Трансформация ландшафтов в результате деятельности комбината «Печенганикель» (пгт. Никель, Мурманская область)
|
Введение .................................................................................................................................... 2
Глава 1. Физико-географическая характеристика и история освоения района
исследований............................................................................................................................. 4
1.1. Географическое положение .......................................................................................... 4
1.2. История освоения .......................................................................................................... 5
1.3. Геологическое строение и рельеф.............................................................................. 10
1.4. Климатические условия .............................................................................................. 15
1.5. Внутренние воды ......................................................................................................... 17
1.6. Почвы ............................................................................................................................ 21
1.7. Растительность............................................................................................................. 22
1.8. Животный мир ............................................................................................................. 26
Глава 2. Материалы и методика работы ............................................................................... 28
2.1. Материалы и методы полевых исследований ........................................................... 28
2.2. Материалы и методы камеральных исследований ................................................... 30
Глава 3. Современное состояние ландшафтов района исследований ............................... 39
3.1. Характеристика ландшафтного разнообразия .......................................................... 39
3.2. Проблема аэротехногенного загрязнения в районе исследований ......................... 49
3.3. Дендрохронологический анализ древостоя района исследований ......................... 66
Заключение.............................................................................................................................. 78
Благодарности ......................................................................................................................... 81
Список литературы ................................................................................................................. 78
Приложения ............................................................................................................................ 87
Глава 1. Физико-географическая характеристика и история освоения района
исследований............................................................................................................................. 4
1.1. Географическое положение .......................................................................................... 4
1.2. История освоения .......................................................................................................... 5
1.3. Геологическое строение и рельеф.............................................................................. 10
1.4. Климатические условия .............................................................................................. 15
1.5. Внутренние воды ......................................................................................................... 17
1.6. Почвы ............................................................................................................................ 21
1.7. Растительность............................................................................................................. 22
1.8. Животный мир ............................................................................................................. 26
Глава 2. Материалы и методика работы ............................................................................... 28
2.1. Материалы и методы полевых исследований ........................................................... 28
2.2. Материалы и методы камеральных исследований ................................................... 30
Глава 3. Современное состояние ландшафтов района исследований ............................... 39
3.1. Характеристика ландшафтного разнообразия .......................................................... 39
3.2. Проблема аэротехногенного загрязнения в районе исследований ......................... 49
3.3. Дендрохронологический анализ древостоя района исследований ......................... 66
Заключение.............................................................................................................................. 78
Благодарности ......................................................................................................................... 81
Список литературы ................................................................................................................. 78
Приложения ............................................................................................................................ 87
Территория Кольского полуострова является одним из регионов интенсивного
антропогенного освоения, как в силу наличия разнообразных полезных ископаемых,
так и благодаря привлекательной в эстетическом отношении северной природе,
свойственной только этому региону. Одним из важнейших ресурсов полуострова
являются медно-никелевые руды, сосредоточенные на северо-западе полуострова, в
Печенгском районе Мурманской области. Здесь располагается основанный в 1945 г.
горно-металлургический комбинат «Печенганикель», осуществляющий добычу и
переработку сульфидной медно-никелевой руды. В составе комбината 2
промышленных объекта: обогатительный комбинат с рудниками в районе города
Заполярный и плавильный комбинат с рудниками в районе посёлка городского типа
Никель. Естественно, что горные разработки и связанная с ними переработка руды
оказывают значительное влияние на прилегающие к районам медно-никелевого
производства территории. Это выражается не только в нарушении карьерами, шахтами
и отвалами пустой породы, но также и в негативном влиянии выбросов и сбросов
комбинатов на природную среду, зачастую приводящих к необратимым изменениям. В
связи с этим появляется необходимость в изучении механизмов и последствий такого
влияния для последующей выработки мероприятий по его возможному
предотвращению или минимизации. Кроме того, санитарно-гигиеническая обстановка в
районах металлургической промышленности неблагоприятна для проживающего и
работающего в них населения, что также требует принятия защитных мер,
невозможных без всестороннего изучения.
