Антропогенные факторы рельефообразования в пределах платформенно-денудационных равнин аридной зоны Казахстана (Центральный Казахстан)

В настоящее время, по существу, происходит процесс трансформации природных систем, в том числе и геоморфологических, в природно-антропогенные. Степень антропогенной преобразованности геоморфологических систем различна, и, в зависимости от нее, геоморфоло­гические системы можно объединить в три под­группы: слабо преобразованные, сильно преоб­разованные и антропогенные.

Нарушения естественного функционирова­ния природной среды, их масштабы и характер проявлений зависит от типа хозяйственной дея­тельности - инженерно-хозяйственной, горно­добывающей и горноперерабатывающей, сель­скохозяйственной, градостроительной и др. Под типом воздействия понимается комплекс меро­приятий, осуществляемых человеком в резуль­тате хозяйственной деятельности за счет разно­образных типов и размеров конструкций, зданий, сооружений, аппаратов, орудия и вещества [1, 2].

Практически все типы воздействия общества на природу относятся к категории целенаправ­ленных. Городские и промышленные агломера­ции [3] создают термические, гравитационные, радиоактивные и электромагнитные поля, а также являются крупными источниками нивелирования рельефа, концентрации техногенных отложений, загрязнения   почвенно-растительного покрова, атмосферы воздуха, природных вод. Изменения природной среды, естественных физических по­лей в городах относятся к осложняющим факто­рам для проживания человека и, стало быть, эф­фективного функционирования всего хозяйства города. Практически все виды хозяйственной дея­тельности так или иначе приводят к химическому загрязнению (широкого диапазона) окружающей, в том числе и рельефной среды.

Центральный Казахстан является одним из регионов республики, испытывающих мощ­ный антропогенный прессинг. Высокие тем­пы освоения минерально-сырьевых, топлив­но-энергетических и сельскохозяйственных ресурсов привели к возникновению крупных городских и промышленных агломераций (Ка­рагандинской, Жезказганской, Балхашской) и множества поселков городского типа (Аксуат, Конырат, Сатпаев, Кайрауты, Жезды, Топар и др.). На значительных площадях земель Цен­трального Казахстана происходит существен­ное преобразование компонентов природной среды: естественного рельефа и рельефообра-зующих процессов, почвенно-растительного покрова, водной и воздушной среды и, в це­лом, геосистем.

Центральный Казахстан, отличаясь засуш­ливостью климата, слабой продуктивностью по­чвенно-растительного покрова, сильной ограни­ченностью водных ресурсов, обладает в то же время уникальными по составу и запасам место­рождениями полезных ископаемых, которые, как и другие составляющие природно-ресурсной сре­ды, интенсивно осваиваются. Кроме того, в свя­зи с комплексностью освоения региона с учетом природно-ресурсной основы имеют развитие со­путствующие типы природопользования или ан­тропогенного производства с соответствующими видами преобразования земель и степенью нарушенности геоморфологической среды (табл. 1).

Тип природопользования или тип хозяй­ственного воздействия имеют различную раз­мерность - площадную, линейную и локально-точечную. Во всех случаях площадь прямых воздействий, как правило, совпадает с площа­дью объектов нагрузки, тогда как площадь кос­венных или опосредованных - многократно превышает ее. Анализ природопользования и, соответственно, воздействия, и, как следствие, нарушенности геоморфологической среды территории Центрального Казахстана отража­ет вышеприведенная таблица (табл. 1). В ней отражены 5 типов и 11 подтипов природополь­зования и, связанные с ними, виды преобразо­вания земель и различная степень нарушенно-сти геоморфологической среды. Выделенные таксоны природопользования учитывают сле­дующие критерии: тип отражает генетиче­ски однородное природопользование; подтип отражает характер природопользования (ан­тропогенного производства); вид - конкрет­ные формы использования и преобразования земель. Совершенно прав К.М. Баймырзаев [4, с. 148-153], отмечая, что почти все виды воздействия на природную (в т.ч. и на геомор­фологическую среду - Р.Б.) в регионе носят интенсивный характер.

