Как возвращают к жизни токсичную почву в Заполярье

Переработка медно-никелевых руд на Кольском полуострове наносит тяжелый ущерб хрупким арктическим экосистемам. Вокруг комбинатов, которые уже 80 лет выпускают никель, кобальт и другие цветные металлы, образовалась зона техногенного загрязнения, напоминающая лунный пейзаж. Можно ли вернуть сюда жизнь? Эксперимент российских почвоведов показывает, что это возможно. О своей работе N + 1 рассказали участники исследования Вячеслав Васенев из РУДН и Марина Слуковская из Кольского научного центра РАН.

N + 1: В чем суть ущерба, причиненного лесотундре при производстве ценных металлов?

Вячеслав Васенев: Почва на пустоши вокруг комбината очень сильно деградирована, токсична и практически не пригодна для растений: в ней много меди, никеля и других тяжелых металлов. 

Эти металлы попали в почву по воздуху. Комбинат выбрасывает в воздух различные соединения, и микронные частицы пыли, капли аэрозолей десятки лет оседали вокруг завода. Соединения металлов постепенно осаждались в лесах вокруг комбината, что в итоге привело к тому, что деревья и другая растительность погибла, а металлов в почве накопилось столько, что при желании их можно добывать повторно. Основная проблема — то, что большая доля металлов находится в почве в виде растворимых соединений, которые с легкостью поглощаются живыми организмами.

Как далеко простирается пустошь вокруг комбината?

Марина Слуковская: Зона воздействия комбината достигает примерно 200 квадратных километров, а сама пустошь — это где-то треть от общей площади.

ВВ: При приближении к комбинату можно отслеживать угнетение экосистем по состоянию растительности. Сама пустошь начинается всего за несколько километров до завода, но депрессивный пейзаж встречается раньше. В северной тайге растительность и так не очень плотная, и за несколько километров от комбината становится заметно, как все вокруг начинает увядать, редеть, желтеть и погибать.

А как устроена ваша искусственная почвенная система и как она работает?

МС: Мы сделали так называемую почвенную конструкцию — технозем. Нижний слой состоит из горнопромышленных отходов, содержащих карбонаты и силикаты кальция и магния, а верхний — из вермикулита, гигроскопичного слоистого минерала из группы гидрослюд, особенно важного на этапе прорастания семян и начала роста растений.

ВВ: Отходы горнодобывающей промышленности содержат мало тяжелых металлов, поэтому такая подушка хорошо экранирует нижележащие слои. К тому же она иммобилизует металлы, по сути, не дает им утекать и улетать.

В результате слой из щелочных отходов позволяет нейтрализовать кислую среду и задает минимальные агрохимические свойства, а верхний удерживает воду и позволяет семенам прорасти и закрепиться в слое отходов.

Восстановление естественной арктической почвы в этих условиях заняло бы пару сотен лет, причем только после прекращения деятельности комбината, который закрывать не собираются. Рекультивация с помощью техноземов позволяет ускорить процесс и защитить почвы от эрозии. 

Насколько дорогим выходит этот метод?

МС: На рекультивацию одного гектара (0,01 квадратного километра) требуется около 3,5 миллиона рублей. Это сопоставимо со стоимостью привозного плодородного грунта, однако его для этого нужно где-то выкопать и вывезти, то есть нарушить другие экосистемы, а мы используем отходы.

К следующему году мы планируем провести еще одно исследование, чтобы посчитать стоимость утраченных экосистем, то есть оценим накопленный ущерб и сопоставим со стоимостью рекультивации. Ведь в данном случаи мы говорим не столько о стоимости материалов и технологии. Речь идет о качестве почвы, воды, воздуха и других компонентов экосистемы.

В случае с рекультивацией часто бывает так: считаешь стоимость работ и материалов, кажется, что много, а если смотреть на все сопутствующие плюсы, то получается и недорого.

Помимо создания новой почвы вы еще высаживаете растения. Что именно вы сажаете и почему?

МС: Мы высаживаем в основном злаки. Экспериментировали и с бобовыми, но, к сожалению, они погибли. Злаки подошли гораздо лучше, тем более, что мы изначально подбирали такие виды, у которых есть шанс на выживание. За счет быстрого роста они хорошо закрепляются в почве, а листья не слишком сильно накапливают загрязнение. Лучше всего себя показали костёр, пырей и волоснец – дачники бы с ними боролись, а мы радуемся, что они растут. Наверное, если посадить борщевик, то он тоже будет чувствовать себя хорошо, но мы, пожалуй, пока что делать этого не будем.

ВВ: Важно то, что на участках рекультивации не только растет высокая зеленая трава, но и восстанавливаются функции почвы, накапливается органический углерод, развивается микробное сообщество. Пока что часть питательных веществ, например, азот, вносятся в виде удобрений, но со временем мы можем ожидать всё большей автономности системы.

Участки привлекают и животных: покормиться травой приходят зайцы, а в этом году на участке с торфяной очень грязной почвой менее чем в километре от комбината поселились мыши и вырыли себе норки в экспериментальных техноземах. Удивительно, что, по сути, экспериментальные участки — это зеленые островки, окруженные каменистым ландшафтом, но как видно, жизнь появляется везде, где ей дают шанс.