В данной работе рассматривается район плавильного комбината ГМК
«Печенганикель», расположенного в пгт. Никель (далее называемый просто
комбинатом «Печенганикель»). Интерес к изучению ландшафтов в этой местности
связан не только с выявлением влияния медно-никелевой металлургии на природные
системы, но и в целом с изучением антропогенно нарушенных ландшафтов и их
отличительных особенностей. Рассматриваемая территория испытала и продолжает
испытывать на себе не только влияние металлургической промышленности, она
активно осваивалась русскими, норвежскими и финскими поселенцами на протяжении
XIX в., была районом активных боевых действий в годы Великой Отечественной
Войны, поэтому подвергалась интенсивной антропогенной нагрузке в течение
длительного времени, что не могло не отразиться на состоянии её ландшафтов. Также
немаловажен тот факт, что для произрастающих здесь хвойных лесов (сосновых) район
является северным пределом распространения (пгт. Никель расположен на широте
69°24’), что также привлекло внимание к изучению этого района. Кроме того, несмотря
на сильное антропогенное влияние, в этом районе сохраняются и условно
ненарушенные участки природной среды. К юго-западу от пгт. Никель расположен
Государственный природный заповедник «Пасвик» (сокращённо ГПЗ «Пасвик»),
основанный в 1992 г., главным образом, для сохранения коренных сосновых лесов и
северных лесных экосистем. В связи со всем вышеперечисленным становится
очевидной привлекательность района для физико-географических исследований.
Целью данной работы является изучение современного состояния ландшафтов в
окрестностях пгт. Никель и влияния на них аэротехногенного загрязнения (т.е.
загрязнение воздуха) комбината «Печенганикель».
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. проведение полевых работ в окрестностях пгт. Никель и на прилегающих
территориях для обследования изучаемой территории и отбора древесных кернов;
2. изучение истории исследуемого района и проблемы аэротехногенного
загрязнения по литературным источникам;
3. характеристика ландшафтного разнообразия окрестностей пгт. Никель с
составлением ландшафтной карты в масштабе 1:50 000;
4. выявление признаков трансформации ландшафтов, главным образом, в
растительном и почвенном покрове по результатам полевых исследований;
5. выделение участков с разной степенью трансформации растительного покрова с
использованием методов дистанционного зондирования Земли и составление
карты трансформации растительного покрова окрестностей пгт. Никель в
масштабе 1:100 000;
6. дендрохронологический анализ отобранных древесных кернов для выявления
возрастной структуры лесов и изучения зависимости между влиянием выбросов
комбината, климатическими факторами и радиальным приростом деревьев в
районе исследований.
Данная работа является продолжением исследования данного района, начатого в 2013 г.
антропогенного освоения, как в силу наличия разнообразных полезных ископаемых,
так и благодаря привлекательной в эстетическом отношении северной природе,
свойственной только этому региону. Одним из важнейших ресурсов полуострова
являются медно-никелевые руды, сосредоточенные на северо-западе полуострова, в
Печенгском районе Мурманской области. Здесь располагается основанный в 1945 г.
горно-металлургический комбинат «Печенганикель», осуществляющий добычу и
переработку сульфидной медно-никелевой руды. В составе комбината 2
промышленных объекта: обогатительный комбинат с рудниками в районе города
Заполярный и плавильный комбинат с рудниками в районе посёлка городского типа
Никель. Естественно, что горные разработки и связанная с ними переработка руды
оказывают значительное влияние на прилегающие к районам медно-никелевого
производства территории. Это выражается не только в нарушении карьерами, шахтами
и отвалами пустой породы, но также и в негативном влиянии выбросов и сбросов
комбинатов на природную среду, зачастую приводящих к необратимым изменениям. В
связи с этим появляется необходимость в изучении механизмов и последствий такого
влияния для последующей выработки мероприятий по его возможному
предотвращению или минимизации. Кроме того, санитарно-гигиеническая обстановка в
районах металлургической промышленности неблагоприятна для проживающего и
работающего в них населения, что также требует принятия защитных мер,
невозможных без всестороннего изучения.
