Ресурсы геологического пространства

Материалы статьи составлены с использование работ и при участии Т.В.Андреевой, Л.А.Цукановой и Н.Д.Хачинской.

Определение и структура ресурсов геологического пространства

Под ресурсом геологического пространства подразумевается геологическое пространство, необходимое для расселения и существования биоты, в том числе для жизни и деятельности человека. В общей систематике экологических функций литосферы (см. рис. 3) структура ресурсов геологического пространства включает: место обитания биоты, место расселения человека, вместилище наземных и подземных сооружений, место захоронения и складирования отходов, включая высокотоксичные и радиоактивные.

Иной подход к структурированию ресурсов геологического пространства отражен на рис. 15.

В нем реализован подход, позволяющий рассматривать литосферу и в качестве места обитания и расселения разнообразных представителей флоры и фауны, включая человека как биологический вид, и в качестве пространства, активно осваиваемого человечеством как социальной структурой.

С точки зрения расселения биологических видов, включая человека, ресурсная роль литосферы достаточно очевидна и при умеренном техногенном воздействии подчиняется закономерностям, относящимся скорее к области биологии (при расселении человека — к области истории), нежели геологии. В случае интенсивного освоения территории (урбанизация, гидротехническое и мелиоративное строительство, добыча и переработка полезных ископаемых, сельскохозяйственное освоение и т.д.) вследствие нарушения природного равновесия происходит активное перерасселение и количественное и качественное изменение биоты. Именно в этом аспекте наиболее отчетливо проявляется взаимосвязь ресурсной функции литосферы с остальными экологическими функциями, так как в большинстве случаев изменение геохимических, геофизических или геодина-мических свойств литосферы неизбежно приводит к существенному изменению ресурса геологического пространства для расселения того или иного биологического вида, в том числе человека. Иногда техногенная нагрузка, особенно в аварийных ситуациях, изменяет ресурс территории настолько, что даже человек -один из наиболее приспособленных биологических видов и, в силу своей технической оснащенности, имеющий возможность проживать в чрезвычайно разнообразных и весьма контрастных обстановках, бывает вынужден изъять эти территории из активного освоения и ограничить или совсем исключить проживание на них (например, территория в эпицентре «Чернобыльского следа» в результате аварии на Чернобыльской АЭС).

Бытовавшие представления о том, что территории континентов неисчерпаемы для расселения и жизнеобеспечения биоты давно отвергнуты. В эпоху техногенеза поверхность Земли и подземное пространство стали важным природным и эколо-гическим ресурсом. Интенсивное хозяйственное освоение территорий континентов существенно сокращает ресурс пространства для расселения всех видов животных и растений, особенно редких и требовательных к условиям существования. Одновременно создается и дефицит площадей под необходимые инженерные сооружения на освоенных, особенно урбанизированных территориях, необходимых для создания комфортных условий проживания человеческого общества.

Ресурсы геологического пространства и расширение инженерно-хозяйственной деятельности человечества

При рассмотрении литосферы в качестве среды инженерно-хозяйственной деятельности человека четко обособляются два пути оценки ресурсов геологического пространства: оценка «площадного» ресурса поверхности литосферного пространства и оценка ресурса подземного геологического пространства под различные виды его освоения. В каждом случае может быть много вариантов оценки применительно к различным видам инженерно-хозяйственной деятельности.

Первый из них — «площадные» ресурсы геологического пространства уже стали огромным дефицитом. В настоящее время человечеством освоено порядка 56% поверхности суши с тенденцией к дальнейшему нарастанию этого процесса. И если для ряда стран с большими земельными ресурсами проблема размещения промышленных, сельскохозяйственных и селитебных объектов еще не стала остро актуальной, то для небольших по площади государств с большой численностью населения она превратилась в важнейший экологический фактор социального развития, что находит отражение в стоимости земельных участков. Наиболее ярким примером является Япония, вынужденная для размещения промышленных объектов и зон отдыха засыпать прибрежные части морских акваторий и осуществлять строительство на насыпных грунтах. Другим примером является Голландия, где с помощью дамб защищают земельные угодья, необходимые для жизни, от затопления морем.

Ресурсы геологического пространства и урбанизация. Особенно остро, даже в сравнительно благополучных с точки зрения общей территориальной обеспеченности странах, стоит вопрос дефицита площадей на урбанизированных территориях. Как правило, это касается столиц и крупных промышленных центров. О темпах урбанизации красноречиво говорят следующие цифры: в начале XIX в. в городах мира проживало 29,3 млн человек (3% населения Земли), к 1900 г. -224,4 млн (13,6%), к 1950 г. -729 млн (28,8%), к 1980 г. -1821 млн (41,1%), к 1990 г. -2261 млн (41%). Городское население Российской Федерации к началу 1990 г. составляло около 74%. Доля городского населения, по данным на 1990 г., в Европе составляла 73%, в Азии — 31, Африке — 32, Северной Америке — 75, Латинской Америке — 72, в Австралии и Океании — 71%. Всего в мире существует около 220 городов-миллионеров (более 1 млн жителей), самый крупный из которых — Мехико (9,8 млн). В Большом Лондоне 6,8 млн человек проживают на территории площадью более 1800 км2, в Москве на площади 1000 км2 проживает около 9 млн человек. При такой плотности населения создается специфическая ресурсная картина, при которой в качестве пригодных под застройку начинают рассматриваться территории со сложными инженерно-геологическими и экологическими условиями (территории бывших свалок, шлако-золоотвалы и т.п.). Высокая стоимость земли и жилья в мегаполисах, благодаря применению специфических архитектурных решений (повышение этажности, использование подземного пространства), обусловливает окупаемость даже очень дорогостоящих мероприятий по инженерной подготовке территории, включающих создание искусственных оснований (закрепленные методами технической мелиорации, насыпные), рекультивацию и санитарную очистку (дезактивация, дезинфекция и пр.) территории. Все эти инженерные мероприятия направлены на экономию земельного ресурса.

Более напряженная ситуация в городах складывается с ресурсом территории под зеленые зоны, своего рода экологически необходимые оазисы. Это определяется самой природой парковой растительности, которую практически невозможно разместить ни в подвалах, ни на этажах. Для нормальной жизни в современном крупном городе нужно иметь 21-26 м2 (до 50 м2 по некоторым источникам) зеленых насаждений в расчете на каждого городского жителя, что составляет для Москвы 207 км2 (около 1/5 площади города). Очевидно, что если в целом по городу этот показатель близок к норме, то картина по районам существенно отличается и существуют территории, явно испытывающие дефицит зеленых насаждений особенно в центре города. В условиях мегаполиса территориальный ресурс оказывается экономически выгоднее использовать под строительство административных и жилых зданий, нежели под закладку зеленых насаждений.
Следует подчеркнуть, что ограничивающим моментом при выборе мест под жилые зоны в пределах города могут быть геопатогенные зоны различного происхождения, в пределах которых у людей могут возникать проблемы со здоровьем. Характерно, что большинство геопатогенных зон не поддается ликвидации никакими известными в настоящее время методами (кроме отдельных зон техногенного происхождения, поддающихся рекультивации). К сожалению, этот вопрос на данный момент не достаточно изучен и зачастую не принимается во внимание, хотя он играет важную роль при определении ресурса геологического пространства под расселение человека как биологического вида, особенно под селитебную застройку в городских агломерациях.

Специфической проблемой ресурсов геологического пространства городов-мегаполисов является нехватка площадей под организацию кладбищ. Так, по данным Н.Г.Вакар и др. (1996), в Москве без учета зон санитарной охраны, начиная с 1964 г., изъято под эти цели 892 га земельных угодий, ресурсный потенциал которых в настоящее время практически исчерпан. При существующем режиме захоронений, требующем постоянного привлечения дополнительных площадей, отвод земель под кладбища проводится без учета геологической и гидрогеологической обстановки, т.е. как ресурс геологического пространства под эти цели начинают рассматриваться территории, ранее признававшиеся непригодными. Это нередко противоречит санитарным нормам и вызывает существенное загрязнение окружающей среды. Очевидно, что все труднее находить в черте большого города и его ближайших окрестностях территории, отвечающие принятым нормативным актам и удовлетворяющие следующим условиям: сухие водопроницаемые грунты (пески, супеси, суглинки), расположенные на возвышенных местах с естественным дренажом и глубиной до уровня грунтовых вод не менее 2 м.

