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.
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.
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.