе нефтяной структуры Уилмингтон (США, штат Калифорния) достигло 8 м и привело к катастрофическим разрушениям зданий, мостов, дорог, промышленных предприятий (1957 г.). Откачка подземных вод в г. Мехико привела к оседанию городской поверхности почти на 9 м. По той же причине территория Токио примерно за полстолетие опустилась на 3,5 м.

Весьма значительны по глубине и площади углубления, образованные при открытом (карьерном) способе добычи полезных ископаемых. Глубина карьеров достигает сейчас 300 - 800 м, проектируются карьеры глубиной до 1000 м и протяженностью карьерных полей 2-7 км.

Для горнопромышленных районов характерен грядово-холмистый техногенный рельеф, сформированный при складировании пустых пород и отходов переработки минерального сырья. Тенденция постоянно ускоряющегося преобразования рельефа литосферы является доминирующей.

Как и в природном седиментогенезе, в техногенном выделяют те же стадии денудации и аккумуляции вещества. Отрицательные формы рельефа обусловлены техногенной денудацией — перемещением и сносом горной массы. Положительные формы создаются благодаря техногенной аккумуляции (отвалы пород, терриконы, дамбы, хвостохранилища, шламонакопители и т.д.).

Инженерно-строительная деятельность преследует цель снивелировать земную поверхность. Для этого пониженные участки засыпают, а повышенные - срезают. В настоящее время широкое распространение при строительстве и благоустройстве территории получило регулируемое площадное повышение отметок. Высота искусственных террас меняется от 1 до 15 м, а намывных песчаных массивов составляет 2 — 8 м.

Вместе с тем для целей строительства во многих случаях понижают отметки рельефа: срезают горы, холмы, террасовые уступы, дюны, барханы, бугры и другие положительные формы рельефа. Величина среза может достигать 50 м и более, а масштабы этих работ, особенно в районах с горным и предгорным рельефом, весьма значительны.

Таким образом, общими закономерностями техногенного преобразования рельефа являются: тенденция к нивелированию рельефа; постепенное исчезновение естественного микрорельефа; развитие положительных и отрицательных форм микрорельефа с преобладанием тенденции повышения отметок над понижением за счет извлечения горной массы из недр и складирования отходов производства на поверхности.

Дата добавления: 2015-07-07