Налицо острый ресурсный кризис. По прогнозам, при сохранении существующей тенденции, в ближайшее время для организации кладбищ в Москве вместе с зоной санитарной охраны (300 м) потребуется около 2 млн га. Отметим, что территории, отчуждаемые под кладбища, по этическим соображениям выбывают из любого их использования на неопределенно длительный срок. Даже по санитарно-гигиеническим соображениям этот срок достигает приблизительно 100 лет.

Сложная ситуация в районах городских агломераций складывается и с ресурсом геологического пространства под размещение твердых бытовых и промышленных отходов. Например, в Московском регионе в середине 90-х годов действовало 139 полигонов бытовых и промышленных отходов общей площадью около 800 га; если же включать зону влияния этих полигонов, то они отчуждают гораздо большие территории часто в опасной близости к жилым зонам и сельхозугодьям.

Ресурсы геологического пространства и сложные гражданские и промышленные объекты. Ресурсы геологического пространства под размещение большинства сложных инженерных сооружений, оказывающих большие давления на грунт (0,5 МПа и более), в частности, таких объектов, как тепловые электростанции (ТЭС), металлургические заводы, телевизионные башни, небоскребы, определяются наличием благоприятных инженерно-геологических условий в районе предполагаемого строительства. Критерии выбора площадок под подобные относятся к области инженерной геологии, они достаточно хорошо разработаны, и их описание не входит в задачи данной работы. Отметим только, что эти сооружения в силу своей специфики, как правило, располагаются на хорошо освоенных территориях, часто в черте города или в непосредственной близости от него. Это предъявляет особые требования к их устойчивости и безопасности не только с инженерных, но и с экологических позиций.

Подобное расположение таких объектов в силу общего дефицита ресурсов геологического пространства на этих территориях нередко предполагает их строительство на участках с достаточно сложными инженерно-геологическими условиями. Такая ситуация вынуждает отдавать предпочтение конструктивным мерам обеспечения устойчивости, а не выбору наиболее оптимального с инженерно-геологической точки зрения участка. Основная ресурсная (как и геохимическая экологическая) проблема, связанная с ТЭС — размещение золоотвалов, что близка к проблеме размещения отходов горно-обогатительной и горно-добывающей отраслей промышленности, рассматриваемой далее.

Основные ограничения при выборе участка под атомные электростанции (АЭС): высокая сейсмичность (более 8 баллов по шкале MSK-64); наличие мощных (более 45 м) толщ сильно сжимаемых, просадочных, водорастворимых и разжижающихся грунтов; наличие активных разломов, карста и других потенциально опасных экзогенных геологических процессов; высокий уровень подземных вод (менее 3 м); наличие хорошо фильтрующих грунтов и грунтов с низкой сорбционной емкостью мощностью более Юм.

Запрещается строительство АЭС над источниками водоснабжения с утвержденными запасами подземных вод, если не может быть обоснована невозможность загрязнения их радиоактивными веществами. В случае планового безаварийного функционирования атомной станции ее влияние на общий ресурс геологического пространства исчерпывается собственно занимаемой площадью; иногда развитие существенного подтопления прилегающих территорий искажает ресурсную картину, ограничивая их использование и вызывая изменения в сложившихся биоценозах. Главной же экологической опасностью АЭС является возможность радиоактивного загрязнения значительных площадей в аварийных ситуациях. Эти территории выпадают из любого использования на сотни, даже тысячи лет.

Ресурсы геологического пространства и гидротехническое строительство. Ярко выраженной спецификой с точки зрения необходимого ресурса геологического пространства обладает гидротехническое строительство. Ресурс пространства в первую очередь определяется наличием водотоков и участков с благоприятными инженерно-геологическими условиями на них. Широко осуществлявшееся в недалеком прошлом крупное гидротехническое строительство в значительной мере исчерпало ресурс геологического пространства, пригодного под эти цели, даже в России, богатой водными и территориальными ресурсами. Сток многих крупных рек нашей страны зарегулирован.
Исторически и экономически сложилось так, что вдоль крупных водотоков сосредоточены города и другие населенные пункты, обширные сельскохозяйственные угодья. Это налагает дополнительные ограничения при выборе участков под размещение гидротехнических сооружений, особенно на равнинных территориях, где затапливаются значительные площади.

Подобные экономико-социальные ограничения характерны для хорошо освоенных территорий. При сходных затопленных за счет гидротехнического строительства площадях, площади утраченных сельхозугодий и количество перенесенных строений в европейской части России и на освоенных территориях Сибири в десятки и сотни раз больше, чем на слабоосвоенных пространствах Сибири и Дальнего Востока. Так, на территории Восточно-Европейской платформы 11 самых крупных водохранилищ затопили примерно 3,2 млн га земель, из них 1,4 млн га приходится на сельхозугодья и около 1,2 млн га — на лесные массивы. Под водой оказалось 3500 населенных пунктов, 138 городов и поселков городского типа, 400 промышленных предприятий, 500 км железных дорог и около 4200 км автомобильных трасс. В общей сложности на территории бывшего СССР из зоны затопления перенесено более 400 000 строений (табл. 30).

Отметим, что гидротехническое строительство не только само требует значительных территориальных ресурсов (общая площадь затопленных земель в бывшем СССР составляет более 80 000 км2, из них порядка 33 000 км2 приходится на сельскохозяйственные угодья), но и значительно влияет на общий ресурс и качество геологического пространства. Это влияние выражается в существенном изменении территории, прилегающей к водохранилищам. Так, для водохранилищ на равнинных реках характерно образование обширных мелководий, не столько увеличивающих полезный объем водохранилища, сколько создающих экологические проблемы, вплоть до изменения климата. В ряде случаев наблюдалось распространение нехарактерных для данного региона инфекционных заболеваний, например, малярии. На прилегающих к водохранилищам территориях активно развиваются такие процессы, как заболачивание, подтопление, оползнеобразование и др., ограничивающие хозяйственное использование этих территорий и вызывающие замещение существующих биоценозов, т.е. процессы, сокращающие общий ресурс геологического пространства. Кроме того, сокращение ресурса геологического пространства прилегающих к водохранилищам территорий происходит за счет значительной переработки их берегов. На Цимлянском водохранилище за 25 лет она составила в среднем 40-60 м при максимальной величине 200 м.

В настоящее время существуют опасения, что территории, отчуждаемые под водохранилища, выбывают из общего ресурса на время, значительно превышающее срок эксплуатации гидроузлов. Донные илы существующих водохранилищ нередко настолько загрязнены техногенными примесями, что практически не подлежат рекультивации. В случае спуска водохранилищ, территории, покрытые этими осадками, могут оказаться не только непригодны для хозяйственного освоения, но и, в силу вероятного ветрового разноса, будут являться источником дополнительной экологической опасности для прилегающих территорий, качество ресурса геологического пространства которых также неизбежно будет нарушено.

