III Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2011

Ранее нами было предложено из техногенных месторождений выделить особый вид месторождений  - антропогенные, которые формируются посредством биологических или социально - общественных циклов жизнедеятельности человека [1]. Отдельные локальные места на земле, подверженные воздействию антропогенно-техногенной деятельности человека (атомные взрывы, пожары, загрязнения почвы, токсичными соединениями при запусках ракет, полигоны с захороненными радиоактивными отходами, мусорные свалки и пр.) относятся к понятиям «зона». До формирования техногенных месторождений и рудопроявлений - это далекая перспектива, поэтому такие зоны характеризуются геофизическими и геохимическими полями и являются предметом для исследований в области геоэкологии [2]. Эти зоны не представляли интереса для научных исследований, но с появлением частной собственности на землю в России и Земельным Кадастром возникли проблемы оценки их значимости на рынке землепользования.

Первые попытки использовать комплекс геолого-геофизических методик для исследования антропогенных зон были предприняты сотрудниками Лаборатории природно-техногенные электромагнитные системы (НИЛ ПТЭС), кафедры минералогии и петрографии, геологоразведочного факультета Томского политехнического университета (фото 1). Были изучены зоны пустыни Кызыл - Кум (воздействие ракетной техники на песчаный грунт), территория вывала леса в районе  г. Петрозаводска (электромагнитная разгрузка литосферы), зона деструкции горных пород на сопке - 611 (Дальнегорск, Приморский край), места изменения рельефа местности в Кемеровской и Томской областях при выходе электромагнитных систем в атмосферу (образование ям).

Фото 1. Сотрудники Томского геолого-геофизического отряда и Московских НИИ  в районе  геоактивной зоны «Пустыня - 1».

Установлено, что выход на поверхность Земли электромагнитных систем (плазменные объекты с замкнутым электрическим и магнитным полями) или их аннигиляция приурочены к сочленению геологических структур, тектоническим зонам, местам пересечения механических напряжений, гидросети и узлам локсодромных решеток) [3]. Одним из источников образования электромагнитных систем является генерация их литосферой Земли, мантией и ядром. Сюда относятся следующие процессы: генерация при фазовых переходах минералов; выход по каналированным волноводам геологических структур; дискретное состояние электромагнитных полей; конвергенция материальных и полевых структур при ядерных взрывах и испытаниях космической техники. Техногенный ландшафт изменяет электромагнитное равновесие верхней части литосферы, поэтому естественное распределение электромагнитной энергии в системе литосфера - атмосфера - космос нарушается. Назрела необходимость исследований природно-техногенных процессов в  оболочках Земли.  

 Рассмотрим геофизические и геохимические характеристики двух типичных зон (атмосферно-литосферно-космического генезиса), возникающих вследствие проявления непериодических быстропротекающих явлений в окружающих в среде. В литосфере формируются естественные генераторы электромагнитной энергии как на уровне протекания физико-химических процессов в минералах, слагающих породы различного состава, вследствие изменения термодинамических условий в недрах Земли, так и при формировании разрушения среды. Установлено, что природный отклик на антропогенную деятельность обусловливает появление плазменных образований в местах выхода электромагнитной энергии на поверхности Земли и формирование их из вещества, рассеянного в атмосфере в результате загрязнения от выбросов отходов производства. Районы, где были выделены геоактивные зоны различные по климатическим и гидрогеологическим характеристикам: Кемеровская область, Ижморский район; Алтайский край, горный район; пустыня Кызыл-Кум, междуречье Амударьи и Сырдарьи (район развития золотодобывающей и уранодобывающей промышленности с нарушенной экологией, загрязнением подземных вод при выщелачивании урана из осадочных пород, закачкой растворов в скважины). На примере района г. Зарафшан проведены исследования мест электромагнитной разгрузки литосферы и рассмотрены механизмы устойчивости электромагнитных систем [4]. Ранее на этом участке воздействия долгоживущих плазменных образований (результат запуска ракет)  на песчаный грунт, проводились комплексные геофизические работы: магнитометрия, электроразведка, а также производился отбор проб грунта для различных анализов в лабораторных условиях (Фото 2).

