Введение к работе
Актуальность исследования. Ежегодно из недр России извлекаются миллионы тонн горных пород. С учетом геологических условий и экономических выгод значительная часть сырья добывается открытым способом, это относится к энергетическим ресурсам (уголь), рудным и нерудным полезным ископаемым. В процессе разработки карьеров разрушается самый устойчивый компонент природы - литогенная основа, которая представляет арену для геолого-геохимических процессов. В результате горнотехнического воздействия трансформируются гидрогеологические условия и уничтожаются наиболее пластичные компоненты - почва и растительный покров. Следовательно, открытая добыча оказывает комплексное негативное воздействие на природную среду, которое в современных условиях роста промышленного производства будет только усиливаться.
В отечественной географической науке наиболее детально разработана теоретическая и методологическая база в изучении карьерно-отвальных комплексов образующихся при добыче железной руды (В.И. Федотов, 1985,1990; К.-А.К. Вайтекунас, 1989; Р.А. Попков, 2008; Е.Б. Яницкий, 2009; А.Н. Петин, 2010;) и угля (Л.В. Моторина, 1975).
Волгоградская область занимает площадь 112,9 тыс. км , что делает ее самым крупным субъектом в Южном Федеральном округе (ЮФО). Регион богат разнообразным минерально-строительным сырьем, имея более 150 месторождений (включая распределенный и нераспределенный фонд недр). Начало периода интенсивных открытых разработок приходится на конец 1940-х - начало 1950-х гг., именно тогда был введен в эксплуатацию Себряковский карьер по добыче цементного сырья, который в настоящее время является самым крупным по своей специализации не только в ЮФО, но и в России в целом. На протяжении последних 20 лет ежегодно разрабатываются 40 - 50 месторождений нерудных полезных ископаемых. Всего же площадь отчужденных под карьерные разработки земель составляет около 4400 га. Перечисленные условия позволяют рассматривать Волгоградскую область как модельный регион изучения особенностей карьерно-отвальных комплексов, образующихся при разработке нерудных (минерально-строительных) месторождений.
Главной целью исследования является геоэкологическая оценка состояния геосистем, находящихся в зоне воздействия геогорнотехнических систем по добыче минерально-строительного сырья.
Для достижения поставленной цели определены и решены следующие задачи:
Провести анализ ресурсной базы и современного состояния недропользования в сфере добычи нерудных строительных материалов Волгоградской области.
Выявить роль природно-ресурсного потенциала в формировании нерудных геогорнотехнических систем.
Оценить устойчивость геосистем к горнотехническому воздействию.
Произвести оценку геоэкологической ситуации в местах добычи минерально-строительного сырья.
Выявить современное состояние рекультивации земель, нарушенных открытыми горными разработками.
Объектом исследования являются нерудные карьерно-отвальные комплексы в пределах Волгоградской области.
Предметом исследования - особенности геоэкологического состояния нерудных карьерно-отвальных комплексов.
Теоретическая и методологическая база исследования. Основу работы составили научные труды в области геоэкологии - Б.И. Кочурова, А.А. Чибиле-ва, К. И. Лопатина, С.А. Сладкопевцева, А.Ю. Ретеюма и д.р.; физической географии и ландшафтоведения - B.C. Преображенского, Ф.Н. Милькова, В.И. Федотова, К.Н. Дьяконова, А.Г. Исаченко, В.К. Жучковой, Э.М. Раковской и др.; общих теоретических вопросов экологии и организации сложных систем -Н.Ф. Реймерса, А.Д. Арманда и др.; инженерной геологии и экологии -В.Т.Трофимова, Л.Г. Балаева, Л.А. Соколовской, Б.А. Иванова и др.; геохимии техногенеза - М.А. Глазовской, А.И. Перельмана и др.; геоморфологии Р.С. Ча-лова, К.М. Берковича, В.А. Чернова и др.; региональных исследований - В.А. Брылева, Н.П. Дьяченко, В.А. Харланова, Ю.П. Князева, Н.А. Самуся.
При решении поставленных задач применялись общенаучные и специальные методы: сравнительно-географический, картографический, экспедиционный, математико-статистический, дешифрирование ДДЗ, методы балльных оценок с использованием правила Фишберна.