Ресурсы геологического пространства горно-добывающих регионов. Остро стоит вопрос дефицита геологического пространства и в районах развития гор-но-добывающей и горно-перерабатывающей отраслей промышленности. По при-ближенным подсчетам А.М.Гальперина с соавторами (1997), при добыче угля и сланцев нарушено около 190 тыс. га земель, руд черных металлов — более 350 тыс. га, строительных материалов и горно-химического сырья — более 290 тыс. га. Наиболее емкими в отношении отчуждения природного геологического пространства являются предприятия угольной промышленности: добыча 1 млн т топлива сопровождается отчуждением в среднем около 8 га земельных угодий. При открытой разработке этот показатель увеличивается до 20 га/млн т, а на отдельных предприятиях достигает 30 га/млн т. Ежегодно в отрасли отводится до 5,4 тыс. га земельных площадей. По основным горно-добывающим регионам России при открытой разработке залежей более половины площади нарушенных земель приходится на внешние породные отвалы, хвосто- и шламохранилища. Для России и Украины существенным моментом является то, что часть угольных месторождений (например, Донбасс) расположены в районах развития уникальных черноземов, на исконных сельскохозяйственных угодьях. Отчуждение таких земель без предварительной «эвакуации» почвенного слоя наносит непоправимый экологический, а в конечном итоге, и экономический ущерб.
В горно-добывающих районах существенное нарушение территориального ресурса происходит за счет оседания земной поверхности над подземными выработками. Величины этих оседаний достигают в Московском угольном бассейне 2,5-3 м на площади км2, в Донбассе — 5-7 м на площади более 20 км2. Осадки могут продолжаться в течение 3-20 лет и иногда носят провальный характер. Ущерб ресурсному потенциалу таких территорий часто не ограничивается неравномерным изменением уровня поверхности, нарушающим эксплуатацию существующих и ставящих под сомнение устойчивость проектируемых инженерных сооружений. В ряде случаев, при приуроченности зоны оседания к поймам рек наблюдается их подтопление и затопление. Например, в Западном Донбассе площадь затопления по ряду прогнозов может превысить 200 км при глубине образующихся водоемов до 6,5 м.

Наибольшая контрастность в перемещении земной поверхности над разрабатываемой залежью, и соответственно, наибольший ущерб ресурсному потенциалу территории наблюдается при подземной выплавке серы, где в непосредственной близости друг от друга могут находиться участки, испытывающие поднятие и опускание. месторождении серы (Предкарпатье) при отработке площади 14,7 га площадь поднявшейся поверхности составила 3,3 га при максимальной величине поднятия 2,6 м. Одновременно здесь зафиксированы и оседания земной поверхности.

Существенный ущерб ресурсному потенциалу территорий наносит изменение гидрогеологических условий в результате законтурного водопонижения, шахтного и карьерного водоотлива. Формирование крупных депрессионных воронок площадью до 300 км2 может не только нарушать принятую систему водоснабжения территории и приводить к оседанию земной поверхности, но и вызывать активизацию карстовых, суффозионных и провальных процессов. Провальные воронки могут достигать значительных размеров. Например, в районе Артемовского месторождения Донбасса образовалась мульда оседания, в результате чего часть домов, расположенных в ее пределах, была серьезно деформирована, а впоследствии — снесена.

Ресурсы геологического пространства и сельское и лесное хозяйство

Ценность ресурсов геологического пространства для сельскохозяйственного про-изводства определяется не только геологическими, но и зонально-климатическими факторами. В связи с этим ресурсы для сельскохозяйственного производства в зонах вечных льдов и безжизненных пустынь близки к нулю в природных условиях, несмотря на большие «свободные» площади. Для остальных территорий возможен тот или иной вид сельскохозяйственного производства, определяющийся их особенностями.

Необходимо отметить специфику ресурсов геологического пространства под сельско- и лесохозяйственное освоение, которые можно отнести как к ресурсам для хозяйственного освоения, так и к ресурсам для расселения биоты. В первом случае рассмотрения приоритет отдается техническим, технологическим и землеустроительным аспектам сельского и лесного хозяйства, при втором — экологическим аспектам естественного (природные леса, травы и т.д.) и искусственного расселения животных и растительных видов.
Как видно из приведенного обзора, практически все виды хозяйственной дея-тельности сокращают ресурс земель, пригодных под сельскохозяйственное освоение. Наблюдаемая тенденция настораживает: территории, рекультивация которых и возвращение в сельскохозяйственный оборот возможны, не восстанавливаются; под проектируемые и строящиеся объекты отводятся, вместо неугодий, лучшие плодородные земли. Более того, наблюдается потеря ресурса в ходе самого сельскохозяйственного производства. Например, мелиоративные мероприятия в ряде районов вызвали столь существенное вторичное засоление почв, что полностью исключили эти земли из сельскохозяйственного оборота. Перевыпас скота (например, в Калмыкии) спровоцировал образование так называемых «черных земель» — пространств без растительности и плодородного слоя, с активно развитым процессом дефляции и наступающим опустыниванием, представляющих собой районы экологического бедствия.

Для условий России проблема сокращения сельскохозяйственного территори-ального ресурса ныне не носит острый характер. В случае отказа от имеющих место в настоящее время значительных поставок импортной сельскохозяйственной продукции и переориентации экономики на поддержку отечественного производства, дефицит земель в этой области, по-видимому, начнет ощущаться из-за утраты значительных плодородных площадей Украины, Белоруссии, Казахстана и пр.

Изучением и оценкой земельного ресурса занимаются науки не только геоло-гического, но и географического и педологического направлений: геологи — с позиций рационального использования геологического пространства, географы -с позиций рационального использования ландшафта, а почвоведы — с позиций рационального использования почв для сельского хозяйства. Все эти научные направления, помимо решения инженерных и народнохозяйственных задач, обязаны оценивать рациональность и возможность использования той или иной территории с экологических позиций.

Ресурсы геологического пространства и подземное строительство. Разделение ресурсов геологического пространства на поверхностную и подземную составляющие в значительной мере условно. Однако оно принято нами, так как подземное строительство обладает ярко выраженной спецификой. Конкретная оценка ресурса подземного пространства определяется в основном теми же факторами, что и для поверхностной составляющей. Совершенно очевидно, что при освоении подземного пространства особенности геологического строения приобретают явно решающее значение. Кратко рассмотрим несколько возможных направлений оценки ресурса подземного пространства.
Одно из них связано с использованием подземного пространства на урбанизированных территориях. С учетом современных тенденций в градостроительстве этой проблеме уделяется все большее внимание. Строительство подземных коммуникаций, транспортных артерий, отдельных объектов, с одной стороны, ставит вопрос о рациональном использовании подземного геологического пространства, а с другой — оказывает нарастающее воздействие на комфортность существования человека. Налицо перерастание инженерных задач в экологические. Надо признать, что такой подход к оценке последствий освоения подземного пространства реализуется в единичных случаях и не принял пока обязательного статуса.
Близкое направление в оценке ресурсной функции литосферы связано с размещением в геологическом пространстве мест захоронения высокотоксичных и радиоактивных отходов. Объемы геологической среды, пригодные для этих целей, весьма ограничены не только в отдельно взятых странах, но и масштабе континентов. На фоне ежегодно нарастающих объемов отходов проблема ресурсов литосферы для их размещения становится все более острой и экологически ориентированной.

С некоторой долей условности с ресурсной функцией литосферы можно связать проблему перемещения флюидов в глубоких этажах литосферы. Энергетика глубинной миграции контролируется большой совокупностью геофизических факторов, среди которых определяющими являются термодинамическое состояние геологической среды и процессы эволюции поля. Здесь и процессы геодинамической фильтрации с механизмом «блуждающего сита», обеспечивающие вертикально-горизонтальную миграцию флюидов в периоды интенсивных растягивающих напряжений в водоупорах, ранее обеспечивающих длительную герметизацию среды. К этой, еще слабо разработанной проблеме можно подходить либо с геодинамических позиций и рассматривать ее как природный процесс, либо
с ресурсных, рассматривая ее как определенные ограничения в выборе объемов геологической среды для захоронения высокотоксичных отходов.

Существенные ресурсные проблемы встают при выборе мест захоронения любых видов отходов, в том числе и нетоксичных. Существенное изменение ресурсного потенциала прилегающих к отходохранилищам территорий создает дополнительные трудности при оценке ресурса геологического пространства под такие объекты.

