Экологические и хозяйственные аспекты глубинной дегазации флюидов Земли (на примере Обнинска и его сопредельных территорий)

Сейчас мы находимся в начале нового цикла развития Земли, которое именуется активизацией глубинной водородной дегазацией планеты. Процессы глубинной дегазации только набирает силу. В последние 20 лет об этом свидетельствует явная активизация сейсмичности и вулканизма.

Благодаря программе «Google Earth», сегодня мы можем видеть эти весьма характерные структуры на всех континентах и, соответственно, можем утверждать, что водородная дегазация в настоящее время имеет глобальную распространенность.

По мнению многих исследователей (Ларина В.Н, и др.) к настоящему времени установлено, что дегазация глубинного водорода на древних платформах (Русской платформе) проявлена практически повсеместно. В зонах интенсивной инфильтрации водорода на поверхности образуются структуры трех типов:

– провальные карстовые и суффозионные воронки;
– прорывные воронки типа Сасовских (Сасово – город в Рязанской обл.);
– кольцевые структуры проседания, диаметры которых варьируют от 100 м до 3-х км;
– водородные кочки;
– пятна выбеливания.

В процессе работ пришло понимание, что многие явления, связанные с дегазацией водорода, могут иметь крайне негативные последствия для объектов природопользования, землепользования.

В настоящее время вопросам экологии глубинной дегазации Земли не уделяется достаточно внимания. Эти процессы по нашим биологическим часам протекают медленно, и их последствия (проседания, отчуждения земельных участков, заболачивание и др.) воспринимаются как сформировавшиеся ландшафты, и, как показано геофизиками, эти процессы за последние десять лет настолько интенсифицировались, что динамика их становится не только заметной за период человеческой жизни, но и ощутимой при хозяйственной деятельности. Поэтому к оценке экологических аспектов этих явлений требуется квалифицированное внимание специалистов.

Явления глубинной дегазации Земли приурочены к разного рода объектам литогенной основы – тектоническим разломам, суффозии и карстованию и отмечены в районах Московской, Калужской, Смоленской, Тверской, Ростовской, Воронежской, Рязанской, Липецкой и других областей Восточно-Европейской равнины.

Согласно данным геоморфологической карты (рис. №1), Обнинск находится над границей сразу четырех элементарных блоков материковой плиты, северный и западный из них испытывают опускание, южный и восточный – поднятие, либо стабильны. Понятно, что в этом районе разломы имеют повышенную трещиноватость, поэтому в окрестностях Обнинска, как и следовало ожидать, довольно много выходов глубинных флюидов.

В частности, довольно много признаков выхода глубинных флюидов в пойме и долине реки Протва, которая течет вдоль Серпуховско-Ступинского разлома.


Рис. 1. Фрагмент геоморфологической карты СССР 1984 г. Масштаб – 1:3 000 000. Черным цветом выделены глубинные тектонические разломы. Красным цветом выделены второстепенные разломы

В современной геолого-геоэкологической науке широкое распространение получили комплексные оценочные исследования водородной дегазации Земли. Сущность данных исследований заключается в покомпонентном анализе геолого-геоморфологических и природно-территориальных комплексов различных рангов проявления водородной дегазации. Изучением мест выхода флюидов на дневную поверхность и их комплексной оценки занимались многие ученые, среди которых в последнее время можно назвать В.Н. Ларина, Н.В. Ларина, В.Л. Сывороткина. Объектом исследований в таких работах чаще всего выступают кольцевые структуры проседания приуроченные к тектоническим разломам и к районам суффозионного и карстового проседания, а оценочными единицами – ландшафтные комплексы различных порядков. Сущность комплексной оценки заключается в рассмотрении всех составляющих анализируемых территориальных единиц и их взаимосвязей, а также пространственно-временной приуроченности, учитывающей всю иерархию территориальных систем. Кроме того, характерной чертой комплексных оценок является их конструктивная направленность на решение экологических и хозяйственных проблем.