Город Зарафшан построен в пустыне Кызыл-Кум в 1965 году. Район представляет единый промышленный узел, специализирующийся на добыче золота, урана и других попутных элементов. На площади Даугызтауского рудного поля, где расположены аномальные места, находятся многочисленные геохимические аномалии As, Cu, Bi, Sb, Au, Ag и рудные зоны золота. В юго-восточной части района обнаружены места воздействия аномальных объектов с литосферой [5].

Аномальное место «Пустыня - 1» располагается в 25 км на юг от Зарафшана по автотрассе Зарафшан-Бухара. Аномальное место «Пустыня-1» представляет собой эллипс с размерами 3,5х5,5 м, темно-серого цвета, на фоне желтого песка (рис. 1). Вокруг эллипса расположен эллипсоидный шлейф большого размера - 14х8,5 м, представляющий собой выжженную от растительности (колючек) поверхность, но цвет песка не изменен. 

На участках воздействия аномальных объектов в Кызыл-Кумах провели комплекс геофизических методов: магнитометрию (с использованием квантовых и протонных приборов), электроразведку методом естественного поля (ЕЭП), а также были отобраны по сети пробы грунта для последующего анализа. Сеть съемок прямоугольная. Основной задачей исследования площадки предполагаемой релаксации необычного атмосферного явления методами магнитометрии являлось площадное картирование, определение природы намагничения и объективизации представлений о природе воздействия. Локальные исследования на участках проведены с целью выявления аномалий магнитного поля на площади предполагаемого контакта ЭМС с поверхностью. Физическим основанием для применения магнитометрии является известное магнитное действие электромагнитных систем на окружающие предметы и горные породы.  Обработка результатов включала в себя введение поправок за вариацию магнитного поля, за азимут маршрутов (ориентацию магниточувствительного датчика) и учет невязки опорных и рядовых измерений.

В результате были построены планы изодинам магнитного поля ∆Т (рис. 2). Участок «Пустыня-1» в магнитном поле не выделяется (съемки прибором ММП-303), каких-либо неоднородностей, превышающих 2-3 нТл, не обнаружено. Исключения составляют съемки протонным магнитометром ММП-203У, при реализации которых магниочувствиетельный блок располагается в непосредственном контакте с почвой. На плане изодинам магнитного поля (рис. 2) видно, что контур воздействия выделяется в виде относительно повышенного поля в среднем на 6-8 нТл. Внутри структуры имеют место локальные очаги от +40 нТл до потери индикации отсчетов на приборе            (градиентное поле).

Электроразведочные работы по методу естественного электрического поля в модификации потенциала проводились в соответствии с требованиями по электроразведочным работам с использованием стандартной аппаратуры АЭ-72 и оборудования - неполяризующихся электродов системы ВИРГа. Площадные работы проведены по системе замкнутого полигона шагом 2 м с контролем само-ЭДС через каждые 10 точек. Относительная погрешность съемки составила 10%. Обработка результатов сводилась к учету сползания само-ЭДС электродов и приведения к единому потенциалу (увязка полигонов). В результате были построены планы изопотенциал естественного электрического поля. По участку «Пустыня-1»: поле достаточно устойчиво, выделяется зона относительно положительных значений интенсивностью до +20 мВ, отрицательные изолинии не замкнуты, имеют унаследованную от положительных структуру. Область воздействия расположена в секторе отрицательных изолиний. Можно сказать, что очаг воздействия коррелирует с морфологией изолинии - 10 мВ, вызывая ее деформацию (рис. 3.).  Полученный в результате геофизических работ фактический материал, изучение фондовых материалов, имеющиеся аналитические данные позволяют провести следующие сопоставления.