Доминирующим типом является горнопро­мышленный и гидротехнический, представ­ленный горнодобывающим, горнопромышлен­ным и гидротехническим подтипами антропо­генного производства. Горнодобывающий под­тип связан с добычей угля, черных, цветных полиметаллических и редкометальных руд, их обогащением и является ведущим в освоении природно-ресурсного потенциала Карагандин­ской области.

Предваряющей горнодобыващую отрасль антропогенной деятельностью являются гео­логоразведочные работы, включающие изуче­ние территории для сооружения и эксплуа­тация транспортных трасс и промышленных площадок геологических партий. При этих работах происходят деформация структуры и ухудшение качества почвенного слоя, уничто­жение травяного и кустарникового покрова, нарушение плодородного слоя почв, уплотне­ние, загрязнения почвогрунтов горючесмазоч­ными материалами, промывочными жидкостя­ми, буровым шламом. Площади нарушения почвенно-растительного покрова на производ­ственных участках горно-разведочных работ варьируются в широких пределах, меняясь от сотен квадратных метров при проходке неглу­боких шурфов до нескольких тысяч квадрат­ных метров и более при проведении тысяч квадратных метров и более при проведении сети разведочных канав или комплекса под­земных горных выработок разведочных шахт. Аналогичные нарушения наблюдаются на соседних с дорожным полотном земельных участках (разрезах), из которых берется поро­да для строительства дорог, создание нового микроландшафта на отдельных участках трас­сы в связи с устройством выемок и насыпей, сооружением дамб и пр. Уничтожение травя­ного покрова и кустарников в связи с подго­товительными работами на полотне дороги и разработкой резервов особенно негативно сказывается в районах с неблагоприятными географическими условиями - сухих степях, полупустынях и пустынях.

Нарушение рельефной среды местности, на которой производится геологоразведка, связано с образованием впадин в результате проведения открытых горных выработок и возвышенностей, образованных породной массой, выдаваемой из горных отвалов. Отвалы горных пород, образу­емые при проведении разведочных выработок, разделяют на временные и постоянные. К вре­менным отвалам относят скопления породной массы, выданной на поверхность при проведе­нии разведочных канав и неглубоких шурфов и впоследствии используемой для засыпки этих выработок после их опробования и оформления геологической документации. Породы, выдава­емые из других разведочных выработок, скла­дируются на поверхности в постоянные отвалы (практически не отличающиеся от отвалов гор­ных предприятий). Размеры их не значительны, однако они занимают большие площади. Подоб­ные отвалы на территории иследования наблю­даются почти повсеместно.

Наибольшие нарушения рельефной среды связаны с проходкой открытых горных вырабо­ток, вскрышными работами и добычей полез­ного ископаемого в карьерах; при подземных разработках - с выемкой полезных ископаемых, сопровождаемой обрушением вышележащих по­род и деформацией подработанной поверхности; при открытой и подземной разработке - с распо­ложением на поверхности отвалов пород, выда­ваемых из горных выработок. Причем, каждый участок земли, нарушенный при открытой разра­ботке месторождений, негативно влияет на уча­сток примерно такой же площади прилегающей территории. Изменения, вызванные нарушением поверхности, отрицательно сказываются на ее биологических, эрозионных, эстетических ха­рактеристиках территории.

Основные виды нарушений геоморфологиче­ской среды при разработке месторождений полез­ных ископаемых области отмечены в таблице 2.

