Органогенные почвы (хистосоли)
Экологическая безопасность и природопользование в российской Арктике
Вопрос № 4.
Особенности природных условий суши Арктики: почвы, вечная мерзлота
Ответ:
Вечная мерзлота– это «горная порода (грунт), охлажденная до отрицательной температуры и сцементированная замерзшей в ней влагой» (словарь по географии, 2015).
Характеризуется отсутствием протаивания.
Это регион, где грунт не оттаивает в течение целого сезона (1 лето).
1й слой: активный
Оттаивает ежегодно. Составляет 0,6 – 4 м.
2й слой: «талик»
Оттаивает в течение тёплого сезона.
3й слой: мерзлотный
Его глубина – от нескольких см до 3 м.
Вечная мерзлота занимает более 50% территории РФ. Закономерность: увеличение площади вечной мерзлоты – с запада на восток. Площадь увеличивается, так как это зависит от континентальности климата. Именно вследствие этого фактора уменьшается глубина оттаивания.
Самый известный район вечной мерзлоты – бассейн р. Лена (Якутия).
Какая бывает вечная мерзлота и как она образуется
Районы вечной мерзлоты:
1. Непрерывная вечная мерзлота;
Образуется, когда температура поверхности ниже -5°С (CPZ). Покрывает 90-100% поверхности. Достаточно глубокая и мощная. Самая мощная = 1493 м (в бассейне р. Лена и р. Яна).
2. Прерывистая вечная мерзлота;
Несколько классов:
1) экстенсивная (DPZ) – покрывает 50-90% поверхности, средняя температура= от -2 до -4°С;
2) спорадическая (SPZ) – покрывает менее 50% поверхности. Температура= от 0 до -2°С;
3) реликтовая (relic)
4) изолированная вечная мерзлота – её участки занимают менее 10% поверхности.
Как вечная мерзлота влияет на рельеф и поверхность
Полигональная тундра: слой вечной мерзлоты, ледяные клинья, преобладают болота.
Территории Западной Сибири и частично Восточной Сибири занимают болота. Сложно передвигаться по таким территориям, повышаются экономические затраты.
Что касается такого аспекта, как охрана окружающей среды, то важно учитывать, что в таких условиях почву от загрязнений сложно очистить.
Известны такие явления, как разрыв грунта, пинго (холмы, внутри которых происходит оттаивание и замораживание, могут быть до 40 м высотой, внутри лёд и грунт).
Вечная мерзлота зависит от рельефа и от экспозиции склонов (на стороне, повернутой к солнцу, нет вечной мерзлоты). Это влияет на распределение растительности.
Вечная мерзлота влияет на водный режим территории. Максимальный расход воды: р.Обь, р. Енисей, р. Лена. Весной данные реки полноводны, основной расход воды происходит весной, зимой замерзают. Когда тают – вода вниз не уходит, так как ниже – вечная мерзлота. Именно поэтому происходят наводнения.
Дома строят на сваях, чтобы избежать обрушения зданий, если грунт будет перемещаться. Например, такие дома можно увидеть на Чукотке.
___________________________________________________________________________
Почвы
Почва – это верхний слой земли (В.В. Докучаев). Основное свойство почв по В.В. Докучаеву – плодородие.
Факторы почвообразования:
1) геологическая порода (материнская порода);
Например, в Карелии это граниты (кислые), на Валааме – pH нейтральный, почва плодороднее.
2) живые организмы (поселяются на горной породе), химические вещества в процессе их взаимодействия с окружающей средой попадают в круговорот веществ;
3) климат;
4) время;
Необходимо около 100 и более лет для образования плодородных почв.
5) рельеф;
Равнина плодороднее.
6) антропогенный фактор.
Разрушает почву добыча полезных ископаемых (перед добычей должна быть проведена фоновая оценка территории), применение пестицидов и агрохимикатов, перевыпас скота, выбросы загрязняющих веществ.
