Происходит не только механическая перестройка земной коры в результате открытых и подземных горных работ - меняется и геохимический облик ландшафта. Например, при добыче цветных металлов ежегодно теряются сотни тысяч тонн меди, свинца, цинка. Они рассеиваются здесь же, поблизости, на участках, прилегающих к горнодобывающим предприятиям. Изменяется растительный покров, нарушается водный баланс.
В нашей стране в системе Министерства геологии СССР, в объединении "Аэрогеология", недавно создано специальное подразделение, которое занимается проблемами охраны литосферы. Связь с "Аэрогеологией" не случайна, поскольку именно дистанционные наблюдения - с самолетов, из космоса - наиболее эффективны для надзора за состоянием верхних слоев литосферы, за теми изменениями, которые происходят под влиянием хозяйственной деятельности человека как на земной поверхности, так и в более глубоких горизонтах. Руководит работой подразделения начальник партии космоаэрогеологической экспедиции А. Мирнова.
Для обследования и надзора выбраны такие крупные горнодобывающие объекты, как район Курской магнитной аномалии, Тюменский край, Хибинский горный массив, где ведется добыча апатитовой руды, Восточный Прикаспий.
Как проявляют себя эти районы на космических и аэрофотоснимках? Они отличаются от окружающего ландшафта отражательными и излучательными свойствами. Их альбедо (в дословном переводе - белизна) - способность отражать падающий поток света - всегда выше, чем на соседних участках.
На аэрокосмических изображениях поверхности это выражается более светлым фототоном и цветом.
Нефтегазодобывающие комплексы особенно наглядно дают о себе знать в ночное время суток. Интенсивное световое излучение, пятна горящих факелов хорошо видны на снимках.
Тепловые контрасты отчетливее всего проявляются на весенних снимках, когда начинает сходить снежный покр ров. Из-под него первыми проступают "горячие" карьеры, отвалы, дороги, по которым идет перевозка горной массы.
Каждый горнодобывающий комплекс "фотогеничен" по-своему. Один лучше выходит на черно-белых фотографиях, другой на цветных; третьи раскрываются при спектрозональных снимках, полученных путем съемки в одном, но широком интервале электромагнитного спектра, или многозоналычых, отснятых в нескольких узких интервалах; то, что может ускользнуть, например, на черно-белом снимке, проявится на многозональном или тепловом.
Космические и воздушные портреты выходят лучше или хуже в зависимости от времени года. Например, традиционная аэрофотосъемка для нужд топографии, геологии, геоморфологии зимой практически не проводится, поскольку она малоинформативна. А для литомониторинга именно зимние съемки оказались весьма "словоохотливыми". Снежный покров аккумулирует атмосферные загрязнения, собирает пыль, разносимую окрест из карьеров и угольных разрезов в момент добычи или во время транспортировки руды и угля, а также загрязнения от дымовых шлейфов перерабатывающих предприятий. Так, например, на зимних фотографиях района КМА видны темные полосы шириной в километры и длиной в десятки километров - это шлейфы пыли, законсервированные снегом. Их образовали частички руды и породы, день за днем разносимые ветрами преобладающих направлений.
Чтобы извлечь из аэрокосмического изображения как можно больше информации, используют электроннооптический преобразователь. Прибор способен различать и соответственно выделять более двух сотен оттенков, его зоркость в этом смысле значительно превосходит человеческие глаза.
В сером снежном покрове, который на черно-белой фотографии выглядит одинаково светлой полосой, преобразователь находит более темные участки, определяет их контуры. Это запыленные зоны.
Далее электронно-оптический преобразователь такое изображение может превратить в многокрасочный рисунок. Окрашивает в различные условные цвета, скажем, площади, захваченные отвалами, хранилищами шлака, рудной пылью, совсем иначе окрашивает нетронутые территории, поля, зоны отдыха, другой цвет придает застроенным площадям. В итоге появляется цветное изображение, на котором резко различаются все слагаемые данного ландшафта.