В последние годы в процессе массовой разра­ботки твердых полезных ископаемых (ТПИ) про­изошли кардинальные сдвиги негативного плана в состоянии природной среды. Комплекс работ по добыче ТПИ приводит к изменению геологи­ческих, геоморфологических, гидрологических, гидрогеологических и метеорологических усло­вий в районах добычи и приграничных землях. Выемка и аккумуляция горных масс представ­ляет собой изменение геологических и геомор­фологических условий; защита горнодобываю­щих объектов от затопления (выкачка шахтных и рудничных вод) - изменение гидрологических и гидрогеологических условий. Одновременно с гидрогеологическими условиями - питанием, стоком, разгрузкой, уровнями, напорами, скоро­стями движения, химическим составом и темпе­ратурой подземных вод - изменяются термиче­ский, газовый и геохимический режимы верхней части литосферы. Исчезают родники, мелеют реки и озера, развивается карст и происходят многие другие процессы, вызывающие быстрое преобразование и деформацию верхнего слоя земной коры и рельефообразующих элементов. Установлено, что понижение пьезометрического уровня подземных вод на каждые 10 м водонос­ной толщи увеличивает нагрузку вышележащих слоев в среднем на 1 кг/см² [4]. Из шахтных по­лостей происходит выдувание газов и пыли и вынос их наверх - изменения метеорологиче­ских условий.

Нарушения земной поверхности, как прави­ло, не исчезают и становятся устойчивыми тех­ногенными формированиями. Нарушенными, исходя из вышеизложенного, называются земли, утратившие свою ценность или являющиеся ис­точником отрицательного воздействия на при­родную среду в результате производственной деятельности человека.

В структуру всех горнорудных предприятий обычно входят горные цеха, отвалы пустых по­род и окисленных руд, обогатительные фабрики, хранилища промышленных стоков, металлурги­ческие и химические заводы, водозаборные со­оружения, населенные пункты, подземные доро­ги, ЛЭП и т.д.

Компактность расположения этих объектов территориально связана с разработкой одного или группы месторождений. Большой размах приобрели горные работы на месторождениях черной и цветной металлургии Центрального Казахстана. Разрабатываемые здесь открытым и подземным способами месторождения желе-зомарганцевых руд (Западный Каражал, Жезды, Кентобе), меднорудных (Жезказган, Коунрад, Саянская группа), свинцово-цинковых (Жайрем, Ушкатын, Карагайлы, Алайгыр, Акжал, Жез-казган), редких металлов (Коктемколъ, Верхняя Кайракты, Акчатау) являются постоянно дей­ствующими факторами как прямого, так и опос­редованного негативного воздействия на геомор­фологическую среду. Одним из мощных след­ствий открытых, наземно-подземных и подзем­ных горных разработок являются горные отвалы - отходы производства, которых на исследуемой территории накопилось до 7 млрд. т., не только отторгают значительные земельные угодья, но и рождают ощутимые негативные экологические и социальные последствия. Согласно расчетам, в 2009 году накопления всех видов твердых от­ходов составили около 24 миллиарда тонн. Значительная часть этих накопленных отходов хранится в Карагандинской области (29,4%) [3, с. 149-151]. В Казахстане масштабы пере­работки такого большого запаса отходов по-прежнему остаются недостаточными. Большая часть хвостовых отходов медных руд находится вблизи Жезказгана и Балхаша, являясь источни­ком значительного загрязнения рельефа, в ре­зультате деятельности экзогенных агентов, под­земных и поверхностных вод и почв.

Открытый способ оказывает прямое нега­тивное воздействие на рельеф, гидрологию, поч-венно-растительный покров и животный мир, приводит к развитию целого ряда опасных гео­морфологических процессов - линейной и плос­костной эрозии, оползней, обвалов, дефляции и др., проявляющихся на бортах и днищах карьеров, на поверхности отвалов вскрышных работ. Кроме того, выемка и аккумуляция огромных масс горных пород сопровождается появлением значительных территорий новообразованных грунтов, не имеющих плодородного слоя почвы и плотного растительного покрова, что полностью меняет природные условия экзоморфодинамики. Искусственные грунты - дезинтегрированные горные породы, склады готовой продукции наряду с разрезами глубокого заложения откры­тых разработок, образуют положительные (типа терриконов) и отрицательные (карьеры) формы рельефа.