В данной работе рассматривается район плавильного комбината ГМК
«Печенганикель», расположенного в пгт. Никель (далее называемый просто
комбинатом «Печенганикель»). Интерес к изучению ландшафтов в этой местности
связан не только с выявлением влияния медно-никелевой металлургии на природные
системы, но и в целом с изучением антропогенно нарушенных ландшафтов и их
отличительных особенностей. Рассматриваемая территория испытала и продолжает
испытывать на себе не только влияние металлургической промышленности, она
активно осваивалась русскими, норвежскими и финскими поселенцами на протяжении
XIX в., была районом активных боевых действий в годы Великой Отечественной
Войны, поэтому подвергалась интенсивной антропогенной нагрузке в течение
длительного времени, что не могло не отразиться на состоянии её ландшафтов. Также
немаловажен тот факт, что для произрастающих здесь хвойных лесов (сосновых) район
является северным пределом распространения (пгт. Никель расположен на широте
69°24’), что также привлекло внимание к изучению этого района. Кроме того, несмотря
на сильное антропогенное влияние, в этом районе сохраняются и условно
ненарушенные участки природной среды. К юго-западу от пгт. Никель расположен
Государственный природный заповедник «Пасвик» (сокращённо ГПЗ «Пасвик»),
основанный в 1992 г., главным образом, для сохранения коренных сосновых лесов и
северных лесных экосистем. В связи со всем вышеперечисленным становится
очевидной привлекательность района для физико-географических исследований.
Целью данной работы является изучение современного состояния ландшафтов в
окрестностях пгт. Никель и влияния на них аэротехногенного загрязнения (т.е.
загрязнение воздуха) комбината «Печенганикель».
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
1. проведение полевых работ в окрестностях пгт. Никель и на прилегающих
территориях для обследования изучаемой территории и отбора древесных кернов;
2. изучение истории исследуемого района и проблемы аэротехногенного
загрязнения по литературным источникам;
3. характеристика ландшафтного разнообразия окрестностей пгт. Никель с
составлением ландшафтной карты в масштабе 1:50 000;
4. выявление признаков трансформации ландшафтов, главным образом, в
растительном и почвенном покрове по результатам полевых исследований;
5. выделение участков с разной степенью трансформации растительного покрова с
использованием методов дистанционного зондирования Земли и составление
карты трансформации растительного покрова окрестностей пгт. Никель в
масштабе 1:100 000;
6. дендрохронологический анализ отобранных древесных кернов для выявления
возрастной структуры лесов и изучения зависимости между влиянием выбросов
комбината, климатическими факторами и радиальным приростом деревьев в
районе исследований.
Данная работа является продолжением исследования данного района, начатого в 2013 г.
Подведём основные итоги проделанной работы.
Рассматриваемый в данной работе район исследований (северо-запад Кольского
полуострова, долина р. Паз, окрестности пгт. Никель) отличается богатой историей и
активно осваивался на протяжении не только последних 115 лет, но и нескольких сотен
лет. В настоящее время главным фактором преобразования является медно-никелевая
металлургия – горно-металлургический комбинат «Печенганикель», основанный в 1945
г. В работе рассмотрен аспект аэротехногенного загрязнения комбинатом окружающей
территории. Под влиянием выбросов, основными загрязняющими компонентами
которых являются диоксид серы и металлургическая медно-никелевая пыль,
происходят различные нарушения в природной среде, в первую очередь в
растительности и почвенном покрове, как самых чувствительных компонентах.
