Екологічна безпека ґрунтів

Площа суші на Землі становить 148 млн км²; 10 % цієї площі припадає на льодовики Антарктиди й Гренландії. Решта території — вичерпні ресурси поверхні Землі: 33,1 % цієї території займають сільськогосподарські угіддя, 30,1 % — ліси, 36,8 % — так звані «інші» землі (площі, зайняті населеними пунктами, промисловими підприємствами, транс­портними магістралями тощо, а також болота, гори, тундри, пус­телі). Через діяльність людини структура земної поверхні постійно змінюється: зменшуються площі сільськогосподарських угідь і лісів, розширюються площі «інших» земель. Берегти зем­лю — це означає розумно, по-хазяйськи її використовувати, щоб слугувала вона довго, багатьом прийдешнім поколінням.

Чималі витрати земельних ресурсів пов'язані з промисловим і цивільним будівництвом, спорудженням військових об'єктів (аеродромів, баз, полігонів, складів тощо), видобуванням корис­них копалин.

Сільськогосподарські землі — найцінніша частина земельних ресурсів, оскільки вони забезпечують людство продуктами харчу­вання. Більша частина сільськогосподарських земель відводиться під ріллю, решта — під площі багаторічних насаджень (плантації, сади, виноградники, лісосмуги), луки й пасовиська. Населення Землі, що швидко примножується, вимагає збільшення кількості продуктів харчування, основний постачальник яких — орні землі. А можливостей для розширення їхніх площ майже не залишило­ся. Навпаки, в багатьох країнах спостерігається неухильне скоро­чення орних земель. Тому єдиний спосіб задовольнити дедалі більші потреби в продуктах харчування — це інтенсифікація сільськогосподарського виробництва, тобто одержання вищого врожаю з тих самих площ. У світі є певний досвід у цій справі.

♦ Наприклад, у 50—60-ті роки в деяких країнах Азії й Латин­ської Америки відбувалася так звана «зелена революція», коли за сприяння спеціалістів ООН було введено високоврожайні сорти рису, пшениці, сої, інших культур, застосовано нові технології вирощування, меліорації і т. д., що дало змогу різко (в 3—5 разів і навіть більше) підвищити врожайність основних сільськогоспо­дарських культур. Індія, наприклад, не лише забезпечила своє населення рисом, але навіть стала експортувати його.

Сьогодні в посушливих районах Землі спостерігається дуже небезпечне явище дезертизації, або спустелювання. Причини його — вразливість природи в цих зонах, надмірне використання земель під пасовиська (худоба виїдає й витоптує слабкий трав'янистий покрив), вирубування на паливо нечислен­них дерев і кущів. У результаті різко активізується деградація ґрунтів і територія спустелюється. Так, за останні 50 років площа пустелі Сахара збільшилася на 650 тис. км². Спеціалісти ООН підрахували, що у світі кожної хвилини на безплідну пустелю пере­творюється 44 га землі!

Ліс — надзвичайно важлива складова частина біосфери:

1. це один із основних поглиначів вуглекислого газу й виробників кисню, постачальник дуже цінних матеріалів (деревини, сиро­вини для хімічної промисловості, продуктів харчування тощо), поглинач пилових і газових забруднень атмосфери, захисник поверхні Землі від водної ерозії та суховіїв;

2. це середовище життя багатьох звірів, птахів, комах;

3. ліс має величезне оздоровче значення, оскільки деякі дерева — біла береза, сосна, ялиця та інші — продукують особливі речовини — фітонциди, які вбивають хвороботворні мікроби й роблять повітря цілющим;

4. і, нарешті, ліс діє на людину заспокійливо, сприяє пробуджен­ню в неї творчої наснаги, добрих, піднесених почуттів.

Відповідно до норм лісового законодавства, прийнятих біль­шістю країн, ліси поділяються на три групи:

1) ліси, що виконують водоохоронні (заборонні смуги по берегах річок, озер і т. д.), захисні (протиерозійні ліси, державні лісозахисні смуги), санітарно-гігієнічні та оздоровчі (ліси заповідників і національних парків) функції;

2) ліси захисного та обмежено експлуатаційного значення —
лісові масиви в густонаселених районах і місцевостях з обмеженими лісовими ресурсами;

3) ліси експлуатаційні — тайга, тропічні ліси.