Подземный и открыто-подземный способы оказывают как прямое, так и, в большей степени, опосредованное воздействие на рельеф и ком­поненты природной среды. С подземными разработками связаны деформации покровных толщ и формирование мульд оседания, прогибание слоев под действием собственного веса, сдвиг пород по плоскостям напластования, обрешение кровли над вырабатываемыми пластами (что имеет место над старыми отработанными шахтами в пределах рудного поля в г. Сатпаев), образование зоны трещин и интенсивного дробления пород, приводящие к изменению поверхностного стока, затоплению и заболачиванию просевших участков земной поверхности над подземными выработками. С увеличением глубины отработки рудных тел, что наблюдается, например, в Акчи-Спасском и Анненском рудных полях (с очень сложной тектоникой) Жезказганского месторождения, возрастает горное давление, усиливаются процессы отслоения кровли шахтных пустот [5]. Сдвижения горных пород и земной поверх­ности в условиях интенсивного развития горнодобывающей промышленности являются очень опасными для наземных сооружений. Во избежание опасных последствий практикуют сохранение под сооружениями и природными объектами предохранительных целиков.

Извлеченные горные породы являются зо­ной интенсивного развития химического и фи­зического выветривания, а также источниками загрязнения почвогрунтов, подземных и поверх­ностных вод, атмосферы и биоты. Воздействие атмосферных агентов приводит к развитию раз­личного рода деструктивных гравитационных и эрозионных процессов на бортах искусственных образований, как положительный, так и отрица­тельных.

Таким образом, степень изменения геомор­фологической среды обусловлена спецификой проведения горнорудных работ. Наибольшие масштабы развития и интенсивность антропо­генных процессов и явлений функционально связаны с проведением вскрышных работ и до­бычей полезных ископаемых открытым спосо­бом, порою приводящим к кардинальным изме­нениям геоморфологической среды. Изменения последней от слабых до значительных происхо­дят и при подземных разработках.

Нагрузка на природную, в том числе и на геоморфологическую среду за счет угледобыва­ющей отрасли отмечаются в пределах всего Ка­рагандинского бассейна, общая площадь которо­го составляет более 4 тыс. км². Бассейн состоит из 4-х угленосных районов: Верхнесокурского, Карагандинского, Шерубай-Нуринского и Тентекского. При подземных разработках большой экологический риск связан с внезапными вы­бросами угля и газодинамическими явлениями. Внезапные выбросы угля, по данным А.С. Саги-нова, в Карагандинском бассейне достигают от нескольких метров до 550 м. Особую опасность представляют серосодержащие газы, значитель­ный объем которых выделяется во время от­бойки и транспортировки угля [6]. Внезапные взрывы газов приводят к провалам очистных со­оружений, что, в свою очередь, приводит к зна­чительным деформациям земной поверхности.

Накопившийся за длительную историю (бо­лее 60 лет) освоения рудных и угольных место­рождений отвальный материал терриконов явля­ется постоянно действующим фактором, оказы­вающим мощное воздействие на окружающую среду [3, с. 149 - 151].

Дисперсная часть отложений терриконов раз­носится ветровой и водной эрозией на многие километры, являясь источником загрязнения и разрушения почвенно-растительного покрова и дальнейшего усиления эрозионных и дефляцион­ных процессов. Сами подземные горизонтальные и наклонные выработки угольных пластов на от­дельных участках городской черты стали причи­ной проседания земной поверхности, иногда с об­разованием провальных воронок. Так, в пределах застройки «Старого города», Майкудука и Михайловки деформации пород вокруг выработан­ных пластов непосредственно достигли поверх­ности земли. Просевшие здесь участки являются накопителями различных вод. Образовавшиеся искусственные водоемы, подтапливая застроен­ные части городской территории, повышают уро­вень грунтовых вод и являются источниками как их загрязнения, так и заболачивания наиболее об­водненных участков. Опасная ситуация с прова­лами кровли подземных пустот сложилась на от­дельных участках Жезказганской промышленной зоны, вследствие чего решается проблема пересе­ления целых рабочих поселков (пос. Рудник, пос. ЧКМ и др.) в гг. Жезказган и Сатпаев.