Ресурсы геологического пространства и размещение отходов жизнедеятельности человеческого общества

Подходы к оценке ресурсов геологического пространства с точки зрения размещения отходов. Актуальность использования и поиск новых ресурсов геологического пространства для размещения различных видов отходов определяется в первую очередь громадными объёмами их производства и разнообразием их видов, большинство из которых требует индивидуального подхода при выборе места захоронения и утилизации. Различная степень токсичности и фазовый состав отходов предопределяет большое разнообразие способов захоронения: от простого складирования бытовых до глубинного захоронения высокотоксичных и радиоактивных отходов. Это, в свою очередь, определяет требования к среде их захоронения, количество необходимых инженерных мероприятий по защите территорий, а также и площади отчуждаемых земель, к которым относятся не только участки, занятые непосредственно отходами, но и прилегающие зоны, где экологическая ситуация часто изменяется в такой степени, что территория становится непригодной для существования отдельных биологических видов и дискомфортной для человека. Степень токсичности отходов влияет на величины нарушаемых площадей. Так, в случае складирования бытовых отходов те или иные изменения в состоянии окружающей среды прослеживаются в среднем в радиусе 1-2 км от полигона, в случае радиоактивных и высокотоксичных — это гораздо большие величины.

Рассмотрение ресурсов геологического пространства с точки зрения размещения отходов можно осуществлять по двум направлениям. Первое из них наиболее экологично; оно подразумевает оценку мест размещения различных отходов (существующих и перспективных) как причины ухудшения общей ресурсной картины территории. При этом, в первую очередь, рассматриваются зоны распространения негативного воздействия, оказываемого массивами отходов непосредственно на биоту, включая человека, в которых ухудшаются условия ее существования, а иногда происходит активное ее перерасселение и даже вымирание. Здесь же рассматривается и сокращение ресурса геологического пространства с точки зрения длительной непригодности нарушенных земель для большинства видов хозяйственного использования. Причем, в ряде случаев даже после рекультивации нарушенные складированием или захоронением отходов массивы пригодны лишь для отдельных видов освоения и продолжают быть источником экологической опасности.

Второе направление является более «геологичным» и связано с оценкой ресурсов геологического пространства под размещение конкретных видов отходов. Оно включает оценку указанного ресурса как по экологическим и социальным, так и по геологическим критериям.

Следует подчеркнуть, что оптимизация размещения любых отходов требует учета нескольких факторов: экономического, экологического, социального и геологического. Все эти факторы по-своему влияют на сокращение (ограничение) площадей, пригодных под размещение тех или иных отходов.

Экономический фактор, ныне негласно являющийся приоритетным, предполагает оценку альтернативных вариантов с точки зрения стоимости транспортировки отходов к месту складирования (захоронения), строительства подъездных путей, стоимости отчуждаемой земли и дороговизну предварительных инженерных мероприятий. Так как в расчет, как правило, принимаются только прямые затраты на организацию захоронения отходов, часто наиболее выгодными признаются варианты, в дальнейшем приносящие существенный экономический урон вследствие необходимости восполнения (если это возможно) экологического ущерба окружающей территории и ликвидации разнообразных аварийных ситуаций.

Существенное значение при выборе места расположения отходов имеют также социальные приоритеты. К их числу следует отнести, например, наличие объектов, веками используемых человеком, либо представляющих для него в настоящее время наибольшую ценность (эксплуатируемые сооружения, урбанизированные территории, сельскохозяйственные угодья, залежи полезных ископаемых, акватории, заповедные территории, памятники истории и архитектуры и пр.). Особенностью критериев этой группы является то, что их значимость определяется человеком и, соответственно, субъективна и изменяется с течением времени.

Геологические факторы определяют степень благоприятности участка с тем или иным геологическим строением для захоронения отходов различного вида. Значимость этой группы факторов возрастает с увеличением токсичности захораниваемых отходов и, следовательно, с ростом глубинности могильника (полигона). Именно природные геологические факторы заставляют признавать целесообразными дорогостоящие основательные конструктивные (технические) меры инженерной и экологической защиты. Подобные конструктивные решения особенно распространены в странах с ограниченным территориальным ресурсом.

Обычная практика, несмотря на суровые требования законов по охране окружающей среды, ориентирована, прежде всего, на удобство выбранного участка с технической точки зрения и дешевизну захоронения отходов. Однако, с разумных позиций приоритетным в вопросе захоронения отходов должны быть экологические факторы, т.е. минимизация вредного воздействия от захоронения отходов. Хотя такой подход неизбежно приводит к увеличению стоимости удаления отходов, с течением времени он окупается сторицей. Естественно, идеальным является использование всех возможностей по изоляции отходов, но это зачастую оказывается экономически невыполнимым, поэтому в реальном случае должно приниматься компромиссное решение между «наиболее экономичным» и «наиболее экологичным» вариантами размещения отходов, на основе комплексного анализа всех вышеперечисленных факторов.

Оптимальным, с методологических позиций, является проведение анализа, в котором сопоставляются альтернативные варианты организации захоронений (полигонов) отходов, сравниваются возможный экологический и социальный ущерб и стоимость мероприятий по обеспечению надежной изоляции отходов.

Обычно сравнивается четыре-пять по соотношению и затрат, в том числе «нулевой» (не предусмотрена никакая защита, именно здесь место занимает ресурс геологического пространства) и наиболее надежный (предусмотрены все возможные меры защиты), а также варианты другого территориального расположения полигона и ряд других «промежуточных».

Виды и объемы отходов и их влияние на ресурсный потенциал геологического пространства и его качество. Многообразие отходов деятельности человеческого сообщества иллюстрирует рис. 16

Эти отходы занимают огромные площади. Только в России суммарная их площадь, по данным В.И.Данилова-Данильяна (1997), составляет более 500 тыс. га, а негативное воздействие отходов на окружающую среду проявляется на территории, в раз превышающей указанную площадь. Большинство отходов активно взаимодействуют с окружающей средой (литосферой, атмосферой, гидросферой и биосферой). Продолжительность «агрессивного» (активного) существования отходов зависит от их состава. При хранении все отходы претерпевают изменения, обусловленные как внутренними физико-химическими процессами, так и влиянием внешних условий. В результате этого на полигонах хранения и захоронения отходов могут образоваться новые экологически опасные вещества, которые при проникновении в литосферу будут представлять серьезную угрозу для биоты.

Города — самые крупные производители отходов. Статистические данные показывают, что в условиях современной технологии при более высоком уровне экономического развития страны в ее границах образуется и большее количество отходов в расчете на душу населения. Средняя норма накопления мусора в развитых странах колеблется от 150-170 (Польша) до 1100 кг/чел. в год (США). В СССР
в г. этот показатель равнялся 350 в год. В Москве ежегодно образуется 2,5 млн т твердых бытовых отходов (ТБО), а средняя норма «производства» ТБО на одного человека в год достигает примерно 1 м3 по объему и 200 кг по массе (для крупных городов рекомендуется норматив 1,07 м /чел. в год). Во Франции ежегодно образуется 26 млн т бытовых отходов, в Италии — около 18 млн т, в Германии — 28 млн т.

Твердые бытовые отходы чрезвычайно разнородны по составу: пищевые остатки, бумага, металлолом, резина, стекло, древесина, ткань, и другие вещества. Пищевые остатки привлекают птиц, грызунов, крупных животных, трупы которых являются источником бактерий и вирусов. Атмосферные осадки, солнечная радиация и выделение тепла в связи с поверхностными и подземными пожарами способствуют протеканию на полигонах ТБО разнообразных, часто не предсказуемых физико-химических и биохимических процессов, продуктами которых являются многочисленные токсичные для биоты химические соеди-ения в жидком, твердом и газообразном состояниях.

Среднесуточные объемы сточных вод в Москве составляют около 6,3 млн м3/сут в том числе бытовых сточных — 4,6 млн м3/сут. Несмотря на строительство очистных сооружений, требующих отчуждения значительных площадей, снижение негативного воздействия таких сточных вод на окружающую среду продолжает оставаться важной проблемой всех урбанизированных территорий. Особая опасность в этом случае связана с бактериальным загрязнением геологического пространства, которое не только снижает его ресурсный потенциал, но и может вызвать вспышки эпидемических заболеваний в прилегающих селитебных зонах.