Исходные материалы и методы исследований. В работе использованы официальные данные Комитета природных ресурсов и охраны окружающей среды Администрации Волгоградской области, Главного управления природных ресурсов и охраны окружающей среды России по Волгоградской области, ФГУ «Территориальный фонд информации по природным ресурсам и охране окружающей среды МПР России по Волгоградской области», Территориального агентства по недропользованию по Волгоградской области (Волгограднед-ра).
Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:
- проведена классификация карьеров по добыче минерально-строительного
сырья, на основе анализа ресурсообеспеченности выявлены перспективы не
дропользования в пределах Волгоградской области;
вычислены масштабы зон влияния добычи нерудных строительных материалов на природные геосистемы;
проведен анализ воздействия добычи нерудных строительных материалов на природные компоненты;
обоснованы и проранжированы факторы устойчивости природных геосистем к горнотехническому воздействию, что послужило основной проведения ее оценки;
разработана и апробирована методика геоэкологической оценки нерудных
карьерно-отвальных комплексов на основе выявления степени конфликтности природного и техногенного блоков геосистемы.
Практическая значимость работы. Результаты исследования могут быть использованы органами местного самоуправления при реализации природоохранной политики, направленной на восстановление природных и социально-экономических функций техногенных ландшафтов. Полученные тематические карты могут послужить основой при создании природно-ресурсного раздела географического атласа Волгоградской области. Кроме того, полученные результаты могут найти свое место в учебном процессе при чтении курсов «Геоэкология Нижнего Поволжья», «Геоморфология» у студентов факультета естественных наук по направлению подготовки 021000 «География» Волгоградского государственного университета.
Апробация результатов работы. Результаты исследований и основные положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на конференциях различного уровня: Международной научно-практической конференции «Регіональні географічні дослідження України та суміжних територій» (Луганск, 2006), Международной конференции «Геология в Школе и вузе: Геология и цивилизация» (Санкт-Петербург, 2009), Международной научной конференции «География, геоэкология, геология» (Днепропетровск, 2010, 2011), Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и антропогенных территорий» (Чебоксары, 2011), XXX Пленуме Геоморфологической комиссии РАН (Санкт-Петербург, 2008), ежегодных региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2005-2010), Круглых столах по экологическим проблемам Нижневолжского региона, проводимых Волгоградским государственным университетом (2007, 2008).
Основные положения, выносимые на защиту:
Нерудные карьерно-отвальные комплексы обладают характерной морфологической и пространственной структурами, которые определяются свойствами вскрышных и добычных пород, геологическим строением месторождений и техникой ведения открытых горных работ.
Оценка устойчивости геосистем к горнотехническому воздействию базируется на балльной оценке ее критериев, распределенных по значимости с учетом условий открытой добычи.
Методика оценки геоэкологической ситуации в местах добычи нерудных полезных ископаемых проводится на основе выявления стадии развития горнопромышленного ландшафта и масштабов распространении зон влияния на природные геосистемы.
Результаты геоэкологической оценки нерудных карьерно-отвальных комплексов на основе выявления степени конфликтности природного и техногенного блоков в геосистеме позволяют оценить соразмерность создаваемой горнотехнической нагрузки возможностям системы к восстановлению и выработать управленческие решения по оптимизации горнопромышленных ландшафтов.
Личный вклад автора заключается в сборе и систематизации фактических данных о проблеме исследования, работе с фондовыми, нормативными и опубликованными материалами. Основу диссертационного исследования во многом составляют результаты полевых наблюдений соискателя (2005 - 2010 гг.), проанализированные данные дистанционного зондирования Земли. Автор принимал непосредственное участие при постановке задач исследования, защищаемых положений, в разработке методики геоэкологической оценки современного состояния нерудных карьерно-отвальных комплексов.
Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 17 печатных работ, в том числе две статьи в журналах, рецензируемых ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, состоящего из 153 источников отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 186 страницах, содержит 34 таблицы, 65 иллюстраций.
Автор выражает благодарность научному руководителю профессору, д.г.н., заведующему кафедрой «Физической географии и геоэкологии» ВГСПУ Брылеву В.А., доценту кафедры «Физической географии и геоэкологии» ВГСПУ, к.г.н. Дьяченко Н.П. за помощь при подготовке диссертации, начальнику геологического отдела Территориального агентства по недропользованию по Волгоградской области (Волгограднедра) Лосинскому К. Т. за консультации и предоставление геологических материалов для диссертации, главному геологу ЗАО «Геосим» Самусю Н.А. за помощь в проведении лабораторных исследований.