Особенности изменения гидрогеологических условий, нарушения рельефа и естественного хода развития современных экзогенных про­цессов, вопросы устойчивости уступов и бортов карьеров рассмотрены в работах В. П. Бочкарева и др. [7], С. Ж. Жапарханова [8, 9], К.М. Баймырзаева [3, с. 148-156] и др. Согласно этим авторам, совокупное влияние процессов, сопро­вождающих добычу полезных ископаемых, на природно-геоморфологическую среду на протя­жении десятков лет приводит к ряду нежелатель­ных явлений. Коренное переустройство припо­верхностной и поверхностной части литогенной основы происходит особенно при карьерной вы­емке рудной массы, которая в совокупности с от­валами технологической переработки на горно­обогатительных комбинатах в условиях полупу­стыни стимулирует образование безжизненных территорий - технологических бедлендов.

Практически на бортах всех открытых карье­ров развиваются гравитационные процессы, ко­торые представлены осыпями, камнепадами, об­рушениями. Крупные гравитационные подвижки горных пород прослеживаются в ослабленных зо­нах, где структуры напластования, разбитые тек­тоническими трещинами и разломами, совпадают с откосами бортов карьеров (Златоуст-Беловский, Анненский и Жездинский карьеры). Дезинтегри­рованные массы горных пород отвалов и карье­ров являются участками развития эрозионных и дефляционных процессов. Устойчивая консерва­ция отвалов достигается искусственным выпола-живанием и террасированием их откосов и фито-мелиорацией. Тем не менее современные темпы и масштабы отвалообразования, захватывая и за­грязняя значительные площади земель, приводят к негативным процессам, нарушающим экологи­ческое состояние геосистем. Прилегающая мест­ность, долины временных водотоков, грунтовые воды в районах добычи полезных ископаемых загрязняются пылью, выносимой воздушными и водными потоками с карьеров и отвалов, а так­же ядовитыми продуктами отработки машин и механизмов. Искусственные - положительные и отрицательные формы рельефа создают допол­нительные условия развития современных эк­зогенных процессов. Примером может служить одно из крупнейших месторождений Казахстана - Западно-Каражальское месторождение (Атасуский бассейн) гематитовых и магнетит-гематито-вых руд. Руды здесь разрабатываются открытым и подземным способами. Нарушения литоморф-ной основы ландшафта выражаются в образо­вании искусственно созданной формы рельефа - крупного карьера глубиной 236 м, длиной 840 м и шириной 640 м. На бортах карьера, как и на всех других карьерах, породы раздроблены, ме­стами вскрыты плоскости скольжения, склоны увлажнены. Площадь депрессионной воронки вокруг карьеров достигает нескольких десятков квадратных километров. Это способствует в зна­чительной степени развитию гравитационных и эрозионных процессов. Карьер является дрена­жем для трещинно-пластовых вод из известня­ков. В местах разгрузки подземных вод образо­ваны воронкообразные углубления диаметром до 8-10 м [10].