Количество промышленных отходов в развитых странах в 2-3 раза превышает по массе бытовой мусор. Размещение свалок бытовых и промышленных отбросов существенно меняет строение поверхностных отложений в городах и на их окраинах. Сегодня в среднем на каждого жителя планеты в год добывается около 20 т сырья, которое перерабатывается в продукты потребления и примерно до 90-98%, по данным В.А.Харченко (1995), идет в отходы. Во Франции и Италии ежегодно образуется около 50 млн т промышленных отходов, в Германии — до 370 млн т, в том числе 250 млн т строительного мусора, 50 млн т коммунальных осветленных шламов. Промышленные отходы, как и ТБО, разнообразны по химическому составу (см. рис. 16 выше).

Добыча твердых полезных ископаемых (уголь, горючие сланцы, фосфориты, соли, руды металлов и радиоактивных элементов, гипс, глинистое и цементное сырье) вызывает как нарушение сложившихся гидродинамических, геохимических условий, так и перемещение, складирование огромных масс горных пород, содержащих многие токсичные химические элементы и соединения. Примерами могут служить терриконы угольных шахт, отвалы вблизи карьеров при наземной добыче сульфидных руд. Эти терриконы и отвалы подвергаются интенсивной физико-химической обработке под воздействием многочисленных природных факторов и являются крупными источниками комплексного загрязнения окружающей среды.

На территории России ежегодно накапливается 3,5 млрд т техногенных отходов. Их основными производителями являются предприятия угледобывающей и углеперерабатывающей отраслей промышленности, черной и цветной металлургии, промышленности по производству минеральных удобрений и строительных материалов. Основную массу горно-промышленных отходов (около 95%) составляют вскрышные, вмещающие породы и отходы обогащения. Около 2% составляют металлургические шлаки и столько же золы и шлаки тепловых электростанций, менее 1% составляют фосфогипсы и электротермофосфорные шлаки.

Наибольшее количество вскрышных, вмещающих пород и отходов обогащения (около 40%) накапливается на предприятиях угольной промышленности, где сочетаются большие объемы добычи и высокая доля открытых разработок. Особенно велики объемы вынимаемых из недр вскрышных пород в Кузбассе, Красноярском крае, Амурской области. Второе место по количеству отходов (около 30%) занимает черная металлургия. Основной объем базируется на железорудных карьерах Курской магнитной аномалии, Урала. В цветной металлургии в связи с тем, что преобладает подземная добыча, выход отходов меньше (около 12%). На горно-добывающих предприятиях остальных отраслей суммарный годовой выход вскрышных пород и отходов обогащения составляет около 15% от общей суммы горно-промышленных отходов.

Среди промышленных отходов значительную часть составляют токсичные, в частности, отходы химического, радиохимического и атомно-энергетического производства, требующие особо тщательной изоляции от биосферы; ресурсы гео-логического пространства под размещение таких объектов особенно ограничены. Таких отходов на территории Российской Федерации на начало г. накоплено в хранилищах, на складах, могильниках, полигонах, свалках 1 405 млн т, при ежегодных темпах накопления порядка 90 млн т. Объемы сельскохозяйственных отходов также огромны. Например, только в Италии их ежегодный объем — свыше 100 млн т. Отходы сельскохозяйственного производства — навозохранилища, оставшиеся на полях остатки ядохимикатов, химических удобрений, пестицидов, а также не обустроенные кладбища животных, погибших в период эпидемий. Хотя эти отходы имеют «точечный» характер, их большое количество и высокая концентрация в них токсичных веществ могут оказать заметное отрицательное воздействие на окружающую среду.

Несмотря на то, что мировые данные по площадям и ценности отчуждаемых под отходохранение земель в настоящее время не существуют, объемы отходов говорят сами за себя. Очевидно, что такое количество вещества занимает огромные площади, сокращая общие ресурсы геологического пространства.

Поэтому проблема ресурсов пространства для размещения отходов всех видов, даже в нашей территориально богатой стране, стоит достаточно остро, особенно вблизи городских агломераций, горно-добывающих и горно-обогатительных предприятий. При этом следует ясно представлять, что в качестве изымаемых ресурсов геологического пространства для захоронения отходов необходимо рассматривать не только территорию, которую предполагается непосредственно занять отходами, но и прилегающую зону, на которой будет в течение того или иного срока ощущаться негативное влияние складирования или захоронения этих отходов, т.е. всю территорию, общий ресурсный потенциал и качество которой будут в той или иной степени нарушены предполагаемым размещением отходов.

Ущерб ресурсному потенциалу верхних горизонтов литосферы носит двоякий характер. С одной стороны, это эстетическое «обеднение» территории, прилегающей к месту расположения отходов, особенно в случае поверхностного складирования: мало кому понравится наблюдать романтический пейзаж свалки-гиганта из окна квартиры или офиса. Радиус подобного эстетического воздействия определяется удаленностью мест складирования от населенных пунктов и зон отдыха, рельефом и за-местности, а также этажностью близлежащей жилой застройки. Это воздействие сравнительно легко устранимо в процессе рекультивации.

С другой стороны — это загрязнение, распространяющееся от места размещения бытовых отходов на значительное расстояние (табл. 31) и оказывающее негативное влияние на здоровье людей, а также вызывающее изменение существующих биоценозов (рис. 17). Загрязненные территории обладают пониженным ресурсным потенциалом как в плане расселения и комфортности проживания биоты, так и в плане их хозяйственного освоения.

При оценке качества ресурса геологического пространства следует учитывать, что в толще бытовых отходов образуется высокоминерализованный фильтрат. Концентрация некоторых компонентов в распространяющемся фильтрате может достигать величин более 100 ПДК и более 1000 от местных фоновых значений. Растекание фильтрата приводит к загрязнению почв, растительности, по трофическим цепям загрязнение может попадать в пищу. Загрязнение почвенно-растительного покрова на полигонах хранения и захоронения твердых и опасных отходов связано с усвоением почвами и растениями загрязняющих веществ, мигрирующих от этих источников в латеральном и вертикальном направлениях. Почва представляет собой контрастный геохимический барьер, на котором накапливаются тяжелые металлы, радионуклиды, пестициды и многие другие опасные загрязнители. Гумусовое вещество и микроорганизмы в почвах вызывают их трансформацию, образование высокотоксичных соединений типа метилртути, алкила свинца. Радиус ореола негативного воздействия на почвенно-растительный покров крупных свалок твердых бытовых отходов достигает 2-3 км. По данным Л.П.Грибановой и соавторов (1990), почвы в районе Щербинского полигона Москвы загрязнены в радиусе 0,5-1,5 км цинком, медью, хромом, никелем и свинцом.

Потоки загрязненных вод со свалок перехватываются геохимическими барьерами разного рода (окислительно-восстановительный, глеевый, сорбционный и др.), гидродинамическими ловушками (бессточные водоемы, старичные озера поймы, болота). Многие токсичные вещества (серебро, медь, никель, ниобий, олово, ртуть, кадмий) интенсивно накапливаются в донных отложениях поверхностных водотоков и водоемов.

Однако заметная часть загрязнителей, растворенных в воде, путем инфильтрации проникает в подземную гидросферу. Происходит загрязнение грунтовых вод, и за счет перетекания — более глубоких водоносных горизонтов. Длительное поступление в подземные воды загрязненного поверхностного стока от полигонов ТБО может привести к образованию обширных и контрастных гидрохимических полей разнообразных токсичных веществ в водоносных горизонтах питьевого водоснабжения.

Еще большие экологические последствия наблюдаются при складировании отходов горно-добывающей и горно-обогатительной отраслей промышленности. Из огромных объемов добываемого в мире минерального сырья, исчисляемого десятками миллиардов тонн, используется лишь Остальное количество представляет собой отходы горно-добывающего и горно-перерабатывающих производств, или так называемые техногенные образования. Они представлены отвалами некондиционных полезных ископаемых, вскрышных и вмещающих пород, отходами обогатительного (хвосты, металлургического (шлаки, золы), энергетического (золы, пыли) и других производств и составляет большую часть (70-80%) суммарной массы твердых, жидких и газово-пылевых отходов всех технологически необходимых производств. Виды и радиусы негативного воздействия полигонов складирования отходов этих видов промышленности приведены в табл. 32.

