Что такое области магнитной аномалии
Аномалия магнитная
Изучение магнитной аномалии имеет большое практическое значение, т. к. они могут быть непосредственно связаны с месторождениями нефти и газа, др. полезных ископаемых или, отображая область развития тех или иных комплексов пород, могут служить их косвенными признаками.
Магнитные аномалии могут также картировать определенные тектонические структуры в осадочной толще, являющиеся ловушками нефти и газа.
Изучение магнитной аномалии необходимо при исследовании геологического строения и тектоники различных слоев земной коры, при проведении структурного, тектонического и структурно-вещественного районирования фундамента, а также при решении ряда других задач.
Путем сравнения магнитных аномалий между собой можно сделать заключение и о геологическом строении участков земной коры, вызвавших аномалии на соседних площадях.
Несмотря на простоту физических основ этого способа исследований магнитометрия редко применяется при поисках нефти, т. к. магнитные свойства осадочных пород очень сходны между собой.
Магнитометрия применяется при поисках нефти и газа для широких исследований на крупных территориях.
Этот метод помогает выявить крупные глубоко погребенные зоны поднятий в изверженных и метаморфических породах, слагающих фундамент, подстилающий осадочную толщу.
Выделение в фундаменте таких крупных элементов помогает разобраться и в основных чертах строения осадочной толщи пород.
Магнитная аномалия обусловлена неоднородностью магнитных свойств горных пород, образующих земную кору, по площади и в разрезе.
Магнитные аномалии, связанные с намагниченными геологическими образованиями верхней части земной коры, в зависимости от их площади в плане условно делятся на региональные и локальные.
Локальные магнитные аномалии наблюдаются на фоне региональной или в совокупности образуют ее благодаря наложению друг на друга.
Разделение такой сложной магнитной аномалии проводится путем теоретического моделирования или различных трансформаций геомагнитного поля.
Локальные магнитные аномалии обусловлены более мелкими по объему объектами, залегающими как в фундаменте, так и в осадочном слое земной коры.
Ими могут быть отдельные магматические тела различного состава в виде штоков, даек, линзообразных межпластовых интрузий, а также толщи, пласты или слои намагниченных осадочно-метаморфических, вулканогенно-осадочных и осадочных комплексов, смятых в достаточно крутые складки.
Региональные магнитные аномалии обусловлены крупными по объему или глубокозалегающими аномалеобразующими объектами, расположенными главным образом в теле консолидированного основания (фундамента).
Такими объектами могут быть массивы и батолиты намагниченных горных пород различного состава, а также комплексы намагниченных пород, слагающих отдельные блоки фундамента.
Знак магнитной аномалии зависит, в 1 ю очередь, от вещественного состава создающих ее горных пород, а также от направления вектора намагниченности.
Положительные магнитные аномалии обусловлены обычно сильномагнитными интрузивными и эффузивными образованиями основного и ультраосновного состава, а также кислыми (гранодиоритовыми) и щелочными (сиенитовыми) интрузиями.
Отрицательные магнитные аномалии наблюдаются над обратнонамагниченными горными породами (например, над некками древних вулканов).
Интенсивность магнитной аномалии зависит от вещественного состава аномалеобразующего геологического тела, от условий его залегания (глубины, горизонтальной мощности, размеров по падению, угла падения) и от направления намагниченности.
Интенсивность магнитной аномалии колеблется в широких пределах и может достигать nх105 нТл (например, над железорудными и другими железосодержащими породами Криворожского бассейна и Урала).
Аномалии магнитные могут быть сгруппированы в зоны или серии локальных аномалий относительно простого или сложного характера и различной формы в плане.
Например, узкие полосообразные зоны либо цепочки положительных или отрицательных локальных магнитных аномалий картируют тектонические нарушения и глубинные разломы; зоны переменного магнитного ноля отображают развитие эффузивных образований основного состава.
Участки, в пределах которых располагается несколько аномальных зон, могут быть выделены в аномальную область.
Вопросы § 61
Физика А.В. Перышкин
1. Чем объяснить, что магнитная стрелка устанавливается в данном месте Земли в определённом направлении?
Этот факт объясняется тем, что вокруг Земли существует магнитное поле и магнитная стрелка устанавливается вдоль его магнитных линий.
2. Где находятся магнитные полюсы Земли?
Южный магнитный полюс Земли удален от Северного географического полюса примерно на 2100 км (75′ северной широты и 99′ западной долготы).
Северный магнитный полюс Земли находится вблизи Южного географического полюса, а именно на 66,5′ южной широты и 140′ восточной долготы.