Составные компоненты почвы:
1) вода;
2) воздух;
3) минеральные вещества;
4) органические вещества;
5) живые организмы.
Слои почвы:
1. Органический горизонт;
2. Минеральный горизонт;
3. Подзолистый горизонт;
4. Иллювиальный горизонт.
Классификация почв – в России по классификации 2004 г. (с изменениями и дополнениями 2007 и 2008 г.г.).
Международнаяклассификация – 2006 г., World Reference Base for Soil Recourses (WRB).
Арктические почвы:
Подзолистые
Слои (почвенные горизонты):
1) самый верхний – органогенный (O), 5 см.
2) подзолистый горизонт (горизонт вымывания), “albic” (Е) Вымывание веществ в нижележащие горизонты.
3) иллювиальный, “spodic” (B) – железо, гумус.
Такие почвы не накапливают много загрязняющих веществ, так как не содержат много органики. Происходит вымывание веществ в подземные воды. Накапливаются в основном в иллювиальном горизонте (В), органогенном горизонте (О), если загрязняющие вещества пришли из атмосферы.
Также известны такие особенности подзолистых почв:
1) они, как правило, кислые;
2) содержат мало кальция;
3) распространены в Северном полушарии
Почвенный профиль (от поверхности до материнской породы) составляет 70-80 см. Важный показатель – кислотность, Она может быть 3,5-4,5 pH(водный). В кислой срееде очень подвижны тяжелые металлы, они становятся доступны для организмов (в трофической цепи). Нормативы определения последствий – «предельно допустимые концентрации».
Криосоли (set 10)
Образуются в районе вечной мерзлоты. «Мерзлотные почвы», «мерзлотный горизонт» (cryic).
Криотурбация – образования волнистого грунта из-за оттаивания и замораживания. В основном происходит в полигональных тундрах.
Криосоли распространены по всей Сибири. Это заболоченные почвы. Они используются в качестве пастбищ. Занимают около 13% поверхности Земли (данные FAO). Распространены в РФ, Канаде, КНР, на Аляске (США), в Монголии.
Глеевые почвы
В Арктике они тоже распространены. В основном – в ассоциациях с другими типами. Места распространения: Сибирь, север европейской части РФ, Канада.
Два компонента:
1) глеевый горизонт;
2) горизонт торфа (20 см).
Их отличают по механическому составу (соотношению частиц разного диаметра) – в глеевых преобладают мелкие частицы, они накапливают загрязняющие вещества. Пик накопления можно увидеть именно в глеевом горизонте.
Органогенные почвы (хистосоли)
Это болотные почвы. Распространены вне зависимости от природной зоны. Торфяной горизонт превышает 50 см. Как правило – в ассоциации с другими почвами.
По химическим свойствам – содержат только органические остатки. Это кислые, неплодородные почвы.
Если попали загрязняющие вещества – они там консервируются на десятилетия и столетия.
При осушении болот получают торф (горючее). Его минусы:
1) низкая теплотворность;
2) высокая стоимость добычи;
3) неудобно хранить;
4) загрязнение окружающей среды очень высокое;
5) нарушение систем болот.
Торф раньше использовали как удобрение.
Горизонты почв:
О – органический, подстилка.
А – гумусовый (в чернозёмах).
Е – подзолистый.
В – минеральный горизонт.
С и R – материнская порода.
Для каждого слоя – описание:
1. Цвет (по треугольнику Захарова, за рубежом – по шкале Манселла).
2. Механический состав. По Качинскому. Крайние – глина и песок, переходные – супесь и суглинок. Это максимально достоверно можно установить только в лаборатории.
3. Структура почвы. Частицы, между ними – воздух. Самая благоприятная – в черноземах, в серых лесных почвах – зернистая, в подзолистых – комковатая, в глинистых – пластинами.
Вопрос № 16.
Опишите перспективы развития нефтегазодобычи и разработки твердых полезных ископаемых в Арктике.