Не меньшую опасность представляют отходы химического сырья, которые занимают большие площади. На калийных предприятиях в результате обработки руды в отходы попадают галитовая рыхлая масса и соляно-глинистая пульпа с примесями химических реагентов. Из галитовых отходов формируют солеотвалы высотой более 100 м. Из этой массы в теле солеотвала формируется особая порода высокой плотности и прочности. Эти отвалы являются постоянным источником засоления почв, пород, подземных и поверхностных вод.
Все вышеперечисленное приводит к существенному изменению ресурсного потенциала геологического пространства прилегающей к отвалам и шламохранилищам территории и ухудшает его качество как для проживания биоты, включая человека, так и некоторых видов хозяйственной деятельности. Изменение ресурсного потенциала прослеживается на значительные расстояния от границ отходохранилища (см. табл. 32 выше). Подчеркнем, что в каждом конкретном случае неизбежно проявляется специфика данного отходохранилища, поскольку набор воздействий, связанных с его функционированием, может существенно изменяться. Например, для отвалов из негорючих материалов нехарактерны загазованность и горение, отвалы сухих пород не вызывают подтопления территории, по крайней мере на первых этапах их функционирования.

Потенциально еще более негативно экологическое воздействие полигонов захоронения радиоактивных и высокотоксичных отходов. Первые — радиоактивные отходы (РАО) — источник радиоэкологической опасности. Обращение с РАО как с обычными промышленными отходами, применявшееся на начальных этапах деятельности атомной промышленности как в нашей стране, так и за рубежом, показало (Лаверов и др., 1994), что опасность, связанная с РАО, была серьезно недооценена. Трагические последствия этих действий заставили прекратить неконтролируемый сброс жидких отходов. Отходы низкого и среднего уровней радиоактивности начали сливать в открытые замкнутые водоемы, а высокоактивные (ВАО), помещенные в специальные емкости, накапливались в заводских хранилищах.

После ряда аварий технология хранения жидких ВАО была существенно модифицирована. Однако проблемы переработки ВАО, их концентрирования и захо-ронения, как и вопрос о локализации жидких отходов среднего и низкого уровня активности, оставались во многом еще неразрешенными. Такая ситуация поставила развитие атомной промышленности в зависимость от решения проблемы захоронения отходов. Ответом на указанную ситуацию явился разработанный в начале шестидесятых годов совместными усилиями специалистов ряда организаций простой и экономичный способ захоронения жидких отходов в глубокозалегающих водоносных горизонтах с замедленным водообменом. Активное использование данного способа обеспечило возможность работы Сибирского химического комбината (Томск), Горно-химического комбината (Красноярск), Научно-исследовательского института атомных реакторов (Димитровград). К настоящему времени в водоносных горизонтах захоронено, по данным Н.П.Лаверова и соавторов (1994), 50 млн м3 жидких отходов, в том числе и высокоактивных, суммарная радиоактивность которых составляет порядка 2 млрд Ки.

Как известно, требования МАГАТЭ не допускают захоронения отходов в жидком виде, а предусматривают обязательный их перевод в отвержденную форму.

Особенно строг этот запрет в отношении отходов, содержащих долгоживущие радиоизотопы трансурановой группы, что обусловлено ненадежностью прогноза развития экосистем на длительный период. Любые геологические или техногенные факторы, способные вызвать нарушение гидродинамического режима, могут привести к проникновению радионуклидов в экосферу. Признавая недостатки захоронения РАО в жидком виде, необходимо констатировать, что опасность, обусловленная РАО, находящимися в водоносных горизонтах, намного меньше той, которая связана с отходами, находящимися на поверхности.
В заключение подчеркнем, что результаты специальных исследований, выполненных как в России, так и за рубежом, свидетельствуют о том, что масштаб и интенсивность негативного воздействия крупных полигонов размещения отходов на окружающую среду более значительны, чем недавно было принято считать. С точки зрения ресурса геологического пространства зоны, подвергшиеся подобному негативному воздействию, полностью или частично изымаются из общего его ресурса на различные сроки: от нескольких десятков лет (зоны полигонов твердых бытовых отходов, отвалов и т.д. и прилегающие к ним) до десятков тысяч лет (участки захоронения радиоактивных отходов).
Основные требования к качеству ресурсов геологического пространства при организации отходохранилищ. Промышленные и бытовые отходы, во всевозрастающих количествах производимые человеческим сообществом, существенно нарушают экологическое равновесие территорий и снижают ресурсы геологического пространства. Поэтому выбор оптимальных с эколого-геологических позиций мест захоронения отходов сопряжен с необходимостью строжайшего выполнения требований к планировке и обустройству полигонов захоронения и технологического режима их эксплуатации. Этими факторами и определяются граничные условия для оценки ресурсов геологического пространства в местах захоронения.

Требования к местам размещения полигонов твердых бытовых отходов с оценкой ресурса геологического пространства этих территорий регламентированы рядом нормативных и директивных документов (например, Инструкцией по проектированию полигонов захоронения твердых бытовых отходов, 1995). В качестве запрещающих факторов регламентированы особые гидрогеологические условия, уклоны местности, склонные к пучению грунты, наличие провалов и закарстованных массивов, качество земельного ресурса.
Рекомендуется под территории полигонов выбирать участки с глинистыми или тяжело суглинистыми грунтами и грунтовыми водами, расположенными на глубине более 2 м. Запрещается использовать участки с выходом грунтовых вод в виде ключей и затопляемые паводковыми водами территории, а также располагать полигоны ТБО в районах геологических разломов. Под полигоны рекомендуется отводить отработанные карьеры, свободные от ценных пород деревьев, овраги и другие территории.

Размеры зоны санитарной охраны полигона и применяемое оборудование должны выбираться с учетом реальных особенностей состава и строения геологического пространства, процессов загрязнения и ответной реакции биосферы на функционирование полигонов.
Подчеркнем, что при таком анализе необходима комплексная, по возможности исчерпывающая, оценка всех параметров воздействия отходов на все жизнеобес-печивающие природные среды, позволяющая выяснить пути и механизмы про-никновения загрязняющих веществ в пищевую цепь и организм человека, длительность этого воздейстия и радиус его распространения. Подобные исследования позволят в конечном итоге четко очертить вокруг действующих и предполагаемых полигонов зоны ограниченного ресурсопользования (зоны с нарушенным ресурсным потенциалом, в том числе и ресурсом геологического пространства) и избежать попадания в них различных объектов социальной структуры, а также охраняемых природных объектов.

Еще более жесткие требования предъявляются к геологическому пространству при захоронении радиоактивных отходов. Эти требования тесно связаны с классификационными характеристиками отходов (высокоактивные-низкоактивные, с долгоживущими-короткоживущими отходами и т.п.) и формой их нахождения (жидкие, твердые).

Другими факторами, определяющими экологическую безопасность захоронения этих отходов или устройство могильника, являются технологические решения и методы. Все они направлены на решение основной задачи захоронения — надежной изоляции РАО от экосферы на период их потенциальной опасности для человека. Следует отметить, что технологические способы безопасного захоронения низко- и среднеактивных отходов в настоящее время хорошо разработаны и необходима их качественная практическая реализация.

Наиболее сложной и пока еще окончательно нерешенной проблемой, по Н.П.Лаверову (1994), является обеспечение безопасного захоронения высокоактивных отходов, так как даже незначительная по объему утечка из подземного могильника вследствие высокой удельной активности может представлять экологическую опасность.

Не останавливаясь на инженерных барьерах (консервирующая матрица, металлический контейнер, сорбент), кратко обозначим требо-
вания к четвертому, главному барьеру, каковым является толща горных пород, отделяющих радиоактивные отходы от экосферы. Именно ими во многом регламентировано место выбора размещения высокотоксичных отходов. Информация по этому вопросу систематизирована в табл. 33 с указанием использованных источников информации и предложенных классификаций.