Итак, проведен анализ аэрокосмических материалов, наземные отряды собрали пробы почвы, снега, воды, все данные учтены и обобщены в виде карт различного содержания, на которых указаны источники загрязнения и пути миграции отходов горнодобывающего комплекса. По этим картам можно судить о воздействии горнодобывающего комплекса на окружающий ландшафт, на режим подземных вод, на состояние мерзлотных условий, можно определить его тепловое влияние на местный микроклимат... Вся сумма последствий горной добычи зафиксирована в документах литомониторинга. Ну а каковы же результаты?
Если надзор за горнодобывющим районом ведется регулярно, то накапливаются точные данные об изменениях, происходящих на контролируемой территории, выявляются новые черты на лике земной поверхности.
Ретроспективный подход показывает жизнь территории в динамике.
Такой литомониторинг дает возможность проанализировать, правильно ли выбраны места отвалов, подсчитать, сколько пустой породы там разместится безболезненно для окружающей среды или даже с пользой (засыпанные овраги, балки приостанавливают эрозию почвы). Поможет определить, в каких именно местах развеивание пыли надо преградить.
О последствиях подземной добычи удается судить по косвенным признакам. Шахты или рудники, сооруженные на глубине, оказывают влияние на состояние поверхностных или подземных вод, это, в свою очередь, сказывается на рельефе, на почвеннорастительном покрове. По таким изменениям, замеченным при дистанционных съемках, можно судить, насколько рационально ведется рудничное хозяйство. Заболачивание территории над рудником, появление просадок электромагнитных зондировании с использованием искусственных источников, сила тока в которых и его конфигурация заведомо задаются исследователем. Трудность была одна:
отсутствовали источники достаточно большой мощности.
Пороховой двигатель в упряжке геофизиков
Ученые Института атомной энергии имени И. В. Курчатова предложили мощные магнитогидродинамические (МГД) генераторы, развивающие в коротких импульсах колоссальную мощность-до 80-100 тысяч киловатт и создающие ток силой до 20 тысяч ампер!
Импульсный МГД-генератор представляет собой пороховой ракетный двигатель, преобразующий энергию сгорающего твердого топлива в электрический ток. В таком двигателе сгорает твердое топливо с добавками легкоионизирующихся веществ. Образующийся поток электропроводящей плазмы с температурой около 3000 градусов Цельсия с огромной скоростью проносится через сопло прямоугольного сечения. Верхняя и нижняя стенки этого так называемого МГД-канала выполнены из термостойкого электроизолирующего материала, боковые же имеют покрытия из тугоплавкого металла - они выполняют роль токосъемных электродов. Сверху и снизу от МГД-канала укреплены катушки с проводом (соленоиды), по которым одновременно с началом сжигания топлива пропускается ток большой силы. Он создает поперечное магнитное поле, в котором поток плазмы резко тормозится. В результате между электродами в МГД-канале возникает сильный импульс тока.
Этот импульс направляется либо к двум электродам, закопанным в землю на расстояниях от сотен метров до нескольких километров друг от друга, либо питает большую (диаметром до нескольких километров) петлю с про
водом, расположенную на поверхности Земли. В первом случае говорят, что в качестве источника первичного поля используется электрический диполь, а во втором - индукционная петля. Ток в диполе или петле весьма резко меняется во времени, причем форма импульса тока близка к прямоугольной, а его длительность меняется от 5 до 15 секунд.
Первичное переменное электромагнитное поле, возникающее при прохождении тока в диполе или петле, индуцирует в проводящих слоях Земли электрические токи, которые создают вторичное (индуцированное) поле, Специальные датчики, расположенные на поверхности, регистрируют суммарный эффект этих двух полей. При этом индуцированные в Земле токи и соответственно вторичные поля зависят от распределения электропроводности исследуемой области земной коры.
Электропроводность же земных недр может дать информацию о так называемом термодинамическом и фазовом состоянии горных пород на больших глубинах, а также о зонах, перспективных в отношении полезных ископаемых (рудные залежи - хорошие проводники, нефть и газ-плохие).
Токовые петли
В СССР разработано несколько типов геофизических МГД-установок. Одна из них-"Хибины"-установлена на узком перешейке, соединяющем Кольский полуостров и полуостров Рыбачий, и служит для "просвечивания" материковых недр и прилегающего шельфа Баренцева моря на глубину до нескольких десятков километров.