Ответ:
В последние годы доли морской нефти и газа от мирового объема добычи превышают 30%. Россия обладает около 21% шельфа Мирового океана (свыше 6 млн км2), при этом наиболее перспективный и доступный, с точки зрения бурения, шельф превышает 60% площади ее акваторий. Общепризнанным является высокий углеводородный (УВ) потенциал шельфа России – суммарные извлекаемые ресурсы оцениваются многими ведущими отечественными специалистами в более чем 100 млрд тонн условного топлива (оценки западных экспертов намного скромнее), из которых газовая составляющая достигает 80%. При этом наибольший объем УВ, около 90%, сосредоточен в арктических морях.
Активные геологоразведочные работы (сейсморазведка МОГТ и бурение), начавшиеся на шельфе западного полушария Арктики более 40 лет назад, а восточного – более 30 лет назад, завершились открытием ряда новых крупных нефтегазоносных бассейнов (НГБ) или морских продолжений НГБ, ранее открытых на суше: Бофорта–Маккензи и Свердруп (Канада), Северного склона Аляски (США), Западно-Баренцевского (Норвегия), Восточно-Баренцевского и Южно-Карского (Россия). На российском шельфе обнаружены наиболее крупные месторождения (Штокмановское, Русановское, Ленинградское, Долгинское, Приразломное и др.) с запасами нефти и газа около 10 млрд тонн нефтяного эквивалента. Самое крупное на шельфе Арктики – Штокмановское месторождение содержит свыше 3,9 трлн м3 газа и 56 млн тонн конденсата. Сложные природно-климатические условия и имеющиеся на современном этапе технологические и экономические проблемы его освоения отодвинули начало разработки на неопределенный срок.
В 2011 г. на Приразломном нефтяном месторождении (ОАО «Газпром»), расположенном в 60 км от берега на шельфе Печорского моря и закрытом льдом большую часть года (7 – 8 месяцев), установлена одноименная морская стационарная ледостойкая платформа гравитационного типа, построенная в России.
Нефтяной терминал «Варандей» (ОАО «Лукойл») расположен в 22 км от берега недалеко от Приразломного месторождения. Терминал успешно работает с 2007 г. и способен отгружать до 12,5 млн тонн нефти в год, вывозимой круглогодично танкерами ледового класса, имеющими для повышения безопасности двойные борта и дно.
Опыт освоения морских арктических и субарктических месторождений показал, что первоочередные месторождения для организации морских нефтегазовых промыслов в условиях сложной ледовой обстановки рационально выбирать вблизи побережья с широко развитой инфраструктурой. Особый интерес представляют залежи, которые можно разрабатывать горизонтальными скважинами, пробуренными с берега или искусственных островов. Такой подход успешно опробован на ряде опытных полигонов (месторождениях) в арктических и субарктических условиях США (море Бофорта – Endicott и другие 8 месторождений) и России (шельф Охотского моря – Чайво-море, Одопту-море и Карского моря – Юрхаровское) и является наименее опасным для ранимой природы Арктики.
В последние годы значительно увеличилась лицензионная активность крупнейших нефтегазодобывающих компаний на Арктическом шельфе США и Канады. Одна лишь компания Shell в ходе лицензионного конкурса 2008 г. выплатила США бонусы 2,1 млрд долларов за 275 лицензионных участков в Чукотском море, а общие выплаты превысили 2,6 млрд долларов. В 2012 г. компания Shell начала активные буровые исследования на шельфе Аляски. Планировалось пробурить 4 скважины, но непредвиденные обстоятельства остановили бурение через день после начала работ.
