Типи промислових ландшафтів

Прогресуючий антропогенний вплив на навколишнє природне середовище привів до глибоких змін і зниження її біологічної стійкості і продуктивності, особливо в техногенних екосистемах. Тому виникає необхідність пізнання закономірностей формування і розвитку біоценозов на порушених промисловістю територіях, а також з'ясування ролі і можливості використання аборигенних видів рослин при їх рекультивації. Це одна з кардинальних проблем промислової і ландшафтної екології.

Характер і темпи природного заростання экотопів техногенних земель визначаються їх віком, складом грунтосумішів, особливостями рельєфу, мікроклімату, впливом навколишньої флори. лімітуючу роль грає наявність в субстраті токсичних речовин, крайня бідність живильними речовинами, часто і вологою, димо-газові викиди.

Головною особливістю природної рослинності техногенних екосистем є сукцессійна динамічність з вираженим переважанням процесів сингенезу. По флористчному і фітоценотичному складу вона носить зональний відбиток. У її формуванні беруть участь, окрім еврітопних смітних видів, типові степові, петрофільні, узлісно-лісові і лугові рослини.

Техногенні землі розрізняються своїм походженням, складом грунтотворчих і гірських порід, ступенем метаморфізації грунтів, характером освоєння, рослинністю.

Кар'єрно-відвальний тип ландшафту. У місцях видобутку корисних копалин відкритим способом виникають своєрідні антропогенні комплекси — кар'єри з відвалами (внутрішніми і зовнішніми). Враховуючи широке розповсюдження і різноманітність кар'єрно-відвальних комплексів, їх виділяють в особливий кар'єрно-відвальний тип ландшафту. Сюди ж, на правах особливого типу місцевості, включаються і терикони, які хоч і є відвальними комплексами, але виникають не при відкритому, а при підземному видобутку корисних копалин.

Кар'єрно-відвальні комплекси — зразок якнайглибшої дії людини на ландшафтну сферу Землі. Тут відбувається повна трансформація не тільки рослинності і грунтів, але і рельєфу, і геологічної будови, грунтових і підземних вод. У кар'єрах, як негативних формах рельєфу з порушеною рослинністю, формується особливий мікроклімат. Глибина кар'єрів коливається від декількох метрів до 500 м і глибше, ширина кар'єрного поля може досягати 5 км. Щорічно на поверхню викидаються мільярди кубометрів безплідної породи. Тільки при підготовці Михайлівського і Лебединського кар'єрів в районі КМА було знято 170 млн. м³ гірської породи. Для осушення цих кар'єрів щорічно відкачується до 120 тис. м³ води, що викликало зміни рівня і режиму підземних вод в навколишньому районі (Сидоров, 1967).

Кар'єрно-відвальні ландшафти стали характерними для Уралу, Кузбасу, Донбасу, КМА тощо. Ландшафти їх багато в чому визначаються двома чинниками – складом відвалів і глибиною залягання грунтових вод. З хіміко-мінералогічним і механічним складом порід відвалів пов'язані процеси природного заростання і можливості їх біологічної рекультивації, а глибоке залягання або близькість грунтових вод викликають формування ландшафтів різної зволоженості – від дуже сухих до болотних і озерних включно.

Як тип ландшафту кар'єрно-відвальні комплекси відрізняються великою різноманітністю. Ми відзначимо тут декілька найбільш поширених його типів місцевості.

1. Оголений (позбавлений або майже позбавлений рослинного покриву) кар'єрно-відвальний тип місцевості. Це відвали або дуже свіжі, такі, що не встигли придбати більш менш розвиненого рослинного покриву, або складені малопридатними і повністю непридатними для біологічного освоєння токсичними грунтами. Переважають горбисті і хвилясті, рідше плоскі, згладжені поверхні. Це різноманітність форм рельєфу пов'язана з різними способами складування відвалів і їх віком.

