Hur giftig jord i Arktis återupplivas

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Bearbetningen av koppar-nickelmalmer på Kolahalvön orsakar allvarliga skador på de ömtåliga arktiska ekosystemen. Runt fabrikerna, som har producerat nickel, kobolt och andra icke-järnmetaller i 80 år, har en zon av teknogen förorening bildats som påminner om ett månlandskap.

Kan livet föras tillbaka hit? Ryska markforskares experiment visar att detta är möjligt. Forskningsdeltagarna Vyacheslav Vasenev från RUDN University och Marina Slukovskaya från Kola Scientific Center vid den ryska vetenskapsakademin talade om sitt arbete N + 1.

N + 1: Vad är kärnan i de skador som orsakats av skogstundran genom produktion av värdefulla metaller?

Vyacheslav Vasenev:Jorden i ödemarken runt anläggningen är mycket nedbruten, giftig och praktiskt taget olämplig för växter: den innehåller mycket koppar, nickel och andra tungmetaller.

Dessa metaller kom in i marken genom luften. Växten släpper ut olika föreningar i luften, och mikronstora dammpartiklar, aerosoldroppar har lagt sig runt växten i årtionden. Metallföreningar fälldes gradvis ut i skogarna runt växten, vilket i slutändan ledde till att träd och annan växtlighet dog, och så mycket metaller ansamlades i jorden att de kan återbrytas om så önskas. Huvudproblemet är att en stor andel metaller finns i marken i form av lösliga föreningar som lätt tas upp av levande organismer.

Hur långt ligger ödemarken runt bruket?

Marina Slukovskaya:Anläggningens påverkanszon når cirka 200 kvadratkilometer, och själva ödemarken är ungefär en tredjedel av den totala ytan.

BB:När man närmar sig växten kan undertryckandet av ekosystemen övervakas av tillståndet för vegetationen. Själva ödemarken börjar bara några kilometer före fabriken, men det depressiva landskapet hittas tidigare. I den norra taigan är växtligheten inte särskilt tät ändå, och några kilometer från växten blir det märkbart hur allt runt omkring börjar vissna, tunnas ut, gulna och dö.

Hur fungerar ditt konstgjorda jordsystem och hur fungerar det?

FRÖKEN:Vi gjorde en så kallad jordstruktur - technozem. Det undre skiktet består av gruvavfall innehållande kalcium- och magnesiumkarbonater och silikater, och det övre skiktet är gjort av vermikulit, ett hygroskopiskt skiktat mineral från hydromica-gruppen, vilket är särskilt viktigt i stadiet av fröns groning och i början av växttillväxt.

BB:Avfall från gruvindustrin innehåller lite tungmetaller, så denna kudde skyddar väl de underliggande lagren. Dessutom immobiliserar det metaller, faktiskt förhindrar dem från att läcka och flyga iväg.

Som ett resultat låter lagret av alkaliskt avfall dig neutralisera den sura miljön och ställer in de lägsta jordbrukskemiska egenskaperna, medan det övre behåller vatten och låter frön gro och få fotfäste i avfallslagret.

Återställandet av den naturliga arktiska marken under dessa förhållanden skulle ta ett par hundra år, och först efter att anläggningens verksamhet, som inte kommer att stängas, har avslutats. Återvinning med technozems kan påskynda processen och skydda jorden från erosion.

Hur dyr är den här metoden?

FRÖKEN: Återvinningen av en hektar (0,01 kvadratkilometer) kräver cirka 3,5 miljoner rubel. Detta är jämförbart med kostnaden för importerad bördig jord, men för detta måste du gräva upp den och ta ut den någonstans, det vill säga störa andra ekosystem, och vi använder avfall.

Till nästa år planerar vi att genomföra ytterligare en studie för att beräkna värdet av de förlorade ekosystemen, det vill säga vi kommer att uppskatta de ackumulerade skadorna och jämföra dem med kostnaden för återvinning. I det här fallet talar vi faktiskt inte så mycket om kostnaden för material och teknik. Det handlar om kvaliteten på mark, vatten, luft och andra komponenter i ekosystemet.

När det gäller återvinning händer det ofta så här: du tänker på kostnaden för arbete och material, det verkar som att det finns mycket, men om du tittar på alla medföljande fördelar visar det sig vara billigt.

Förutom att skapa ny jord så planterar du också växter. Vad exakt planterar du och varför?

FRÖKEN: Vi planterar främst spannmål. Vi experimenterade med baljväxter också, men tyvärr dog de. Spannmålen kom upp mycket bättre, speciellt eftersom vi till en början valde ut arter som har en chans att överleva. På grund av sin snabba tillväxt är de väl fixerade i jorden, och bladen samlar inte för mycket föroreningar. Bål, vetegräs och volosnät visade sig bäst av alla - sommarboende skulle ha kämpat med dem, och vi är glada att de växer. Förmodligen, om du planterar en hogweed, så kommer det också att kännas bra, men vi kanske inte kommer att göra det för nu.

BB: Det är viktigt att inte bara högt grönt gräs växer på återvinningsplatserna, utan även markens funktioner återställs, organiskt kol ansamlas och det mikrobiella samhället utvecklas. Än så länge tillförs en del av näringsämnena, till exempel kväve, i form av gödningsmedel, men med tiden kan vi förvänta oss mer och mer autonomi i systemet.

Tomterna lockar också djur: harar kommer för att livnära sig på gräset, och i år har möss slagit sig ner på ett område med mycket smutsig torvjord mindre än en kilometer från växten och grävt hål åt sig själva i experimentella technozems. Det är häpnadsväckande att de experimentella platserna i själva verket är gröna öar omgivna av stenigt landskap, men som du kan se så dyker livet upp varhelst det ges en chans.

