Российские учёные придумали способ восстановления почвы вокруг действующего комбината цветной металлургии в Субарктике. Снизить в почве концентрацию токсических веществ и зарастить многолетнюю пустошь зелёным покровом удалось с помощью слоистых минералов группы серпентина. Эксперимент длится уже десять лет, его результаты были подтверждены и лабораторными опытами. Выяснилось, что, в отличие от многих других минералов, серпентин способен длительно сорбировать тяжёлые металлы и нейтрализовывать их токсические соединения в загрязнённых почвах. По словам учёных, благодаря серпентину можно не только предотвратить распространение загрязняющих веществ на новых территориях, но и восстановить растительный покров в местах, пострадавших от техногенного воздействия.
Учёные из Кольского научного центра Российской академии наук (ФИЦ КНЦ РАН) и Полярно-альпийского ботанического сада-института имени Н.А. Аврорина РАН (Апатиты) придумали способ детоксикации загрязнённых тяжёлыми металлами почв вокруг комбината цветной металлургии в Субарктике. Об этом RT сообщила пресс-служба Российского научного фонда (РНФ). Работа проводилась при поддержке РНФ. Результаты исследования опубликованы в журнале Environmental Geochemistry and Health.
Для восстановления загрязнённых почв учёные использовали глинистые минералы группы серпентина. Серпентин — это водный силикат магния. Во время обжига при 500—700 °С кристаллическая решётка серпентина частично разрушается, структура становится менее стабильной, но при этом повышается химическая активность. Благодаря этому минерал приобретает способность нейтрализовать токсичные соединения тяжёлых металлов.
Работы в карьере горно-обогатительного комбината имени В. Гриба. ОАО «Архангельскгеолдобыча» в Архангельской области РИА Новости
Источником серпентина могут служить отвалы горнопромышленных предприятий. Для опыта исследователи использовали два вида серпентинов, полученных из горнопромышленных отвалов в Мурманской и Оренбургской областях, — ортохризотил и лизардит.
Учёные внесли обожжённый порошок из этих минералов в сильно загрязнённый верхний слой торфяной почвы возле комбината, где растительность исчезла несколько десятилетий назад. Материал был добавлен в количестве 5% от общего объёма загрязнённой почвы.
Экспериментальные участки застелили рулонным газоном, поскольку обычный посев семян в почву часто не приносит результата из-за суровых микроклиматических условий — в первую очередь из-за низких температур и сильного ветра. Также рулонные газоны были выстелены на контрольном участке пустоши, где минералы не вносились.
Опыт длился десять лет. Всё это время учёные наблюдали за полигонами, а также анализировали изменение химического состава почвы.
Исследователи обнаружили, что на контрольном участке без серпентиновых добавок высаженная растительность погибла уже в первый сезон. На экспериментальном участке растения в первые два года выжили, но слабо развивались из-за высокой щёлочности почвы. Однако через некоторое время щёлочность снизилась — и насаждения пустились в рост. Вскоре зелёный покров начал распространяться даже за пределы экспериментального участка. Также учёные отмечают, что постепенное растворение термоактивированного материала и сопутствующее ему улучшение качества почвы привело к появлению вокруг территории с искусственно посаженными злаками и местных видов растений, например таких, как иван-чай или мать-и-мачеха.
Общий вид экспериментальных участков в начале десятого вегетационного периода и их заселение аборигенными видами © Slukovskaya et. al / Environ. Geochem. Health, 2022
За десять лет в условиях продолжающейся работы предприятия содержание в земле токсичных соединений металлов сильно снизилось. Так, концентрации доступных растениям форм меди и никеля упали на 50—70%, железа — на 30%, цинка — на 80%. Вместе с тем постепенное растворение серпентинов «обогащало» почву ионами магния, кальция и кремния, которые жизненно необходимы растениям и другим живым организмам для роста и развития.
Увеличение выделения почвой углекислого газа на экспериментальных участках являлось ещё одним индикатором эффективности данного метода, поскольку этот параметр говорит о восстановлении почвенного плодородия, отмечают авторы исследования.
«В многолетнем эксперименте мы продемонстрировали эффективность подхода к восстановлению сильно загрязнённых почв с использованием термоактивированных минералов группы серпентина. Их применение даже в небольших количествах позволяет не только связать загрязняющие вещества и предотвратить их распространение на новые территории, но и восстановить растительный покров на территориях, которые пострадали от техногенного воздействия», — рассказала в комментарии RT руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории природоподобных технологий и техносферной безопасности Кольского научного центра РАН Марина Слуковская.
Учёные также провели лабораторные опыты, в ходе которых детально изучили влияние взаимодействия термоактивированных серпентинов с водой на сорбцию ими меди и никеля из растворов с высокими концентрациями этих металлов. Выяснилось, что, хотя в почве минерал неизбежно насыщается водой, в длительной перспективе это не влияет на его способность нейтрализовать токсичные вещества. Благодаря тому, что серпентины медленно растворяются, эти минералы способны долго защищать экосистемы от негативного влияния промышленности.
«Почвы в ближайших зонах крупных предприятий цветной металлургии в Арктической зоне часто бывают бедны, эродированы и токсичны, и это, к сожалению, не даёт растительности восстановиться даже после снижения выбросов. Поэтому разработка эффективных приёмов ремедиации (восстановление изначальных показателей почвы. — RT) с использованием недорогих материалов из горнопромышленных отходов имеет большое значение для улучшения экологической обстановки в промышленных регионах Арктической зоны России», — подчеркнула Марина Слуковская.
Екатерина Кийко
Заглавное фото: «Многолетний эксперимент»: российские учёные нашли способ восстановления промышленных пустошей в Арктике / Gettyimages.ru
