Экология почв военных полигонов

Создание фортификационных сооружений приводит к изменению рельефа, образованию выемок и отвалов, погребению почвы и уничтожению растительности. Эти сооружения на сельскохозяйственных угодьях, особенно в равнинных условиях, усиливают процесс заболачивания и засоления, что негативно отражается на плодородии земель. В Европе во время Первой мировой войны на 1 км фронта в среднем приходилось от 15 до 30 км траншей, а протяженность оборонительных рубежей, построенных с июня 1941 по сентябрь 1942 г. на европейской части нашей страны, составила 25 тыс. км, то есть на 1 км фронта обороны или исходного положения приходилось 8–10 км траншей и ходов сообщения [82].

Движение колонн, маневры колесных и гусеничных тяжелых транспортных средств являются еще одним важным фактором, который влияет на почву. Уплотнение почвы является основным негативным последствием перемещений военных, при этом значительно изменяются ее гидравлические свойства, она становится более уязвима к эрозии. В насыщенных почвах избыточная нагрузка может привести к разжижению, что приведет к различным проблемам, включая образование грязи [263].

Бомбы и снаряды, противотанковые и противопехотные мины вызывают образование воронок (кратеров) и холмистости, при этом происходит перемешивание почвенных горизонтов, нарушается ландшафт, значительно меняется топография местности. Сама установка мины может вызвать значительное возмущение почвы. После активации мины почва, ее окружающая, загрязняется пластиковыми и металлическими фрагментами, а также остатками взрывчатых веществ.

Длительные периоды военных действий в Чечне (конец XX – начало XXI вв.) оказали крайне негативное воздействие на все компоненты природных комплексов, привели к их трансформации в специфические техногенные модификации (беллигеративные ландшафты). Ранее здесь были распространены плодородные земли – малогумусные черноземы, лугово-черноземные глинистые и суглинистые почвы. В результате многократной передислокации воинских подразделений, строительства баз, прокладки траншей, окопов, складирования боеприпасов, минирования земель, бомбардировок почвенный покров во многих районах (Сунженский, Грозненский, Гудермесский, Урус-Мартановский и др.) оказался нарушенным на площади 40–50 тыс. га. В Надтеречном районе республики от станицы Знаменская до места слияния Терека с Сунжей из-за передвижений военной техники, транспорта со снаряжением и продовольствием почвенный покров был уничтожен на глубину 15–30 см. Сейчас эти земли невозможно использовать для сельскохозяйственных целей без рекультивации и внесения удобрений [24, 25].

Повсеместное уничтожение почвы, растительности и животных отмечалось во время войны на территориях Вьетнама, Лаоса и Камбоджи [85]. Здесь впервые в истории войн объектом поражения стала среда обитания целых народов (посевы сельскохозяйственных растений, плантации технических культур, джунгли и мангровые леса). В 1966 г. военно-воздушные силы США сбросили на Вьетнам 638 тыс. авиабомб, а за 1965–1971 гг. – 6,2 млн т авиабомб. Это привело к образованию 12 млн воронок. Во время муссонных дождей специально вызывались искусственные ливни, приводившие к глубокой эрозии почв. В результате в Индокитае районы интенсивных бомбардировок практически полностью лишились почвенного и растительного покровов.

Сбрасывание бомб и взрывы – причина активизации склоновых процессов. Обстрелы склонов из артиллерийских систем и подрывы в зонах зарождения лавин применяли с 30-х годов прошлого века для спуска лавин в целях уменьшения опасности в Альпах и Хибинах. Примером преднамеренной активизации склоновых процессов во время военных действий является бомбардировка горных склонов в Афганистане для инициирования схода осыпей и обвалов перед выводом советских войск.

Активизация склоновых процессов в районах военных действий и на испытательных полигонах происходит также из-за колебаний атмосферного давления при запуске тяжелых ракет. В связи с закрытостью темы точных литературных данных найти не удалось, хотя сам факт усиления экстенсивности и интенсивности этих геологических процессов с неблагоприятными экологическими последствиями не вызывает сомнения.