Першим етапом заростання малопридатних для біологічного освоєння відвальних грунтів є водорості, переважно синій-зелені. Подальша поява і розвиток рослинності цілком пов'язана з физико-хімічними особливостями грунтів. Так, наприклад, в Криворізькому залізорудному басейні чисті глинисті відвали заростають відразу ж після відсипання, кам'янисті ж заростають дуже поволі, за рахунок 2-3 видів, які з'являються, і те лише місцями, через 6-10 років. Там же шламові поля Гоков, що займають площу 3 тис. Га, утворюють справжню «індустріальну пустелю», позбавлену рослинності.

Оголений кар'єрно-відвальний тип місцевості – один з найбільш поширених серед кар'єрно-відвального типу ландшафту, що вимагає значних витрат при рекультивації.

2. Териконники — тип місцевості, утвореної високими, могутніми, переважно конусоподібної форми, відвалами, що виникають при підземному видобутку корисних копалин. Ці відвали стали як би візитною карткою вугледобувних районів Донбасу. Найширше поширені конічні порідні відвали (терріконники), які є основною особливістю гірничорудного ландшафту краю. Всього в українській частці Донбасу налічується понад 1100 порідних відвалів, з них 84 % - конічні. Споруда хребтових відвалів (териконів) припинена. Ще діє невелика кількість хребтових відвалів, закладених в минулі роки. Тепер з кожним роком все більше формується плоских порідних відвалів. Переваги останніх виявляються при збільшенні об'єму відвала вище існуючих конічних. Тому їх створення виправдовується при формуванні групових порідних відвалів для шахт, розташованих на близькій відстані. Конічні відвали закладалися для кожної шахти окремо, а на багатьох шахтах їх було по декілька. Висота конічних порідних відвалів складає 40-60 м, з площею підстави 2-6 га і об'ємом 0,3-1,0 млн. м³ породи. Іноді відвали маються в своєму розпорядженні групами і можуть займати площу понад 20 Га. Оскільки більше 50 % порідних відвалів горять, то шкідлива дія їх розповсюджується на значно бiльшу відстань.

Кути укосу свіжонасипаних порідних відвалів рівні 30-40 °С, а з віком (20-40 років) знижуються до 25-30 °С. Поверхня їх часто роз'їдена неглибокими радіальними вибоїнами. Це найбільш важкий для рекультивації тип відвалів.

Відвали вугільних шахт і збагачувальних фабрик складаються з уламків глинистих сланців і пісковиків середнього карбону. Вони містять значну кількість горючих речовин – в середньому 34 %, а в окремих випадках 50 % на суху масу. Горючою речовиною є вугілля, зростки вугілля з породою, вуглиста речовина в породі, вугільна дрібниця і пил, сіра і її з'єднання, деревина і ін. інтенсивність і тривалість горіння порідних відвалів залежить від багатьох чинників і продовжується декілька десятиліть, в окремих випадках більше 50 років (Промислова ботаніка, 1980).

Велика потужність, сипучість, безплідність, а нерідко і токсичність грунтів, сухість, горіння териконів і висока температура породи – все це створює виняткові труднощі для біологічної рекультивації териконів, а самі вони заростають украй слабо, залишаючись на багато років мертвою, млявою пустелею, що забруднює повітря і землі найближчих околиць. Запасів гумусованого шару немає. До останнього часу гумусований шар при закладці відвалів не знімався, і зараз його зберігати до закінчення терміну експлуатації відвала немає сенсу. В цьому відношенні мають переваги плоскі багатоярусні відвали, рекультивація площ яких проводиться у міру відсипання чергового ярусу.

У Донбасі 85 % різновікових териконів зовсім не покрито рослинністю, а частка цілком покритих рослинністю териконів складає лише 4 % (Рева, Бакланов, 1970).

Рекультивація площ порідних відвалів вугільних шахт і збагачувальних фабрик виключно складна, порівняно дорога і трудомістка. Проте подальше впорядкування шахтарських міст і робочих селищ без рекультивації їх площ неможливе. Найбільш радикальним методом рекультивації цих відвалів є гасіння, розробка і вивезення породи за межі міста. Але трудомісткість і вартість таких робіт дуже висока. До того ж в результаті її проведення на нових ділянках формуються відвали, як правило, що займають більшу площу, ніж первинні, і також вимагаючі рекультивації. Тому така рекультивація може проводитися тільки в окремих випадках. В кінці минулого сторіччя велику популярність придбала рекультивація площ порідних відвалів вугільних шахт і збагачувальних фабрик шляхом озеленення. Повний цикл робіт включає гасіння вогнищ горіння методом переформовування конічного відвала в плоский, формування терас, повну меліорацію породи і створення захисний-меліоративного рослинного покриву.