Достоверно установленным фактом является наличие теплового воздействия на участке «Пустыня-1». В морфологическом смысле тепловое воздействие на участке «Пустыня-1» выделяется в виде эллипса - большая ось 5,5 м, малая ось - 3,5 м с ориентацией большой оси З-Ю-З. Восточная часть структуры характеризуется потемнением почвы, западная - наличием стекловидных осколков (до 1 дм²) спекшегося почвенного слоя. Незначительная толщина (до 15-17 мм) спекшегося слоя, высокая пористость образцов, наличие обугленных, но не истлевших многолетних растений дает основание считать температурное воздействие кратковременным. В результате геофизических съемок достоверно установлено: отсутствие значительных отклонений от фона радиоактивности урановой, ториевой и калиевой (К⁴⁰) природы; отсутствие наведенных (индуцированных) магнитных полей на период наблюдения; отсутствие электрических полей электретной природы, естественное электрическое поле отражает лишь незначительное изменение электрохимического потенциала почвы; выявлено наличие близповерхностного магнитного поля, отражающего контур теплового воздействия, природа намагничения - тепловая, возникшая при восстановлении рассеянных гидроокислов железа.

Проведенные нами геохимические исследования аномальной зоны пустыни Кызыл-Кум, в частности, спектральные и химические анализы показали наличие обогащения стекла на 2-3 порядка выше, по отношению к породам месторождения золота Мурунтау, такими элементами, как сурьма, барий, никель, мышьяк, фосфор, вольфрам, железо, цинк, медь, свинец, молибден, висмут, ванадий, ниобий, кадмий, ртуть, стронций (табл. №1). Повышенные содержания золота обнаружены в центральной части круга в зоне воздействия «Пустыня-1». В периферийной части золота и серебра не обнаружено, а в темной части сектора расплавленной зоны содержание золота составляет 0.8г/т. Более высокие содержания золота, порядка 0.1г/т зафиксированы в образцах стекловидной массы. Повышенное содержание элементов,  перечисленных выше, особенно серы и золота обусловлены, вероятно, привносом их плазменным объектом, хотя на площади Даугызтауского рудного поля, где расположена зона пустыня «Путыня-1», находятся многочисленные геохимические аномалии серебра, меди, висмута, сурьмы, золота, мышьяка и других элементов.

Таблица №1

Элементный состав оплавленного грунта по данным спектрального анализа.

 

Элемент	Содер	Элемент	Содер	Элемент	Содер	Элемент	Содер
Sb	210	W	100	Sn	5	Ta	15
Ba	600	Fe	203	Za	5	Ag	0.2
Ni	30	Zn	100	Cr	60	Ce	10
Be	0.5	Cu	80	Ze	3	I	10
Co	8	Pb	30	In	1	Cd	103
Sc	0.5	Li	10	Bi	103	Zr	150
P	2000	Mo	20	V	30	Hg	10
Ta	10	Ib	1	Nb	5	Sr	100

 

При выходе на поверхность из литосферы электромагнитных систем в атмосферу, на поверхности Земли наблюдается изменение рельефа, с образованием ям, различного диаметра и тепловая или механическая деструкция почвы, сопровождающаяся вывалом леса и пожарами [6]. В Карелии, пригороде г. Петрозаводска, под названием «Завод», который представляет собой площадку со спиральным вывалом леса, корни многих деревьев отожжены, а стволы отдельных деревьев опалены в виде спиральных лент (Фото 3). Выход электромагнитной системы из литосферы зарегистрирован очевидцами и представлял цилиндрический светящийся плазменный объект, взлетающий над лесом. Место напоминает Тунгусскую катастрофу 1908г в уменьшенном масштабе.

В скальном грунте, покрытом   почвой, ям не обнаружено. Составлена схема вывала леса с измерением азимутов расположения деревьев, их диаметра и последовательности выворачивания по правой спирали. Спираль имеет две ветви, т.е. дихотомирует. Центр вывала представляет собой небольшое возвышение (пуп) 60x60 см, а вокруг лужи воды. Место вывала леса заболочено, имеет пониженные гипсометрические отметки. В эпицентре вывала деревья полностью повалены, а на периферии северо-западной части спирали они повалены под разными углами. Хвост спирали выражен как рукав, отходящий в сторону. Здесь кора деревьев обожжена в виде полос по вертикали. Одна ель полностью засохла и на ней имеется налет черного (сажистого) цвета. Корни деревьев обожжены концентрической полосой шириной 10-15 см, как будто их срезало автогеном (рис 4).