Огромные площади затрагивают изменения рельефа при сбрасывании атомных и водородных бомб. Площадь взрывной воронки от атомной бомбы мощностью 20 кт составляет 1 га, а водородной бомбы мощностью 10 Мт – 57 га [18]. Во второй половине XX века ядерными державами (США, СССР, Великобритания, Франция, Китай, Индия, Пакистан) было проведено около 1600 подземных ядерных взрывов, зарегистрированных сейсмическими станциями во всем мире [11].

При подземных и наземных ядерных взрывах происходит активизация геологических процессов (землетрясений). В литературе приводятся такие примеры: после испытательного ядерного взрыва в штате Невада в 1968 г. возникло землетрясение силой 5 баллов; в 2001–2002 гг. в Афганистане зарегистрировано около 40 землетрясений (9 из них имели магнитуду выше 5). Часть землетрясений можно связать с воздействием тяжелой авиации во время антитеррористической операции войск США [82].

Примерами ответной реакции литосферы в виде индуцированных землетрясений служат ракетно-ядерные удары в Югославии, Афганистане, Ираке, Южной Осетии и Ливии (1999–2011 гг.). Сопоставление времени бомбардировок с сейсмической активностью дает возможность выявить ее вторичное усиление после ракетно-артиллерийских обстрелов.

В ряде случаев ядерные взрывы проводились в районах с повышенной сейсмичностью (выше 6 баллов по шкале MSK-64), в частности в районе озера Байкал и долины реки Амударья. Число постбомбардировочных землетрясений по сравнению с природными землетрясениями за тот же период времени, предваряющий военные действия, возрастает примерно в 1,4–1,7 раза [23]. С точки зрения оценки экологических последствий от землетрясений в сейсмоактивных регионах такая техногенная добавка может играть существенную роль.

Исследования, проведенные на Семипалатинском, Новоземельском, Невадском и других полигонах, позволяют утверждать, что воздействие подземных ядерных взрывов сводится к кратковременному увеличению сейсмичности на расстоянии до 2000 км от места проведения испытаний. В первые 5–10 дней после воздействия происходит увеличение частоты землетрясений, затем она уменьшается до фоновых значений и повторно активизируется через 30–40 дней.

Есть предположения и о положительной роли подземных ядерных взрывов, активизирующих слабую и умеренную сейсмичность, способствующих сбросу части тектонического напряжения в сейсмически активных районах, о чем свидетельствуют наблюдения за сейсмической активностью в Средней Азии в период проведения ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне [55].

Возможность преднамеренного использования геологических процессов позволила военным ввести новый термин – «литосферное оружие», подразумевающее инициирование землетрясений и извержений вулканов для уничтожения противника. Однако среди исследователей до сих пор нет единого мнения о силе вызываемого воздействия [23, 55].

Были попытки установить связь между пусками космических ракет и землетрясениями [68]. По мнению автора, ему удалось обнаружить группирование сильных землетрясений в Калифорнии, Мексике и на Аляске в полумесячном интервале после пусков мощных космических ракет на мысе Канаверал. Другие авторы считают, что случайная группировка таких землетрясений в столь узком интервале невозможна. В дальнейшем значимая корреляционная связь между запуском ракет и сейсмической активностью так и не была установлена.

Геохимическая экологическая функция литосферы – это влияние геохимических полей литосферы на состояние биоты в целом. Объектами исследований при этом являются химический состав компонентов литосферы (горные породы, минералы, донные осадки, почвы, подземные воды, нефть, газы) и формируемые ими поля природного и техногенного происхождения [81].

Наиболее существенные изменения геохимических условий на объектах военной деятельности и загрязняемых ими территориях в мирное время происходят при испытании ракетно-космической техники [38]. Токсичный компонент ракетного топлива – несимметричный диметилгидразин (гептил) – относится к 1 классу опасности. Он токсичен при любых путях поступления в организм – через желудочно-кишечный тракт, органы дыхания, кожу и слизистую. «Гептил в 6 раз более токсичен, чем синильная кислота, в случае его выброса последствия трагичны. В живых организмах метаболиты более канцерогенны, чем сам гептил. Все первое поколение заправщиков гептила погибло. Регистра лиц, работавших с гептилом, нет» [14].

