Hoe giftige grond in het noordpoolgebied weer tot leven wordt gewekt

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

De verwerking van koper-nikkelertsen op het Kola-schiereiland veroorzaakt ernstige schade aan de kwetsbare Arctische ecosystemen. Rond de fabrieken, die al 80 jaar nikkel, kobalt en andere non-ferrometalen produceren, heeft zich een zone van technogene vervuiling gevormd, die doet denken aan een maanlandschap.

Kan het leven hier teruggebracht worden? Het experiment van Russische bodemwetenschappers laat zien dat dit mogelijk is. De onderzoeksdeelnemers Vyacheslav Vasenev van de RUDN University en Marina Slukovskaya van het Kola Scientific Center van de Russische Academie van Wetenschappen spraken over hun werk N + 1.

N + 1: Wat is de essentie van de schade aan de bostoendra door de productie van waardevolle metalen?

Vjatsjeslav Vasenev:De grond in de woestenij rond de plant is sterk aangetast, giftig en praktisch ongeschikt voor planten: er zit veel koper, nikkel en andere zware metalen in.

Deze metalen kwamen via de lucht in de bodem terecht. De plant stoot verschillende stoffen uit in de lucht, en micron-sized stofdeeltjes, aerosoldruppels die zich tientallen jaren rond de plant nestelen. Metaalverbindingen sloegen geleidelijk neer in de bossen rond de plant, wat uiteindelijk leidde tot de dood van bomen en andere vegetatie, en er verzamelden zich zoveel metalen in de bodem dat ze desgewenst opnieuw kunnen worden gewonnen. Het grootste probleem is dat een groot deel van de metalen in de bodem wordt aangetroffen in de vorm van oplosbare verbindingen die gemakkelijk door levende organismen worden opgenomen.

Hoe ver is de woestenij rond de molen?

Marina Slukovskaja:De invloedszone van de plant bereikt ongeveer 200 vierkante kilometer en de woestenij zelf is ongeveer een derde van de totale oppervlakte.

BB:Bij het naderen van de plant kan de onderdrukking van ecosystemen worden gevolgd door de staat van de vegetatie. De woestenij zelf begint enkele kilometers voor de fabriek, maar het depressieve landschap wordt eerder gevonden. In de noordelijke taiga is de vegetatie sowieso niet erg dicht, en een paar kilometer van de plant wordt het merkbaar hoe alles eromheen begint te verdorren, uitdunnen, geel worden en afsterven.

Hoe werkt uw kunstmatige bodemsysteem en hoe werkt het?

MEVROUW:We hebben een zogenaamde bodemstructuur gemaakt - technozem. De onderste laag bestaat uit mijnafval dat calcium- en magnesiumcarbonaten en silicaten bevat, en de bovenste laag is gemaakt van vermiculiet, een hygroscopisch gelaagd mineraal uit de hydromica-groep, dat vooral belangrijk is in het stadium van zaadontkieming en het begin van plantengroei.

BB:Afval van de mijnbouw bevat weinig zware metalen, waardoor dit kussen de onderliggende lagen goed afschermt. Bovendien immobiliseert het metalen, in feite voorkomt het dat ze lekken en wegvliegen.

Als gevolg hiervan stelt de laag alkalisch afval je in staat om de zure omgeving te neutraliseren en de minimale agrochemische eigenschappen in te stellen, terwijl de bovenste water vasthoudt en zaden laat ontkiemen en voet aan de grond krijgen in de afvallaag.

Het herstel van de natuurlijke Arctische bodem onder deze omstandigheden zou een paar honderd jaar duren, en pas na beëindiging van de activiteiten van de fabriek, die niet zal worden gesloten. Landaanwinning met behulp van technozems kan het proces versnellen en de bodem beschermen tegen erosie.

Hoe duur is deze methode?

MEVROUW: Voor de ontginning van één hectare (0,01 vierkante kilometer) is ongeveer 3,5 miljoen roebel nodig. Dit is vergelijkbaar met de kosten van geïmporteerde vruchtbare grond, maar hiervoor moet je het opgraven en ergens weghalen, dat wil zeggen andere ecosystemen verstoren, en we gebruiken afval.