Рис.4. План вывала леса при формировании электромагнитной системы (топосъемку и схему составил Сальников В.Н.).

(+ γ, -γ) -градиент магнитного поля:

→ - поваленные деревья;

♂ - наклоненные деревья.

Часть корней обуглена сверху, иногда под корой, при этом кора целая. Завершающая часть спирали характеризуется не только обожженными деревьями, но и концентрическими выжженными кругами вокруг стоящих деревьев, т.е. механического воздействия, направленного по радиусу от центра (центробежной силы) не было. По-видимому, электромагнитный вихрь аномального объекта в данном месте уже сформировался в устойчивую электромагнитную систему и ушел в атмосферу (рис. 5).

Магнитные поля  в месте вывала имеет дипольную структуру. Рассмотрим какие породы слагают данный район. Под корнями вывернутых деревьев в делювии галька, валуны гранитного состава с большим содержанием кварца, встречаются и отдельные валуны из кварца. Осадочные породы метаморфизованы (окремнены) и относятся к петрозаводской свите (Pt₃Pt₂). Отложения петрозаводской свиты распространены на большой площади. Они обнажаются на западном берегу Онежского озера, прослеживаются по побережью к югу от г. Петрозаводска [7] до Молминского полуострова и далее до р. Свири за пределами описываемого района. Петрозаводская свита по совокупности литологических признаков разделена на три пачки: нижнюю, среднюю и верхнюю. Базальные слои ее не установлены. Наиболее полный разрез нижней части свиты - нижняя и средняя пачки - известен в районе Каменного бора и в районе с. Ужесельга, а верхняя - установлена в юго-восточной части территории листа, юго-восточнее руч. Черного и продолжается далее на площади Шокшинского полуострова. По-видимому в этой свите и происходит накопление электромагнитной энергии.

Так как выход электромагнитной энергии осуществляется через более проводящие обводненные породы с пониженным электросопротивлением необходимо кратко рассмотреть характеристику четвертичной системы Кайнозойской группы осадков, непосредственно залегающих в исследуемом районе на протерозойских метаморфических породах и палеозое.

   На севере территории четвертичный покров нередко вообще отсутствует или имеет мощность 1-3 м. Действительно, корни елей на аномальном месте растут только в горизонтальной плоскости в почвенном слое мощностью 20 см, который покрывает коренные породы протерозоя. На остальной площади мощность колеблется от 5-10 до 30-60 м, достигая местами 123 м. Наиболее полный разрез четвертичной толщи был вскрыт в 5 км к югу от пос.Виага, где было установлено четыре горизонта ледниковых отложений мощностью от 4,4 до 22,2м, разделенных межморенными слоями мощностью от 6,4 до 28-55 м. Исследования последних лет показали, что геологическое строение четвертичных отложений Онежско-Ладожского перешейка сходно со структурой четвертичной толщи на Карельском перешейке.

Немаловажную роль в обмене энергией между литосферой и атмосферой играют водоносные горизонты коренных пород и четвертичных отложений в конкретном месте. Установлено также, что молнии бьют преимущественно в деревья, находящиеся на геоактивных зонах или на пересечении подземных водных потоков [8].  Столбы электролинии или связи, находящиеся на геоактивных зонах чаще подвергаются разрушению при грозовых разрядах.

 По статистике самая высокая частота попадания молнии отмечена для дуба, так как его корневая система проникает глубже остальных деревьев (30-40 м) до водоносных горизонтов. В нашем случае обводненной частью служило заболоченное сверху место вывала леса, но следует рассмотреть характеристику подземных вод, так как они служат одним из волноводов переноса электрических зарядов в верхней части литосферы.