В России в 2010 – 2012 гг. выдан ряд лицензий на большие участки северных акваторий ОАО «НК «Роснефть» (суммарно более 90 тыс. км2 в Баренцевом и Печорском морях и 128 тыс. км2 в Карском море) и ОАО «Газпром» и ОАО «Новатэк» на несколько меньших по площади участков в Обской и Тазовской губах. В 2012 г. ОАО «НК «Роснефть» после приобретения 100% акций ЗАО «Синтезнефтегаз» и 50% акций ЗАО «Арктикшельфнефтегаз» фактически стала контролировать Адмиралтейский, Пахтусовский (11,3 тыс. км2) и Медынско-Варандейский (2,8 тыс. км2) участки. Таким образом, ОАО «НК «Роснефть» предстоит проводить комплексные исследования и освоение 232 тыс. км2 высокоперспективных акваторий Арктики, что почти равно площади Великобритании.
Изучение и освоение минеральных ресурсов арктических акваторий ограничивается распространением льда Северного Ледовитого океана (СЛО). Глобальное потепление на Земле в наибольшей мере влияет на происходящие изменения в Арктике, выражающиеся в значительном сокращении площади льда. Из-за потепления увеличились таяние и сход в море массивов льда с ледников арктических островов Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа и северной части Новой Земли с образованием большего по количеству и индивидуальному объему айсбергов. Под действием течений и ветров айсберги дрейфуют по значительной части Баренцева моря, достигая Штокмановского и других месторождений, при этом характер их движения напоминает «броуновское», т. е. практически не прогнозируемое. 11 октября 2010 г. в районе Русской гавани в Северной части Новой Земли ГС РАН зарегистрировала крупное землетрясение (М около 4). По космическим снимкам оно было идентифицировано как возникшее при ударе о дно отколовшегося айсберга с размерами в плане 0,8х4 км, а в высоту – предположительно около 100 м [4]. При таких размерах айсберг весит около 200 – 250 млн тонн, что в 100 и более раз превышает вес айсбергов, наблюдавшихся в данном регионе, включающем Штокмановское месторождение.
Существенная часть шельфа Арктики России и других стран так же, как и ее суша, характеризуется наличием многолетнемерзлых (палеомерзлых) пород (ММП), о которых упоминается в работах многих полярных исследователей в течение нескольких столетий. Зоны распространения ММП и их мощность на шельфе Арктики наиболее хорошо изучены в районах нефтегазопоисковых исследований. Бурение показало широкий диапазон изменения мощности морских ММП: от единиц до сотен метров, при этом, по данным GSC (Геологическая служба Канады), на ряде площадей НГБ Бофорта–Маккензи она достигает 600 – 737 м. Можно предположить, что большая мощность ММП будет выявлена и в восточных морях российской Арктики. В 1963 г. на севере Якутии около Полярного круга была пробурена Мархинская скважина (забой – 1800 м), вскрывшая ММП на рекордной глубине до 1400 м.
Одной из особенностей ММП, расположенных на побережьях морей Арктики и часто представленных крупными массивами льда, является их значительное разрушение под действием теплового и водного (волнового) воздействия (термоабразия и термоэрозия). За счет этого наблюдается высокая среднегодовая скорость отступления береговой черты, достигающая в Карском море 2,9 м, в море Лаптевых – 5,5 м, в Восточно-Сибирском – 6,1 м, в море Бофорта – 7,3 м, а на острове Колгуев – до 10 м. Таким образом, площадь СЛО постоянно увеличивается, изменяя очертания берегов, угрожая разрушением береговым объектам и судоходству в прибрежной полосе за счет возникновения ранее неизвестных мелей.
Одной из опасностей освоения морских нефтегазовых ресурсов является сейсмическая обстановка, которая в Арктике характеризуется неравномерным, очаговым распределением эпицентров сейсмических событий (землетрясений), приуроченных к районам тектонической активности. В СЛО продолжается система срединно-атлантических разломов (сейсмоактивная зона спрединга океанического дна), выраженная хребтами Мона, Книповича и Гаккеля. Последний заходит в море Лаптевых, где он наименее выражен в морфологическом плане и практически не отображается в гравитационном и магнитном полях. Эта же зона характеризуется снижением магнитуд землетрясений и их рассеиванием на достаточно обширной территории лаптевоморского побережья, включая дельту реки Лена.
