Kaip atgaivinamas toksiškas dirvožemis Arktyje

2024 Autorius: Seth Attwood | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-16 16:11

Vario ir nikelio rūdos perdirbimas Kolos pusiasalyje daro didelę žalą trapioms Arkties ekosistemoms. Aplink gamyklas, kurios jau 80 metų gamina nikelį, kobaltą ir kitus spalvotuosius metalus, susiformavo technogeninės taršos zona, primenanti mėnulio peizažą.

Ar čia galima sugrąžinti gyvybę? Rusijos dirvožemio mokslininkų eksperimentas rodo, kad tai įmanoma. Tyrimo dalyviai Viačeslavas Vasenevas iš RUDN universiteto ir Marina Slukovskaja iš Rusijos mokslų akademijos Kolos mokslo centro kalbėjo apie savo darbą N + 1.

N + 1: Kokia yra vertingų metalų gamybos miško tundrai padarytos žalos esmė?

Viačeslavas Vasenevas:Dirvožemis aplink augalą esančioje dykvietėje yra labai degradavęs, toksiškas ir augalams praktiškai netinkamas: joje daug vario, nikelio ir kitų sunkiųjų metalų.

Šie metalai į dirvą pateko per orą. Augalas į orą išskiria įvairius junginius, o aplink augalą dešimtmečius nusėdo mikrono dydžio dulkių dalelės, aerozolių lašeliai. Aplink augalą esančiuose miškuose palaipsniui nusėdo metalų junginiai, dėl kurių galiausiai žuvo medžiai ir kita augalija, o dirvoje susikaupė tiek metalų, kad, jei pageidaujama, juos galima iš naujo išgauti. Pagrindinė problema yra ta, kad didelė dalis metalų dirvožemyje yra tirpių junginių pavidalu, kuriuos lengvai pasisavina gyvi organizmai.

Kokiu atstumu yra dykvietė aplink malūną?

Marina Slukovskaya:Gamyklos įtakos zona siekia apie 200 kvadratinių kilometrų, o pati dykvietė – apie trečdalį viso ploto.

BB:Artėjant prie augalo, ekosistemų slopinimą galima stebėti pagal augmenijos būklę. Pati dykvietė prasideda likus vos keliems kilometrams iki gamyklos, tačiau slogus kraštovaizdis aptinkamas anksčiau. Šiaurinėje taigoje augmenija ir taip nėra labai tanki, o už kelių kilometrų nuo augalo pastebima, kaip viskas aplink pradeda nykti, retėti, gelsti ir žūti.

Kaip veikia jūsų dirbtinio dirvožemio sistema ir kaip ji veikia?

MS:Padarėme vadinamąją dirvožemio struktūrą – technozemą. Apatinį sluoksnį sudaro kalnakasybos atliekos, kuriose yra kalcio ir magnio karbonatų bei silikatų, o viršutinį sluoksnį sudaro vermikulitas – higroskopinis sluoksniuotas mineralas iš hidromikos grupės, kuris ypač svarbus sėklų dygimo stadijoje ir augalų augimo pradžioje.

BB:Kasybos pramonės atliekose yra mažai sunkiųjų metalų, todėl ši pagalvė gerai apsaugo apatinius sluoksnius. Be to, jis imobilizuoja metalus, iš tikrųjų neleidžia jiems nutekėti ir nuskristi.

Dėl to šarminių atliekų sluoksnis leidžia neutralizuoti rūgščią aplinką ir nustato minimalias agrochemines savybes, o viršutinis sulaiko vandenį ir leidžia sėkloms sudygti bei įsitvirtinti atliekų sluoksnyje.

Natūralaus Arkties dirvožemio atkūrimas tokiomis sąlygomis užtruktų porą šimtų metų ir tik nutraukus gamyklos, kurios neketinama uždaryti, veiklą. Melioracija naudojant technozemus gali pagreitinti procesą ir apsaugoti dirvožemį nuo erozijos.

Kiek kainuoja šis metodas?

MS: Vieno hektaro (0,01 kvadratinio kilometro) melioracijai reikia apie 3,5 milijono rublių. Tai prilygsta importuoto derlingo dirvožemio kainai, bet tam reikia jį iškasti ir kažkur išvežti, tai yra, ardyti kitas ekosistemas, o mes naudojame atliekas.