Потенциальная опасность гептила при попадании в объекты окружающей среды определяется его высокой летучестью, неограниченной растворимостью в воде, способностью к миграции, накоплению, высокой стабильностью в глубоких слоях почвы и растениях, образованием при разложении еще более опасного вещества – нитрозодиметиламина [59].

Согласно последним исследованиям, проведенным методом хромато-масс-спектрометрии, через месяц после старта в приповерхностном слое почвы гептила нет. В грунтах остаются некоторые продукты его превращений, причем их концентрации составляют доли процентов от исходной. Гептил быстро испаряется из депонирующих сред, а оставшийся в небольшом количестве трансформируется до метана, азота, аммиака, сложных органических соединений (диметилгидразида муравьиной кислоты, 1-метил-1,2,4-триазола, диметиламина, N,N-диметилгуанидина, нитрозодиметиламина, метилгидразина, триметилгидразина, 1,5,5-триметилформазана, диметилгидразонов формальдегида и ацетальдегида) [92].

На территориях ракетных комплексов Восточный и Байконур гептил в поверхностном слое почв был обнаружен только в местах падения отделяющихся частей ракет-носителей и не позже, чем через 12 ч от проводимых испытаний. Было установлено, что на расстоянии 100 м от мест падения ступеней ракет загрязнение гептилом почв, грунтов, растительности, вод, донных отложений, снега, овощей, фруктов, ягод и грибов отсутствует [8, 49]. Проведенные на космодроме Плесецк исследования биологической активности почв и растительного материала показали, что характер воздействия гептила на горох и ячмень определяется его количеством, поступившем в почву. Ингибирующая (подавляющая жизненные процессы) доза топлива составляет 20 г/дм3, хотя в умеренных дозах он служит стимулятором процессов жизнедеятельности растений и сопутствующей биоты [82].

Одиннадцатилетний период собственных исследований слоя почв глубиной от 0 до 20 см на территории испытательных площадок ракет-носителей АО «Конструкторское бюро химавтоматики» (г. Воронеж) показал, что содержание в них гептила находится на уровне ниже пределов обнаружения или гораздо ниже предельно допустимой концентрации (ПДК) [38]. Однако исследования, проведенные на той же площадке, но на срезе грунта глубиной 2 м, показали превышение концентрации гептила установленного норматива (ПДК=0,1 мг/кг).

Экспертиза состояния экосистем в местах проливов токсичных компонентов ракетного топлива свидетельствует о серьезности экологической ситуации на территориях районов падения отработавших ступеней ракет. Так, в 1996 г. жители села Саратан (республика Алтай) рассказывали, что первый «ракетопад» у них случился в 1959 г. В районах падения частей ракет-носителей стал гибнуть крупный рогатый скот, была уничтожена вся растительность, улетели птицы. Жители окрестных сел (Язула, Каракдюр, Балыкча) стали неожиданно седеть в 20–25 лет, стало нормой повышенное кровяное давление, заболевание почек и печени, у школьников начали выпадать волосы. Помимо этого, люди стали вымирать от рака, возникли странные психические заболевания, которые выражались в агрессии к близким, только за 1991 год самоубийством покончило жизнь 36 человек (из них 10 детей). Врачи отмечали увеличение рождения числа детей с уродствами, несовместимыми с жизнью.

Иванов А. в своей статье писал: «Российское космическое агентство и Военно-космические силы с 1974 по 1996 год буквально забросали Алтайский край металлическими обломками…, вес пролитого гептила – свыше 63 т» [Иванов, 1997]. Экологическая обстановка до сих пор осложнена отсутствием эффективных методов обезвреживания одного из самых токсичных видов ракетного топлива и продолжением запусков.

Многолетняя эксплуатация аэродромов и космодромов в результате утечек больших и малых объемов нефтеуглеводородного топлива привела к скоплению подземных керосиновых линз (таблица 1). По данным МО РФ, площадь земель, загрязненных нефтепродуктами по вине военных, составляет более 670 га.