З крутих незакріплених схилів териконів подрібнена гірська порода водою і вітром зноситься на навколишні ділянки, засмічувавши поля і вулиці селищ і шахтарських міст. Атмосфера забруднюється горючими газами на відстань до 3000 м, а пилом до 1000 м. У Підмосковному буровугільному басейні такі ділянки В.І. Федотов (1969) виділяє в особливі урочища розораних приотвальних просторів, що відрізняються украй низькою врожайністю сільськогосподарських культур.

3. Тип місцевості кар'єрно-відвальних пусток. Більшість відвалів через визначений — часто значний — проміжок часу покривається рослинністю, спокійнішими, менш різкішими при цьому стають, форми рельєфу. Піонерами в заростанні відвалів виступає смітний-польова рослинність, пізніше з'являються степові для лугу і лісові види.

Прикладом кар'єрно-відвальних пусток можуть служити середньовічні (до 40-50 років) глинисто-кам'янисті відвали Криворізького басейну. Вони, як правило, повністю покриті трав'янистою рослинністю, загальне покриття якої на вершинах – 70-90 %, на схилах – 30-60 %. Зустрічаються деревинно-чагарникові чагарники природного походження. Добре розвиваються і плодоносять на відвалах акація біла, лох вузьколистий, берест, клен ясенелистий, ясен пенсільванський тощо.

Особливий різновид цього типу місцевості складають чорноземні пустоши. Виникають вони в місцях безладного вироблення чорнозему екскаваторами для квіткових міських господарств. Нерівна, дрібнобугриста поверхня таких «чорноземних кар'єрів» дуже швидко, буквально на другий-третій рік, покривається смітний-польовий, а пізніше степовою рослинністю.

При достатній вологості грунтів і відсутності випасу трав'янисто-чагарникові пустки еволюціонують в ліс.

4. Озерно-горбистий голо-пустошний тип місцевості. Подібні ділянки зустрічаються в Московській, Тульській і інших областях. На рівній, злегка хвилястій рівнині утворився сильно перетнутий рельєф з лінійно витягнутими грядами і хаотично насипаними горбами. Відносна висота гряд і горбів досягає 15-20 м, а крутизна схилів – 25-30 °С і більш. Міжгрядкові пониження часто зайняті обширними озерами. Озера мають переважно прямокутну форму, витягнуту по напряму відкритих вироблень. Ширина озер середньої частини- 80-110 м, а до краю вона звужується до 30-40 м, довжина – 800-700 м, глибина – до 30-40 м. Вода озер має блакитний колір. Рівень водного дзеркала в озерах лежить на 2-3 м вище за природну поверхню, що оточує ландшафтну ділянку. Берегова лінія відрізняється високою изрезанностью. Серед акваторії озер часто зустрічаються невеликі острівці, що підносяться на 2-3 м над дзеркалом води.

Відвали ділянки складені різними пісками, суглинками, глинами, іноді з домішкою чорнозему. Рослинність відвалів украй бідна. Головними чинниками, стримуючими зростання рослин на відвалах вугільних розробок, є висока кислотність грунтів (рН 3,0—4,5) і відсутність вологи. Подібні ділянки складають декілька типів антропогенних урочищ.

5. Каменоломенний бедленд — акультурний тип місцевості, що виникає на місці каменоломень. Він характеризується складною поверхнею — наявністю рівних ділянок — днищ кар'єру, провалів, останців, напівзруйнованих відвалів, іноді озер, бідною чагарниковий-трав'янистою або пригноблюваною лісовою рослинністю пустки. Від відвальних типів місцевості він відрізняється підвищеною каменястістю, широким розвитком плоских донно-кар'єрних урочищ, урочищ крутостінних обривів і обмеженою участю відвальних комплексів. Тут тривалий час зберігаються абсолютно безплідні, голі урочища типу «вапнякової кам'янистої пустелі» або еродованої поверхні вапнякових відвалів.

