Оценке влияния горных работ на изменения ландшафта помогают космоснимки

Руководитель геоинформационного центра Института геологии КарНЦ РАН Наталья Крутских разработала и апробировала систему анализа степени влияния добычи полезных ископаемых на окружающую природную среду с помощью методов дистанционного зондирования. Изучение космоснимков позволило оценить, как изменялся ландшафт, в том числе лесные и водные объекты, на территории Костомукшского железорудного месторождения.

Как подчёркивают в научном центре, при изучении воздействия на окружающую среду исследуется состояние почвы, воды, растительности. Однако значительная часть динамики экосистемы происходит в масштабах ландшафта в целом. Изучить её в ретроспективе на примере Костомукшского железнорудного месторождения позволили данные дистанционного зондирования за период с 1978 по 2019 год.

Для работы использовались космоснимки программы Landsat. Учёный по спектральным данным спутниковых изображений провела классификацию поверхности земли и оценивала изменения как самого карьера, так и открытой поверхности, воды, лесов и болот.

При сравнении полученных изображений отчётливо виден масштаб изменений. Например, в 70-х годах – в самом начале разработки карьера – территория горных работ отмечена минимально. К 1990 году карьер занимает площадь 17,4 кв. км, а к 2019 году его размеры увеличиваются втрое до 55,5 кв. км. Наиболее интенсивно площадь карьеров увеличивается в 2006–2014 гг., темпы прироста составляют 2,2 кв. км в год.

Параллельно с этим меняется площадь открытой поверхности, который включает в себя вырубки. Во многом она образовалась в связи с расчисткой территории под карьер. И если в первые годы эта площадь уменьшается из-за разработок руд, то затем снова начинает активно расти. Это происходит из-за освоения территории и развития лесозаготовок.

Пропорционально меняется и площадь лесов. Максимальной она была в начальный период. В 1978 году лесные массивы занимали здесь 500,4 кв. км. К 2006 году площадь леса составляла уже 340,9 кв. км. К 2019 году часть вырубок заросла и размер класса вновь увеличился.

Дешифрирование космоснимков ярко демонстрирует изменения водных объектов. Образование водохранилища на Костомукшском озере приводит к более чем двукратному увеличению площади вод: с 29,3 кв. км в 1978 году до 62,6 – в 1990 г. Затем озеро начинают использовать для хранилища «хвостов» – отходов обогащения полезных ископаемых, состоящих из пустой породы. В результате постоянного их намывания в 2019 году площадь водной поверхности составила 53,8 кв. км.

Ещё одно применение дистанционного зондирования нашли при изучении динамики грунтовых вод в горнодобывающих районах. По словам учёных, добыча полезных ископаемых приводит к нарушению режима подземных вод и появлению вокруг карьера депрессионной воронки, которая увеличивается в размерах по мере роста и осушения карьера. Конус депрессии формируется при откачке воды из скважины – котлована, горной выработки. Если смотреть в разрезе, уровень поверхности подземных вод приобретает воронкообразную форму с уклоном к месту откачки.

– Спектральные характеристики поверхности при спутниковой съемке дают представление о влажности растительности. Если воды недостаточно, это зафиксируется. В результате по состоянию растительности мы можем понять, что происходит с подземными водами на изучаемой территории, – отметила Наталья Крутских.

Исследование показало, что наибольшие отрицательные изменения проявляются для всех классов растительности в пределах конуса депрессии. При этом травы и кустарники меньше реагируют на изменение уровня грунтовых вод, а древесный ярус, особенно лиственные, сильнее. Наиболее чувствительна к антропогенному влиянию растительность водно-болотных угодий. Также отмечено, что на участках, ранее вовлеченных в зону депрессии, наблюдается адаптация растительности к водному стрессу.

– Оценка трансформации ландшафтов необходима для принятия мер по защите экосистемы. Наше исследование показывает поведение геосистем, находящихся в сходных природных условиях, и позволяет лучше понять адаптивные механизмы, которые помогают системе проявлять устойчивость под воздействием внешних нагрузок. Эти методы могут стать частью экологического мониторинга территории, – добавила Наталья Крутских.

На примере Костомукшского месторождения учёный отработала методику исследования, в дальнейших планах апробировать её на других схожих объектах в северном регионе.

Результаты работы опубликованы в Environmental Earth Sciences.