В условиях пустыни и полупустыни Цен­трального Казахстана к особо отрицательным следствиям разработок полезных ископаемых относятся изменения гидрогеологической об­становки на действуюших рудниках. Рудники и стали причиной образования депрессионных воронок, площадь которых достигает сотен ква­дратных километров. С увеличением глубины и площади отработки происходит рост депрес-сионной воронки и одновременное ухудшение качества воды. Так, в первые годы разработки Жезказгана при глубине шахтной отработки до 100 м рудничные воды были пресными и сла­босолоноватыми, имели гидрокарбонатный и гидрокарбонатно-сульфатный состав. С углубле­нием отработки месторождения до 200-300 м в зону активного водообмена начали поступать сульфатно-хлоридные воды с повышенной ми­нерализацией 2,5-3,5 г/л. После вскрытия горны­ми выработками зон тектонических нарушений (300-400 м) появились хлоридные воды с вели­чиной сухого остатка 10-15 г/л. Одновременно рудничные воды часто в своем составе имеют значительное содержание вредных микроэле­ментов: свинца, цинка, меди, железа, ртути, мы­шьяка и др., которые делают их непригодными для использования. Утилизация рудничных вод является большой проблемой для многих гор­норудных объектов. Они в районах горных раз­работок загрязняют грунтовые воды, подтапли­вают населенные пункты, выводят из оборота значительные площади земель, оказывают вли­яние на обводнение грунтов хвостохранилищ обогатительных фабрик, становятся причиной заболачивания и засоления земель (гг. Жезказган, Караганды, п.г.т. Жайрем, пос. Аксу и др.), в конечном случае - к антпогенному опустыни­ванию земель Центрального Казахстана.

Таким образом, функционирование горно­рудных предприятий Центрального Казахста­на вызывает интенсивное истощение запасов подземных вод под воздействием мощного дренажного эффекта рудников. Это, в свою очередь, сказывается на оскудении видового состава растительности, нарушении структуры почвенного покрова, приводящих к усилению ветровой и водной эрозии. Изменение ком­понентов природной среды непосредственно выражается и в прямых нарушениях рельефа и активизации природно-антропогенных про­цессов, в том числе развитии гравитационных и эрозионных процессов на склонах карьеров и различных отвалов. Кроме того, наблюдается и опосредованное влияние горных разработок на характер и интенсивность рельефообразующих процессов через изменения структурных компонентов геосистем (через загрязнение ат­мосферного воздуха, загрязнение и повыше­ния агрессивности поверхностных, грунтовых и подземных вод, изменение структуры почви и трансформациия видового состава расти­тельного покрова).

Нарушенные геологоразведкой и горными предприятиями земли занимают огромные пло­щади, катастрофически сокращая обустроенного жизненного пространства населения Централь­ного Казахстана.

Литература 

1 Горшков С.П. Экзодинамические процессы освоенных территорий. - М.: Недра, 1982. - 286 с.

2  Джанпеисов Р. Эрозия и дефляция почв Ка­захстана. - Алма-Ата, 1977. - 232 с.

3  Баймырзаев К. М. Природно-ресурсный по­тенциал Центрального Казахстана и проблемы его рационального освоения. - Алматы: Қазақ университета, 2000. - 268 с.

4  Сластунов С.В., Королева В.Н. и др. Горное дело и окружающая среда. - М.: Логос, 2001. - 271 с.

5  Алпысбаев К.А., Караторгаев М.Н. Ис­следование проблемы поддержания очистного пространства со сложными горно-геологиче­скими условиями Жезказганского месторожде­ния // Вестник Жезказганского университета им. О.А. Байконурова. - Жезказган, 2001. - №2 (2). - С.192-194.

6  Сагинов А.С. Проблемы разработки ме­сторождений полезных ископаемых. - Алматы, 1995. - 185 с.

7  Бочкарев В. П. и др. Урал, Таймыр и Казах­ская складчатая страна // В кн.: Инженерная гео­логия СССР. - М., 1990. - 407 с.

8  Жапарханов С. Ж. и др. Подземные воды рудных месторождений Центрального Казахста­на. - Алма-Ата, 1985. - 159 с.

9  Жапарханов С. Ж., Махмутов Т.Т., Кунанба-ев С.Б., Крылов В.В. Гидрогеология и гидроди­намика и формирование подземных вод рудных месторождений Центрального Казахстана. - Ал­ма-Ата, 1970. - 162 с.

10 Попов И.И., Низаметдинов Ф.К., Окатов Р. П., Долгоносов В.Н. Природные и техногенные основы управления устойчивости уступов и бортов карьеров. - Алматы, 1997. - 215 с.