Таблица 1. Примеры масштабов подземных керосиновых линз на объектах военной деятельности РФ

Наиболее неблагоприятное положение – на аэродромах ВВС в населенных пунктах Савватия, Энгельс, Березовка, Ейск и Каменск-Уральский, а также в объединенном Сибирском, Дальневосточном и Уральском военных округах. В целом, из общей площади около 14,5 млн. га, предоставленных для нужд Вооруженных Сил, нарушено и подлежит рекультивации около 60 тыс. га [40]. Топливо при работе двигателей самолетов в форсажном режиме (при взлете и посадке) переносится на огромные расстояния, оседает на почвы, воды. На примере аэродрома «Балтимор» (г. Воронеж) и «Энгельс-2» (г. Энгельс) было установлено, что почвы на расстоянии 2,5–3 км от взлетно-посадочной полосы загрязнены керосином. В каждой отобранной пробе находили авиационное топливо с концентрациями от 0,1 до 15 ОДК (ОДК=100 мг/кг) в зависимости от удаления от взлетно-посадочной полосы, интенсивности эксплуатации аэродрома и типа почв [38].

В военное время большинство вооруженных конфликтов происходит с целью перераспределения на мировом рынке доступа к ресурсам углеводородов. Поэтому в большинстве горячих точек планеты (Кувейт, Ирак, Сирия) происходит интенсивное нефтяное загрязнение приповерхностной части литосферы. Согласно полученным данным, при проведении контртеррористической операции на Северном Кавказе в результате повреждения промысловых и магистральных трубопроводов и нефтехранилищ в грунтах скопилось боле 2 млн т нефтепродуктов. На территории площадью около 30 км2 образовался подземный нефтенасыщенный горизонт мощностью до 12 м [25].

Во время войны в Персидском заливе (1990–1991 гг.) произошел инцидент с сильным загрязнением нефтью, в ходе которого пострадал участок береговой линии протяженностью 770 км от южного Кувейта до острова Абу-Али. Это был крупнейший разлив нефти в мировой истории, который оценивается в восемь миллионов баррелей, что привело к загрязнению вод Персидского залива, а также прибрежных районов Ирана, Кувейта и большей части береговой линии Саудовской Аравии. В некоторых частях побережья Саудовской Аравии было обнаружено, что отложения содержат до 7 % нефти. Многие нефтяные соединения, а также побочные продукты их разложения, могут быть высокотоксичными, но эти соединения были исключены из настоящего обзора, так как вопросу загрязнения почв и вод нефтью посвящено много работ, в том числе монографии и статьи [37, 38, 40, 48, 85, 160].

Загрязнение почв взрывчатыми веществами и составными компонентами топлив на производственных площадках, в зонах конфликтов и на военных полигонах является международной проблемой. Только в США тысячи военных объектов перечислены как загрязненные энергетическими соединениями [197]. Около 50 млн акров пострадали от бомбардировок и других учебных мероприятий. Еще большее число загрязненных участков существует в Европе и Азии [175]. Чрезвычайные ситуации в области общественного здравоохранения, тесно связанные с загрязнением прилегающих к полигонам территорий, вызвали требования местных граждан о принятии мер по восстановлению почв [142]. В течение последних двух десятилетий многочисленные организации экоактивистов вынудили военные ведомства в США, Канаде и многих европейских и азиатских странах выявлять места повышенного загрязнения и оценивать влияние военной деятельности на качество почв, подземных и поверхностных вод. Результаты проведенных исследований находятся в открытом доступе в сети Интернет. Этой проблеме начинают уделять внимание и в нашей стране [76].

Есть разрозненные данные о содержании в почвах военных полигонов и аэродромов тяжелых металлов, нефтепродуктов и нитратного азота [34, 41, 74, 182]. В средствах массовой информации РФ появляется все больше откликов граждан на ухудшение экологической ситуации в районах действующих военных полигонов, о чем подробно рассказано в статье [88].