Iki kitų metų planuojame atlikti dar vieną tyrimą, kad būtų galima apskaičiuoti prarastų ekosistemų vertę, tai yra, įvertinsime sukauptą žalą ir palyginsime su melioracijos kaina. Iš tiesų, šiuo atveju kalbame ne tiek apie medžiagų ir technologijų kainą. Kalbama apie dirvožemio, vandens, oro ir kitų ekosistemos komponentų kokybę.

Melioracijos atveju dažnai nutinka taip: įvertini darbų ir medžiagų sąnaudas, atrodo, kad yra daug, bet pasižiūrėjus į visus lydinčius privalumus, tai pasirodo nebrangiai.

Jūs ne tik sukuriate naują dirvą, bet ir sodinate augalus. Ką tiksliai sodinate ir kodėl?

MS: Daugiausia auginame javus. Eksperimentavome ir su ankštiniais augalais, bet, deja, jie mirė. Grūdai pasirodė daug geresni, juolab kad iš pradžių atrinkome rūšis, kurios turi galimybę išgyventi. Dėl greito augimo jie gerai įsitvirtina dirvoje, o lapai per daug nekaupia taršos. Labiausiai pasirodė laužas, kviečių žolė ir volosnetai - su jais būtų kovoję vasarotojai, ir mes džiaugiamės, kad jie auga. Tikriausiai, jei pasodinsite balandą, tada ji taip pat jausis gerai, bet mes, galbūt, kol kas to nedarysime.

BB: Svarbu, kad melioracijos aikštelėse augtų ne tik aukšta žalia žolė, bet ir atsistatytų dirvožemio funkcijos, kauptųsi organinė anglis, vystytųsi mikrobų bendruomenė. Kol kas kai kurios maistinės medžiagos, pavyzdžiui, azotas, yra naudojamos trąšų pavidalu, tačiau laikui bėgant galime tikėtis vis didesnio sistemos savarankiškumo.

Sklypai vilioja ir gyvūnus: žolės maitintis atskrenda kiškiai, o šiemet mažiau nei kilometro atstumu nuo augalo labai purvino durpinio dirvožemio plote apsigyveno pelės ir eksperimentiniuose technozemuose išsikasė sau duobes. Nuostabu, kad iš tikrųjų eksperimentinės vietos yra žalios salos, apsuptos uolėto kraštovaizdžio, tačiau, kaip matote, gyvybė atsiranda visur, kur tik jam suteikiama galimybė.

MS: Gyvūnų migracija šiek tiek trukdo moksliniams tyrimams, nes dėl to nežinome teisingų augalų biomasės skaičių ir negalime būti visiškai tikri dėl metalų kaupimosi ir migracijos technozemuose duomenimis. Tačiau šiuose darbuose pagrindinis tikslas – ne tik nauji straipsniai ar dotacijos, bet ir labai aiški, matoma nauda gyvoms būtybėms. Juk pagrindinė mintis – ne tik užpilti medžiagas ir sodinti žolę. Ištyrėme, kaip galima iš naujo paleisti ekosistemų procesus ekstremaliomis Kolos pusiasalio sąlygomis, kur labai šalta ir didelis užterštumas.

Pirmasis kasybos atliekų panaudojimo dykvietėje eksperimentas buvo atliktas 2010 m. Beveik dešimt darbo metų eksperimentavome su dviem labiausiai regione paplitusiais dirvožemio tipais – podzoliniu ir durpiniu dirvožemiu – iš viso dirbome su dešimties rūšių kasybos atliekų tiek pradinės būklės, tiek prisodrintomis ir termoaktyvintomis atliekomis. versijos.

Gamykla veikia nuo 1930-ųjų ir nuo tada toliau išskiria toksiškas dulkes. Ar po kelerių metų vėl teks perdaryti visus sodinimus?

MS: Taip, gamyba prasidėjo dar 1938 metais ir nenutrūko iki šiol. Tačiau jis išgyveno patį nedraugiškiausią etapą – pikas buvo maždaug nuo 1978 iki 2000 m. Dabar bandoma suvaldyti emisijas, montuojami filtrai, rekonstruojama gamyba, o gamykla per metus išmeta apie 50 tūkst.

Deja, ne mažiau žalos pridaro ir jau susikaupusi tarša. Nors vis atkeliauja nauja tarša, kol kas aikštelių pertvarkyti nereikia: atliekų „pagalvėlė“sugeba imobilizuoti įeinančius metalus.

Sunku prognozuoti dešimtmečiams į priekį, tačiau kol kas augalijos būklė labiau priklauso nuo oro sąlygų nei nuo nieko kito. Pavyzdžiui, paskutinė 2019 metų vasara buvo labai šalta ir, nepaisant to, kad javai išmetė varpas, iki rugpjūčio pabaigos sėklos nespėjo subręsti.

