В исследованиях городских водоемов на Кольском полуострове рано ставить точку – даже запятую. Всё только начинается.
Путь от начала какого-нибудь исследования до его обнародования в виде научного труда (статьи или книги) обычно занимает довольно много времени, особенно по меркам современных скоростей распространения информации. Не берусь говорить за всех, но в геохимии или экологии, областях в которых работаю я, этот путь может занимать от года, если очень повезло, до 3-5 лет. Естественно, чем больше потрачено времени на науку, тем более полной может получиться картина результатов проведенных работ.
Но это я о научных публикациях, которые широкая аудитория обычно не читает. До простых людей, которые не погружены в дебри научного информационного пространства, данные об исследованиях ученых могут и вовсе не дойти. Хоть и кричат сейчас отовсюду о важности популяризации науки, но реальное положение дел пока скорее уныло, чем радостно, причем и нашей стране, и в мире в целом – не буду кормить инфоповодами ни хейтеров российской действительности, ни ура-патриотов и ненавистников Запада. Но какие-то улучшения в этом направлении все же имеются, однако сейчас не об этом.
Значит, красивый?
3 мая 2018 года в «Лицее» вышла моя статья «Пока не растает лед», посвященная описанию весенней лимнологической экспедиции, в которой я и мои коллеги провели исследования городских озер городов Мурманской области Кировска и Мончегорска. Тогда главным образом был собран материал для дальнейшей работы. В частности, мы отобрали пробы донных отложений, чей химический состав является хорошим индикатором экологического состояния как самого водоема, так и территории вокруг него. В нашем случае это территории городов, которые по определению не могут быть идеально чистыми.
В общем, прошло почти два года, были проведены многие важные аналитические работы и вот на прошлой неделе вышла первая достойная публикация в научной печати. Статья «Geochemistry features of sediments of small urban arctic Lake Komsomolskoye, Murmansk region» доступна для всех и каждого, но все-таки я считаю нужным рассказать, что же у нас получилось, дабы история, написанная мной для читателей «Лицея», не осталась незавершенной и чтобы об экологической ситуации на Севере России стало чуть больше информации, какой бы неприятной она ни была. Поехали.
Мончегорск – небольшой город с населением около 42 тысяч человек, расположенный в центре Мурманской области. По числу жителей Мончегорск – четвертый после Мурманска, Апатитов и Североморска, в нем живет около 6% от всего населения региона. Поскольку через город не проходит путей Октябрьской железной дороги, путешествующим на поезде Мончегорск может быть мало знаком, а вот автомобилисты, которые двигаются по трассе Санкт-Петербург-Кола, думаю, знают пустынные окрестности этого города довольно хорошо.
Дело в том, что вокруг Мончегорска расположена одна из крупнейших техногенных пустошей России и мира. Площадь территории с почти исчезнувшим растительным покровом составляет около 210 км2, а территория с пораженными деревьями составляет почти 450 км2, что примерно равно площади Андорры (467 км2).
Может, сравнение с этой европейской страной-карликом и не впечатлит читателей, но, с другой стороны, у меня и без того еще будут пугающие своей экологической безжалостностью факты о Мончегорске. Хотя сам город, и я просто обязан об этом написать, является одним из самых привлекательных в плане чистоты и ухоженности в Мурманской области. Об этом даже сама этимология названия города говорит, ведь «монча» по-саамски означает «красивый».
Раз, раз, ещё раз…
Историей своего образования и дальнейшего существования Мончегорск обязан металлургическому комбинату, основанному в 1935 году на берегу озера Имандра в связи с открытием медно-никелевой руды. В это же время появился и рабочий поселок Мончегорск, получивший статус города в 1937-м.
Сегодня АО «Кольская горно-металлургическая компания» (сокращенно Кольская ГМК) на площадке «Мончегорск» занимается производством электролитного никеля и меди, карбонильных никелевых порошков и дроби, кобальтового концентрата, концентратов драгоценных металлов, серной кислоты и другой продукции.
В то же время вредные выбросы комбината вносят один из самых больших вкладов (26% по данным за 2018 год) в суммарные атмосферные выбросы по всей территории Мурманской области. На первом месте, кстати, находится другая площадка Кольской ГМК, расположенная вблизи Заполярного, вблизи российско-норвежской границы. Выбросы этого предприятия составили в 2018 году около 45% от общих выбросов стационарных источников загрязнения в регионе. Итого 71% выбросов на две промышленные площадки одного предприятия.
Именно выбросы Кольской ГМК и составляют основу загрязнения окружающей среды города Мончегорска и близлежащих территорий. Техногенная пустошь – самое яркое, но далеко не единственное подтверждение этого факта.
Наши же исследования касаются все-таки непосредственно городской среды, куда по логике вещей выбросы комбината, расположенного не в самом Мончегорске, а немного поодаль, также должны попадать. Так что городские озера Комсомольское и Нормальное (название второго водоема придумано нами) были выбраны для исследования далеко не случайно.
Собственно, ранее проводимые мной с коллегами работы по озерам города Петрозаводска хорошо подтверждают тот факт, что малые озера испытывают довольно сильное влияние со стороны антропогенных факторов. Другое дело, специфика загрязнения в пределах разных урбанизированных территорий может сильно отличаться, но на то и даются нам гранты научных фондов (Российского фонда фундаментальных исследований, Российского научного фонда и других), чтобы иметь возможность сравнивать разные районы – и качественно, и количественно. Совсем не риторический вопрос «Где на Севере грязнее?», надеюсь, будет поставлен и разобран мною в одной из будущих научно-популярных публикаций. Но пока вернемся к Мончегорску.
