ГЛАВА 4. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ И ОХРАНА НЕДР

Недра в узком смысле слова - это верхняя часть земной коры, в которой при современном уровне развития техники добываются по­лезные ископаемые. Иногда в природоохранной литературе исполь­зуют термин «геологическая среда», что почти совпадает с поняти­ем «недра». Под геологической средой обычно понимают часть зем­ной коры, включающую горные породы, циркулирующие в них растворы, газы, расплавы и связанные с ними геологические процес­сы, оказывающие влияние на состав и функционирование биоцено­зов. Существует много способов графического изображения и кар­тирования структуры геологической среды, один из них изображен на схеме 5.

Полезные ископаемые и их распространение

Недра Земли богаты полезными ископаемыми, которые издав­на используются человеком. Полезными ископаемыми называют минеральные образования недр, химический состав и физические свойства которых позволяют эффективно применять их в сфере ма­териального производства. Длительные периоды человеческой ис­тории называются в зависимости от того вида полезного ископае­мого, который в то время находился в широком употреблении: ка­менный, бронзовый и железный века.

До сих пор полезные ископаемые служат основой современного производства, обеспечивающей научно-технический прогресс обще­ства. Извлеченные полезные ископаемые и продукты их переработ­ки поставляют подавляющую часть энергии, 90% продукции тяже­лой индустрии и около одной пятой всех предметов потребления.

Полезные ископаемые, вовлеченные в сферу общественного про­изводства, называют в настоящее время минеральным и топливно- энергетическим сырьем. Минеральные ресурсы подразделяются на горючие, металлические и неметаллические. Строго говоря, к ми­неральным ресурсам принадлежит и вода (см. главу 3). Минераль­ные ресурсы относят к категории невозобновляемых природных ре­сурсов. Горючие ископаемые иногда считают восстановимыми ре­сурсами, поскольку в течение длительного геологического времени они способны возобновляться. Однако скорость их восстановления несоизмеримо мала по сравнению со скоростью их извлечения из недр и интенсивностью использования человеком (классификация природных ресурсов по ограниченности, способности к восстанов­лению и возобновлению приведена во Введении).

По физическим свойствам минеральное сырье бывает твердым (уголь, рудные и нерудные полезные ископаемые), жидким (нефть, минеральные воды), газообразным (горючие и инертные газы).

К рудным полезным ископаемым относятся руды черных, цвет­ных, благородных и радиоактивных металлов. К нерудным полез­ным ископаемым принадлежат строительные материалы (песок, гравий, глина и др.), химическое (сера и др.), металлургическое сы­рье (асбест и др.), драгоценные и поделочные камни (алмаз, нефрит, яшма и др.).

Принято различать несколько групп минеральных ресурсов:

топливно-энергетические: нефть, природный газ, уголь, горю­чие сланцы, урановые руды;

рудные черные металлы: железные, марганцевые, хромовые и другие руды;

цветные и редкие металлы: медь, свинец, цинк, никель и т.д.;

алмазы и благородные металлы: золото, серебро, платиноиды;

неметаллические полезные ископаемые: апатиты, фосфориты, калийные и поваренные соли (их еще относят к горно-химическим полезным ископаемым), плавиковый шпат, слюда-мусковит, тальк, графит, барит, пьезооптическое сырье, драгоценные и поделочные камни;

природные строительные материалы;

гидроминеральные: подземные пресные и минеральные воды, промышленные и термальные воды глубоких структурных гори­зонтов.

Распределение и запасы минерального сырья в мире и в России

Минерально-сырьевые ресурсы мира. Крупные запасы основных полезных ископаемых распределены следующим образом: нефть - Саудовская Аравия, Кувейт, Ирак; природный газ - Россия, Иран, Объединенные Арабские Эмираты; каменный уголь - Китай, США, Россия; железная руда - Бразилия, Россия, Китай; бокситы - Гвинея, Бразилия, Австралия; медные руды - Чили, США, Заир; марганце­вые руды - ЮАР, Австралия, Габон.

Разведанные запасы железа на Земле оцениваются в 100 млрд т. Основные запасы железа сосредоточены в Америке (47,8%), Афри­ке (15,9%), Австралии и Океании (15,7%). Разведанные запасы фо­сфоритов, оценивающиеся в 40-50 млрд т, размещены в Африке (62%), Америке (29,1 %) и Азии (5,9%). Запасы алюминия оценива­ются в 20-25 млрд т, размещены они в Африке (59,4%), Америке (19%), Австралии и Океании (11,6%).