Apskritai matome, kad organinės medžiagos kaupiasi, vystosi mikrobų bendruomenė, virš mineralinio atliekų sluoksnio atsirado naujas organinis horizontas. Tuo pačiu turime kontrolinius sklypus, kuriuose vietoj atliekų ėmėme įprastą smėlį – taigi ir augalai, ir mikrobai jame jaučiasi daug blogiau nei ant atliekų, tai yra, tinkamas medžiagos pasirinkimas išties lemia sodinimo likimą..

Kodėl išvis reikia daryti melioraciją? Ar negalite tiesiog apleisti pažeistos vietos ir palaukti, kol ekosistema pati išsigydys?

BB: Melioracijoje svarbiausia net ne tai, kad ekosistemos atkuriamos stipriai pažeistose vietose. Tai taip pat leidžia pagerinti viso regiono ekologinę situaciją. Sunkieji metalai yra imobilizuoti ir nebegali patekti į gruntinius ir paviršinius vandenis, o iš jų – į upes ir į Imandros ežerą – aukščiausios žuvininkystės kategorijos rezervuarą.

Ar yra didelio masto melioracijos projektų pavyzdžių Rusijoje ar pasaulyje?

BB: Ir Murmansko srityje, ir visoje Rusijoje, kol kas nežinau pavyzdžių, kada tokia technologija būtų naudojama didelėje teritorijoje. Likusiame pasaulyje tokių pavyzdžių yra, tačiau iš esmės tokie darbai buvo atlikti po įmonės uždarymo, tai yra, tik teritoriją visiškai perkėlus į valstybės atsakomybės zoną. Pavyzdžiui, Kanadoje buvo atlikti didelio masto melioracijos darbai, kuriuose dalyvavo studentai ir bedarbiai apylinkėse aplink vario-nikelio gamyklą.

Buvau objekte Meksikoje, kur buvo atkurta naftos perdirbimo gamykla. Tvenkiniuose tarša prasiskverbė į keliasdešimties metrų gylį, kur susikaupė ne tik naftos produktai, bet ir didžiulis kiekis sunkiųjų metalų, nes švino baltas gamyboje buvo naudojamas ilgą laiką. Dabar gamyklos vietoje įrengtas didelis parkas.

Ir vermikulitą, ir žemę pagalvei imate iš netoliese esančių gamyklų. Ką daryti tiems, kurie užsiima melioracija, pavyzdžiui, Urale ir neturi prieigos prie šių medžiagų?

MS: Vietoj vermikulito galite naudoti gelį, sintetinius polimerus ir bet kokias kitas drėgmę vartojančias medžiagas – viską, kas apsaugos augalus nuo išsausėjimo ankstyvose vystymosi stadijose. Kalbant apie atliekas, daugelyje vietų, kur yra rūdos perdirbimo įrenginiai, yra ir jų gavybos įrenginiai, o tai reiškia, kad greičiausiai galima rasti tinkamų atliekų. Žinoma, ši taisyklė ne visada pasiteisina, ir ne visos atliekos gali būti veiksmingos, tačiau būtent tokiems klausimams suprasti reikalingi specialistai.

Kokius kitus užterštų plotų tipus galima atkurti naudojant jūsų metodą? Pavyzdžiui, ar jį galima tepti išsiliejus naftai?

BB: Pats dirvožemio struktūrų kūrimo metodas dažnai naudojamas įvairių pažeistų žemių melioracijai. Šarminės medžiagos dažniausiai naudojamos sunkiųjų metalų užterštumui sulaikyti ir pašalinti. Technologijų schemą lemia ne tik taršos tipas, bet ir, pavyzdžiui, tokie veiksniai kaip dirvožemio tipas, klimatas ir daug daugiau. Kiekviena sutrikdyta teritorija yra sudėtinga sistema, todėl tokioje kaip mūsų nėra ir negali būti universalaus problemos sprendimo.

MS: Konstrukcijos, su kuriomis dirbame, yra unikalus ilgalaikis eksperimentas. Beveik dešimtmetį stebime ekosistemų ir dirvožemio vystymąsi tikrai ekstremaliomis sąlygomis, derindamos nuolatinę taršą ir atšiaurų poliarinį klimatą. Visame pasaulyje tokių kūrinių yra vos keli, ir galbūt todėl mums jis toks įdomus.