Перечисленные требования к выбору типа геологической среды под захоронение радиоактивных отходов создают лимит геологического пространства, пригодного для этих целей. Для малых стран и сейсмоопасных территорий подобный ресурс крайне ограничен, а в ряде случаев вообще отсутствует. Эти страны должны идти по пути более дорогостоящего технологического решения проблемы, а не по пути выбора мест оптимального захоронения.

Захоронение жидких низко- и среднеактивных радиоактивных отходов в глубоких водоносных горизонтах до сих пор применяется в ряде стран, в том числе и в России, и имеет ряд своих сторонников среди ученых, занимающихся проблематикой удаления радиоактивных отходов. А.И.Рыбальченко с соавторами (1994) разработал следующие критерии пригодности геологической среды для подобных захоронений:

• размещение жидких радиоактивных отходов ограниченных объемов возможно в глубокозалегающих пористых породах (пластах-коллекторах);
• отходы изолируются в пределах устанавливаемых границ благодаря низкой проницаемости перекрывающих пласты-коллекторы слоев пород, обладающих водоупорными свойствами, и низких скоростей естественного движения подземных вод в пласте-коллекторе;
• пласты-коллекторы, пригодные для захоронения жидких отходов, должны удовлетворять ряду требований, в частности, иметь мощность, протяженность, пористость, проницаемость, обеспечивающие возможность закачки в них проектных объемов отходов, а также перекрываться и подстилаться водоупорами и залегать на значительной глубине в зоне застойных вод или замедленного водообмена;
• размещение жидких радиоактивных отходов в геологической формации не должно приводить к развитию процессов, препятствующих захоронению и снижающих степень изоляции отходов;
• при взаимодействии жидких отходов с горными породами и подземными водами желателен переход радиоактивных нуклидов-компонентов радиоактивных отходов в твердую фазу — в горные породы. В результате чего образуются залежи компонентов, представляющие собой техногенные месторождения;
• режимы захоронения жидких радиоактивных отходов не должны приводить к нарушению геодинамической устойчивости геологической среды: нарушению сплошности пласта-коллектора, вызванной сейсмичности;

А.К.Лисицин и А.Н.Сысоев (1996) приводят следующие определяющие критерии выбора мест захоронения жидких радиоактивных и токсичных промышленных отходов:

• для сооружения могильников наиболее пригодны геологические структуры древних и молодых платформ, характеризующиеся новейшей тенденцией к опусканию, невысокой сейсмичностью и низким теплоэнергетическим потенциалом, исключающим сколько-нибудь значительный конвективный тепломассоперенос по направлению к дневной поверхности;
• для могильников наиболее благоприятны водоносные комплексы нижнего гидродинамического этажа, в которых продолжительность цикла водообмена больше времени распада радионуклидов до предельно допустимых концентраций или до верхнего предела естественного радиоактивного фона;
• безопасное захоронение жидких радиоактивных отходов на геологическую продолжительность обеспечивается в водоносных горизонтах нижнего гидрогеологического этажа с соленостью подземных вод не меньше исходной ми-нерализации седиментационных вод под водоупорными толщами регионального распространения;
• дополнительной гарантией изоляции от экосферы служит наличие над пластом-коллектором буферного пластового водоносного горизонта с замедленным водообменом. Во всяком случае на предполагаемом участке для захоронения должны отсутствовать гидродинамические, гидрохимические и атмохимические аномалии. Отсутствие гелиевых аномалий в подземных водах и в подпочвенном воздухе служит одним из наиболее надежных признаков изоляции экосферы от глубоких недр.

Районы захоронения жидких радиоактивных отходов требуют отчуждения значительных территорий под зоны санитарной охраны и контроля. Закачки, как правило, осуществляются непосредственно на территориях промышленных предприятий в неизбежной близости от селитебных зон, водоснабжение которых зачастую осуществляется за счет верхних водоносных горизонтов этого же гидрогеологического разреза. Это делает безопасность подобных типов захоронения чрезвычайно зависимой от катастрофических сценариев как природного, так и техногенного происхождения (землетрясения, активизация разломов, технические неполадки и т.д.). В случае реализации подобных сценариев, территория полностью выпадает из общего ресурса геологического пространства на неопределенно долгий период.

Ресурсы геологического пространства и проблема их восстановления

Накопление огромных объемов техногенных отходов на полигонах, в отвалах, хвостохранилищах, в навозохранилищах и в пределах других объектов вызывает нарушения природных ландшафтов, загрязнение всех составляющих окружающей среды, приводит к изъятию из хозяйственного оборота огромных площадей, т.е. к сокращению ресурсов геологического пространства. В горной отрасли в связи с истощением запасов высококачественных (богатых) руд и вовлечением в эксплуатацию во всевозрастающих количествах бедных и труднообогатимых руд скорость накопления отходов постоянно возрастает. Эта тенденция на ближайшую перспективу сохранится, а, следовательно, для размещения отходов потребуются еще большие дополнительные территории. Увеличение общего потребления приводит к росту количества бытовых отходов. Противовесом рассмотренной тенденции, является рекультивация нарушенных территорий — единственный рациональный путь восстановления ресурсов геологического пространства.

Прежде всего следует отметить, что до сих пор отсутствует приемлемая экономическая методика, оценивающая процесс рекультивации отходов. Иногда вы-сказываются мнения о мнимой неэффективности такой рекультивации, однако при этом не принимаются во внимание социальные, санитарно-гигиенические и другие аспекты неэкономического характера. Тем не менее, рекультивация во всех развитых странах все больше становится одним из основных направлений политики в области снижения загрязнения окружающей среды и экономии сырьевых и территориальных ресурсов.

Рекультивации мест захоронения отходов особое внимание, по вполне понятным причинам, уделяется в Японии. Специалистами этой страны убедительно показана возможность использования массивов бывших свалок после их рекультивации для зон отдыха. При этом подчеркивается, что вопросы рекультивации мест захоронения должны решаться еще на стадии проектирования свалок. В качестве позитивного примера приводится случай создания парка для отдыха населения в городе Осака, на участке, где было захоронено 2900 тыс. м³ отходов. Общая площадь парка 104 га, он оборудован детскими и спортивными площадками, искусственными водоемами, специальными зонами отдыха.

Интересен в инженерном и социальном аспекте план захоронения промышленных и бытовых отходов на морском побережье в районе г.Тиба в Японии. Здесь в г. началось строительство защитной дамбы протяженностью м, балочного моста длиной 82 м и дренажной системы пропускной способностью 1000 м3/сут, а в 1988 г. — подготовка земельного участка площадью 17,1 га путем отсыпки на прибрежной части моря млн м3 промышленных и бытовых отходов с последующим строительством спортивного комплекса. Начато сооружение центрального волнолома с использованием бытового мусора и других отходов, которое намечалось закончить к 1990 г. После этого предлагается начать засыпку большого участка залива, куда будет перенесен международный аэропорт Ханеда.

В районе порта Симидзу с 1978 г. велись работы по засыпке бытовым, строи-тельным и другим мусором побережья на протяжении около 1450 м. Площадь насыпного участка составляет 26 га, из которых для портового строительства будут использоваться 6,8 га, для разбивки парка — 7,8 га, для строительства дорог -8,3 га. В настоящее время эти работы близятся к концу. Стоимость их оценивается в 10 млрд иен.
Близкая задача решалась польскими учеными. При обсуждении вопросов строительства на балтийском побережье зоны для хранения промышленных отходов было предложено техническое решение постройки хвостохранилища, обеспечивающее чистоту моря и стабильность водного режима. Последним оно существенно отличается от практики сброса отходов в море в Японии, где в районе Токио около 60% бытовых отходов сбрасывается в Токийский залив, что привело к интенсивному загрязнению окружающей среды, сопровождаемому специфическими заболеваниями и случаями отравления среди населения.