У лісах першої та другої груп (а саме такі є на території України) забороняється заготівля деревини, тут допускаються лише так звані санітарні рубки, коли вирубуються тільки хворі й усохлі дерева. А взагалі в лісоводів є давнє добре правило: «Зру­бав дерево — посади два нових!»

«Інші» землі поділяються на дві групи:

1) малопридатні для сільського господарства землі — пустелі, гори, тундра, яри тощо; деякі з них можуть бути освоєні, але з великими матеріальними й фінансовими затратами;

2) заселені й забудовані території, тобто такі, що вже не мож­на використати якось інакше.

Рекультивація порушених земель. У результаті господарської діяльності людини утворюються порушені землі, що втратили свою господарську цінність, а іноді навіть стали джерелом забруднен­ня природного середовища. Найбільше порушують землю відкриті гірничі виробки (кар'єри). В Криворізькому регіоні, наприклад, великі площі колись родючої землі перетворено залізорудними кар'єрами на ділянки «місячного ландшафту», де не може зберегтися жодна рослина чи жити яка-небудь тварина. Землі порушуються також відвалами пустих порід, шлаків, звали­щами сміття й побутових відходів поблизу великих міст.

Кар'єри, терикони, звалища, крім того, що вони займають великі площі земної поверхні, становлять джерело забруднення атмосфери й гідросфери: з них вітрами розноситься пил, деякі терикони димлять, викидаючи в повітря оксиди сірки; забруднені води з відвалів потрапляють у водоносні горизонти й водотоки. Через інтенсивне відкачування з шахт і кар'єрів підземних вод знижується їхній рівень на прилеглих територіях, інколи ж (поблизу великих кар'єрів) підземні води й зовсім щезають.

Згідно з чинним законодавством порушені землі мають бути відновлені рекультивацією. Зокрема, рекультивацію кар'єрів повинні здійснювати ті гірничодобувні підприємства, що їх створили.

Рекультивашйні роботи виконуються в два етапи: технічна рекультивація, потім біологічна.

У ході технічної рекультивації порушені землі готують для подальшого використання: планують їхню поверхню (найглибші частини кар'єрів засипають пустими породами, виположують їхні стінки); знімають, перевозять і складують у бурти родючий ґрунт (це роблять до початку проходки кар'єра); будують дороги, гідро­технічні й меліоративні споруди. Якщо відвальні породи містять шкідливі для рослин речовини (сульфіди, солі важких металів тощо), то на них після планування накладають шар нейтральної породи (глини, піску тощо). Після планування відвали мають пройти стабілізацію (один-два роки), коли під дією сили ваги й зволоження відвальні породи ущільнюються.

Біологічна рекультивація передбачає комплекс робіт для поліпшення фізичних та агрохімічних властивостей ґрунтів на рекультивованих землях (вапнування, піскування, внесення міне­ральних добрив тощо). Знятий раніше родючий ґрунт, що збе­рігався в буртах, наноситься на поверхню спланованих і стабілізованих відвалів.

Розрізняють кілька видів рекультивації залежно від того, як саме передбачається використовувати порушені землі.

Сільськогосподарська рекультивація здійснюється в районах розвиненого сільського господарства, на великих за площею відвалах чи кар'єрах. Це найдорожчий вид рекультивації, бо до земель, де мають вирощуватися сільськогосподарські культури, ставляться найвищі вимоги. Зокрема, кут нахилу місцевості не може перевищувати 3°.

Лісогосподарська рекультивація проводиться там, де є мож­ливість відновити ділянки лісу з цінними сортами дерев. її вартість і вимоги до агрохімічних характеристик ґрунту нижчі, ніж за сільськогосподарської рекультивації.

Водогосподарська рекультивація стосується здебільшого тих кар'єрів, які після відпрацювання заповнюються ґрунтовими й дощовими водами. Такі штучні озера впорядковуються, в них запускається риба, їхні береги озеленюються тощо.

