Пилу для всіх, задарма…!

Пиління шламосховищ та інших промислових об’єктів Криворізького залізорудного басейну – довготривала проблема. Попри всі завірення промисловців про “успішність заходів з пилопригнічення” мною зібрано достатню кількість фактів про протилежне. Використовуючи сучасні методи аналізу даних та результати космічної зйомки – можна впевнено сказати про те, що технології з пилопригнічення, які на сьогодні використовує криворізька промисловість, є абсолютно недостатніми для охорони довкілля. Багатокілометрові шлейфи пилу від криворізьких шламосховищ наочно свідчать про значний негативний вплив криворізького гірничо-металургійного комплексу не тільки на місто Кривий Ріг, а й на весь навколишній регіон. Величезні об’єми пилу, які видуваються вітрами з криворізьких промислових об’єктів, осідаючи на землю розубожують собою родючий шар ґрунту. Враховуючи довготривалість цих процесів – можна прогнозувати поступове зниження якості сільськогосподарських угідь внаслідок постійного привнесення кварцового та іншого мінерального пилу. Кварц, який є основним мінералом пилу зі шламосховищ, зумовлює високий вміст діоксиду кремнію в цьому пилу, що значно підвищує ризик виникнення пневмоконіозів та пилових бронхітів у населення навколишніх територій.

Заголовком цієї статті є перероблена цитата з фантастичної повісті “Пікнік на узбіччі” Бориса та Аркадія Стругацьких: “Щастя для всіх, задарма, і нехай ніхто не піде обділений” (український переклад А.Сагана та Б.Щавурського). Промислові ландшафти Криворізького залізорудного басейну в повній мірі відповідають описаним у повісті краєвидам. З поміж всіх інших об’єктів особливою контрастністю виділяються шламосховища – величезні пило-водяні резервуари, що височять над навколишньою територією. Саме шламосховища і є основним фокусом цього дослідження, хоча висновки дослідження можна сміливо екстраполювати й на інші промислові об’єкти Кривбасу: відвали, склади готової продукції, шлакові відвали тощо.

Шламосховище ПАТ “Південний ГЗК”	Шламосховище ПАТ “Північний ГЗК”
Шламосховище ПАТ “Північний ГЗК”	Шламосховище ПАТ “Центральний ГЗК”

Основні заходи з пилопригнічення полягають або у повному затоплені водою, або у постійному зрошуванні надводних частин шламосховищ. Для закріплення поверхневого шару використовуються різноманітні домішки, зокрема – розчин бішофіту. Проте, використання додаткових в’яжучих речовин суттєво здорожчує технологію пилопригнічення.

Слід також зауважити, що пиління спостерігається не лише на робочих поверхнях шламосховищ. Ці об’єкти пилять “в цілому” – технологічні дороги, борти та укоси. Навіть за умови затоплення або повного зрошування робочої поверхні шламосховища, велика кількість вільного пилу накопичується в прибортових частинах та на укосах об’єкту. І за сприятливих метеорологічних умов починається екстремальне пиління. При цьому – відбувається пиління не робочої поверхні та основних доріг шламосховища (на які направлено всі заходи з пилопригнічення), а усього об’єкту в цілому.

Відправною точкою цього дослідження була фіксація випадків екстремального пиління шламосховищ у квітні 2018 року на матеріалах космічної зйомки, виконаної апаратами Sentinel-2A та Sentinel-2B. За результатами космічної зйомки 20 та 22 квітня 2018 року простежуються багатокілометрові шлейфи пилу, який видувається зі шламосховищ криворізьких гірничо-збагачувальних підприємств. Максимальна довжина пилового шлейфу, зафіксованого у ці дні, становить більше 20 км! – шлейф пилу зі шламосховища Інгулецього гірничо-збагачувального комбінату. Найбільша видима щільність повітряного пилового потоку в ці дні фіксувалась від шламосховища Центрального гірничо-збагачувального комбінату. Обидва “рекорди” зафіксовано 20 квітня 2018 року космічним апаратом Sentinel-2B.