МС: Миграция животных несколько мешает научным исследованиям, потому что в итоге мы не знаем правильных цифр биомассы растений и не можем быть до конца уверенными в данных по накоплению и миграции металлов в техноземах. Но в этих работах главная цель – не только новые статьи или гранты, но и очень явная, видимая глазом польза для живых существ. Ведь основная идея заключается не просто в том, чтобы насыпать материалы и посадить траву. Мы исследовали, как можно в экстремальных условиях Кольского полуострова, где очень холодно и высокая степень загрязнения, перезапустить экосистемные процессы.

Первый эксперимент по использованию горнопромышленных отходов на пустоши заложили в 2010 году. За почти десять лет работы мы экспериментировали на двух самых распространенных типах почв в этом регионе, подзоле и торфяной почве, где работали в общей сложности с десятью видами горнопромышленных отходов как в исходном состоянии, так и с их обогащенными и термоактивированными вариантами.

Комбинат работает с 1930-х годов и продолжает выбрасывать токсичную пыль до сих пор. Не придется ли заново переделывать все посадки через несколько лет?

МС: Да, производство началось еще в 1938 году и не прекращается до сих пор. Но свою самую неэкологичную фазу оно прошло, пик был примерно с 1978 по 2000 год. Сейчас выбросы стараются контролировать, стоят фильтры, реконструируют производство, а комбинат выбрасывает порядка 50 тысяч тонн пыли в год, что в три раза меньше, чем в 1990-х годах. 

К сожалению, не меньший вред наносит уже накопленное загрязнение. Хотя новое загрязнение постоянно поступает, пока что переделывать площадки не приходится: «подушке» из отходов удается иммобилизировать поступающие металлы.

На десятилетия вперед загадывать сложно, но пока что состояние растительности больше зависит от погодных условий, чем от чего-либо ещё. Например, последнее лето 2019 года было очень холодным, и несмотря на то, что злаки выбросили колосья, семена к концу августа не успели созреть. 

В целом мы видим, что органика накапливается, микробное сообщество развивается, появился новый органический горизонт над минеральным слоем отходов. При этом у нас есть контрольные участки, где вместо отходов мы взяли обычный песок — так вот, на нем и растения, и микробы чувствуют себя гораздо хуже, чем на отходах, то есть правильный выбор материала действительно имеет решающее значение для судьбы посадки.

Почему вообще необходимо заниматься рекультивацией? Разве нельзя просто забросить нарушенный участок и подождать, пока экосистема сама восстановится?

ВВ: Самое важное в рекультивации даже не то, что на сильно нарушенных территориях идет восстановление экосистемы. Это еще и позволяет улучшить экологическую обстановку в регионе в целом. Тяжелые металлы иммобилизируются и уже не могут попасть в грунтовые и поверхностные воды, а из них в реки и в озеро Имандра, водоем высшей рыбохозяйственной категории.

Есть ли в России или в мире примеры масштабных проектов по рекультивации?

ВВ: И в Мурманской области, и в России в целом я пока не знаю примеров, когда подобную технологию применяли бы на большой территории. В остальном мире такие примеры есть, но в основном такие работы проводились уже после закрытия предприятия, то есть как раз-таки после перехода территории полностью в зону ответственности государства. Например, в Канаде провели масштабную работу по рекультивации с привлечением студентов и безработных на территории вокруг медно-никелевого комбината.

Я был на объекте в Мексике, где рекультивировали территорию нефтеперерабатывающего завода. В прудах загрязнение проникало вглубь на десятки метров, где накапливались не только нефтепродукты, но и огромное количество тяжелых металлов, поскольку долгое время в производстве использовали свинцовые белила. Теперь на месте завода разбит крупный парк.

И вермикулит, и грунт для подушки вы берете с окрестных производств. Как быть тем, кто занимается рекультивацией, например, на Урале и не имеет доступа к этим материалам?

МС: Вместо вермикулита можно использовать гель, синтетические полимеры и любые другие влагоемкие материалы — все, что будет защищать растения от пересыхания на первых этапах развития. Что касается отходов, то во многих местах, где есть предприятия по переработке руд, есть и предприятия по их добыче, а значит, скорее всего, можно подобрать подходящие отходы. Конечно, это правило работает не всегда, и не все отходы могут быть эффективными, но для того и нужны специалисты, чтобы разобраться в этих вопросах.

А какие еще виды загрязненных территорий можно рекультивировать вашим способом? Например, можно ли его применить на нефтеразливах?

ВВ: Сам подход создания почвенных конструкций часто применяют для рекультивации разных нарушенных земель. Щелочные материалы чаще всего используют для локализации и устранения загрязнения тяжелыми металлами. Схема технологии определяется не только видом загрязнения, но и, например, такими факторами, как тип почв, климат и многое другое. Каждая нарушенная территория — сложная система, поэтому в таких, как у нас, комплексных работах нет и не может быть универсального решения проблемы.

МС: Конструкции, с которыми мы работаем, — уникальный многолетний эксперимент. Мы уже практически десятилетие наблюдаем за развитием экосистем и почв в по-настоящему экстремальных условиях, сочетающих постоянное загрязнение и суровый заполярный климат. Подобных работ во всем мире — единицы, и, возможно, именно поэтому для нас это так интересно.