Tegen volgend jaar zijn we van plan om nog een studie uit te voeren om de waarde van de verloren ecosystemen te berekenen, dat wil zeggen, we zullen de geaccumuleerde schade schatten en deze vergelijken met de kosten van terugwinning. Inderdaad, in dit geval hebben we het niet zozeer over de kosten van materialen en technologie. Het gaat om de kwaliteit van bodem, water, lucht en andere componenten van het ecosysteem.

Bij terugwinning gaat het vaak zo: je kijkt naar de kosten van werk en materiaal, het lijkt erop dat er veel is, maar als je kijkt naar alle voordelen van dien, blijkt het niet duur te zijn.

Naast het aanleggen van nieuwe grond, plant je ook planten. Wat plant je precies en waarom?

MEVROUW: We planten voornamelijk granen. We hebben ook geëxperimenteerd met peulvruchten, maar die stierven helaas. De granen kwamen veel beter tot hun recht, vooral omdat we in eerste instantie soorten selecteerden die kans hebben om te overleven. Door hun snelle groei zijn ze goed gefixeerd in de grond en de bladeren hopen niet te veel vervuiling op. Vreugdevuur, tarwegras en volosnets lieten zich het beste van allemaal zien - zomerbewoners zouden met hen hebben gevochten, en we zijn blij dat ze groeien. Waarschijnlijk, als je een berenklauw plant, zal het ook goed voelen, maar misschien zullen we dit voorlopig niet doen.

BB: Het is belangrijk dat niet alleen hoog groen gras groeit op de ontginningslocaties, maar dat ook de functies van de bodem worden hersteld, organische koolstof zich ophoopt en de microbiële gemeenschap zich ontwikkelt. Tot nu toe wordt een deel van de nutriënten, bijvoorbeeld stikstof, toegepast in de vorm van meststoffen, maar na verloop van tijd kunnen we meer en meer autonomie van het systeem verwachten.

De percelen trekken ook dieren aan: hazen komen eten van het gras, en dit jaar hebben muizen zich gevestigd op een gebied met zeer vuile veengrond op minder dan een kilometer van de plant en groeven voor zichzelf gaten in experimentele technozems. Het is verbazingwekkend dat de experimentele locaties in feite groene eilanden zijn, omringd door rotsachtig landschap, maar zoals je kunt zien, verschijnt het leven overal waar het een kans krijgt.

MEVROUW: De migratie van dieren belemmert het wetenschappelijk onderzoek enigszins, omdat we daardoor de juiste cijfers voor de biomassa van planten niet kennen en niet helemaal zeker kunnen zijn van de gegevens over de accumulatie en migratie van metalen in technozemen. Maar in deze werken is het hoofddoel niet alleen nieuwe artikelen of subsidies, maar ook een zeer duidelijk, zichtbaar voordeel voor levende wezens. Het hoofdidee is immers niet alleen om materialen in te vullen en gras te planten. We onderzochten hoe het mogelijk is om ecosysteemprocessen opnieuw op te starten in de extreme omstandigheden van het Kola-schiereiland, waar het erg koud is en een hoge mate van vervuiling.

Het eerste experiment met het gebruik van mijnafval in de woestenij werd in 2010 gelegd. Bijna tien jaar lang hebben we geëxperimenteerd met de twee meest voorkomende grondsoorten in de regio, podzol- en veengrond, waarbij we met in totaal tien soorten mijnafval hebben gewerkt, zowel in de begintoestand als met hun verrijkte en thermisch geactiveerde versies.

De fabriek is sinds de jaren dertig in bedrijf en blijft sindsdien giftig stof uitstoten. Moet u over een paar jaar alle aanplant opnieuw doen?

MEVROUW: Ja, de productie begon in 1938 en is tot op de dag van vandaag niet gestopt. Maar het passeerde zijn meest onvriendelijke fase, het hoogtepunt was van ongeveer 1978 tot 2000. Nu proberen ze de uitstoot te beheersen, filters worden geïnstalleerd, de productie wordt opnieuw opgebouwd en de fabriek stoot ongeveer 50 duizend ton stof per jaar uit, drie keer minder dan in de jaren negentig.

Helaas veroorzaakt reeds opgehoopte vervuiling niet minder schade. Hoewel er voortdurend nieuwe vervuiling binnenkomt, is het tot nu toe niet nodig om de sites te renoveren: het "kussen" van het afval slaagt erin de binnenkomende metalen te immobiliseren.