3. Как показать, что Южный магнитный полюс Земли находится на севере, а Северный магнитный полюс — на юге?
Магнитные полюсы Земли не совпадают с ее географическими полюсами. В связи с этим направление магнитной стрелки не совпадает с направлением географического меридиана. Поэтому магнитная стрелка компаса лишь приблизительно показывает направление на север.
4. Чем объясняют появление магнитных бурь?
Магнитные бури объясняются кратковременным изменением магнитного поля Земли.
5. Что такое области магнитной аномалии?
Области магнитной аномалии — области, в которых направление магнитной стрелки постоянно отклонено от направления магнитной линии Земли.
6. Где находится область, в которой наблюдается большая магнитная аномалия?
Одна из самых больших аномалий — Курская магнитная аномалия.
Ликбез RnD.CNews: что мы знаем о магнитосфере Земли
Наша магнитосфера фактически играет роль охранника. Она защищает атмосферу планеты от плазмы солнечного ветра, эрозии и от космических лучей.
Большая часть опасного для Земли солнечного материала — заряженных частиц солнечного ветра, космических лучей — отклоняется магнитным полем и задерживается на безопасном расстоянии от поверхности в двойных кольцевых зонах, называемых радиационными поясами Ван Аллена.
Космическая погода
Солнечный ветер непостоянен, и его колебания все-таки способны нарушить магнитосферу во время сильных вспышек на Солнце. Это ведет к так называемым космическим штормам — геомагнитным бурям, которые могут угрожать космическим кораблям, нарушить работу электростанций, навигационных систем, электроники и нанести ущерб электросетям.
Кстати, именно это явление также вызывает эффектное полярное сияние на Земле. Чаще всего оно наблюдается в полярных регионах, так как там геомагнитное поле наиболее слабое.
Геодинамо
Для общего понимания определим, что Земля состоит из четырех слоев: коры, мантии (вязкой и горячей смеси расплавленной породы), наружного ядра из расплавленного железа и камня и внутреннего ядра — твердой части из железа и никеля, по температуре схожей с поверхностью Солнца.
Механизм возникновения геомагнитного поля подобен кипению воде на плите: конвективные силы постоянно перемешивают во внешнем ядре расплавленные металлы, которые также движутся из-за вращения Земли.
Когда эта масса движется по кругу, она генерирует электрические токи шириной в сотни километров и текущие со скоростью тысячи километров в час. Этот механизм, отвечающий за генерирование и поддержание магнитного поля Земли, известен как геодинамо.
Как изучают прошлое магнитосферы
Область геофизики, изучающая земной магнетизм в прошлом, называется палеомагнетизмом. Ученые наблюдают за магнитосферой лишь несколько сотен лет, поэтому для изучения ее прошлого берутся за основу косвенные доказательства каких-либо событий.
Так, магнитные минералы в древних породах, окаменевшей лаве, морских отложениях, археологических артефактах помогают выявить силу и направленность магнитного поля в определенное время, уточнить периоды, когда менялась полярность магнитного поля, и многое другое. Историю эволюции магнитосферы ученые воссоздают, опираясь на такие доказательства в сочетании с данными со спутников и геомагнитных обсерваторий, а также анализируя информацию с помощью создания компьютерных моделей.
Например, срединно-океанические хребты, где образуются тектонические плиты, предоставили ученым-палеомагнетистам данные за 160 млн лет. Когда лава извергалась из хребтов и затем растекалась, богатые железом минералы в ее составе выравнивались в соответствии с геомагнитным полем по направлению к северу. Когда лава застывала, сила и направление магнитного поля «замораживались» в камне. Такая запись магнитного поля может быть обнаружена путем отбора проб и радиоизотопного датирования.
Сейчас ученым известно, что за последние 200 лет магнитное поле в среднем стало слабее примерно на 9%. Однако нынешнее поле является одним из самых сильных за последние 100 000 лет и сейчас оно вдвое сильнее, чем за последние миллион лет.
Южно-Атлантическая магнитная аномалия
В магнитосфере есть и «провал». Южно-Атлантическая аномалия, расположенная возле Бразилии и растянувшаяся до южной оконечности Африки, представляет собой область, где солнечная радиация интенсивнее, чем обычно — в ней частицы Солнца опускаются близко к поверхности Земли. Такой «провал» сформирован совместным действием геодинамо и наклона магнитной оси Земли.
Интенсивная солнечная радиация внутри аномалии может вызывать возгорание в электронике космического корабля, создает помехи в работе низкоорбитальных телескопов, однако она не оказывает влияния на жизнь на поверхности Земли.