Рекреаційна (від лат.— відновлення сил, відпочинок) рекультивація виконується неподалік міст і великих населених пунктів з метою створення зон відпочинку. Здебільшого вона поєднується з водогосподарською й лісогосподарською рекульти­вацією (озера в кар'єрах упорядковують, на їхніх берегах споруд­жують пляжі, бази відпочинку, висаджують дерева, кущі й т. д.).

Санітарно-гігієнічна рекультивація здійснюється для консер­вації порушених земель, припинення шкідливої дії кар'єрів, відвалів на природне середовище (скажімо, аби звалище не забруднювало повітря й підземні води), якщо з якихось причин використання порушених земель вважається недоцільним.

Будівельна рекультивація — це підготовка порушених земель під спорудження житлових будинків, спортивних майданчиків, промислових підприємств, складів і т. д. Кар'єри при цьому заси­паються відвальними породами, їхні стінки виположуються, підводяться дороги, теплотраси, виконуються меліоративні робо­ти (дренаж тощо).

Охорона земних надр. Надра Землі використовуються люди­ною з різною метою, зокрема для:

• видобування корисних копалин;

• зберігання рідких і газоподібних корисних копалин у природних і штучних сховищах;

• будівництва різних споруд, сховищ і навіть цілих заводів;

• прокладання транспортних комунікацій (метро, трубопроводи);

· поховання токсичних промислових і стічних вод.

Головний напрям використання надр — це, звичайно, видобу­вання мінеральної сировини.

Серед численних видів діяльності людини є два, що мають особливе значення, оскільки від них залежить саме існування суспільства: це праця сільського трудівника, фермера, котрий виробляє продукти харчування, та праця гірника, шахтаря, який видобуває з надр Землі енергетичну й мінеральну сировину, без чого неможливе функціонування всіх інших галузей господарст­ва. При цьому, якщо збільшення виробництва продуктів харчу­вання прямо пропорційне зростанню чисельності населення, то підвищення енергоємності й матеріаломісткості сучасного вироб­ництва набагато випереджає його. Як свідчать статистичні дані, при збільшенні населення в 4,5 рази потреба в енергії зростає у 12 разів, а матеріалів, що видобуваються з надр Землі, — в 9 разів.

За даними ООН, сьогодні з надр Землі щорічно видобувається близько 20 млрд т корисних копалин. При цьому разом із корис­ними копалинами з надр на поверхню піднімається ще більше пустих порід (за оцінками, 150 млрд т щороку). Всього ж, як вва­жають учені, за всю історію людства, починаючи від бронзового віку, було виплавлено 16 млрд. т різних металів, у тому числі впродовж останніх 45 років — 11 млрд. т.

* Від середини XVI до середини XX ст. споживання людством заліза зрос­ло в 5 тис. разів, і темпи його видобування подвоюються кожні 10 років.

• Приріст видобутку урану: 1980 р. — 40—50 тис. т; 1985 р. — 85—100 тис. т; 2000 р. — 800 тис. т.

За сучасної технології видобування й переробки корисних копалин лише 1—5 % речовини, що добувається з надр, викори­стовується у вигляді продукції, вся решта йде у відвали й відходи.

На скільки ж років людству вистачить земних запасів корисних копалин і які вони, ці запаси? За даними науки геохімії, у верхній десятикілометровій товщі літосфери 99 % її маси становлять 12 хімічних елементів: О, Si, Al, Fе, Са, Na, К, Мg, Н, Ті, С і СІ. Решта елементів містяться в дуже невеликих кількостях. Тим ча­сом людство використовує всі елементи таблиці Менделєєва, але в різних кількостях. За останні десятиліття величезного значення для економіки всіх країн набули нафта, газ, алюміній, титан, хром, нікель, кобальт, уран, манган, свинець та олово. Міжна­родні експерти вважають, що за таких темпів споживання, які характерні зараз для найрозвиненішої країни світу — США, розвідані запаси цих корисних копалин на материках будуть вичерпані за кілька десятиліть (деяких — за одне-два століття).

# За даними ООН, ресурси 18 економічно найважливіших мінералів опинилися на межі цілковитого вичерпання, навіть за умови введення рециклічності й відновлення. Серед них — золото, срібло, ртуть, свинець, сірка, олово, цинк, вольфрам.

Щоправда, слід ураховувати й додаткові фактори.

