Ґрунтознавство і географія ґрунтів - С.П. Позняк 2010

Розділ 17. Антропогенні ґрунти
17.5. Техногенні ґрунти

До техногенних належать ґрунти, які перебувають у зоні впливу підприємств паливно-енергетичного комплексу і гірничо-видобувної промисловості. Це змінені вихідні ґрунти, молоді ґрунти на оголених і насипних субстратах, штучні ґрунти, створені в ході рекультивації земель, порушених добуванням корисних копалин.

Зазвичай техногенні ґрунти не утворюють великих ареалів, проте трапляються в багатьох регіонах, а також у місцях імпактного забруднення нафтою і нафтопродуктами в районах нафтопромислів, нафтопроводів, нафтопереробних підприємств і у випадку аварійних розливів нафти, у ході освоєння газових родовищ, прокладання газопроводів, будівництва підземних газосховищ тощо.

Виділяють чотири групи техногенно перетворених ґрунтів: природні ґрунти з поверхневими механічними трансформаціями; хімічно-перетворені ґрунти, що забруднені якимось хімічними речовинами (важкими металами, отрутохімікатами, вуглеводнями, радіонуклідами тощо), рівень якого оцінюється як надзвичайно небезпечний за прийнятими нормами; молоді ґрунти на техногенному підґрунті; штучні ґрунтоподібні тіла рекультивованих земель, які утворюються цілеспрямовано в ході рекультивації і називають їх техноземами.

Л. В. Єтеревська (1989) розділяє техноземи за зональними ознаками на підтипи: лісолучні, лісостепові і сухостепові. За властивостями, успадкованими від зональних ґрунтів, підтипи поділяються на роди: чорноземні, каштанові, залишково-опідзолені, буроземні, коричневі. Залежно від конкретних гірських порід виділяють літологічні серії техноземів: лесові, глиноморфні, піщаноморф- ні, вапнякові та ін.

Серед техноземів розрізняють:

аброземи — ґрунти, в яких техногенно видалені верхні горизонти і розкриті ґрунтотворні або підстеляючі породи;

линоземи — ґрунти, перекриті з поверхні і насичені рідкими, напіврідкими чи пастоподібними речовинами: нафтопродуктами, фенольними смолами тощо.

Техноземи поширені в техногенних ландшафтах, де проводиться біологічна рекультивація відкритих і закритих гірничих виробіток, відвалів пустих порід, шламо- і хвостосвовищ, свердловинних зон нафто- і газодобування.

Серед техногенних поверхневих утворень під назвою квазіземи виділяють групу ґрунтоподібних тіл, близьких до техноземів. Квазізем — гумусоване ґрунтоподібне утворення, яке складається з одного чи декількох шарів гумусованого або іншого органогенного матеріалу, який підстеляється негумусованими мінеральними шарами.

На територіях, змінених добуванням корисних копалин, трапляються «неґрунти». Їх умовно ділять на природні й техногенні.

На територіях добування і транспортування нафти техногенні ґрунти часто заливаються шаром сирої нафти чи бітуму. В цьому випадку ґрунт називається бітумінозним (на відміну від технозему бітумінозного, для якого характерна наявність поверхневого родючого шару).

Техногенні ґрунти надалі можуть по-різному еволюціонувати залежно від:

- біокліматичних, геоморфологічних, гідрологічних і гідрогеологічних умов території;

- способу відновлення ґрунтів і ґрунтового покриву (саморозвиток або біологічна рекультивація);

- використання (рілля, сінокоси, лісопосадка тощо).

У гірничодобувних районах з відкритим і закритим способом добування мінеральної сировини, нерудних матеріалів і добування корисних копалин поширені ембріоземи, техно-ґрунти, хемоземи, техноземи, а також техногенні ґрунти. Майже всі перераховані ґрунти і ґрунтоподібні тіла трапляються і на інших територіях, змінених людиною, — в містах і поселеннях, на нафтопромислах, в районах добування нафти і газу, в сфері впливу транспортних магістралей і гідротехнічних споруд. На територіях, пов’язаних з гірничими розробками, виділяють: молоді акумулятивні ґрунти на пухких техногенних породах, штучні ґрунтоподібні утворення і ґрунти рекультивованих земель, хімічно перетворені ґрунти в районах видобування сірчаного вугілля.

Основним забруднювачем ґрунтів є нафта — сира і товарна. Сира нафта містить пластові рідини, з товарної, або обезсоленої, нафти вони видалені. У випадках прориву нафтопроводів у ґрунт потрапляє товарна нафта, тому в геохімічній трансформації ґрунтів солі не беруть участі. В товарній нафті містяться легкі й важкі фракції, які відрізняються токсичністю (мутагенністю і канцерогенністю). Вони рухомі в пористих середовищах. Крім основного компоненту — вуглеводнів, у нафті наявні смоли і асфальти, з якими пов’язані мікроелементи, а також сполуки сірки, в т.ч. Н₂S. Перетворення нафти в гіпергенних умовах відбувається порівняно повільно і мало залежить від конкретної природної обстановки. В цьому полягає ще одна специфічна риса нафтового забруднення.

Компоненти нафти відрізняються за рухомістю і токсичністю. Найбільш токсична сира нафта, але в ній найбільше відбувається мікробіологічна деструкція. Важкі фракції нафти мало рухомі в ґрунтах, на відміну від легких, наприклад, бензину, який переміщується в ґрунтах у півтора рази швидше від води.