Магнитные полюсы Земли
На поверхности Земли магнитное поле образует два полюса (диполь), северный и южный, с противоположной полярностью.
Невидимые линии магнитного поля движутся по замкнутой непрерывной петле, попадая в Землю на северном полюсе и выходя на южном. Солнечный ветер задает форму поля: она сжата на обращенной к Солнцу стороне Земли и вытянута на миллионы километров на теневой стороне.
Но силы, от которых зависит магнитное поле Земли, переменчивы, и само поле также находится в постоянном потоке. Это приводит к постепенному смещению северного и южного магнитных полюсов Земли и их полной смене примерно каждые 300 000 лет. К слову, такие изменения никак не влияют на климат во временном масштабе человеческой жизни.
Нужно понимать, что магнитные полюса Земли отличаются от географических. Расположение последних определяется осью, вокруг которой вращается планета.
На сегодняшний день по сравнению с 1831 годом положение северного магнитного полюса сдвинулось на северо-запад более чем на 1100 км, а скорость движения при этом выросла примерно с 16 до 55 км/год. Сейчас эта точка движется в направлении Сибири и полуострова Таймыр.
К счастью, эти колебания также не влияют на повседневную жизнь, но их важно учитывать для точной работы навигационных спутниковых систем.
Инверсия магнитного поля
Более серьезное явление, влияющее на магнитосферу Земли, — это инверсия. Периодически северный и южный магнитные полюсы Земли меняются местами. Это явление происходит крайне редко и ни разу не наблюдалось во время существования на планете Homo Sapiens. Но при этом инверсия — стандартная ситуация в геологической истории Земли.
Палеомагнитная летопись говорит, что смена полюсов Земли произошла уже 183 раза за последние 83 млн лет. Интервалы времени между инверсиями сильно колебались, но в среднем составляли около 300 000 лет, но при этом последняя инверсия произошла около 780 000 лет назад. Пока исследователи не знают, от чего зависит частота инверсий: предположительно, на это влияют процессы конвекции в мантии.
При смене полюсов магнитное поле становится слабее, а стрелка компаса должна указывать противоположное направление. Но магнитосфера по-прежнему защищает нашу планету, хотя в эти периоды может наблюдаться небольшое количество радиации, которая достигает поверхности Земли.
Когда ждать следующего эпизода, никто не знает, но ученые уверены, что это не случится в одночасье.
Геомагнитные экскурсы
Наконец, магнитные полюсы не всегда совершают полный переворот и могут отклоняться от своего положения до 45 градусов. Это явление называется геомагнитным экскурсом (геомагнитной экскурсией): оно происходит примерно в 10 раз чаще инверсий, снижает напряженность магнитного поля и продолжается от нескольких столетий до нескольких десятков тысяч лет.
За последние 70 000 лет случилось три крупных экскурса, из них наиболее изучено событие Лашамп-Каргаполово, которое произошло от 42 000 до 41 000 лет назад.
Прокариотные сообщества почвогрунтов отвалов курской магнитной аномалии
Полный текст
Аннотация
Проанализированы физико-химические параметры, растительное сообщество и структура прокариотных комплексов микробиомов однолетних (с растительным покровом и без него), 25- и 50-летних эмбриональных почв (техноземов), сформированных в районе Курской магнитной аномалии (КМА, Россия). Для анализа прокариотных сообществ использовали метод полимеразной цепной реакции в реальном времени (qPCR) и высокопроизводительное NGS-секвенирование библиотек вариабельного V4 участка генов 16S рРНК. В процессе почвообразования, наряду с увеличением содержания органического углерода и азота, наблюдалось постепенное увеличение копий гена 16S рРНК архей и численности бактериальных таксонов, принадлежащих к семействам Bradyrhizobiaceae, Blastocatellaceae, Xantobacteriaceae. Анализ биоразнообразия выявил специфическую кластеризацию микробиомов — образцы однолетних отвалов без растительности формировали отдельную группу, при этом остальные техноземы в целом имели сходную структуру и разнообразие прокариотных сообществ, значительно отличающихся от зрелой почвы. Содержание тяжелых металлов и количество бактерий в ходе почвообразования существенным образом не изменялось. Полученные результаты показывают, что пятидесяти лет недостаточно для развития почвы на отвалах вскрышных пород, установления в ней экологически безопасного уровня тяжелых металлов и восстановления функционирования почвенной экосистемы.