Повышение безопасности освоения морских месторождений Арктики требует усиления контроля сейсмической обстановки и выяснения природы землетрясений не только значительной, но и малой магнитуды, широко распространенных в Арктике. На сайте норвежской сейсмической службы NORSAR (Norwegian Seismic Array) размещена информация об огромном количестве слабых землетрясений (магнитуда до 3) в Арктическом регионе, включая акватории Баренцева и Карского морей, произошедших в последние годы и зарегистрированных прибрежными сейсмологическими станциями Норвегии на севере Скандинавского полуострова и Шпицбергене.
Общепризнанным является то, что геологическое строение и нефтегазоносность российского шельфа Арктики недостаточно изучены сейсморазведкой и бурением. Открытия ряда институтов РАН и других российских и зарубежных организаций, сделанные в последние 10 – 15 лет на акваториях России и Мирового океана (особенно Арктики), показали недостаточную изученность не только глубоких отложений, но и строения дна и процессов, происходящих в ВЧР (верхняя часть разреза в несколько сот метров). Ярким свидетельством служит открытие в центральной части Баренцева моря ударного кратера Mjolnir диаметром около 40 км, образовавшегося в результате падения крупного метеорита диаметром около 1,5 – 2,5 км в юрское время (около 140 млн лет назад). На большей части российского шельфа Арктики существуют термобарические условия для образования газогидратов (включая район Штокмановского месторождения). Однако до сих пор они не были выявлены, что не подтверждает их отсутствие, а свидетельствует о недостатках поисковых работ, если можно говорить, что они целенаправленно проводились.
В Арктике открыты месторождения каменного угля, фосфоритов, рудопроявлений меди и серебра на Шпицбергене, месторождения марганцевых и полиметаллических руд на Южном острове Новой Земли, россыпи и коренное золото на Северной Земле, олово – на Новосибирских островах. Невысокая степень изученности этих отдаленных и труднодоступных территорий допускает открытие на них новых месторождений.
Архипелаг Шпицберген находится под суверенитетом Норвегии, но Россия имеет к нему исторически сложившийся геополитический интерес [14], с правами, определенными международным Парижским договором 1920 г. В 1912 г. известный российский исследователь Арктики В.А.Русанов установил на Шпицбергене первые заявочные знаки на месторождениях каменного угля. В настоящее время на архипелаге работает российское государственное предприятие «Арктикуголь», которое добывает каменный уголь на собственных и арендованных у Норвегии участках. В результате геологосъемочных и поисковых работ советских и российских геологов на островах архипелага был открыт ряд новых проявлений каменного угля, железа и хромита, фосфоритов, барита, гипса, цветных металлов, золота и камнесамоцветного сырья; разведаны три крупных месторождения каменного угля, запасы которых превышают все норвежские месторождения.
Российские геологические исследования на Шпицбергене, выполняемые на протяжении многих лет, преимущественно Полярной морской геологоразведочной экспедицией (ПМГРЭ) в содружестве с НИИГА-ВНИИОкеангеология, направлены на выявление здесь, помимо традиционно разрабатываемого каменного угля, месторождений новых видов сырья. Полученные материалы позволяют наметить наибольшие перспективы рудоносности в структуре девонского грабена и его обрамления на о.Западный Шпицберген. Здесь можно ожидать обнаружение крупных проявлений флюорита, барита, цветных и благородных металлов, а также не исключена вероятность выявления кимберлитов алмазной субфации.
Архипелаг Земля Франца-Иосифа. Комплекс твердых полезных ископаемых, установленных на труднодоступных островах архипелага [14, 15], пока ограничен проявлениями бурых углей, железных руд, глиноземного сырья, исландского шпата, фосфоритов, поделочных камней – агатов, халцедона, окремненной древесины, редких и редкоземельных элементов, признаками россыпного золота.