Het is moeilijk te voorspellen voor de komende decennia, maar tot nu toe hangt de staat van de vegetatie meer af van de weersomstandigheden dan van iets anders. Zo was de laatste zomer van 2019 erg koud en ondanks dat de granen de oren uitsloegen, hadden de zaden eind augustus geen tijd om te rijpen.

Over het algemeen zien we dat organische stof zich ophoopt, de microbiële gemeenschap zich ontwikkelt, een nieuwe organische horizon is verschenen boven de minerale afvallaag. Tegelijkertijd hebben we controlepercelen waar we in plaats van afval gewoon zand hebben genomen - en dus voelen zowel planten als microben zich er veel slechter op dan op afval, dat wil zeggen dat de juiste materiaalkeuze echt bepalend is voor het lot van planten.

Waarom is het überhaupt nodig om te recupereren? Kun je het verstoorde gebied niet gewoon verlaten en wachten tot het ecosysteem zichzelf geneest?

BB: Het belangrijkste bij landaanwinning is niet eens dat ecosystemen in zwaar verstoorde gebieden worden hersteld. Dit maakt het ook mogelijk om de ecologische situatie in de regio als geheel te verbeteren. Zware metalen worden geïmmobiliseerd en kunnen niet langer in grond- en oppervlaktewater terechtkomen, en van daaruit in rivieren en in Lake Imandra, een stuwmeer van de hoogste visserijcategorie.

Zijn er voorbeelden van grootschalige landwinningsprojecten in Rusland of in de wereld?

BB: En in de regio van Moermansk, en in Rusland als geheel, ken ik nog geen voorbeelden waarin een dergelijke technologie op een groot grondgebied zou worden gebruikt. In de rest van de wereld zijn er dergelijke voorbeelden, maar in feite werd dergelijk werk uitgevoerd na de sluiting van de onderneming, dat wil zeggen net na de overdracht van het grondgebied volledig naar de zone van staatsverantwoordelijkheid. Zo is in Canada een grootschalig landaanwinningswerk uitgevoerd met medewerking van studenten en werklozen in het gebied rond de koper-nikkelfabriek.

Ik was in een fabriek in Mexico waar een raffinaderij werd ontgonnen. In de vijvers drong de vervuiling tientallen meters diep door, waar niet alleen olieproducten, maar ook een enorme hoeveelheid zware metalen zich ophoopten, aangezien loodwit lange tijd in de productie werd gebruikt. Op het terrein van de fabriek is nu een groot park aangelegd.

Zowel vermiculiet als aarde voor het kussen haal je uit de nabijgelegen fabrieken. Hoe zit het met degenen die zich bezighouden met landwinning, bijvoorbeeld in de Oeral en geen toegang hebben tot deze materialen?

MEVROUW: In plaats van vermiculiet kun je gel, synthetische polymeren en andere vochtverslindende materialen gebruiken - alles wat planten zal beschermen tegen uitdroging in de vroege stadia van ontwikkeling. Wat betreft afval: op veel plaatsen waar ertsverwerkingsfaciliteiten zijn, zijn er ook faciliteiten voor de winning ervan, wat betekent dat u hoogstwaarschijnlijk geschikt afval kunt vinden. Natuurlijk werkt deze regel niet altijd en niet alle verspilling kan effectief zijn, maar dit is wat specialisten nodig hebben om deze problemen te begrijpen.

Welke andere soorten verontreinigde gebieden kunnen met uw methode worden teruggewonnen? Kan het bijvoorbeeld worden toegepast bij olielozingen?

BB: De benadering van het creëren van bodemstructuren wordt vaak gebruikt voor de landaanwinning van verschillende verstoorde gronden. Alkalische materialen worden het meest gebruikt om verontreiniging met zware metalen in te dammen en te elimineren. Het technologieschema wordt niet alleen bepaald door het soort vervuiling, maar bijvoorbeeld ook door factoren als bodemtype, klimaat en nog veel meer. Elk verstoord territorium is een complex systeem, daarom is er in zoals het onze geen universele oplossing voor het probleem en kan dat ook niet zijn.

MEVROUW: De constructies waarmee we werken zijn een uniek langdurig experiment. Al bijna een decennium observeren we de ontwikkeling van ecosystemen en bodems in echt extreme omstandigheden, waarbij constante vervuiling en het barre poolklimaat worden gecombineerd. Er zijn maar een paar van dergelijke werken over de hele wereld, en misschien is het daarom zo interessant voor ons.