Ключевые слова
Полный текст
ВВЕДЕНИЕ
Исследования микробиомов в ходе первичного почвообразовательного процесса на участках добычи горных пород широко представлены в работах ученых последних 20 лет. Интерес к этим объектам связан с огромными площадями нарушенных земель, являющихся результатом добычи полезных ископаемых, а также с выявлением ключевой роли микроорганизмов в обеспечении жизнедеятельности и развития растительного сообщества. Микробные сообщества рассматриваются как индикаторы различных этапов восстановления почв техногенных ландшафтов [1–4]. Для изучения микробной сукцессии в ходе почвообразовательных процессов часто используется метод хроносений, предполагающий сравнение пространственно разобщенных почвенных разностей [1, 5, 6]. Этот подход очень удобен и перспективен при изучении восстановления почв из отвалов вскрышных пород, сформированных в районах добычи, главным образом благодаря хорошо известной датировке образования отвальных комплексов и однородности состава отвалов вскрышных пород, служащих основой для формирования молодой почвы.
Экогенез на отвалах вскрышных пород в районах добычи часто характеризуется высоким содержанием тяжелых металлов (ТМ), влияющим на сукцессию микроорганизмов во время почвообразования/почвовосстановления. Тяжелые металлы, такие как Cd, As, Zn, Cr и Pb, зачастую токсичны для живых организмов [7, 8]. Загрязнение почв ТM часто приводит к существенным изменениям в микробном разнообразии и структуре [9, 10] или уменьшению микробного богатства почв [11, 12]. X. Li et al. [13] выявили дифференцированный ответ различных прокариотических групп на загрязнение ТM. Археи из групп Crenarchaeota и Euryarchaeota характеризовались положительной корреляцией обилия с содержанием Cd и демонстрировали большее количество взаимодействий (диагностированное по большему числу связей в сетях взаимодействий) с другими членами микробного сообщества в образцах с относительно высоким содержанием ТM [13]. Таким образом, можно предположить, что археи более устойчивы к загрязнению ТМ и вносят вклад в адаптацию почвенного микробиома к техногенным воздействиям.
На российские корпорации приходится около 40 % всех нарушенных земель. Российская Федерация является одним из крупнейших производителей железной руды, более половины из которых производится в районе Курской магнитной аномалии (КМА, Курская область). Основными материнскими породами для почвообразования здесь являются келловейские глины, покрытые лёссовидными глинами. Благоприятные физико-химические параметры делают лёссовидные субстраты пригодными для использования в сельском хозяйстве и мелиорации [14]. Исследования И.А. Стифеева и др. [14] продемонстрировали возможность использования отвалов Михайловского горно-обогатительного комбината для сельского хозяйства (с предварительным размещением на поверхности отвала гумусного слоя почвы, ранее удаленного с земель, отведенных под горнодобывающую промышленность).
В настоящее время большинство исследований микробных сообществ техноземов, расположенных в КМА, проведены классическими методами, основанными на культивировании, охватывающими только 1–5 % общего разнообразия микроорганизмов почвы. Использование современных молекулярно-генетических методов для изучения динамики сукцессии микроорганизмов представляется весьма перспективным подходом к оценке адаптивных и эволюционных стратегий почвенного микробиома в ходе восстановления почвенных экосистем.
Целью данного исследования является анализ временной динамики содержания тяжелых металлов и структуры и численности прокариотических сообществ в молодых почвах (техноземах), сформировавшихся в районе КМА, на разных этапах почвообразования (1, 25, 50 лет).
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследованы участки на отвалах лёссовидных суглинков — порода без растительности (LL1, LL1b, b — barren) и отвалы с редким растительным покровом (LL1) возрастом 1 год, а также отвалы 25- (LL25), 50-летнего (LL50) возраста, и контрольная почва под лесополосой (N52,2592436; E35,3708321). Отбор проб производился в трех повторностях из верхнего горизонта почвы (на глубине 0–10 см), варианты LL25, LL50 и контроль отбирались на двух глубинах: 0–5 (Up) и 5–10 (Down) см. Проведено геоботаническое описание растительности исследуемых участков, в образцах определены значения основных физико-химических параметров (описано в [14]) (табл. 1, 2).
Описание растительности техноземов, сформированных на отвалах лёссовидных суглинков Курской магнитной аномалии
LL1 (технозем, Lithosol Technic)
Редкая растительность, отсутствие древесного и кустарникового ярусов. Синузии мать-и-мачехи (Tusellago farfara), солянки холмовой (Salsola collina), перекати-поле (Kali tragus), горца почечуйного (Polygonum persicaria).