Прогнозные ресурсы главных видов полезных ископаемых открытой для изучения части суши архипелага указывают на возможность обнаружения мелких, средних и крупных месторождений фосфоритов, черных, редких и редкоземельных металлов.
Архипелаг Новая Земля и о.Вайгач. Важным практическим достижением в области изучения полезных ископаемых является открытие и разведка геологами ПМГРЭ крупного Павловского месторождения в пределах Безымянского рудного полиметаллического узла, расположенного на Южном острове Новой Земли [4, 5, 8]. Полученные сведения о запасах свинца и цинка по категории С2 Павловского месторождения подтверждают обеспеченность воспроизводства государственной минерально-сырьевой базы полиметаллического сырья на многие десятилетия.
На существующем уровне изученности основными полезными ископаемыми архипелага являются свинцово-цинковые залежи, руды марганца и флюорит. Свинцово-цинковые руды слагают крупное Павловское месторождение с реальным приростом запасов на его флангах. Месторождение расположено на побережье Баренцева моря, в географически удобном для освоения районе.
Архипелаг Северная Земля. В комплексе твердых полезных ископаемых, известных на Северной Земле, главную минерагеническую специализацию и геолого-экономическую значимость определяет россыпное и рудное золото.
На современном уровне изученности наибольшие перспективы наращивания минерально-сырьевого потенциала Северной Земли связываются с коренной золотоносностью. Наиболее крупным рудным таксоном является Мининско-Большевистская золотоносная мегазона, охватывающая Карский антиклинорий на о.Большевик, т.е. область развития рифейско-вендских отложений. В ее пределах наиболее перспективной представляется Лагерно-Голышевская золотоносная зона на юго-востоке о.Большевик, где проявления золоторудных формаций наблюдаются в наиболее концентрированном виде, а сами они тяготеют к площади развития наиболее древней углеродистой формации рифея.
Архипелаг Новосибирские острова. Основные полезные ископаемые архипелага – олово, каменные и бурые угли.
Остров Врангеля. Установленные проявления полезных ископаемых относятся к трем этапам рудогенеза, каждый из которых является слабым фрагментом крупных эпох рудонакопления, проявленных на Северо-Востоке: раннекаменноугольная с формированием залежей гипса и ангидрита, позднекаменноугольно-раннепермская, в период которой образовались карбонатные руды марганца и позднепермско-голоценовая с образованием коренных и россыпных месторождений золота. Объектов указанных полезных ископаемых, значимых по масштабам и содержаниям, не установлено.
В заключение краткого обзора месторождений и проявлений полезных ископаемых на арктических островах России следует отметить широкое распространение как металлических, так и горючих полезных ископаемых – каменных и бурых углей, что позволяет организовать их комплексное освоение и переработку на месте. Недавние открытия и начавшаяся разработка нефтяных и газовых месторождений на шельфе Баренцева и Карского морей позволяет надеяться на рентабельное освоение полиметаллических и марганцевых руд на близлежащем архипелаге Новая Земля. Россыпи касситерита на Новосибирских острововах, в Ляховском оловоносном районе, остаются крупным резервом оловодобывающей промышленности страны. Что касается архипелага Северная Земля, существующий уровень изученности золоторудных объектов недостаточен для достоверной оценки потенциала и требует дальнейшего проведения поисково-оценочных работ, в то же время добыча россыпного золота старательской бригадой на архипелаге успешно продолжается. Таким образом, арктические острова России даже при ограниченной степени изученности могут быть реальными горнорудными объектами уже в недалеком будущем. Освоение ресурсов полезных ископаемых островов российской Арктики будет значительно рентабельнее при одновременной добыче углеводородных залежей на прилегающем шельфе, что позволит решить проблему топливно-энергетического обеспечения новых горнорудных центров. В свою очередь, созданная на островах инфраструктура снизит затраты на разработку шельфовых месторождений углеводородов.
Вопрос № 17.