Нарушения диагностируются по 5 признакам:
1. типы растительных сообществ и особенности их распространения по изученной
территории (распространение пустошей и разреженных низкорослых берёзовых
криволесий с проективным покрытием трав и кустарничков <10% в северо-
восточном, восточном и юго-восточном направлениях от комбината согласно
переносу основного потока загрязнителей преобладающими юго-западными ветрами);
2. состав напочвенного покрова (преобладание кустарничков – черники, вороники,
брусники – и злаков – луговика извилистого и овсяницы овечьей, т.е.
однообразие видового состава, а также отсутствие мхов и лишайников на
большей части территории)
3. состояние, внешний вид растительности (разреженность лесов, криволесий,
травяно-кустарничкового яруса; низкорослость, суховершинность, искривление,
хлороз листьев и хвои)
4. возрастная структура сосновых лесов и их фрагментов (чем дальше от источника
загрязнения, тем старше леса; представленность 7 поколений)
5. нарушения почвенного покрова (отсутствие верхнего органогенного горизонта,
часто элювиального горизонта, погребение под техногенными грунтами).
Исходя из учёта данных признаков, было высказано предположение о
возможном механизме формирования нарушенных ландшафтов в районе исследования
– взаимовлияния иссушения растительного покрова и верхних горизонтов почв под
влиянием выбросов и учащения пожаров, приводящее к уничтожению растительности
и почв. В настоящее время накопившиеся загрязнители и постоянное выпадение новых
могут препятствовать восстановлению растительности или тормозить сукцессионные
процессы на наиболее подверженных загрязнению участках. Влияние преобладающих в
данной местности юго-западных ветров и преимущественно возвышенный характер
восточной части территории приводит к распространению загрязнения в восточном
направлении от его источника.
Несмотря на нарушенность, ландшафты района исследований достаточно
разнообразны. Характерно преобладание возвышенного рельефа (наивысшая точка
района исследований – 631 м) типа «тунтури» (кристаллические массивы
возвышенностей на общем цоколе с превышениями >200 м с высотной поясностью) и
«вараки» (кристаллические гряды с превышениями <200 м), классическая таёжная
схема высотной поясности («лес – криволесье – мохово-кустарничковые сообщества»).
Растительные сообщества представлены и скально-тундровыми сообществами, и
берёзовыми травяно-кустарничковыми криволесьями, и берёзовыми, сосновыми и
смешанными травяно-кустарничковыми лесами и болотами нескольких типов,
преобладающими в зависимости от формы рельефа и высотного пояса. Значительна
доля преобразованных растительных сообществ – 37% от общей площади
исследованной территории (пустоши, гари разной степени зарастания, разреженные
низкорослые (до 5 м) берёзовые криволесья с фрагментарным напочвенным покровом).
Техногенные формы рельефа (карьеры, шлаковые отвалы, насыпи и т.д.) занимают
всего около 2% от общей площади территории. Почвенный покров представлен
петрозёмами (на скалистых вершинах), литозёмами, подбурами и подзолами различных
типов, в случае нарушений – абразёмами альфегумусовыми.
С учётом признаков нарушения, на основании распространения растительных
сообществ и нормализованного вегетационного индекса NDVI по исследованной
территории, было проведено разделение территории по интенсивности трансформации
растительного покрова. Данная процедура позволила чётко разграничить максимально
повреждённые территории (северо-восточные окрестности пгт. Никель и территория к
востоку от него) и те, которые могут считаться условно природными
(преимущественно, западные окрестности пгт. Никель).
Также была предпринята попытка исследовать аэротехногенное загрязнение
через влияние на радиальный прирост сосны обыкновенной с помощью
корреляционного анализа между индексами прироста и объёмами выбросов основных
загрязнителей. В результате удалось установить наличие значительной отрицательной
связи между этими показателями, однако высокие коэффициенты корреляции были
получены не только для кернов, отобранных в окрестностях пгт. Никель, но и на
условно фоновых территориях, что ставит результаты анализа под сомнение.