В ходе полевых и камеральных исследований собран значительный объем фотоматериалов, КС, который представлен ниже:


Рис. 2. Фрагмент топокарты Обнинска и его сопредельных территорий с линеаментами (красные линии), кольцевыми структурами проседания (желтые пятна) и оползневыми процессами (черный цвет)


Рис. 3. Пойма Протвы в районе горнолыжки КСП на левобережье занятые болотом


Рис. 4. КСП с болотом и пораженным ландшафтом на правобережье Протвы в районе села Машково


Рис. 5. На левобережье Протвы в притыловом шве поймы отмечается заболоченный участок в виде КСП


Рис. 6. Карстовая воронка на II надпойменной террасе в лесном массиве в районе института физики Земли. Лето 2013 г. Фото авторов


Рис. 7. Слева общество «Вертолетчик», на границе СВ с Московской областью


Рис. 8. Дорога на Жуков. Слева отмечается кольцевая структура проседания с выходом глубинных флюидов (подпочвенного водорода) более 400 ppm

Далее вашему вниманию предлагаются два снимка (2002 и 2004 годов) одного и того же места, которые весьма впечатляют даже нас – авторов этого текста, хотя мы вполне были готовы увидеть подобное.


Рис. 9. Снимок от 19 июля 2002 года, 55 км на восток от центра Москвы. Просто хороший лес. Масштаб – 1:12400


Рис. 10. То же самое место 21 сентября 2004 года. Появился карстовый провал, который заполняет болотная жижа (бурое), серый «войлок» по кольцу – это лежат стволы упавших деревьев. Темная окантовка снизу – тени от стоящих деревьев. На территории провала могли бы разместиться 6 футбольных полей


Рис. 11. Суффозионное проседание в районе «БАМА» г. Обнинска. КС 2012 г.


Рис. 12. КС суффозионного проседания в Воронежской обл., где отчетливо видны все параметры:
белесое кольцо, болотно-травянистый покров и в центре поле чистой воды


Кроме структур проседания в долинах реки и более мелких водотоков, а также склоновых и водораздельных поверхностях еще в 2006 году С.М. Бескин (доктор геол.-минер. наук) в ходе полевых работ на юге Московской области обнаружил многие поля обильно покрытые миниатюрными грязевыми вулканчиками, которые также были нами изучены в долине реки Протва в 2010 году и были названы как «водородные кочки».




Рис. 13. Вверху – «грязевой вулканчик» в разрезе, высота 0,5 метра, пустоты от «газовых пузырей» занимают 40–50% объема, стенки пузырей почему-то удивительно гладкие и плотные

Впервые на основе дешифрирования комплекса материалов дистанционного зондирования (МДЗ) и топокарт в масштабах 1:1000000 – 1:200000 выявлена детальная линеаментная сеть, отражающая глубинный структурный каркас региона (см. Рис. 2) и связанные с ней формы проявления глубинной дегазации. В ходе исследований на территории Обнинска и его сопредельных территорий выявлены следующие типы геологических процессов и их количественные показатели в штуках (в числителе – выявленных, в знаменателе – активных): заболачивание – 35/35, карстовый – 143/63, оползневой – 12/6, подтопление – 1/1, суффозионный – 534/249, Овражная эрозия – 12/12, эрозия речная береговая – 6/5, поля водородных кочек – 100/80.

Более детально рассмотрены два участка с формами проседаний, связанных с глубинной дегазацией флюидов – это район ИАТЭ и район сквера на ул. Аксенова.

На территории данных проявлений были проведены следующие работы, которые включают четыре этапа:

1. Поиск мест объектов водородной дегазации на космических снимках типа Google map и Landshaft.
2. Эколого-ландшафтную оценку кольцевых структур проседания.
3. Количественную оценку параметров водородной дегазации водородометром.
4. Оценку динамики изменения кольцевых структур проседания и определение их влияния на характер землепользования.

Наглядным примером влияния суффозионного проседания на технические сооружения является строительство здания в г. Обнинске (1990 г.). Фундамент заложили на полянке в полосе леса, оставленного посередине ул. Аксеенова. По обе стороны улицы находятся здания до 6 этажей, построенные в 1960–1970-х годах.

Подробно было исследовано проседание на ул. Аксенова в г. Обнинске, два спутниковых снимка приведены на Рис. 4.