Обширные территории и природные комплексы (в первую очередь почвы и подземные воды) загрязнены высокотоксичными веществами различного происхождения, уровень которых остается экологически опасным на протяжении десятков лет, что не позволяет их хозяйственное использование без дорогостоящих восстановительных работ и экологической реабилитации. Почвенный покров загрязнен выше допустимых уровней нефтепродуктами, тяжелыми металлами, высокотоксичными химическими веществами и радионуклидами. Тысячи тонн нефтепродуктов «плавают» на поверхности подземных вод, уничтожая важнейшие источники водоснабжения. Сотни тонн тяжелых металлов, взрывчатых и отравляющих веществ разного происхождения накапливаются на геофизических барьерах, растворяются в водах подземных горизонтов, убивая все живое. Масштабы загрязнения подземных вод настолько велики, что точечные источники загрязнения сливаются между собой и составляют потоковые (площадные) загрязнения, угрожающие питьевому водоснабжению крупных городов, как это имеет место в Чехии, Германии. Поверхностные и подземные водоисточники из-за фильтрации токсикантов и продуктов их распада через слои почв частично или полностью выведены из водопользования.

В районах дислокаций законсервированных или оставленных военных баз находят на свалках или в покинутых строениях снаряды и противотанковые мины с взрывателями, отравляющие вещества, дымовые шашки (полигон Швайнрих в Германии, Оломоуц в Северной Моравии – бывшие военные базы СССР), авиационные бомбы с взрывателями (аэродром Нора в Германии и бывшие военные базы на территории Белоруссии).

На территории Германии размещались военные формирования Западногерманских вооруженных сил (Бундесвер), Восточногерманских вооруженных сил, Западной группы войск СССР, Объединенных сил Западного блока армий. Всего на территории страны насчитывалось более 10500 военных объектов, которые занимали около 1 млн га (2,8 % от площади Германии). На площадях размещения военных формирований выявлены несанкционированные и не заявленные в соответствующих документах захоронения взрывчатых и отравляющих веществ, источников ионизирующих излучений, некоторых видов ядерных средств и радиоактивных отходов. На военно-тренировочной базе Мунстер обнаружены нигде неучтенные хранящиеся с Первой мировой войны боевые снаряды, авиабомбы, мины, стеклянные и металлические баллоны с отравляющими веществами. Из-за разрушения баллонов и дегазации газов поверхность земли в пределах военной базы и прилегающих территорий пропитана ядами.

На территориях бывших военных баз СССР до сих пор находятся многочисленные подземные захоронения противотанковых мин, снарядов, авиабомб. В Венгрии на оставленных военных базах обнаружены брошенные высокотоксичные продукты: хлорацетофенон (2600 дымовых шашек), моно- и дихлорамины (2400 кг), асбест (3000 кг), ДДТ (1150 кг). Отдельные участки загрязнены нефтепродуктами в колоссальных объемах (около 700 кг нефтяных масел, 20 тыс. л горючего). Но в целом, такая ситуация по сравнению с другими странами, считается относительно приемлемой.

Особую опасность для окружающей среды представляют загрязнения грунтов и подземных вод радиоизотопами и тяжелыми металлами. Через десятки лет на территориях бывших военных баз в почвах на разной глубине определяют тяжелые металлы с концентрациями, многократно превышающими предельно допустимые (свинец до – 61 ПДК; кадмий – до 700 ПДК; цинк – до 12 ПДК, медь – до 2 ПДК, марганец – до 3 ПДК) [42]. Металлы постепенно фильтруются к грунтовым водам, и на глубине более 1 м их концентрации многократно превышают содержание в приповерхностном слое почв [67, 182]. Бетонобойные бомбы оснащаются сердечниками на низкообогащенном уране, что увеличивает их пробивную способность, но вызывает радиоактивное заражение почвы (война в Югославии, 1999 г.).

На полигонах для утилизации оружия при прямом сжигании боеприпасов на открытом воздухе или подрывах в окружающую среду попадает большое количество токсичных окислов, цианидов, солей тяжелых металлов, диоксинов. Массовое уничтожение списанных боеприпасов, особенно средств инициирования (взрывателей), содержащих свинец, ртуть, на открытых площадках неизбежно приводит к загрязнению атмосферного воздуха.