Соответственно были проведены дополнительные исследования, заключавшиеся в
погодичном сопоставлении средних приростов всех встреченных в данном районе
поколений сосны обыкновенной по 40-летней ступени отдельно для каждой категории
трансформации растительного покрова и в фоновых условиях. При анализе была
выдвинута гипотеза: если аэротехногенное загрязнение оказывает влияние на
радиальный прирост сосны, следовательно, в 1970 – 1980-е гг. (период наиболее
активного использования на комбинате высокосернистой руды из г. Норильск) прирост
в фоновых условиях должен превышать прирост в условиях загрязнения, а с 2000-х гг.
(отказ от переработки норильской руды и модернизация оборудования комбината – с
2002 г.) будет наблюдаться либо выравнивание обоих приростов, либо даже
превышение прироста в загрязнённых условиях над приростом в фоновых условиях.
Однако и здесь не было получено однозначных результатов, так как гипотеза
подтвердилась лишь у нескольких поколений, у остальных же картина динамики
приростов довольно нечёткая. Корреляционный анализ между радиальным приростом и
климатическими параметрами (среднегодовая и среднемесячная температура воздуха,
месячное и годовое количество осадков) выявил возможную положительную связь с
годовыми температурами и количеством осадков октября предыдущего вегетационного
периода лишь у 40% исследованных деревьев. То есть нельзя сказать, что климат
является главными лимитирующим фактором для роста деревьев в данной местности.
Возможно, что такие нечёткие результаты говорят либо о неприемлемости выбранной
методики для данного района, либо о более сложной связи факторов, для выявления
которой требуются дополнительные, глубокие исследования.
В заключение отмечу, что данные исследования будут продолжены.
Рассматриваемый в данной работе район исследований (северо-запад Кольского
полуострова, долина р. Паз, окрестности пгт. Никель) отличается богатой историей и
активно осваивался на протяжении не только последних 115 лет, но и нескольких сотен
лет. В настоящее время главным фактором преобразования является медно-никелевая
металлургия – горно-металлургический комбинат «Печенганикель», основанный в 1945
г. В работе рассмотрен аспект аэротехногенного загрязнения комбинатом окружающей
территории. Под влиянием выбросов, основными загрязняющими компонентами
которых являются диоксид серы и металлургическая медно-никелевая пыль,
происходят различные нарушения в природной среде, в первую очередь в
растительности и почвенном покрове, как самых чувствительных компонентах.
Нарушения диагностируются по 5 признакам:
1. типы растительных сообществ и особенности их распространения по изученной
территории (распространение пустошей и разреженных низкорослых берёзовых
криволесий с проективным покрытием трав и кустарничков <10% в северо-
восточном, восточном и юго-восточном направлениях от комбината согласно
переносу основного потока загрязнителей преобладающими юго-западными ветрами);
2. состав напочвенного покрова (преобладание кустарничков – черники, вороники,
брусники – и злаков – луговика извилистого и овсяницы овечьей, т.е.
однообразие видового состава, а также отсутствие мхов и лишайников на
большей части территории)
3. состояние, внешний вид растительности (разреженность лесов, криволесий,
травяно-кустарничкового яруса; низкорослость, суховершинность, искривление,
хлороз листьев и хвои)
4. возрастная структура сосновых лесов и их фрагментов (чем дальше от источника
загрязнения, тем старше леса; представленность 7 поколений)
5. нарушения почвенного покрова (отсутствие верхнего органогенного горизонта,
часто элювиального горизонта, погребение под техногенными грунтами).
Исходя из учёта данных признаков, было высказано предположение о
возможном механизме формирования нарушенных ландшафтов в районе исследования
– взаимовлияния иссушения растительного покрова и верхних горизонтов почв под
влиянием выбросов и учащения пожаров, приводящее к уничтожению растительности
и почв. В настоящее время накопившиеся загрязнители и постоянное выпадение новых
могут препятствовать восстановлению растительности или тормозить сукцессионные
процессы на наиболее подверженных загрязнению участках. Влияние преобладающих в
данной местности юго-западных ветров и преимущественно возвышенный характер
восточной части территории приводит к распространению загрязнения в восточном
направлении от его источника.