Подземные воды в четвертичных образованиях приурочены к отложениям морены, флювигляционным, после- и позднеледниковым и аллювиальным отложениям, а также к торфяникам [7]. Отложения морены представлены супесчано-песчаными и глинистыми разностями. Мощность водоносного горизонта, заключенного в морене, изменяется от 0,5 до 1,0-1,5 м. Уровень грунтовых вод устанавливается на глубине от 2,5 до 3-4 м ниже поверхности земли. Дебиты, полученные при откачках из колодцев, изменяются в пределах от 0,03 до 0,5 л/сек. Водообильность зависит от сезонных колебаний атмосферных осадков.

Водоносность кристаллических пород среднего и верхнего протерозоя обусловлена их трещиноватостью и зависит от геоморфологического и структурного положения пород, вмещающих воды. По типу воды подразделяются на трещинные, пластово-трещинные и безнапорные. Воды трещинного типа устанавливаются в наиболее монолитных кристаллических породах - вулканитах заонежской и суйсарской свит и прорывающих их габбро-диабазах. Наибольшая водообильность в них отмечается на участках, где эти породы образуют синклинальные структуры или обнажаются в пониженных частях рельефа (как в нашем случае). Дебит трещинных вод в вулканитах синклинальных участков довольно устойчив и составляет 0,3 л/сек.

Пласто-трещинные воды, связанные со слаботрещиноватыми отложениями падосской свиты (алевролитами, сланцами, аркозовыми песчаниками),  песчаниками и кварцитами петрозаводской и шошкинской свит, обладают также различной водообильностью, зависящей от положения пластов в структурах. В отложениях падосской свиты, обнажающихся в антиклиналях, по данным откачек из скважин у с.Вилга, удельный дебит колеблется в пределах 0,003-0,03 л/сек, а в скважинах у с.Падос в этих же породах в ядре синклинали на глубине 28 м обнаружены самоизливающиеся воды дебитом по самоизливу 3,3 л/сек. Широко развитые на территории листа песчаники петрозаводской и кварцевые песчаники Шоклинской свит обладают сравнительно малой водообильностью. Наибольшая водообильность и напор вод в них также устанавливается в ядрах синклинали на глубинах 20-30 м, где отмечается и наибольшая трещиноватость пород.

В скважинах, пройденных у оз.Лосинского в ядре синклинальной складки, величина напора составляла 101,9 м, а дебит измерялся в 13,31 л/сек. В скважинах, пройденных на крыле этой же структуры (в 9,5 км западнее г.Петрозаводска), приток воды резко снижается, а уровень появления установившейся воды зафиксирован только на глубине 80 м (это район места вывала леса). Немаловажен для формирования волноводов и химический состав воды.

По химическому составу воды кристаллических пород бывают пресные, гидрокарбонатные, хлоридно-гидрокарбонатные, кальциево-магниевые,  слабощелочные (РН 7,6-8,4). Минерализация вод 150-284 мг/л, общая жесткость 2,15-2,49 мг/экв.

Обломки горных пород не были затронуты тепловым воздействием и электрическим пробоем, за исключением одиночных камней, прилегающих непосредственно к корням в местах отжига (они немного почернели). Электрического пробоя горных пород здесь не наблюдалось.

Сотрудникам Карельского филиала академии наук СССР В.А. Березовским были проведены почвенные исследования зоны. Были взяты три образца (внутри зоны, в эпицентре вывала деревьев и на периферии), а так же контрольные образцы за пределами зоны. Физико-химические показатели введены в таблицу № 2.

Таблица №2

Физико - химические показатели образцов грунта из зоны вывала  и на периферии в районе г. Петрозаводска.