Почвы военных полигонов во всем мире загрязнены взрывчатыми веществами и продуктами их трансформации в результате производственных операций, военных конфликтов, военных учебных мероприятий на стрельбищах и полигонах, открытого горения/открытой детонации устаревших боеприпасов. Загрязнение почв взрывчатыми веществами относится к серьезной и мало изученной в нашей стране экологической проблеме. Взрывчатые вещества являются ксенобиотическими загрязнителями (при попадании в биосферу представляют токсическую опасность для экосистем, людей и другой биоты). Основные загрязнители – тротил, гексоген и октоген, а также нитроглицерин, нитрогуанидин, нитроцеллюлоза, нитротолуолы и перхлораты.

Земли с неразорвавшимися боеприпасами включают действующие военные объекты, а также земли, переданные в частную собственность или собственность правительства США. Первоначально 2300 объекта в США (в т.ч. за рубежом) были идентифицированы как возможные места с неразорвавшимися боеприпасами. Последующие детальные исследования сузили это число до 1400 объектов. Общая площадь пострадавших земель составляет около 10 млн акров [133]. Оценка расходов по восстановлению посевной площади варьируются от 10 млрд до 100 млрд $. Результаты исследований загрязнения почв взрывчатыми веществами на военных полигонах США и Канады представлены в главе 2.

В Российской Федерации проводятся исследования, направленные в первую очередь на ликвидацию последствий на локальных объектах военной деятельности. В 2019 г. службами военных округов заключено 53 государственных контракта, при реализации которых утилизировано более 600 тыс. отработанных ртутьсодержащих ламп и 8,3 т отходов 2-го класса опасности, проведена очистка более 4 га земель, загрязненных нефтепродуктами и твердыми коммунальными отходами, передано на утилизацию 10 т нефтесодержащей жидкости, разработаны технические проекты на очистку загрязненных нефтепродуктами земель в Восточном военном округе. В 2020 г. передано на утилизацию более 80 тыс. ртутьсодержащих ламп, 6,5 т отработанной серной кислоты, 36 м3 нефтешлама и 10 т нефтесодержащих отходов [79].

К 2020 г. в РФ было утилизировано 21500 единиц ракетно-артиллерийского вооружения, около 7 млн единиц стрелкового оружия, более 150 млн штук боеприпасов, 140 тыс. ракет общевойскового назначения. Ситуация в застарелых арсеналах становится все более критической, об этом открыто говорят и ведущие научные специалисты, и представители промышленности. Не скрывают истинного положения дел и военные. На содержание боезапаса Вооруженные силы тратят 2 млрд рублей в год. Для того, чтобы хоть немного разгрузить опасные хранилища, Министерство обороны распорядилось уничтожать способом подрывов те боеприпасы, которые хранить стало рискованно. Такой способ ведет к неминуемому загрязнению объектов окружающей среды и нанесению огромного ущерба природе и всему живому.

Предотвратить перенос токсичных соединений атмосферным воздухом на десятки километров от мест взрывов с последующим загрязнением ими почв и вод невозможно. В работе О. Лисова приводится информация о загрязняющих веществах, которые могут поступать в окружающую среду при подрыве боеприпасов (таблица 2) [45, перераб.].

Таблица 2. Перечень контролируемых в воздухе веществ при утилизации военной техники и вооружения

Практика уничтожения боеприпасов путем подрыва и сжигания не только опасна, но и экономически убыточна, так как все элементы боеприпасов могут и должны быть утилизированы. Комплексная утилизация запасов хранящихся сегодня боеприпасов позволяет получить сотни тысяч тонн черных и цветных металлов, взрывчатых веществ [10].

Наибольшую проблему при утилизации представляют боеприпасы повышенной мощности, снаряженные гексоген-содержащими неплавкими взрывчатыми веществами. Большое разнообразие типов и видов таких боеприпасов, как по габаритно-конструктивному признаку, так и по используемым для их снаряжения материалам, предопределяет сложность задачи их утилизации. К так называемым специальным боеприпасам относятся около 60 % запасов, подлежащих утилизации. Арсеналами Минобороны России их утилизация невозможна (ввиду высокой опасности проведения работ вблизи хранилищ). Такие работы возможны только на предприятиях промышленности [73].