Мировые запасы нефти и газа составляют соответственно 136094 млн т и 141026 млрд м3. Основные запасы нефти сосредото­чены на Ближнем Востоке (65,7%), в Америке (16,2%, в том числе в США 3,3%) и Африке (6,1 %); запасы газа - в Восточной Европе (40,2%), в том числе в России 39,2%), в Америке'(10%) и Африке (6,9%).

Минерально-сырьевые ресурсы России. Минерально-сырьевую базу отечественной промышленности (энергетики, топливной, хи­мической, строительной, черной и цветной металлургии) составля­ют месторождения с разведанными и с достаточной точностью оце­ненными запасами.

В России открыто и разведано около 20 тыс. месторождений по­лезных ископаемых, из которых примерно 37% введены в промыш­ленное освоение. Месторождения России содержат свыше 10%> ми­ровых разведанных запасов нефти, примерно одну треть мировых запасов газа, 12% угля, 28 % железных руд, значительную часть разведанных запасов цветных и редких металлов. По количеству разведанных запасов золота, платиноидов и платины Россия зани­мает второе место в мире, алмазов и серебра - первое.

Добыча нефти (с конденсатом) в России составляет около 460 млн т в год, из них в Западной Сибири добывается 330, в Урало- Поволжском регионе - 110, в зоне материкового шельфа - 0,03 млн т в год. Увеличивается объем добычи нефти с большой глубины. Толь­ко в 1997 г. открыто 50 новых месторождений нефти. На одном мес­торождении в среднем добывается 2,1 млн т нефти и 1,7 млн т газа.

Полученные в результате добычи и последующей переработки минеральное сырье и минерально-сырьевые продукты составляют основную статью российского экспорта. Экспорт минерального сы­рья в конце 1990-х годов обеспечивал 67-70% валютных поступле­ний в Россию, примерно половину из них давали топливно-энерге­тические ресурсы.

В 1990-е годы воспроизводство минерально-сырьевой базы в Рос­сии серьезно ухудшилось. Во-первых, сократились объемы добычи (особенно по нефти и газу), во-вторых, не происходит прироста за­пасов, а ранее созданный поисково-разведочный задел постоянно тает. Природно-ресурсный потенциал России используется неэффек­тивно. Основные причины создавшейся ситуации таковы:

несбалансированная микроэкономическая и инвестиционная по­литика в области природопользования, приводящая к экстенсивно­му использованию естественных богатств, диспропорциям между добывающими, перерабатывающими и инфраструктурными ком­плексами;

несовершенное законодательство, порождающее противоречия в сфере природопользования; неразвитость рыночных механизмов и государственного регули­рования в сфере природопользования в новых условиях;

недоучет ассимиляционного потенциала природной среды как экономической ценности при определении альтернатив развития страны и регионов.

Использование недр человеком

Человек использует недра для добычи полезных ископаемых. В последнее время недра становятся средой временного обитания человека (метро, бомбоубежища, шахты, штольни). На месте старых выработок устраивают подземные хранилища, холодильники. От­работанные пространства в месторождениях каменной соли обла­дают микроклиматом, полезным для лечения астмы, аллергии и не­которых других заболеваний. Возможно, в дальнейшем недра будут использоваться людьми для жилья, уже теперь строят многоэтаж­ные подземные гаражи, торговые центры и др.

Человек получает 36 % энергии за счет сжигания нефти, по 24 % - за счет сжигания газа и угля, 6% - на атомных электростанциях (АЭС), по 5% - за счет гидроресурсов и при сжигании древесины и торфа. Источники получения энергии постоянно меняются в зави­симости от вида ресурсов, научно-технического прогресса, эконо­мических затрат и т.д.

Интенсивность добычи полезных ископаемых постоянно растет.

Если за последние 25 лет население Земли увеличилось на 50 %, то потребление угля возросло в 2 раза, железной руды - в 3, нефти и газа - почти в 6 раз. Деятельность людей становится мощным гео­логическим фактором. Подсчитано, что за 6 последних лет XX сто­летия из недр Земли добыто 8,3 млрд т руд и горючих ископаемых. Объем добываемых руд сравним с объемом ежегодного твердого стока рек (известно, что в Мировой океан ежегодно выносится около 15 млрд т твердых частиц).

Добыча каменного угля наиболее интенсивна в следующих стра­нах: Индия - 282,2 млн т в год, США - 937,1 млн т в год, Китай - 1340,9 млн т в год. В России добыча угля составляет 282,3 млн т в год. Важнейшими угольными бассейнами в России считаются Тун­гусский, Ленский, Канско-Ачинский, Кузнецкий, Печорский. Ос­новной способ добычи - открытый, карьерный.