Несмотря на нарушенность, ландшафты района исследований достаточно
разнообразны. Характерно преобладание возвышенного рельефа (наивысшая точка
района исследований – 631 м) типа «тунтури» (кристаллические массивы
возвышенностей на общем цоколе с превышениями >200 м с высотной поясностью) и
«вараки» (кристаллические гряды с превышениями <200 м), классическая таёжная
схема высотной поясности («лес – криволесье – мохово-кустарничковые сообщества»).
Растительные сообщества представлены и скально-тундровыми сообществами, и
берёзовыми травяно-кустарничковыми криволесьями, и берёзовыми, сосновыми и
смешанными травяно-кустарничковыми лесами и болотами нескольких типов,
преобладающими в зависимости от формы рельефа и высотного пояса. Значительна
доля преобразованных растительных сообществ – 37% от общей площади
исследованной территории (пустоши, гари разной степени зарастания, разреженные
низкорослые (до 5 м) берёзовые криволесья с фрагментарным напочвенным покровом).
Техногенные формы рельефа (карьеры, шлаковые отвалы, насыпи и т.д.) занимают
всего около 2% от общей площади территории. Почвенный покров представлен
петрозёмами (на скалистых вершинах), литозёмами, подбурами и подзолами различных
типов, в случае нарушений – абразёмами альфегумусовыми.
С учётом признаков нарушения, на основании распространения растительных
сообществ и нормализованного вегетационного индекса NDVI по исследованной
территории, было проведено разделение территории по интенсивности трансформации
растительного покрова. Данная процедура позволила чётко разграничить максимально
повреждённые территории (северо-восточные окрестности пгт. Никель и территория к
востоку от него) и те, которые могут считаться условно природными
(преимущественно, западные окрестности пгт. Никель).
Также была предпринята попытка исследовать аэротехногенное загрязнение
через влияние на радиальный прирост сосны обыкновенной с помощью
корреляционного анализа между индексами прироста и объёмами выбросов основных
загрязнителей. В результате удалось установить наличие значительной отрицательной
связи между этими показателями, однако высокие коэффициенты корреляции были
получены не только для кернов, отобранных в окрестностях пгт. Никель, но и на
условно фоновых территориях, что ставит результаты анализа под сомнение.
Соответственно были проведены дополнительные исследования, заключавшиеся в
погодичном сопоставлении средних приростов всех встреченных в данном районе
поколений сосны обыкновенной по 40-летней ступени отдельно для каждой категории
трансформации растительного покрова и в фоновых условиях. При анализе была
выдвинута гипотеза: если аэротехногенное загрязнение оказывает влияние на
радиальный прирост сосны, следовательно, в 1970 – 1980-е гг. (период наиболее
активного использования на комбинате высокосернистой руды из г. Норильск) прирост
в фоновых условиях должен превышать прирост в условиях загрязнения, а с 2000-х гг.
(отказ от переработки норильской руды и модернизация оборудования комбината – с
2002 г.) будет наблюдаться либо выравнивание обоих приростов, либо даже
превышение прироста в загрязнённых условиях над приростом в фоновых условиях.
Однако и здесь не было получено однозначных результатов, так как гипотеза
подтвердилась лишь у нескольких поколений, у остальных же картина динамики
приростов довольно нечёткая. Корреляционный анализ между радиальным приростом и
климатическими параметрами (среднегодовая и среднемесячная температура воздуха,
месячное и годовое количество осадков) выявил возможную положительную связь с
годовыми температурами и количеством осадков октября предыдущего вегетационного
периода лишь у 40% исследованных деревьев. То есть нельзя сказать, что климат
является главными лимитирующим фактором для роста деревьев в данной местности.
Возможно, что такие нечёткие результаты говорят либо о неприемлемости выбранной
методики для данного района, либо о более сложной связи факторов, для выявления
которой требуются дополнительные, глубокие исследования.
В заключение отмечу, что данные исследования будут продолжены.