а


б
Рис. 14. Проседание на ул. Аксенова: а – снимок 2006 года, б – снимок 2010 года

Снимки различны по разрешению, но хорошо видно, что за четыре года площадь проседания возросла в несколько раз. Примерно в 1995 году проседание выглядело как незначительное понижение без деревьев, и здесь начали строить дом (фундамент размерами 24×12 метров хорошо виден на Рис. 14б). На следующий год после установки фундамента на него начали устанавливать стеновые панели и лестничные марши. После установки деталей первого этажа и плит перекрытия фундамент накренился. Все детали с него убрали, и теперь это место выглядит, как показано на Рис. 14.

Это – яркий пример того, что будет происходить с сооружениями, воздвигаемыми на проседаниях, или если проседание вдруг возникнет рядом с сооружением.

Летом, после установки на фундамент стеновых панелей и лестничного марша, фундамент накренился и опустился вместе с окружающим грунтом примерно на полметра. Вокруг фундамента появилось зеркало воды. В начале 2012 года вокруг него имелось обширное проседание с болотом. Здесь в 15 м от Ю-З угла фундамента были проведены измерения (август 2012 г.) (см. Рис. 15) концентрации подпочвенного водорода на разных глубинах (Табл.1).


Рис. 15. Процесс водородометрии

Глубина отбора пробы, см305070
Концентрация Н2, ppm30150400

Таблица 1

То, что концентрация водорода быстро растет с глубиной отбора проб, свидетельствует о наличии выхода здесь глубинных флюидов и, следовательно, о вероятной угрозе построенным в последнее десятилетие близко к этому проседанию зданиям.

Полученные результаты свидетельствуют о наличии вертикального потока глубинного водорода (глубинных флюидов).

Сейчас (с 2013 года) на месте этого фундамента идет строительство здания спортивно-оздоровительного назначения в несколько раз большей площади на литом фундаменте глубиной 2,5 метра (или три?).

В 20 метрах к северу от этой стройки обнаружен участок с дефицитом грунта в несколько сотен кубометров, где деревья буквально «стоят на корнях», поскольку вокруг них грунт осел более чем на полметра при полном отсутствии стоков. Этот участок показан на фото (Рис. 16), сделанном в августе 2013 года (на заднем плане – стройка).


Рис. 16. Деревья, «стоящие на корнях»

В качестве второго объекта для экспериментального исследования был выбран участок в районе корпуса 1 ИАТЭ, где на космических снимках обнаружены многочисленные проседания (см. Рис. 17).


Рис. 17. Проседания около ИАТЭ: 1 – к северу от спортзала; 2 – у торца нового корпуса; 3 – у дороги к дирекции Технопарка; 4, 5, 6 – вдоль просеки газопровода


Рис. 18. Вид проседания 1 (Рис. 17) со стороны корпуса ИАТЭ. Октябрь 2012 года

В пробах подпочвенного воздуха, взятых на проседании 1 и 3 концентрация водорода составила 140 и 340 ppm соответственно. Глубина отбора проб одинакова и равна 40 см. Для этого участка по данным геологических исследований под строительство спорт комплекса был сделан геологический разрез (см. Рис. 18).


Рис. 19. Геологический разрез КСП у спорткомплекса ИАТЭ: 1 – почвенно-растительный слой;
2 – глины желтые и серые с прослоями суглинка; 3 – пески мелкозернистые серовато-желтые;
4 – суглинки голубовато-серые с прослоями мягкопластичных. На глубине 12-15 м от дневной поверхности залегают мергеля серовато-желтые, трещиноватые, в кровле кора выветривания
в виде мергелистой глины


Полученные результаты свидетельствуют о наличии вертикального потока глубинного водорода. Газообразный водород обладает еще одним неприятным свойством. Хорошо известно такое явление, как водородное охрупчивание стали [6].

