Jak przywracana jest do życia toksyczna gleba w Arktyce

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Przetwarzanie rud miedzi i niklu na Półwyspie Kolskim powoduje poważne szkody w delikatnych ekosystemach Arktyki. Wokół fabryk, które od 80 lat produkują nikiel, kobalt i inne metale nieżelazne, utworzyła się strefa zanieczyszczenia technogenicznego, przypominająca krajobraz księżycowy.

Czy można tu przywrócić życie? Eksperyment rosyjskich naukowców zajmujących się glebą pokazuje, że jest to możliwe. O swojej pracy N+1 opowiedzieli uczestnicy badań, Wiaczesław Waseniew z Uniwersytetu RUDN oraz Marina Slukovskaya z Centrum Naukowego Kola Rosyjskiej Akademii Nauk.

N + 1: Jaka jest istota szkód wyrządzonych leśnej tundrze przez produkcję cennych metali?

Wiaczesław Wazeniew:Gleba na nieużytkach wokół zakładu jest silnie zdegradowana, toksyczna i praktycznie nieprzydatna dla roślin: zawiera dużo miedzi, niklu i innych metali ciężkich.

Metale te przedostały się do gleby przez powietrze. Roślina emituje do powietrza różne związki oraz mikronowe cząstki pyłu, krople aerozolu osadzające się wokół rośliny przez dziesięciolecia. Związki metali stopniowo wytrącały się w lasach wokół rośliny, co ostatecznie doprowadziło do śmierci drzew i innej roślinności, a w glebie zgromadziło się tak dużo metali, że w razie potrzeby można je ponownie wydobyć. Główny problem polega na tym, że duża część metali znajduje się w glebie w postaci rozpuszczalnych związków, które są łatwo przyswajalne przez organizmy żywe.

Jak daleko są nieużytki wokół młyna?

Marina Slukovskaya:Strefa oddziaływania rośliny sięga około 200 kilometrów kwadratowych, a samo nieużytki stanowią około jednej trzeciej całkowitej powierzchni.

NOCLEG ZE ŚNIADANIEM:Zbliżając się do rośliny, stłumienie ekosystemów może być monitorowane przez stan roślinności. Samo nieużytki zaczynają się zaledwie kilka kilometrów przed fabryką, ale depresyjny krajobraz odnajdujemy wcześniej. W północnej tajdze roślinność i tak nie jest zbyt gęsta, a kilka kilometrów od rośliny widać, jak wszystko wokół zaczyna więdnąć, przerzedzać się, żółknąć i umierać.

Jak działa system sztucznej gleby i jak działa?

SM:Wykonaliśmy tak zwaną strukturę gleby - technozem. Warstwa dolna składa się z odpadów górniczych zawierających węglany i krzemiany wapnia i magnezu, a warstwa górna z wermikulitu, higroskopijnego minerału warstwowego z grupy hydromików, co jest szczególnie ważne na etapie kiełkowania nasion i początku wzrostu roślin.

NOCLEG ZE ŚNIADANIEM:Odpady z przemysłu wydobywczego zawierają niewiele metali ciężkich, więc poduszka ta dobrze osłania warstwy leżące pod spodem. Ponadto unieruchamia metale, w rzeczywistości zapobiega ich wyciekaniu i odlatywaniu.

Dzięki temu warstwa odpadów alkalicznych pozwala zneutralizować środowisko kwaśne i ustala minimalne właściwości agrochemiczne, a górna zatrzymuje wodę i umożliwia kiełkowanie nasion i uzyskanie przyczółka w warstwie odpadów.

Odtworzenie naturalnej arktycznej gleby w tych warunkach zajęłoby kilkaset lat i to dopiero po zakończeniu działalności elektrowni, która nie zostanie zamknięta. Rekultywacja za pomocą technozemów może przyspieszyć proces i uchronić glebę przed erozją.

Jak droga jest ta metoda?

SM: Rekultywacja jednego hektara (0,01 kilometra kwadratowego) wymaga około 3,5 miliona rubli. Jest to porównywalne z kosztem importowanej żyznej gleby, ale do tego trzeba ją wykopać i gdzieś wywieźć, czyli zaburzyć inne ekosystemy, a my wykorzystujemy odpady.

Do przyszłego roku planujemy przeprowadzić kolejne badania w celu wyliczenia wartości utraconych ekosystemów, czyli oszacujemy skumulowane szkody i porównamy je z kosztami rekultywacji. Rzeczywiście, w tym przypadku nie mówimy tak bardzo o kosztach materiałów i technologii. Chodzi o jakość gleby, wody, powietrza i innych elementów ekosystemu.