№ № п/п	Место взятия образцов	Реакция среды (рН слоя)	Содержание подвижных форм питательных в-в мг на 100г. обр.		Влажность %
1	Эпицентр АЗ	4.06	353	53.8	122
2	Периферия АЗ	4.55	396	26.9	76
3	Контроль (в лесу, 20м от АЗ)	3.4	14.5	0.17	391

Образцы грунта из аномальной зоны значительно отличаются (в лучшую сторону) от аналогичных показателей лесной почвы. Фауна леса не была выжжена энергетическим воздействием в момент «излучения», идущего из литосферы, поток энергии, пронизывал находящиеся в зимнем анабиозе растения поверхностного слоя почвы, не нарушая их жизненных центров. На поверхности мха в аномальной зоне были обнаружены еловые шишки, обожженные снизу, с внутренней, прилегающей ко мху стороны, что подтверждает литосферный механизм формирования плазменного образования (электромагнитной системы). Такая электромагнитная разгрузка литосферы ответственна за возникновение пожаров в геоактивных зонах Земли [9].

Можно предполагать, что часть пожаров, возникших в Европейской части России летом 2010 года, обусловлены литосферными электромагнитными системами и эманациями метана из болот и торфяников, а также протонированием литосферы в данном регионе. Электромагнитные системы являются следствием тектонической активности литосферы и, во многих случаях, служат предвестником землетрясений.  Поэтому к геоактивным зонам можно отнести место расположения Чернобыльской АЭС, где 26 апреля 1986 года произошло локальное землетрясение и выход электромагнитной системы по техногенному волноводу, врезультате тысячи гектар земли были выведены из промышленного и хозяйственного оборота.

В землеустройстве при обосновании строительства жилых и производственных сооружений, необходимо учитывать риски, связанные с проявлениями быстропротекающих непериодических явлений в окружающей среде.

Список литературы.

1. Вакарь Ю.В. Проблема поисков антропогенных месторождений/Сб.докл. XI научного семинара: «Минералогия техногенеза». Миасс: ИМин УрО РАН, 2010.-С.243-249.

2. Вершкова Е.М. Геоэкология геоактивных зон при антропогенных воздействиях/Проблемы геологии и основании недр.: Труды 8-го межд. научн. симпозиума им.академика М.А.Усова.- Томск ТПУ,2003.- С.600-602.

3. Сальников В.Н.Электромагнитные системы литосферы и техногенеза. Томский политехнический институт.- Томск,1990.-384С.- Деп. ВИНИТИ 18.3.91, №1156-В91.

4. Сальников В.Н., Скавинский В.П., Федощенко В.И. Возникновение импульсных электромагнитных полей в гидроактивных зонах и их влияние на изменение окружающей среды в районах природно-техногенного воздействия /Отчет по НИР. Томск: 1991. - 94 с. Инв. № 82.9.20006503, № гос. рег. темы 01910055490.

5. Сальников В.Н., Федощенко В.И. Аномальные фотоэффекты в геоактивных зонах и механизм образования электромагнитных систем. /Докл. III-й Межд. междисципл. научно-технич. школы-семинара: Непереодические быстропротекающие явления в окружающей среде. Томск: ТПУ, 1992. Часть 2. - с. 91-105.

6. Сальников В.Н., Арефьев К.Н., Заверткин С.Д. и др. Самоорганизация физико - химических процессов в диэлектрических природно- технических средах. Томск: SТТ, 2006.-524С.

7. Геологическая карта СССР масштаба 1:200000. Серия Карельская. Михайлюк И.В., Галдобина Л.Л., Алексеева B.C. и др. М.: Недра, геологическая карта 1965. -   98 с.

8. Ю. Дуглас Г. Рак и молния -  имеется ли между ними связь? Пер. с английского С. Топорнина.  США, Беннигтон Баннер. 1980 (реферат статьи Толевой Н.Б. КМС ВСНТО, № 955. Т.65. 21.4.84.).

9. Сальников В.Н. Литосферный механизм возникновения лесных пожаров//Матер. Межрег. конф.: Лесные пожары, возникновение  и экологические последствия.- Томск, 1995.-С .112-113.

Код для цитирования: Скопировать