В России проблема рекультивации закрытых свалок также актуальна, так как во многих быстрорастущих городах они со временем оказываются в черте городской застройки и возникает необходимость хозяйственного использования территорий старых свалок. Исследования С.В.Делятицкого (1990), проведенные на свалке, эксплуатировавшейся в течение 20 лет и закрытой в 1960 г., показали следующее. Более чем на 50% исследованной территории существуют опасные экологические условия: продолжается газогенерация и содержание метана и двуокиси углерода заметно превышает норму (1,8% метана при фоновой 0,0002% и 24,7% двуокиси углерода при фоновой 0,0003%), содержание свинца в 11 раз превышает ПДК, хлороформенного экстракта выше 0,16%, органического углерода 10-26%, суммарный показатель загрязнения тяжелыми металлами 32-128.

Эти данные убедительно показывают, что давно закрытые свалки, даже засыпанные грунтом сверху, зачастую продолжают быть источниками повышенной опасности для био-ты, в том числе человека и требуют проведения дополнительных рекультивационных работ.

Рекультивация территорий бывших свалок часто решает лишь часть проблем, связанных с восстановлением ресурсного потенциала геологического пространства. Закрытые полигоны (в течение 50-60 лет после рекультивации) только ограниченно пригодны для хозяйственного освоения, на них по санитарно-гигиеническим нормам нежелательно жилищное строительство. В течение длительного времени на них не восстанавливается полноценная растительность (произрастает только рудеральная), продолжают размножаться животные-паразиты (грызуны), являясь разносчиками опасных инфекционных заболеваний.

Следует отметить, что такое неблагоприятное и длительное последействие от закрытой и рекультивированной свалки наблюдается при условии недостаточных предварительных и промежуточных профилактических мероприятий в районе складирования отходов, при отсутствии необходимых конструктивных решений при ее организации. Именно такая картина наблюдается в настоящее время на большинстве действующих полигонов в России. Например, в Москве ежегодно образуется 2,5 млн т твердых бытовых отходов. Основная часть их (до 90%) утилизируется на специальных полигонах Тимохово и Хметьево. Полигоны работают с конца семидесятых годов, и их срок функционирования в ближайшее время заканчивается. На этих полигонах до сих пор отсутствуют минимально необходимые природоохранные сооружения, такие как водоохранные экраны, системы отвода и обезвреживания фильтрата и поверхностных вод, ограждения границ полигона, оборудования для мойки машин и др. Не производится послойная укладка отходов с ежедневной засыпкой грунтом, полив водой, так как отсутствует необходимая специализированная техника. Это очень далеко от многих санитарных полигонов, организуемых в развитых странах.

Эти полигоны (иногда их на Западе называют санитарными свалками) оборудуются по специальной технологии. Дно свалки, а затем и поверхность отходов планируется с небольшим уклоном, на котором выстилается прочная полиэтиленовая пленка. Ежедневно засыпанные на такую пленку отходы уплотняются специальными катками, затем засыпаются слоем грунта (песка, глины) и снова уплотняются. Сверху снова накладывается пленка, на которую складируются отходы. Они вновь уплотняются, перекрываются песком и т.д. И так каждый день. В нижней части разреза свалки имеется сток и сборник жидкостей, фильтрующихся из отходов и грунта, которые по мере наполнения вывозятся на переработку. По заполнении свалки последними слоями отходов до проектной отметки проводится планировка рельефа, посадка травы и растений и другие необходимые работы. Через несколько лет на месте санитарных свалок можно устраивать поля для гольфа.

При этом, чем лучше отсортированы отходы, тем меньше вероятность просадки поверхности массива в последующие годы (Никитин и др., 1997).

В последнее время стали применять после сортировки твердых бытовых отходов прессование в брикеты со значительным уменьшением в 5-10 раз их объема. Это значительно увеличивает срок службы санитарных полигонов (в 3-5 раз) и уменьшает просадку грунта в последующие годы.

Подобная организация функционирования полигонов твердых бытовых отходов кроме экологической целесообразности обладает еще и очевидными ресурсо-сберегающими особенностями:

• укатанные и спрессованные отходы требуют меньших площадей под захоронение (непосредственная экономия территориального ресурса);
• налицо значительное сокращение зоны влияния такого полигона на окружающую среду, а значит и зон с ограниченным ресурсным потенциалом;
• постоянная «промежуточная» рекультивация отходов (укатка, пересыпка грунтом) при условии правильной подготовки делает такой полигон пригодным под организацию зон отдыха уже через несколько лет после его закрытия, а значит сокращает срок изъятия этой территории из общего ресурса геологического пространства.

С целью экономии территориального ресурса широко используется отсыпка строительного мусора и шлаков для планировки застраиваемых городских территорий. Значительные мощности антропогенных отложений, включающие большие объемы строительных отходов, зол и шлаков и приуроченные к депрессиям рельефа, известны в Москве (24 м), Воронеже (до 20 м), Волгограде (до 3,7 м), Новгороде (до 14 м), Саратове (до 12 м), Санкт-Петербурге (до 10 м), Ростове-на-Дону (до 25 м) и т.д. В Москве смесью грунта, зол и строительных отходов засыпано более 100 км долин речек, ручьев и оврагов. На таких антропогенных отложениях возводятся большие многоэтажные массивы.

Существенную проблему составляет восстановление ресурсов геологического пространства, нарушенного горным производством. Часть отвалов, состоящих из нетоксичных отходов (пород вскрыши и вмещающих пород), со временем покрываются растительностью, на них образуется или отсыпается искусственный плодородный слой. Такие отвалы, особенно при предварительной планировке территории, вполне могут использоваться как основания под любые инженерные сооружения, как места создания зеленых зон и т.д. Территории, занимаемые такими отвалами, изымаются из общего ресурса геологического пространства только на незначительный срок их активного образования, а затем начинается естественный или техногенный этап восстановления ресурса, протекающий достаточно быстро (первые десятки лет).

Отвалы, хвосто- и шламохранилища с повышенным содержанием различных экологически опасных элементов слабо поддаются рекультивации, образуя стойкие экологически негативные геохимические и гидрогеохимические аномалии на прилегающих территориях. Такие отходохранилища практически полностью исчерпывают ресурс территории, на которой находятся в течение периода, исчисляемого сотнями лет. Так как отходы горных производств крайне не выгодно транспортировать на значительные расстояния от предприятия, дефицит площадного ресурса в горно-добывающих районах ощущается очень остро.

Решением этой проблемы отчасти являются: утилизация и вторичное использование отходов добычи и обогащения руд в качестве техногенных минеральных ресурсов; рациональное их складирование с увеличением высотности отвалов и хвостохранилищ и организацией хранения по принципу «отход на отход», например, создание шла-мохранилища на старых солеотвалах, образующих противофильтрационный экран. Очевидно, что подобные решения не только способствуют восстановлению и экономии минерально-сырьевого ресурса, уменьшению транспортных расходов в горной отрасли, но и приводят к значительной экономии ресурсов геологического пространства прилегающей территории.

Вопрос вторичной переработки касается не только отходов горной отрасли, но и твердых бытовых отходов и отчасти радиоактивных. Подобная переработка уменьшает объем отходов, требующих захоронения, и тем самым уменьшает потребность в ресурсе геологического пространства для этих целей.

Основными методами переработки твердых бытовых отходов являются: сжигание и биотехнологические с получением биогаза, удобрений или биотоплива. Только Франция и Япония широко используют сжигание. Биотехнологический метод получил, по данным А.Н.Мирного (1997), наиболее широкое распространение в России. Специалисты многих стран считают именно биотехнологические методы наиболее перспективными в переработке ТБО после их сортировки. Однако, до сих пор основная часть отходов складируется на занимающих огромные площади полигонах и свалках (табл. 34). В связи с этим проблема дальнейшего использования пространства бывших отходохранилищ стоит достаточно остро.

В заключение подчеркнем, что можно выделить две группы отходов, резко отличающиеся по продолжительности отчуждения геологического пространства. В первую, наиболее обширную группу попадает большинство отходов, негативное последействие захоронения которых, даже при отсутствии рекультиваци-онных мероприятий, ограничивается десятками лет (максимум не многим более 100 лет). Во вторую группу попадают в основном радиоактивные, а также часть других токсичных отходов. Зоны санитарной охраны подобных отходохра-нилищ непригодны для большинства видов хозяйственной деятельности на протяжении от 500 до 10 000 лет.