• Не всі ще родовища корисних копалин відкрито й узято на облік. Особливо це стосується шарів літосфери глибше за 3-4 км, вивчених дуже погано. Крім того, величезні запаси мінералів містить Світовий океан. Тут є родовища нафти й газу, залізоманганові й фосфоритові конкреції, розсипні родовища золота, платини, алмазів, рідкісних металів тощо. Сьогодні ці багатства використовуються дуже мало.

• У зв'язку з вичерпанням багатьох родовищ у деяких випадках стає економічно вигідним переробляти так звані некондиційні руди — з низьким умістом корисних компонентів, які раніше йшли у відвали.

# Так, до Другої світової війни в Криворізькому залізорудному районі залізо добувалося з руд, що містили не менше ніж 50 % цього елемента, бідніші руди йшли у відвали. Після війни кондиційними стали вважатися руди з умістом 46 % заліза. Тому стало економічно вигідним переробляти відвали, яких тут нагромадилася величезна кількість.

# Інший приклад. У США є великі запаси бітумінозних пісковиків, з яких можна добувати нафту. Але за нинішніх цін на нафту на міжнародному ринку добування її з пісковиків економічно нерентабельне. «Нафтова криза», що вибухнула в 70-ті роки XX ст., змусила вчених США впритул заходитися розробляти технологію добування палива з бітумінозних пісковиків. Було вкладено великі кошти в наукові дослідження, в результаті чого собівартість нафти, що добувається таким способом, удалося знизити в кілька разів. Нафта зі звичайних родовищ дедалі дорожчає, й у разі збільшення її собівартості вдвоє, порівняно з цінами 1990 р., стане економічно вигідно добувати її з пісковиків.

Великі можливості економії та раціонального використання ресурсів криють у собі й родовища, які розробляються сьогодні у світі. Йдеться передусім про зниження кількісних і якісних втрат корисних копалин під час їх видобування. Кількісні втрати зумов­лені тим, що частина руди чи вугілля залишається під землею — в ділянках між блоками й між шахтами, в так званих охоронних ціликах (стовпах породи, не вилученої в процесі розробки для запобігання обвалам покрівлі). Якісні втрати спричинюються тим, що під час видобування корисної копалини частина руди змішується з пустими породами, в результаті чого вміст металу в руді виявляється нижчим, зростає зольність вугілля тощо.

У разі видобування корисних копалин відкритим способом (кар'єрами) втрати значно менші (10—12 %), ніж при підземно­му, шахтному способі (30—40 %). Однак не кожне родовище можна розробляти відкритим способом, а крім того, при цьому виникають інші порушення природного середовища. Чималу еко­номію ресурсів дає застосування новітніх технологій видобування корисних копалин: свердловинного гідродобування й вилуговуван­ня, підземного виплавляння сірки, газифікації вугілля в надрах та ін. Дуже перспективними вважаються мікробіологічні методи добування корисних копалин: виведено такі штами бактерій, які, розкладаючи сульфіди та інші сполуки металів із дуже бідних руд, переводять їх у розчинну у воді форму, звідки вони після цього можуть бути вилучені економічно вигідним способом (так тепер добувають Zn, Мn, Аu, Ві, U, Li і Gе).

• Важливий напрям економії мінеральної сировини — викорис­тання вторинних ресурсів. Наукові розрахунки свідчать, що повторно можна використовувати майже 70 % основних металів. Сьогодні ж промисловість економічно розвинених країн вико­ристовує в кращому разі лише 30—40 % міді, заліза та інших металів, решта безповоротно втрачається, нагромаджується у зва­лищах, розсіюється, забруднюючи біосферу. Слід урахувати, що для добування сировини із вторинних ресурсів потрібно набагато менше затрат, у тому числі й енергетичних, ніж для видобування тієї ж сировини з первинних руд. Наприклад, у разі добування скла переплавлянням битих скляних виробів, пляшок тощо витрати електроенергії вчетверо менші, ніж при добуванні його з піску, поташу та ін. Переробка вторинних ресурсів дає прибуток. ♦ Так, американські підприємства переробляють старі пласти­кові пляшки від напоїв у все що завгодно — від стовпчиків для огорож до теплих прокладок у зимові куртки. ♦ Гори спрацьова­них автомобільних шин перетворюються на паси для вентиля­торів, на автодеталі й навіть на нові шини. ♦ Алюміній, добутий зі старих банок від пива, виявляється вдвоє дешевшим від алюмінію, який виплавляється з бокситів. ♦ Близько 70 %, що виходять у США, друкуються на папері, виготовленому зі старих газет.