Отмеченные экологические аспекты (проседание, заболачивание, деградация растительности), связанные с глубинной дегазацией Земли, важны при проведении работ:

– инвентаризации земель, включенных в состав природоохранного, рекреационного и историко-культурного назначения, а также особо ценных земель;
– отвода земель и оценки риска влияния указанных явлений для строительства жилых и промышленных объектов и предварительных геологических изысканий;
– составления карт и базы данных динамики природных и антропогенных процессов и явлений;

Выводы:

1. Глубинная дегазация Земли активизируется в зонах тектонических разломов и территориях с суффозионными и карстовыми процессами. В ходе полевых исследований 2010–2012 гг. было выявлено множество пунктов глубинной дегазации флюидов на территории Калужской области.

2. Места глубинной дегазации представляют собой нарушенные ландшафты в виде западин суффозионного и карстового происхождения с элементами заболачивания и угнетения растительной биоты.

3. Суффозионные проседания снижают плодородие почв и выводят из пользования сельскохозяйственные земли в результате их заболачивания и возникающие проседания разрушают возведенные строения.

4. Проседания в местах выхода глубинных флюидов в последнее время растут со значительной скоростью, увеличиваясь иногда в два-три раза по площади в течение четырех-пяти лет.

5. Схема разрушения ландшафта мест глубинной дегазации такова:
– западина карстового и суффозионного проседания без нарушения ландшафта;
– западина с нарушенным ландшафтом и образованием выбеливающих колец или пятен с угнетенной растительностью (нарушена прямоствольность деревьев);
– расширяющаяся западина с нарушенным ландшафтом на фоне образования заболоченной биоты;
– прогрессирующийся ландшафт на фоне западины с растущим болотом с пятнами открытой воды;
– тот же ландшафт с погибшими деревьями (на плакорах в рамках сельскохозяйственных ландшафтов нарушение равновесие связано с уменьшением гумуса в местах глубинной дегазации флюидов и как следствие снижение плодородия почв).

6. В результате полевых исследований и анализа космических снимков места глубинной дегазации многими учеными приурочены к тектонической нарушенности целостности земной коры, что находит свое отражение в динамике геоморфологических, геоботанических, гидрографических, теплофизических и других индикаторов земной поверхности. Ландшафтные индикаторы регистрируются современными средствами дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) и в комплексе с данными контрольных наземных наблюдений могут служить основой создания баз данных о состоянии природного ландшафта и его трансформациях.

7. Учитывая обширность проявлений глубиной дегазации осваиваемых территорий технологии ДЗЗ и полевое подтверждение с замерами флюидов в подпочвенном слое могут стать наиболее эффективным инструментом геоэкологического мониторинга освоенных территорий и как результат формирование методических разработок, на основе которых могут быть созданы нормативно-методические документы для ОВОС и количественные параметры для кадастра земель.

*Данный материал взят из книги «Приобнинский край. Город и окрестности. История и современность» (труды обнинского краеведческого объединения «РЕПИНКА»)