LL25 (подзолистый эмбриозем)
Древесный ярус: сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), береза повислая (Betula pendula); подрост: сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), осина обыкновенная (Populus tremula); травянистый ярус: синузия вейника седоватого (Calamagrostis canescens), ястребиночка обыкновенная (Pilosella officinarum), мать-и-мачеха (Tussilago farfara) и бодяк обыкновенный (Cirsium vulgare); существенная часть территории покрыта двумя видами мха
LL50 (гумусово-аккумулятивный эмбриозем)
Заросли березы повислой (Betula pendula) и осины обыкновенной (Populus tremula). Формула древостоя: 5B5P; единичные растения — сосна обыкновенная (Pinus sylvestris); в подросте: дуб черешчатый (Querqus robur), осина обыкновенная (Populus tremula), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), береза повислая (Betula pendula); травянистый покров разрежен, большое количество засохших (угнетенных) деревьев (главным образом, сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), синузия вейника наземного (Calamagrostis epigeus) и овсяницы луговой (Festuca pratensis), в промежутках — вегетирующая ястребиночка обыкновенная (Pilosella officinarum))
Контроль (серая лесная почва)
Древесный ярус: береза повислая (Betula pendula) и сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), 7B3P. Травянистая растительность, характерная для широколиственных лесов: синузия козлятника лекарственного (Galega gigantea), тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium), вейника седоватого (Calamagrostis canescens), единичные растения — цикорий обыкновенный (Cichorium intybus) и подмаренник душистый (Galium odoratum); мятлик болотный (Poa palustris), мятлик луговой (Poa pratensis), ястребиночка обыкновенная (Pilosella officinarum), репешок волосистый (Agrimonia pilosa)
Основные физико-химические характеристики вскрышных пород и контрольной почвы в регионе КМА, %
Что такое области магнитной аномалии
Влияние горного производства на окружающую природную среду проявляется многопланово: через изменение химического и механического состава атмосферы, деформацию земной поверхности, активизацию экзогенных геоморфологических процессов, нарушение гидрологического режима, состав поверхностных грунтовых и подземных вод, деградацию почвенного и растительного покрова, нарушение функционирования (жизнедеятельность) живых организмов – от бактерий до человека.
Комплексные геоэкологические исследования, проведенные В.И. Петиной [18] и А.Н. Петиным [16, 17] на территории железорудных районов КМА, показали, что при широкомасштабном освоении и эксплуатации железорудных месторождений происходят нарушения в природных системах и активизация деструктивных природных и техногенных процессов, обусловливающих напряженную экологическую обстановку различной степени остроты. Характер и интенсивность многих процессов зависит от применяемых способов добычи железорудного сырья: карьерного, шахтного и скважинной гидродобычи. Выделенные ареалы различной степени остроты экологических ситуаций территориально совпадают с границами ныне разрабатываемых железорудных месторождений и горнопромышленных районов КМА (рисунок).
Картосхема ареалов экологических ситуаций в горнопромышленных районах КМА: а – Михайловском; б – Старооскольско-Губкинском
Первый, наиболее крупный ареал со сложной геоэкологической ситуацией (около 900 км2) расположен в северо-восточной части Белгородской области, охватывая городскую территорию городов Губкина и Старого Оскола, а также территорию между ними, и приурочен к зоне влияния Старооскольско-Губкинского горнопромышленного комплекса. По количеству объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду, этот участок является наиболее насыщенным техногенными объектами в Белгородской области, модуль техногенной нагрузки превышает 1000.
Здесь, кроме урбанизированных территорий (гг. Губкин и Старый Оскол), расположены два крупных железорудных карьера (Лебединский и Стойленский) с глубинами более 300 м, многочисленные отвалы высотой от 60 до 100 м, хвостохранилища, занимающие площадь несколько десятков квадратных километров, Стойленский и Лебединский ГОКи, шахта им. Губкина, Оскольский электрометаллургический комбинат (ОЭМК), ТЭЦ, цементный завод и многие другие мелкие предприятия.
Для данного ареала наиболее важными экологическими проблемами являются: загрязнение атмосферного воздуха, поликомпонентное загрязнение поверхностных и подземных вод и донных илов, химическое загрязнение почв, а также комплексное нарушение земель, вызванное открытой добычей железорудного сырья и складированием в отвалы вскрышных пород. Все это приводит к развитию на них геодинамических процессов, утрате продуктивности биоценозов, к деградации и истощению эколого-ресурсного потенциала.
В пределах Старооскольско-Губкинского горнопромыленного района выделяются участки территории с различной степенью экологической напряженности: катастрофической, критической, кризисной, напряженной и относительно удовлетворительной.