Вище був охарактеризований вапняковий варіант каменоломенного бедленду. Схожі риси мають покинуті нерекультивовані каменоломні по здобичі пісковика, писальної крейди, граніту і іншого кам'яного матеріалу.

6. Тип місцевості окультурених гідроотвалів. Еталонним можна рахувати ділянку в районі розробок Латненського родовища вогнетривких глин (басейн Дівчини, Воронежська області). У Прідонськом крейдяному физико-географічному районі лісостепової провінції Среднерусськой піднесеності на місці чорноземних плакорних і типів схилів місцевості виник новий структурний елемент – глибокі котловиноподібні пониження з озерами, низинними болотами, піщаними «ровнядями» з посадками сосни і чагарників, піщано-глинистими відвальними горбами і грядами, що знаходяться в різній стадії штучного залісення (іноді з посадками плодових садів).

Кожен крупний гідровідвал не одне, а система взаємозв'язаних урочищ – ландшафтна ділянка. Гидроотвал може бути складний, наприклад, сумішшю суглинку і піску. Схили відвала зазвичай стійкі, хоч і круті, з розвиненою рослинністю з декількома ставками-озерами на плоскій поверхні. Навколо озер-ставків, які іноді зарибнюються, можуть знаходитися гніздів'я качок і концентрично розташовуються урочища:

1) крутої стінки відпрацьованого кар'єру, до якої причетний гидровідвал;

2) низинного очеретяного болота за участю рогозу, осок, хвоща, низки, сусака, ситника;

3) івнякових чагарників на плоскій піщаній для суглинку поверхні з розвиненим вологолюбним травостоєм з конюшини, лапчатки, люцерни;

4) лугів на плоскій піщано-глинистій поверхні;

5) чагарників буркуну на плоских піщано-суглинних поверхнях. Під його запоною пригноблюване різнотрав'я;

6) піщаних для суглинку схилів гідровідвала з деревинно-чагарниковою і разнотравно-смітною рослинністю.

«Окультуреним» цей тип місцевості названий у зв'язку з тим, що в нім поєднуються процес природного заростання і штучної рекультивації відвалів. Із зростанням кар'єрно-відвальних комплексів все гостріше стає проблема їх рекультивації. Зараз вже можна говорити про широке, повсюдне настання людини, що почалося, на їм же створені кар'єрно-відвальні комплекси. Рекультивація припускає вирівнювання поверхні, створення грунтового шару і подальше використання території кар'єрів і відвалів для сільськогосподарських, лесо-господарських і будівельних цілей. Відповідно до виду господарського використання можна розрізняти наступні рекультивовані типи місцевості кар'єрно-відвального типу ландшафту:

1. Пасовищний рекультивований тип місцевості – створення на рекультивованому відвалі пасовища з посівами трав.

2. Лісовий рекультивований тип місцевості – рекультивована ділянка із залученням переважно місцевих деревних порід спочатку меліоративного характеру, а потім господарський цінних. У лісовій і лісостеповій зонах добрі результати дає культура сосни звичайної.

3. Польовий рекультивований тип місцевості – рекультивація відвалів під ріллю. На відвалах вирівнюється поверхня, наноситься значний шар грунту (до 1-1,2 м) і у ряді випадків впродовж декількох років практикуються грунтопокращуваючі меліоративні сівозміни.

4. Рекультивований озерно-парковий тип місцевості – залісення, збереження ставків-озер або створення штучних водоймищ для перетворення голих і пусток відвалів на зони відпочинку, спортивного полювання і рибальства.

За допомогою різних прийомів в парках за короткий строк можна створити штучні біогеоценози, близькі до природних. Стабілізація процесів формування рослинного співтовариства може відбуватися на 5-7-ий роки.

Тип ландшафту торф'яно-болотяних пустошів. Особливий тип промислових ландшафтів утворюють торф'яно-болотяні пустки. Вони виникають на місці розробок торфу. Площа їх дуже велика.