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Ларин В.Н., Ларин Н.В., Литовченко А.В., Игнатенко Г.К. Безопасность АЭС в условиях интенсификации глубинной дегазации Земли // Научная сессия НИЯУ МИФИ – 2012. Аннотация докладов в 3-х томах. Т. 1. М.: НИЯУ МИФИ, 2012. С. 96.
2. Литовченко А.В., Игнатенко Г.К., Литвинов А.В., Глушков Ю.М. Некоторые экологические процессы в местах выхода глубинного водорода. // Материалы Международной научной конференции “Глобальные экологические процессы”. М.: 2012. С. 300-301.
3. Войтов Г.И., Рудаков В.П. Водород атмосферы подпочвенных отложений, его мониторинг и прикладные возможности // Физика Земли, 2000, № 6, с. 83-91.
4. Войтов Г.И. Химизм и масштабы современного потока газов в различных геоструктурных зонах Земли // Журнал Всесоюзного Химического общества. – 1986. – Т.31. – №5. – С.533-539.
5. Осика Д.Г. Флюидный режим тектонически-активных областей. – М.: Наука, 1981.-204 с.
6. Гумен A.M., Гусев А.П., Рудаков В.П. Подпочвенный водород – индикатор напряженно-деформированного состояния земной коры асейсмичных регионов //ДАН, 1998, т.359, №3, с. 390-393.
7. Khalil M.A., Rasmussen R.A. Global increase of atmospheric molecular hydrogen//Nature. –1990. – Vol.347. – P.743-745.
8. Сывороткин В.Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. М.: ООО “Геоинформцентр”, 2002. – 205 с.
9. Ларин В.Н. Земля: состав, строение и развитие (альтернативная глобальная концепция). Автореферат диссертации на соискание ученой степени д-ра геолого-минералологических наук. – М.: 1991. – 46 с.
10. Сывороткин В.Л. Глубинная дегазация Земли и глобальные катастрофы. М.: ООО “Геоинформцентр”, 2002. – 205 с.
11. Ларин В.Н. Наша Земля. – М.: Агар. – 2005. – 242 с.
12. Ларин В.Н. Водородная дегазация на Русской платформе, ее плюсы и минусы. Hydrogen-future.com.
13. Милютин В.Ш. Геология. Учебник. Высшая школа. 2004 г.
14. Суханова Н.И., к.б.н., факультет почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Изучение разрушающего влияния потоков природного водорода на почвенный покров, на гумусное состояние почв и, как следствие, на плодородие пахотных угодий. Hydrogen-future.com.
15. Суханова Н.И., к.б.н., факультет почвоведения МГУ им. М.В.Ломоносова. Изменение гумусного состояния почв в местах водородной эксхаляции. Материалы докладов VI съезда общества почвоведов им. В.В.Докучаева. Книга 1.Петрозаводск – Москва. 13 – 18 августа 2012 г. С. 144-145.
16. И.Н.Николаев, А.В.Литвинов, Т.М.Халфин, Автоматизированные газоанализаторы водорода в диапазоне 10-6–1.0 об.%, Измерительная техника, 2004, №8, с.54.
17. А.В.Литовченко, Г.К.Игнатенко, Ю.М.Глушков, Полякова Л.П., Гремченко П.И… Экологические аспекты глубинной дегазации Земли. Доклад на ХХI заседаниях Всероссийского междисциплинарного семинара (конференции)геологического ф-та МГУ имени М.В. Ломоносова «Система Планета Земля» (Нетрадиционные вопросы геологии), февраль 2013 года
18. А.В.Литовченко, Г.К.Игнатенко, Ю.М.Глушков, Полякова Л.П., Гремченко П.И… Экологические аспекты глубинной дегазации Земли. Доклад на научной сессии МИФИ, февраль 2013 года
19. Бачманова Н.В., Бондарев В.П., Кац Я.Г. Отражение неотектоники в геоморфологическом строении Восточно-Европейской платформы // XXXI Тектоническое совещание: «Тектоника и геодинамика: общие и региональные аспекты». М., 1998.
20. Вернадский В.И. Избранные сочинения. М.: АН СССР, 1960, т. 4, кн. 2.
21. Гумен A.M., Гусев А.П., Рудаков В.П. Подпочвенный водород индикатор напряженно-деформированного состояния земной коры асейсмичных регионов //ДАН, 1998, т.359, №3, с. 390-393.
22. Киссин И.Г., Гумен A.M. Гидрогеологические индикаторы современных движений земной коры в асейсмичном районе // ДАН, 1994, т. 334, №6, с. 9397.
23. Косинова И.И., Крутских Н.В. Мониторинг эколого-геодинамической функции литосферы в пределах крупных городских агломераций // ДАН, 2000, т. 370, № 1, с. 102-103.
24. Кропоткин П.Н. Дегазация Земли и геотектоника. М.: Наука, 1980 320 с.
25. Кудинова Е.А. Геотектоническое развитие структуры центральных областей Русской платформы. М.: Изд-во АН СССР, 1961, 95 с.
26. Ларин В.Н. О роли водорода в строении и развитии Земли. / Научные собрания, 1971, вып. 6.
27. Москва. Геология и город / Под ред. Осипова В.И. и Медведева О.П. М.: Московские учебники и Картолитография, 1997,400 с.
28. Никонов А. А. Нетектонические землетрясения Восточно-Европейской платформы // Природа, 1995, № 10, с. 26-37.

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.