Второй ареал со сложной геоэкологической ситуацией геологической среды приурочен к Михайловскому горнопромышленному району. Он занимает площадь около 500 км2, в пределах которого разрабатывается с конца 50-х годов Михайловское железорудное месторождение. На базе этого месторождения действует крупнейший в России Михайловский ГОК, который является предприятием по добыче и переработке богатых руд, железистых кварцитов, производству аглоруды, железорудных офлюсованных окатышей и концентратов.
На Михайловском железорудном месторождении руда добывается открытым способом. Переработкой и производством продукции железной руды занимается ОАО «Михайловский ГОК». В состав данного предприятия входят следующие основные объекты: карьер, дробильно-сортировочная фабрика по переработке богатых руд, дробильно-обогатительный комплекс и фабрика окомкования по переработке железистых кварцитов, отвалы, хвостохранилище, объекты железнодорожного и автомобильного транспорта, ремонтного назначения, объекты обслуживающего и вспомогательного назначения, теплосиловое хозяйство. Здесь горнодобывающие и сопутствующие ему предприятия являются источниками значительного преобразования компонентов природной среды. Это проявляется в деградации почвенного и растительного покрова, загрязнении и истощении подземных водоносных горизонтов, перестройке рельефа, уничтожении малых рек и т.п.
Важной экологической проблемой в пределах данного геоэкологического ареала является дефицит питьевой воды. Значительная депрессионная воронка, сформировавшаяся в результате дренажных работ, привела к сработке основных водоносных горизонтов. И, как следствие этого, прекратили действовать водозабор «Речица» и ряд водозаборных скважин в сельхозпредриятиях Железногорского района. Уменьшилась величина подземного питания поверхностных водотоков. Сброс рудничных вод в речную сеть привел к существенному загрязнению поверхностных вод нефтепродуктами, соединениями железа, азота и взвешенными веществами.
Формирование внешних отвалов, занимающих большие площади, привело к подъему уровня грунтовых вод и появлению на окружающей местности контурного кольца озер и болот, а также к значительной активизации геодинамических процессов – эрозии, оползней, карстово-суффозионных процессов и т.д.
Основным загрязнителем воздушной среды района является металлургическая промышленность, включающая в себя предприятия Михайловского горно-обогатительного комбината. Количество вредных ингредиентов, выбрасываемых этими предприятиями, превышает три десятка, из которых наибольшее количество приходится на двуокись азота, сернистый ангидрид, взвешенные твердые вещества, сажу, летучие низкомолекулярные углероды, окись углерода, пятиокись ванадия, толуол.
Третий ареал с напряженной геоэкологической ситуацией приурочен к Яковлевскому железорудному месторождению, где добыча богатой железной руды осуществляется шахтным способом в сложных гидрогеологических условиях. Яковлеское месторождение – одно из крупнейших железорудных месторождений бассейна КМА. Богатые железные руды залегают на глубине от 460 до 630 м. Сложность освоения заключается в наличии нескольких водоносных горизонтов и комплексов, обводняющих рудную залежь. Главные геоэкологические проблемы в зоне влияния Яковлевского рудника – это нарушение естественного режима подземных и поверхностных вод и их загрязнение. Осушение рудной залежи уже сейчас привело к снижению уровня воды в них и образованию обширной депрессионной воронки с радиусом влияния от 50 до 75 км. Шахтные воды сбрасываются в пруд-отстойник, вода из которого через водовыпуск поступает в нижележащие пруды, а затем в р. Ворскла. Сбрасываемые шахтные воды рудника хлоридно-натриевого состава с минерализацией от 3,3 до 3,9 г/л, со слабо щелочной средой, повышенной жесткостью (8,0–9,3 мг-экв/л), высоким содержанием железа общего (до 2,4 г/л), хлоридов (до 1790 мг/л), натрия (до 1085 мг/л), меди (до 0,09 мг/л), свинца (до 0,015 мг/л), фтора (до 5,4–9,5 мг/л), бора (до 3,3 мг/л), никеля (до 0,03 мг/л), кобальта (до 9,022 мг/л), стронция (до 0,6 мг/л) и взвешенных веществ (до 70 мг/л), превышают нормативы для водоемов рыбохозяйственного назначения в 6–90 раз. Загрязнение воды р. Ворсклы такими компонентами как фтор, хлориды, натрий, прослеживается на десятки километров вниз по течению.
Преимущественно локальный характер воздействия на объекты животного и растительного мира позволяет наметить мероприятия по компенсации негативных воздействий, степень адекватности которых может быть определена только в процессе многолетнего биомониторинга.