Тривалість зберігання нафтопродуктів у ґрунтах визначається їхньою кількістю і складом, а також кліматичними умовами забруднених територій. Ґрунти на нафтопромислах зазнають специфічних впливів, які пов’язані зі скиданням сильномінералізованих вод і надходженням на поверхню або всередину ґрунтового профілю своєрідного нафтового субстрату, геохімічно пасивного і відносно стійкого в природних ландшафтах. Механічні впливи на ґрунти нафтопромислів також відбуваються , проте вони неспецифічні.

Просідання, ущільнення важкою технікою, нанесення ущільненого ґрунту може супроводжуватися процесами оглеєння або заболочення.

У районах видобування нафти і газового конденсату розвиваються процеси засолення ґрунтів, поверхневих, внутріґрунтових і підземних вод, названі техногенним галогенезом.

Під впливом бурових розчинів і пластових вод формуються хімічно перетворені ґрунти (хемоземи і хемоґрунти). До хемоземів належать ґрунти, які містять солі по всьому профілю. Вони молоді щодо техногенного галогенезу: поступання солей відбувалося не пізніше, ніж 5-10 років тому, або воно було неодноразовим, і сольовий профіль підтримувався новими надходженнями. «Приймачем» солей є ґрунти з природним профілем, техноґрунти, зрідка — техноземи.

У ґрунтах, які пережили різні стадії техногенного галогенезу, спостерігаються зміни фізичних властивостей: підвищується гідрофобність, дисперсність, щільність, збільшується брилуватість при висиханні.

Нафта і нафтопродукти, що надходять у ґрунти, здійснюють багатосторонній вплив на їхні властивості, а саме:

- втрата здатності ґрунтів вбирати і утримувати вологу внаслідок утворення на поверхні ґрунтових частинок нафтової плівки і, як наслідок, зменшення водопроникності, вологомісткості порівняно з фоновими ґрунтами, а також зменшення вологості верхнього горизонту нафтозабруднених ґрунтів і збільшення вологості підповерхневих горизонтів ґрунтів;

- зміна повітряного режиму ґрунтів внаслідок витіснення повітря нафтою і зменшення шпар аерації;

- погіршення структури ґрунту в результаті склеювання механічних частинок і утворення великих агрегатів.

Відмічають також зміни морфологічних властивостей ґрунтів:

- різка фрагментарність змін морфологічних ознак ґрунтів через нерівномірність перерозподілу нафти і нафтопродуктів у профілі ґрунту;

- висока озалізненість ґрунтового профілю, яка проявляється в збільшенні вмісту залізистих новоутворень порівняно з фоновими територіями. Найбільша кількість залізистих новоутворень спостерігається в ілювіальних горизонтах;

- помітне збільшення кількості щільних новоутворень органо-мінеральної природи, яка становить в елювіальних горизонтах забруднених ґрунтів 14-20 на 1 см², в той же час у незабруднених аналогах вона становить 4-6;

- характерний рисунок натічних утворень, пов’язаних з посиленням суспензійного перенесення і мікротурбаціями ґрунтового матеріалу.

Відмічають зміни фізико-хімічних і хімічних властивостей нафтозабруднених ґрунтів:

- зміна окисно-відновних умов, пов’язана з порушенням аерації і виникненням анаеробних умов;

- підлуговування ґрунтового розчину і збільшення рН середовища;

- зменшення ємності вбирання;

- значне збільшення вмісту органічного вуглецю в ґрунтах, що пов’язано з надходженням вуглецю нафти. Змінюються показники гумусового стану ґрунтів. У нафтозабруднених ґрунтах відбувається деяке зменшення вмісту гумінових кислот (можливо пов’язаних з Са) і фракцій вільних фульво- кислот, збільшення негідролізованого залишку; зменшується ступінь гуміфікації органічної речовини, у складі органічної речовини зменшується частка розчинних фракцій.

Ґрунтовий покрив нафтозабруднених територій характеризується розвитком хемоземів — бітумінозних солончаків по дерново-підзолистому ґрунті, солончакуватих і солонцюватих дерново-підзолистих ґрунтів.

Наявність нафтових тіл у окремих горизонтах служить основою для виділення ґрунтів як хемоґрунтів (хемочорноземи бітумінозні, хемопідзолисті солончакуваті).

Забруднення ґрунтів нафтопродуктами відбувається повсюдно у великих і малих містах, навколо АЗС, вздовж доріг, всюди, де відбувається пов’язана з нафтою діяльністю людини.

Ґрунти вважають забрудненими, якщо вміст нафтопродуктів досягає такої величини, за якої починаються негативні зміни в ґрунтах і довкіллі, які порушують біорізноманіття, спричиняють загибель одних мікроорганізмів і гіпертрофований ріст інших, зменшується біологічна продуктивність або навіть настає загибель рослин, відбувається деградація ґрунтових властивостей, а потім і ґрунтів загалом.

Ґрунти володіють високим потенціалом самоочищення засобами мікробіологічної і фізико-хімічної деструкції нафти і нафтопродуктів, тому встановлено такий рівень концентрації нафтопродуктів, вище за який ґрунт не може справитися із забрудненням. Цей рівень називають межею потенціалу самоочищення — МПС. Ґрунти, які містять нафтопродукти у концентраціях вищих від МПС, підлягають рекультивації.

Розроблені різні способи рекультивації залежно від виду й потужності нафтозабруднювачів з урахуванням біокліматичних, геоморфологічних і ґрунтово-рослинних умов.