Торф'яно-болотяні пустоші справляють безрадісне враження. На нерівній, зритій, перезволоженій, часто з дрібними озерцями поверхні розкидані окремі дерева і кущі, іноді чагарники вільхи, сосни, берези, різних видів верб. Трав'яний покрив, бідний на пустках верхових боліт, значної різноманітності досягає на низинно-болотяних пустках.

Рекультивація торф'яно-болотяних пусток важка. Не завжди можливим виявляється їх осушення поверхневим дренажем, а вже осушені пустки мають потребу для перетворення їх в сільськогосподарські угіддя в значних дозах органічних і мінеральних добрив. З цією метою рекомендується виробляти не весь торф'яний поклад, а залишати нижні горизонти торфу як добриво при рекультивації торф'яно-болотяних пусток. Легше і успішніше проходить лісова рекультивація. У деяких місцях в торф'яних кар'єрах налагоджено ставкове рибне господарство.

Промисловий (індустріальний) карст. У геолого-геоморфологічній літературі промисловий карст прийнято називати антропогенним, а форми рельєфу, що виникають при цьому, нерідко іменують псевдокарствовими антропогенними формами. Ми вважаємо за краще говорити про промисловий карст, оскільки виникнення цих форм пов'язане з промисловою діяльністю людей, переважно підземною розробкою корисних копалини[10].

Підземний видобуток корисних копалин відбувається на глибині декількох сотів метрів і глибше[11]. У таких районах виникає густий лабіринт підземних камер і галерей, що обумовлюють при неглибокому їх заляганні обвалення крівлі з утворенням провалів на земній поверхні. В результаті виникають форми рельєфу, по морфології важко відмітні від природних карстових.

Лабіринт підземних камер і галерей на деяких розробках вапняку, доломіту і гіпсу в середньому Поволжье досягає в сумарному об'ємі 3-4 млн. м³. Провальні ями, що виникають в таких місцях, колодязі і воронки, що вражають місцями до 20-25 % всій території, мають діаметр від 20 до 60 м, а глибину – до 15-20 м.

Широко поширений промисловий карст в Підмосковному буровугільному басейні, Донбасі, Кузбасі і інших промислових районах.

Серед промислового карсту особливо активний соляний карст.

За спостереженнями в Закарпатті (район Солотвіно), закладка неглибоких соляних копалень і експлуатація рассолів іноді приводять до бурхливого розвитку карсту і швидкого формування характерного карстового ландшафту. Воронки, що виникають при цьому, завглибшки до 10 м іноді заповнені водою; у деяких озерах навіть водиться риба.

У Бахмутській улоговині, в районі міст Слов'янська і Артемівська, провали і зони просідання грунту, пов'язані з промисловим соляним карстом, охоплюють більше 150 га площі. На копальні ім. Шевченка навколо шахтного стовбура обрушилася поверхня землі на площі близько 60 тис. м². Обвал супроводжувався підземним гулом і вибухом стислого повітря.

Величезні камери і галереї завдовжки в десятки кілометрів створені при підземній здобичі кам'яної, калійної і магнієвої солей в різних місцях земної кулі.

У США і деяких зарубіжних країнах широко поширено штучне вилуговування солей для підземного зберігання нафти і газу. Такі штучні соляні резервуари створюються останнім часом і на території нашої країни.

Небагато інша позиція при класифікації промислових ландшафтів дотримується Л.В. Моторіна і В.А. Овчинникова (1975). На підставі багаторічного досвіду робіт вони запропонували схему класифікації природно-техногенних ландшафтів (рис. 10), в якій враховується роль як природних, так і антропогенних чинників у формуванні цього виду ландшафтів.

Не дивлячись на те що в цих класифікаціях є ряд суперечливих положень, вони мають велике значення в систематизації різних техногенних форм порушення поверхні. Така типологія в майбутньому дозволить диференціювати різні ландшафти по можливості їх використання для проведення робіт по рекультивації.

Рис.. 10. Схема класифікування природно-техногенних ландшафтів