Техногенные атмосферные примеси в большинстве своем обладают токсическими, аллергическими, канцерогенными, мутагенными свойствами и при повышенной концентрации сказываются на здоровье людей. Среди наиболее важных загрязнителей следует отметить соединения серы, соединения азота, углеводороды, ртуть, свинец и др.
Диоксид серы (SO2), находящийся в воздухе, соединяясь с влагой, образует серную кислоту, которая разрушает легочную ткань человека и животных. Пыль, содержащая диоксид кремния (SiO2), вызывает тяжелое заболевание легких – силикоз. Оксиды азота раздражают слизистые оболочки глаз и легких. Особенно они опасны, если в воздухе уже есть диоксид серы или другие токсичные соединения, так как проявляется эффект синергизма – усиление токсичности каждого вещества при их присутствии в смеси, превышающей действие, оказываемое компонентом в отдельности [16].
Тяжелые металлы, в отличие от газообразных и более легких аэрозольных примесей, оседают на земную поверхность, поэтому их воздействие на биоту и человека в большей степени проявляется через последующие водные и почвенно-биотические циклы миграции.
Техногенные атмосферные примеси не только влияют на здоровье человека, но и вызывают косвенный экологический эффект: они существенно трансформируют природную среду, изменяют свойства приземного слоя воздуха и местный климат.
По данным А.Н. Климовой [10], загрязнение окружающей среды приводит к ухудшению санитарно-гигиенических условий, комфортности проживания и, как следствие этого, негативно отражается на состоянии здоровья людей, работающих на горнорудных предприятиях и проживающих вблизи них. Основу техногенных выбросов в горнопромышленных районах КМА составляют железосиликатная пыль, сернистый ангидрит, окись углерода и окислы азота. Такие вещества, выброшенные в атмосферу, вызывают при длительном дыхании различные заболевания у человека, в том числе гиперплазию, а затем и атрофию слизистой оболочки верхних дыхательных путей, стоматиты, воспаления десен, поражение зубов. Аэрозоли железа и его оксиды при длительном воздействии откладываются в легких и вызывают разновидность пневмокониоза, бронхиты, начальную стадию эмфиземы, сухой плеврит. Среди рабочих железорудных предприятий со стажем более 10 лет сидероз выявлен в 33 % случаев.
Сероводород – сильный восстановитель, очень токсичен, оказывает раздражающее действие слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, при тяжелых отравлениях поражает центральную нервную систему.
Демографические показатели и анализ динамики заболеваемости населения в горнопромышленном регионе КМА за последние десятилетия показали, что загрязнение окружающей среды выступает мощным фактором формирования здоровья и физического развития его населения. Неблагоприятная экологическая ситуация окружающей среды оказывает негативное влияние на репродуктивную функцию и естественное воспроизводство населения, а также на заболеваемость и смертность [1, 11, 12, 13]. В первую очередь в горнопромышленных районах, характеризующихся напряженной экологической ситуацией, страдают социально незащищенные и ослабленные группы (беременные, новорожденные и дети). Вместе с тем состояние здоровья населения горнопромышленных районов не может рассматриваться без учета природообусловленных аномальных отклонений окружающей среды [23]. Особое место в этом отношении занимает Курская магнитная аномалия, где величина напряженности геомагнитного поля Земли достигает 2 эрстед при фоновом значении 0,45 эрстеда, что почти в 4 раза выше, чем в соседних областях Украины и России [7].
Издавна Курскую магнитную аномалию всегда считали удивительным природным явлением, где на относительно небольшой площади поверхности Земли (160 тыс. км2) отмечаются локальные участки со значительными колебаниями напряженности геомагнитного поля Земли. Ее изучали в основном с целью выявления запасов железорудного сырья и почти никогда не задумывались о влиянии повышенного геомагнитного поля на состояние здоровья человека.
Первые публикации по изучению влияния Курской магнитной аномалии на здоровья населения этого региона появились лишь в конце 60-х годов прошлого столетия [6, 22]. Только в начале 70-х годов была опубликована первая обобщающая научная работа по изучению влияния аномального геомагнитного поля Земли, принадлежащая А.П. Дуброву [7]. В ней автором были проанализированы обширные и разносторонние данные о действии магнитного поля Земли на живые организмы и, в частности, особое внимание им было уделено влиянию аномального геомагнитного поля КМА на состояние здоровья здоровых и больных людей. В указанных публикациях отмечается, что заболеваемость населения гипертонией, ревматизмом и нервно-психическими болезнями на 120–160 % выше, чем в нормальных районах.