Шлейф пилу зі шламосховища ПрАТ “Інгулецький ГЗК”

Шлейф пилу зі шламосховища ПАТ “Центральний ГЗК”

Але й інші шламосховища Кривбасу в ці дні також розвіювали пил на навколишні території. Ці факти також зафіксовано космічною зйомкою.

Шлейфи пилу зі шламосховищ ПАТ “Південний ГЗК” та ПАТ “АМКР”	Шлейфи пилу зі шламосховища ПАТ “Північний ГЗК”
Шлейфи пилу зі шламосховища ПАТ “Центральний ГЗК”	Шлейфи пилу зі шламосховища ПАТ “Північний ГЗК”

Фактична фіксація екстремального пиління за результатами космічної зйомки надала підстави детально дослідити метеорологічні умови, які фіксувались в ці дні. Після визначення граничних метеорологічних умов, за яких вже спостерігаються випадки екстремального пиління шламосховищ, було досліджено дані минулих років. Повернення “назад у часі” та вибіркова перевірка матеріалів космічної зйомки минулих років дає підстави стверджувати, що екстремальне пиління криворізьких шламосховищ є довготривалою системною проблемою. При цьому – ця проблема не має вирішення протягом принаймні останніх 13-ти років (починаючи з 2006 року – “найдревнішої” точки нашого дослідження). Я цілком впевнений, що на космічних матеріалах 80-х та 90-х років 20 століття так само будуть фіксуватись багатокілометрові шлейфи пилу від криворізьких шламосховищ.

Для визначення метеорологічних умов, які сприяють екстремальному пилінню криворізьких шламосховищ, було залучено дані Авіаметеорологічної станції цивільної 2-го розряду “Кривий Ріг” (с.Лозуватка Криворізького району Дніпропетровської області). Досліджувалось два метеорологічних параметри – швидкість вітру та відносна вологість атмосферного повітря. Порівняння часового ходу цих двох параметрів із часовими інтервалами космічної зйомки дає підстави стверджувати про чіткий зафіксований факт: екстремальне пиління криворізьких шламосховищ відбувається за швидкості вітру 7 м/с та більше і, разом із тим, за відносної вологості повітря 60% і менше.

Окрім співставлення метеорологічних умов під час прольотів космічних апаратів Sentinel-2B (20 квітня 2018) та Sentinel-2A (22 квітня 2018) наведена вище діаграма чітко показує добовий хід двох означених метеорологічних параметрів. Упродовж світлої частини доби відбувається поступове зростання швидкості вітру і, разом із тим, поступове зниження відносної вологості повітря. Це дає підставу вважати, що о другій половині доби процеси пиління ще підсилюються у порівнянні з зафіксованими космічною зйомкою фактами.

Наступна стадія дослідження полягала у встановленні часової поширеності та частоти в різні періоди року встановлених метеорологічних умов: “швидкість вітру 7 і більше” та “відносна вологість повітря 60% і менше”. Для цього було залучено архів метеорологічних спостережень починаючи з 1 січня 2006 року і закінчуючи 31 грудня 2018 року. Метеорологічна станція “Кривий Ріг”, окрім довготривалої програми метеорологічних спостережень, здійснює метеорологічне супроводження польотів цивільної авіації. Для супроводження польотів метеостанція кожні півгодини (іноді частіше) передає дані про фактичні погодні умови в районі міжнародного аеропорту “Кривий Ріг”. Починаючи з 2006 року метеорологічна станція “Кривий Ріг” надіслала в ефір більше 240 тис. телеграм коду METAR. Для ретроспективного аналізу метеорологічних умов, що сприяють екстремальному пилінню шламосховищ, мною було залучено саме дані з METAR-телеграм метеорологічної станції “Кривий Ріг”.

Аналіз метеорологічних даних вказує на те, що найбільшу частоту сприятливі для екстремального пиління шламосховищ умови мають упродовж березня, квітня та травня. Саме у весняні місяці найчастіше спостерігається висока швидкість вітру разом із низькою вологістю повітря. При цьому дані метеорологічних спостережень вказують на чітку приуроченість цих метеорологічних умов до часу доби. Найбільша кількість випадків “швидкість вітру 7 і більше” та “відносна вологість повітря 60% і менше” фіксується о другій половині доби, набуваючи максимальної частоти в 16-17 годин. Цей факт має конкретне практичне застосування для громадських організацій та контролюючих органів: інспекційну перевірку ефективності заходів з пилопригнічення слід планувати о другій половині доби, коли існує найвища вірогідність високої швидкості вітру та найнижчої за добу вологості повітря.