FRÖKEN: Migrationen av djur stör något i den vetenskapliga forskningen, eftersom vi som ett resultat inte känner till de korrekta siffrorna för växternas biomassa och inte kan vara helt säkra på uppgifterna om ackumulering och migration av metaller i teknozem. Men i dessa arbeten är huvudmålet inte bara nya artiklar eller bidrag, utan också en mycket tydlig, synlig nytta för levande varelser. Huvudtanken är trots allt inte bara att fylla i material och plantera gräs. Vi undersökte hur det är möjligt att återstarta ekosystemprocesser under de extrema förhållandena på Kolahalvön, där det är mycket kallt och hög grad av förorening.

Det första experimentet med användning av gruvavfall i ödemarken gjordes 2010. Under nästan tio års arbete har vi experimenterat med de två vanligaste jordtyperna i regionen, podzol- och torvjord, där vi arbetat med totalt tio typer av gruvavfall, både i utgångsläget och med deras berikade och termoaktiverade versioner.

Anläggningen har varit i drift sedan 1930-talet och fortsätter att avge giftigt damm sedan dess. Måste man göra om alla planteringar igen om några år?

FRÖKEN: Ja, produktionen började redan 1938 och har inte slutat till denna dag. Men det passerade sin mest ovänliga fas, toppen var från omkring 1978 till 2000. Nu försöker de kontrollera utsläppen, filter installeras, produktionen rekonstrueras och anläggningen släpper ut cirka 50 tusen ton damm per år, vilket är tre gånger mindre än på 1990-talet.

Tyvärr orsakar redan ackumulerade föroreningar inte mindre skada. Även om nya föroreningar ständigt kommer in, finns det än så länge inget behov av att bygga om platserna: "kudden" av avfall lyckas immobilisera de inkommande metallerna.

Det är svårt att förutsäga för decennier framåt, men än så länge beror växtlighetens tillstånd mer på väderförhållandena än på något annat. Till exempel var den sista sommaren 2019 väldigt kall, och trots att spannmålen kastade ut öronen hann fröna inte mogna i slutet av augusti.

I allmänhet ser vi att organiskt material ackumuleras, det mikrobiella samhället utvecklas, en ny organisk horisont har dykt upp ovanför mineralskiktet av avfall. Samtidigt har vi kontrolltomter där vi istället för avfall tog vanlig sand – och så mår både växter och mikrober mycket sämre på den än på avfall, det vill säga att rätt materialval verkligen är avgörande för planteringsöden..

Varför är det nödvändigt att göra återvinning överhuvudtaget? Kan du inte bara överge det störda området och vänta på att ekosystemet ska läka sig själv?

BB: Det viktigaste vid återvinning är inte ens det faktum att ekosystem återställs i starkt störda områden. Detta gör det också möjligt att förbättra den ekologiska situationen i regionen som helhet. Tungmetaller är immobiliserade och kan inte längre komma in i mark- och ytvatten, och från dem till floder och till Imandrasjön, en reservoar av högsta fiskekategori.

Finns det exempel på storskaliga återvinningsprojekt i Ryssland eller i världen?

BB: Och i Murmansk-regionen, och i Ryssland som helhet, känner jag ännu inte till exempel när en sådan teknik skulle användas på ett stort territorium. I resten av världen finns det sådana exempel, men i grund och botten utfördes sådant arbete efter nedläggningen av företaget, det vill säga precis efter överföringen av territoriet helt till zonen för statligt ansvar. Till exempel i Kanada genomfördes ett storskaligt återvinningsarbete med inblandning av studenter och arbetslösa i området kring koppar-nickelverket.

Jag var på en anläggning i Mexiko där ett raffinaderi togs tillbaka. I dammarna trängde föroreningar in på tiotals meters djup, där inte bara oljeprodukter, utan också en enorm mängd tungmetaller samlades, eftersom blyvitt använts i produktionen under lång tid. Nu har en stor park anlagts på anläggningsplatsen.

Du tar både vermikulit och jord till kudden från de närliggande fabrikerna. Hur är det med de som är engagerade i till exempel Ural och inte har tillgång till detta material?

FRÖKEN: Istället för vermikulit kan du använda gel, syntetiska polymerer och alla andra fuktförbrukande material - allt som kommer att skydda växter från att torka ut i de tidiga utvecklingsstadierna. När det gäller avfall finns det på många ställen där det finns malmförädlingsanläggningar även anläggningar för utvinning av dessa, vilket med största sannolikhet innebär att man kan hitta lämpligt avfall. Naturligtvis fungerar den här regeln inte alltid, och inte allt avfall kan vara effektivt, men det här är vad specialister behövs för att förstå dessa problem.

Vilka andra typer av förorenade områden kan återvinnas med din metod? Kan det till exempel tillämpas på oljeutsläpp?

BB: Själva tillvägagångssättet att skapa jordstrukturer används ofta för återvinning av olika störda marker. Alkaliska material används oftast för att innehålla och eliminera förorening av tungmetaller. Teknikschemat bestäms inte bara av typen av förorening, utan också till exempel av faktorer som jordart, klimat och mycket mer. Varje stört territorium är ett komplext system, därför, i ett sådant som vårt, finns det ingen och kan inte finnas en universell lösning på problemet.

FRÖKEN: Konstruktionerna vi arbetar med är ett unikt långsiktigt experiment. I nästan ett decennium har vi observerat utvecklingen av ekosystem och jordar under verkligt extrema förhållanden, kombinerat med konstant förorening och det hårda polarklimatet. Det finns bara ett fåtal sådana verk över hela världen, och kanske är det därför det är så intressant för oss.