W przypadku rekultywacji często dzieje się to tak: bierzesz pod uwagę koszt pracy i materiałów, wydaje się, że jest ich dużo, ale jeśli spojrzysz na wszystkie towarzyszące zalety, okazuje się, że jest to niedrogie.

Oprócz tworzenia nowej gleby sadzisz również rośliny. Co dokładnie sadzisz i dlaczego?

SM: Sadzimy głównie zboża. Eksperymentowaliśmy też z roślinami strączkowymi, ale niestety zginęły. Znacznie lepiej wypadły zboża, zwłaszcza, że początkowo wyselekcjonowaliśmy gatunki, które mają szansę na przeżycie. Dzięki szybkiemu wzrostowi są dobrze utrwalone w glebie, a liście nie gromadzą zbytnio zanieczyszczeń. Najlepiej pokazały się ognisko, trawa pszeniczna i volosnets – mieszkańcy lata walczyliby z nimi, a my cieszymy się, że rosną. Prawdopodobnie, jeśli posadzisz barszcz, to też będzie dobrze, ale być może na razie tego nie zrobimy.

NOCLEG ZE ŚNIADANIEM: Ważne jest, aby w miejscach rekultywacji rosła nie tylko wysoka trawa zielona, ale także przywracane były funkcje gleby, akumulowany węgiel organiczny i rozwijana społeczność drobnoustrojów. Do tej pory część składników odżywczych, np. azot, aplikowana jest w formie nawozów, ale z czasem możemy spodziewać się coraz większej autonomii systemu.

Działki przyciągają też zwierzęta: zające przylatują, by żerować na trawie, a w tym roku myszy osiedliły się na terenie o bardzo brudnej glebie torfowej niecały kilometr od rośliny i wykopały sobie doły w eksperymentalnych technozemach. To zdumiewające, że w rzeczywistości miejscami eksperymentów są zielone wyspy otoczone skalistym krajobrazem, ale jak widać, życie pojawia się tam, gdzie ma szansę.

SM: Migracja zwierząt przeszkadza nieco w badaniach naukowych, ponieważ w efekcie nie znamy prawidłowych danych dotyczących biomasy roślin i nie możemy być całkowicie pewni danych dotyczących akumulacji i migracji metali w technozemach. Ale w tych pracach głównym celem są nie tylko nowe artykuły czy granty, ale także bardzo wyraźna, widoczna korzyść dla żywych istot. W końcu główną ideą nie jest tylko wypełnianie materiałów i sadzenie trawy. Zbadaliśmy, jak możliwe jest ponowne uruchomienie procesów ekosystemowych w ekstremalnych warunkach Półwyspu Kolskiego, gdzie jest bardzo zimno i wysoki stopień zanieczyszczenia.

Pierwszy eksperyment z wykorzystaniem odpadów wydobywczych na nieużytkach założono w 2010 roku. Przez prawie dziesięć lat pracy prowadziliśmy eksperymenty na dwóch najczęściej występujących w regionie typach gleb, glebie bielicowej i torfowej, gdzie pracowaliśmy łącznie z dziesięcioma rodzajami odpadów wydobywczych, zarówno w stanie wyjściowym, jak i z ich wzbogaconymi i termoaktywowanymi wersje.

Zakład działa od lat 30. XX wieku i od tego czasu nieprzerwanie emituje toksyczny pył. Czy za kilka lat będziesz musiał ponownie wykonać wszystkie nasadzenia?

SM: Tak, produkcja rozpoczęła się w 1938 roku i nie ustała do dziś. Ale przeszła swoją najbardziej nieprzyjazną fazę, szczyt trwał od około 1978 do 2000 roku. Teraz starają się kontrolować emisje, montuje się filtry, rekonstruuje produkcję, a zakład emituje ok. 50 tys. ton pyłu rocznie, czyli trzy razy mniej niż w latach 90. XX wieku.

Niestety już nagromadzone zanieczyszczenia powodują nie mniej szkód. Chociaż stale napływają nowe zanieczyszczenia, jak dotąd nie ma potrzeby przebudowywania miejsc: „poduszka” odpadów potrafi unieruchamiać przychodzące metale.