Планомерные исследования по влиянию аномального геомагнитного поля повышенной напряженности в регионе КМА на состояние здоровья человека, состояние живых систем и отдельных микроорганизмов проводятся в Курском медицинском университете на протяжении последних двадцати пяти лет. Исследованиями А.В. Завьялова, В.В. Бельского, П.В. Калуцкого, В.В. Киселевой [8] доказано, что от воздействия напряженного геомагнитного поля напрямую зависит риск заражения инфекционными заболеваниями. Под его влиянием снижаются защитные механизмы (иммунитет) человека, а возбудители инфекций ведут себя более агрессивно, вырабатывая способность к ускоренному развитию и высокую устойчивость к антибиотикам.
На основании эпидемиологического анализа указанными выше исследователями было установлено, что на территории КМА (г. Железногорск) суммарная заболеваемость кишечными инфекциями выше в 2,66 раза (в частности, дизентерией, – 1,5 раза, сальмонеллезом – 2,89 раза), чем в других районах Курской и Белгородской областей, расположенных вне зоны влияния напряженного геомагнитного поля.
Есть основание считать, что повышенная заболеваемость среди населения, проживающего в зоне влияния аномального геомагнитного поля другими нозологическими формами неинфекционной природы (гипертоническая болезнь, ревматизм, онкологические, нервно-психические болезни и т.д.) связана с влиянием аномального магнитного поля, что подтверждается данными многих исследователей [3, 6, 7, 15, 22]. В ряде публикаций [4, 5, 9, 14, 25] высказывается мнение, что живые организмы в большей степени реагируют именно на изменения (колебания) геомагнитного поля, чем на его абсолютную величину.
Исследования Украинского института экологии человека (УИЭЧ) в области геомагнитного поля Земли и здоровья человека показали, что главной причиной заболеваний, связанных с нарушением метаболических процессов, является снижение геомагнитного поля Земли и экранирование его железобетонными домами, зданиями учреждений, цехов, кабинетов, кузовами автомобилей, автобусов, вагонами, каютами судов и прочими. Н.И. Головин, М.В. Курик [5] экспериментальными исследованиями установили, что средняя норма напряженности нормального в экологическом отношении геомагнитного поля Земли может быть принята в значениях, равных 0,5–0,7 Э. Более низкие значения нормы напряженности геомагнитного поля Земли является причиной многих заболеваний.
Особенно актуальной в регионе Курской магнитной аномалии является проблема сохранения и укрепления здоровья детского населения. Исследования, проведенные А.М. Черных [24], показали, что в условиях сочетанного воздействия аномального геомагнитного поля и экотоксикантов у детей выявлены стабильно высокие показатели общей и хронической заболеваемости, замедление заживления ран, более 67,0 % обследованных имеют нарушения иммуноцитохимических показателей, а также у 37,4 % детей отмечены отклонения в физическом развитии, в отставании темпов биологического созревания, что в 2,2 раза больше, чем у их сверстников в контрольном районе.
В общей структуре заболеваний кожи одну из лидирующих позиций занимает пиодермия – гнойное поражение кожи, возникающее в результате внедрения в неё гноеродных кокков. Исследования Е.И. Сироткиной [21] показали, что тяжесть клинической картины и их склонность к рецидивированию более выражены у пациентов, проживающих в регионе КМА.
Таким образом, аномальное геомагнитное поле может рассматриваться как важный фактор, участвующий в формировании санитарно-эпидемиологического благополучия населения региона КМА.
Как показали исследования А.В. Тулакина и В.И. Евдокимова [23], в горнодобывающих районах КМА наблюдается высокий уровень суммарного санитарно-эпидемиологического неблагополучия. Это неблагополучие (на 77–92 %) связано с воздействием антропогенных факторов, обусловленных загрязнением атмосферного воздуха, нарушением природных ландшафтов, повышенным радиационным фоном и т.д. В местах же добычи железной руды (гг. Старый Оскол, Губкин, Яковлево и др.), где наблюдаются аномальные участки с напряженным геомагнитным полем (до 2 эрстед), значительный вклад (до 23 %) в формировании суммарного эколого-гигиенического неблагополучия принадлежит геомагнитному полю.
Таким образом, состояние здоровья человека находится в прямой зависимости от состояния окружающей среды. Особенно остро эти проблемы проявляются в районах развития горнопромышленного и металлургического производства. Именно к этим районам приурочены и наиболее неблагоприятные в экологическом отношении территории, а также повышенная заболеваемость населения и повышенный уровень младенческой смертности. Особое влияние на состояние здоровья населения в горнопромышленных районах КМА оказывает аномальное геомагнитное поле Земли.