• Дедалі ширше в господарстві починають використовуватися замінники дефіцитних ресурсів. ♦ Так, у машинобудуванні 1 т полімерних матеріалів може замінити 3 т дефіцитної бронзи. ♦ Полімерами замінюють свинець, мідь, олово та інші гостро­дефіцитні метали. ♦ Важкі багатотонні опори для верстатів-велетнів, які раніше виготовлялися з чавуну, сьогодні з успіхом замінюють бетонними. ♦ Застосування нових конструкційних матеріалів — композитів — дало змогу конструкторам найбільшо­го в світі українського літака «Мрія» знизити його масу на 3 т, а це забезпечує за період експлуатації кожної такої машини економію 18 тис. т (!) дефіцитного авіаційного палива.

Взагалі у світі спостерігається тенденція до зменшення обсягів використання природних ресурсів. Металургійні гіганти типу тих, що досі діють в Україні, поглинаючи мільйони тонн руди, коксу й випускаючи мільйони тонн низькоякісного чавуну і сталі, є вчорашнім днем промисловості. Економіка найрозвиненіших країн світу дедалі більше базується на малотоннажному вироб­ництві, а основними галузями стають складне сучасне машинобу­дування, електроніка, обчислювальна техніка. Тому одним із го­ловних завдань, що постають перед нашою молодою державою, є докорінна перебудова структури промисловості, а саме — змен­шення частки важкої індустрії й військово-промислового ком­плексу та збільшення частки виробництва наукоємкої продукції й товарів народного споживання. Це істотно знизить енергоємність і матеріаломісткість виробництва, послабить залежність України від зовнішніх поставок ресурсів, передусім паливно-енергетич­них, і, нарешті, поліпшить екологічну обстановку в країні (відо­мо, як забруднюють природу старі промислові гіганти).

Зменшення обсягів видобутку мінеральних ресурсів із надр Землі досягається також їх комплексним використанням. Практично всі родовища твердих корисних копалин комплексні, тобто, крім основного компонента, містять цілу низку супутніх. Так, поліметалічні руди, крім основних металів (Cu, Pb i Ni), містять іще Au, Aq, W, Fe, Se та багато інших. Іноді супутні корисні компоненти виявляються ціннішими за основні.

Більшість залізних руд також є багатокомпонентними. Це стосується, наприклад, залізних руд нашого Криворіжжя, які, крім Fе, містять також V, Си, Со, Ni, Gе, Р, S, В. Не всі ці компоненти сьогодні вилучаються з криворізьких руд, хоча спеціальні технології у світі напрацьовані.

Значно порушують земну поверхню гірничі розробки — шах­ти, кар'єри, свердловини. Підземні розробки спричинюють утво­рення порожнин і тріщин у гірських породах, просідання ґрунту, обвали та зсуви порід, осушення водоносних горизонтів. Із гірських порід виділяються шкідливі гази (метан, сірководень), трапляються раптові прориви підземних вод, явища так званого «гірського удару» й т. д. Проходка кар'єрів супроводжується великими штучними пониженнями рельєфу, по краях кар'єрів розвиваються зсуви та обвали, в районах кар'єрів і шахт істотно знижується рівень підземних вод. Навколо родовищ, які розроб­ляються, утворюються відвали пустих порід, терикони, що займа­ють великі площі родючих земель. Поверхневі водотоки забруд­нюються мінералізованими водами, які відкачуються із шахтних горизонтів.

Відомі способи якщо не запобігання цим екологічним пору­шенням, то принаймні пом'якшення їхніх негативних наслідків. Головним напрямом тут має стати якнайширше впровадження маловідходних або (в ідеалі) безвідходних технологій. Суть їх полягає в тому, що з надр Землі слід брати якомога менше, а з того, що взято, вилучати якомога більше корисних компонентів.