Trudno jest przewidzieć na dziesięciolecia w przód, ale jak dotąd stan wegetacji zależy bardziej od warunków pogodowych niż od czegokolwiek innego. Na przykład ostatnie lato 2019 roku było bardzo zimne i pomimo tego, że zboża wyrzuciły kłosy, nasiona nie zdążyły dojrzeć do końca sierpnia.

Ogólnie widzimy akumulację materii organicznej, rozwój społeczności drobnoustrojów, nowy horyzont organiczny pojawił się nad mineralną warstwą odpadów. Jednocześnie mamy poletka kontrolne, na których zamiast odpadków zabraliśmy zwykły piasek – i tak zarówno rośliny, jak i drobnoustroje czują się na nim znacznie gorzej niż na odpadach, czyli właściwy dobór materiału naprawdę decyduje o losie nasadzeń.

Dlaczego w ogóle konieczna jest rekultywacja? Czy nie możesz po prostu opuścić zakłóconego obszaru i poczekać, aż ekosystem sam się zagoi?

NOCLEG ZE ŚNIADANIEM: Najważniejsze w rekultywacji nie jest nawet to, że ekosystemy są odtwarzane na obszarach silnie zaburzonych. Pozwala to również na poprawę sytuacji ekologicznej w całym regionie. Metale ciężkie są unieruchomione i nie mogą już dostać się do wód gruntowych i powierzchniowych, a z nich do rzek i do jeziora Imandra, akwenu najwyższej kategorii łowisk.

Czy istnieją przykłady projektów rekultywacyjnych na dużą skalę w Rosji lub na świecie?

NOCLEG ZE ŚNIADANIEM: A w obwodzie murmańskim iw całej Rosji nie znam jeszcze przykładów, kiedy taka technologia byłaby stosowana na dużym terytorium. W pozostałej części świata są takie przykłady, ale w zasadzie taka praca została wykonana po zamknięciu przedsiębiorstwa, czyli tuż po całkowitym przejściu terytorium w strefę odpowiedzialności państwa. Na przykład w Kanadzie przeprowadzono zakrojone na szeroką skalę prace rekultywacyjne z udziałem studentów i bezrobotnych z okolic huty miedzi i niklu.

Byłem w zakładzie w Meksyku, gdzie rekultywowano teren rafinerii. W stawach zanieczyszczenia przedostały się na głębokość kilkudziesięciu metrów, gdzie skumulowały się nie tylko produkty ropopochodne, ale także ogromne ilości metali ciężkich, ponieważ przez długi czas w produkcji stosowano biel ołowiową. Teraz na terenie zakładu powstał duży park.

Na poduszkę bierzesz zarówno wermikulit, jak i ziemię z pobliskich fabryk. A co z tymi, którzy zajmują się rekultywacją, na przykład na Uralu i nie mają dostępu do tych materiałów?

SM: Zamiast wermikulitu możesz użyć żelu, syntetycznych polimerów i wszelkich innych materiałów pochłaniających wilgoć - wszystkiego, co uchroni rośliny przed wysychaniem we wczesnych stadiach rozwoju. Jeśli chodzi o odpady, w wielu miejscach, w których znajdują się zakłady przeróbki rud, znajdują się również urządzenia do ich wydobycia, co oznacza, że najprawdopodobniej można znaleźć odpowiednie odpady. Oczywiście ta zasada nie zawsze działa i nie wszystkie odpady mogą być skuteczne, ale właśnie tego potrzebni są specjaliści, aby te kwestie zrozumieć.

Jakie inne rodzaje skażonych obszarów można zrekultywować za pomocą Twojej metody? Na przykład, czy można go zastosować do wycieków ropy?

NOCLEG ZE ŚNIADANIEM: Samo podejście do tworzenia struktur glebowych jest często wykorzystywane do rekultywacji różnych naruszonych gruntów. Materiały alkaliczne są najczęściej używane do powstrzymywania i eliminowania zanieczyszczeń metalami ciężkimi. Schemat technologii determinowany jest nie tylko rodzajem zanieczyszczenia, ale także np. takimi czynnikami jak rodzaj gleby, klimat i wiele innych. Każde zakłócone terytorium to złożony system, dlatego w takim jak nasze nie ma i nie może być uniwersalnego rozwiązania problemu.

SM: Konstrukcje, z którymi pracujemy, to wyjątkowy długoterminowy eksperyment. Od prawie dekady obserwujemy rozwój ekosystemów i gleb w iście ekstremalnych warunkach, łączących ciągłe zanieczyszczenie i surowy polarny klimat. Takich prac na świecie jest niewiele i być może dlatego jest dla nas tak ciekawa.