Больше всего нефти добывается в Саудовской Аравии 578 млн т, в США - 382,9, в России - 301,1 млн т в год. Ос­новной способ добычи - откачка из скважин.

Темпы роста производства и потребления минеральных ресурсов за период с 1950 по 1975 г. составили 650-1100 % в развитых стра­нах и 310% - в развивающихся. Происходит резкое увеличение по­требления энергоресурсов: за указанный период оно выросло с 4-5 до 5-6 млн т условного топлива в год, а за период 1980-1990 гг. - до 8 - 9 млн т условного топлива. В начале XXI в. потребление энергоресурсов возрастет до 12 млн т условного топлива в год.

Сейчас в горнодобывающей промышленности объем перерабатываемой горной массы составляет около 30 млрд м3/год. Наибольший объем добычи приходится на железную руду. За 30 лет; (1950-1980) ее добыча увеличилась в 2,6 раза, бокситов - в 11, мо­либденита - в 6,4, марганцевой руды и хромитов - в 3,5, медной ру­ды - в 2,7 раза. Добыча угля увеличилась в 2 раза. Происходит не только рост добычи полезных ископаемых, но и увеличение глубины отработки месторождений. Обычная глубина шахт теперь достигает 100-1300 м, в Бельгии - 1400 м, а в Южной Африке золоторуд­ные месторождения разрабатываются на глубине 3959 м.

Исчерпаемость минеральных ресурсов

По прогнозам специалистов, при сохранении современных тен­денций добычи, потребления и использования новых месторожде­ний запасы их истощатся через 70-140 лет.

Перспектива нехватки сырьевых ресурсов - реальная опасность для человечества, а энергетический голод не выдумка скептиков: некоторые страны уже сейчас испытывают недостаток энергетиче­ских ресурсов. Поэтому важнейшей проблемой становится охрана недр. Она достигается несколькими путями. Кроме поисков новых энергоносителей генеральным направлением следует считать охрану минеральных и энергетических ресурсов от истощения и охрану недр в целом. Истощаются недра в результате потерь газов: мета­на, оксидов углерода, оксидов азота, соединений серы. Этот процесс инициирован добычей минерального сырья и сопровождает ее. Так, за год из недр Донбасса выделяется примерно 2,5 млрд м3 метана при средней концентрации его в газовой смеси около 32 %.

Значительные потери полезных ископаемых и ущерб окружаю­щей среде происходят при разработке месторождений подземным способом. При этом угля теряется (остается в недрах) 20-45%, руд цветных и черных металлов - 15-25, горно-химического сырья - 20 - 60 %. При открытом способе разработки полезных ископаемых потери снижаются в среднем до 12%. Исключительно открытым способом добываются стройматериалы (песок, глина, щебень, гра­вий) и россыпные ископаемые. Однако обратной стороной откры­того способа разработки полезных ископаемых являются наруше­ния естественных природных ландшафтов. Например, при извлече­нии 1 млн т угля шахтным способом отвалы занимают 8 га земли, а при открытом способе - 30 га и более.

Чрезвычайно велики потери полезных ископаемых из-за несовер­шенства технологии извлечения. Сейчас доля извлеченной нефти по отношению к разведанным запасам составляет 50—60%. Потери по­путного газа составляют 20 млрд т в год, он сжигается в факелах.

Часто в месторождениях полезных ископаемых кроме основно­го компонента содержится целый ряд попутных включений, и цен­ные компоненты могут оказаться в отвалах, представляя опасность как потенциальные источники загрязнения окружающей среды. Не­полнота геохимической изученности месторождений также приво­дит к тому, что из месторождения не извлекаются полезные компо­ненты, о наличии которых долгое время даже не подозревали. Показательно в этом отношении месторождение хибинских апатитов, которые содержат комплекс ценных компонентов. Из добываемой руды извлекался лишь апатит, все остальное сбрасывалось в отвалы, где скопились миллионы тонн нефелина (это сотни тысяч тонн алюминия, соды и цемента), тысячи тонн сфена (это тысячи тонн ти­тана), титано-магнезита и других компонентов (это стронций, ва­надий и др.). В самом апатите из 33 элементов, входящих в его со­став, используется пока лишь один фосфор. Ранее при разработке месторождений железной руды в отвалы шло ценное фосфорсодер­жащее сырье, так как не была разработана технология получения из отходов концентратов апатита, бадделеита, редких металлов и некоторых других полезных компонентов.