Кількість випадків спостереженої швидкості вітру “7 та більше м/с” разом із відносною вологістю повітря “60 та менше відсотків”

Кількість випадків спостереженої швидкості вітру “7 та більше м/с” разом із відносною вологістю повітря “60 та менше відсотків”

Велика кількість даних дозволяє зробити детальніший аналіз, а саме – розглянути частоту випадків цікавих нам метеорологічних умов окремо по годинах доби для кожного місяця року. Проте, результати такого детального аналізу суттєво не впливають на загальні висновки: метеорологічні умови, які сприяють екстремальному пилінню шламосховищ, найчастіше трапляються у весняні місяці та в другу половину доби.

Як взагалі поводять себе швидкість вітру та відносна вологість повітря без лімітуючої умови “більше-менше”? Аналіз повного набору метеорологічних даних дозволяє простежити чітку добову закономірність змінення швидкості вітру та відносної вологості повітря. Упродовж світлого періоду доби відбувається підвищення швидкості вітру. Також чітко простежується поступове зниження та подальше зростання відносної вологості повітря.

Показники швидкості вітру в різні місяці року в залежності від години доби

Показники відносної вологості повітря в різні місяці року в залежності від години доби

Маючи чітко встановлені граничні умови щодо швидкості вітру та вологості можна виокремити дні, в які подібні умови фіксувались. Щоб оперувати днями, а не одиничними спостереженнями, мною було вибрано ті дні, в які максимальна із зафіксованих протягом дня швидкість вітру дорівнювала або була більшою за 7 м/с. Разом із попередньою умовою так само застосовувалась умова щодо відносної вологості повітря – мінімальна зафіксована за добу вологість повітря дорівнювала або була меншою за 60%. Результат такого відбору можна зобразити у вигляді діаграми, позначивши дні в які спостерігались метеорологічні умови, сприятливі для екстремального пиління шламосховищ.

Тепер, маючи “розклад пилових днів”, можна повернутися до фактичної перевірки екстремального пиління шламосховищ… Віртуальне середовище зберігання та аналізу даних GoogleBigQuery містить повний постійно оновлюваний перелік космічних знімків, виконаних апаратами серій Landsat та Sentinel-2. Із усього масиву даних можна вибрати та зберегти на комп’ютер назви й параметри знімків, які були зроблені над територією Криворіжжя. Поєднавши дані про космічні знімки з “розкладом пилових днів” ми можемо намітити ті дні, коли при цікавих нам метеорологічних умовах над Криворіжжям було здійснено космічну зйомку. Результати цього аналізу так само можна зобразити на діаграмі. Особливо цікавим для аналізу є весняний період, оскільки з описаного вище аналізу метеоумов відомо, що саме навесні фіксується найбільша кількість випадків “швидкість вітру 7 і більше” та “відносна вологість повітря 60% і менше”.

Єдиний недолік такої діаграми – неврахування хмарності в межах космічного знімку. Проте вона наочно показує можливості використання космічної зйомки для контролю ефективності природоохоронних заходів на промислових об’єктах. Із запуском космічних апаратів Sentinel-2A та Sentinel-2B частота космічної зйомки над територією Криворіжжя збільшилась з 2-х разів на місяць до 2-3-х разів на тиждень!

Для фактичної перевірки екстремального пиління шламосховищ мною обрано декілька весняних космічних знімків за різні роки. Здогадки щодо пиління шламосховищ у ці дні здебільшого підтверджуються – багатокілометрові шлейфи пилу добре помітні на фоні ґрунтів та рослинності.

Шлейфи пилу зі шламосховищ Південного ГЗК та Криворіжсталі	Шлейфи пилу зі шламосховищ Південного ГЗК та Криворіжсталі
Шлейфи пилу зі шламосховища Центрального ГЗК	Шлейфи пилу зі шламосховища ПАТ “Північний ГЗК”
Шлейфи пилу зі шламосховища ПАТ “Центральний ГЗК”	Загальний вигляд шламосховищ Південного ГЗК та АМКР
Шлейфи пилу зі шламосховищ ПАТ “Південний ГЗК” та ПАТ “АМКР”	Шлейфи пилу зі шламосховища ПАТ “Центральний ГЗК”

Проведене дослідження дозволяє стверджувати – проблема весняного екстремального пиління криворізьких шламосховищ існує багато років. Упродовж майже всього часового інтервалу, охопленого дослідженням, фіксуються шлейфи пилу від шламосховищ криворізьких гірничо-збагачувальних підприємств. Відсутні шлейфи тільки на матеріалах весни 2015 року. Але детальний аналіз метеорологічних умов 24 квітня 2015 року вказує на те, що під час прольоту космічного апарату Landsat-8 (11:30 за місцевим часом) швидкість вітру становила 5 м/с і відносна вологість повітря 62%. Підвищення швидкості вітру до 8-9 м/с та зниження вологості аж до 26% відбулось о другій половині доби. У дні, коли в березні 2015 року над Криворіжжям пролітали космічні апарати Landsat-7 та Landsat-8 – також зростання швидкості вітру вище критичної (7 м/с) та зниження вологості відбувалось о другій половині добі, після часу прольоту супутника. Це також дає підстави передбачати наявність незафіксованих пилових шлейфів о другій половині доби.

Отримані факти вказують на низьку ефективність заходів з пилопригнічення та постійну неготовність підприємств до специфічних весняних умов. Інтенсивні заходи з пилопригнічення слід розпочинати не з настанням літньої спеки, а фактично з моменту танення снігового покриву. Зафіксовані космічною зйомкою відстані перенесення пилу вказують на суттєву екологічну небезпеку, яку створюють криворізькі шламосховища. Шкоду, яку завдають пилові шлейфи навколишньому регіону навряд можна об’єктивно оцінити. Проте, я вважаю, що можливо оцінити шкоду для ґрунтів шляхом проведення вибіркової агрохімічної паспортизації сільськогосподарських угідь.

Але перед нами постає ще одна проблема! Поступове зниження відносної вологості повітря в регіоні! За даними спостережень метеорологічної станції “Кривий Ріг” можна підозрювати щорічне зниження показників вологості повітря. Квантильна регресія, побудована на основі фактичних спостережень, передбачає щорічне стабільне зниження показників вологості повітря. Особисто я пов’язую цю проблему з процесами глобального потепління (без прив’язки до причин виникнення цих процесів). Якщо дійсно за відбувається поступове “осушення” повітря над Криворіжжям, то це призведе до суттєвих регіональних наслідків – кожний втрачений відсоток вологості повітря – це недоотримані територією сотні тонн води…

Які проблеми виникнуть із об’єктами криворізького гірничо-видобувного комплексу в наслідок глобального потепління – можна тільки здогадуватись… Проте, не є секретом те, що загальне збільшення екстремальних погодних явищ (буревії, посухи, аномальні річні температурні коливання, аномальні “миттєві” опади тощо) суттєво ускладнить експлуатацію подібних об’єктів. Чи готові криворізькі промислові підприємства до стрімкого розвитку подій? Однозначно – не готові! Проблема екстремального пиління шламосховищ у весняний період року, яка не вирішена протягом, принаймні, 13-ти років повністю розкриває “ступінь готовності” з охорони довкілля!

В процесі дослідження використано дані космічних апаратів серій Landsat та Sentinel-2. Отримання повного переліку космічних знімків над територією дослідження виконано за допомогою сервісу GoogleBigQuery. Метеорологічні умови над територією дослідження – АМСЦ 2-го розряду “Кривий Ріг” Українського гідрометеорологічного центру. Отримання та аналіз метеорологічних умов виконано в середовищі мови програмування R. Оформлення графічних матеріалів на основі космічних знімків – геоінформаційна система QGIS. Фотографії шламосховищ люб’язно надано Едуардом Горьовим (Громадська спілка “Екологічна рада Криворіжжя”).