Выбросы медно-никелевого комбината содержат множество разных веществ и элементов, но уже из одной специфики предприятия понятно, что металлы медь и никель точно в них присутствуют. Ими загрязнены почвы техногенной пустоши в окрестностях города, поверхностные воды рек и озер в зоне воздействия Кольской ГМК и, безусловно, как вы, думаю, уже поняли, наши донные отложения. И в озере Нормальном, и в озере Комсомольском концентрации меди и никеля в осадках достигают поистине гигантских значений.
Например, отложения озера Комсомольское имеют 80-кратные превышения по никелю по сравнению с фоном региона и 90-кратные – по меди. Геохимия отложений озера Нормальное еще «веселее»: содержания никеля достигают 160-кратных превышений над фоном, меди – 190-кратных. Разница связана с тем, что озеро Нормальное расположено чуть ближе к комбинату и на более открытой и пониженной территории, окруженной болотом. Кроме того, было установлено, что в осадках озера Нормального выше содержание органического вещества, которое сорбирует «львиную долю» металлов, поступающих в водные объекты. Кстати, по содержанию этой самой органики, донные отложения обоих озер можно отнести к классу сапропелей, распространенных в малых озерах Карелии и Мурманской области.
Увы, но если из каких-то озер, расположенных в тихих таежных уголках Севера, можно этот самый сапропель добывать в качестве полезного ископаемого и использовать для нужд сельского хозяйства, то сапропелем мончегорских озер можно, пожалуй, лишь потравить растения – такие концентрации тяжелых металлов мало кому из представителей флоры придутся по душе. Как вариант, из изученных нами отложений можно снова добыть медь и никель и отправить на переработку на комбинат.
По крайней мере этот фантастический вариант использования городских водоемов хоть как-то сможет оправдать их многолетнее загрязнение. Хотя, если это и случится, то, скорее всего, с отложениями озера Нюдъявр, которое расположено в непосредственной близи к Кольской ГМК. Этот водоем принимает прямые стоки с предприятия и посему содержания тяжелых металлов в осадках Нюдъявра достигают прямо-таки нереальных значений. Например, концентрации никеля в отдельных слоях могут в 4800 раз (!!!) превышать фон региона.
И как после этого в очередной раз не задуматься о чрезвычайной необходимости разработать отечественный ПДК для донных отложений водных объектов и выпустить их отдельным ГОСТом? Увы, но усилий одних ученых-экологов-геохимиков в решении этой проблемы будет недостаточно. Не один год сей вопрос обсуждается в научных кругах, а воз и ныне там.
Не мазутом едины
Кроме повышенных накоплений меди и никеля, в исследованных нами отложениях городских озер выявлены превышения еще и по другим металлам, среди которых кобальт, хром, цинк, ванадий, свинец, кадмий, сурьма и вольфрам. Рост концентраций всех загрязнителей от нижних (фоновых) слоев отложений к верхним (загрязненным) слоям иллюстрирует процесс постепенного увеличения выбросов медно-никелевого комбината во времени.
Возраст донных отложений озера Комсомольского был довольно точно оценен по анализу активности изотопа свинца-210. Этот метод успешно применяется при исследовании современных озерных отложений по всему миру и позволяет узнать не только возраст отложений, но и скорость осадконакопления за изученный период времени. В случае с озером Комсомольским скорость получилась равной 0,268±0,005 см/год, то есть каждый изученный нами сантиметр колонки донных отложений образовывался в среднем за 3,73 года. Это довольно большие цифры, учитывая, что по разным оценкам в озерах Мурманской области скорость осадконакопления колеблется от 0,03 до 0,125 см/год.
Полученные по Мончегорску данные почти в два раза превышают верхний предел указанного диапазона скоростей, и это не удивительно, так как снос различных веществ, в том числе загрязнителей, в озера городских территорий куда более интенсивный по сравнению с водоемами районов, незатронутых активным преобразованием окружающей среды.
Возвращаясь к металлам, необходимо отметить, что не все из них в донных отложениях озер города Мончегорска связаны с деятельностью медно-никелевого комбината. Кроме меди и никеля, от выбросов Кольской ГМК в озера поступают еще кобальт и ванадий. Первый – потому что предприятие занимается производством кобальтового концентрата, а второй – потому что ТЭЦ, работающая на нужды предприятия, использует в качестве топлива мазут, содержащий ванадий в виде примеси. В золе, образующейся при сжигании мазута, содержание ванадия может достигать 6-12%, а дальность переноса частиц золы от трубы теплоэлектростанции достигает 15 км.
В свое время на этом далеко не экологичном топливе работала Петрозаводская ТЭЦ, что зафиксировано в отложениях озера Ламба, расположенного вблизи предприятия. После перехода на газ, концентрации ванадия резко сократились.
Что еще роднит озера Петрозаводска и Мончегорска, кроме ванадия, так это свинец. Я писал, что использование этилированного бензина с 1930-х по 2000-е годы привело к массовому отравлению этим токсичным металлом окружающей среды малых и крупных городов по всему миру. И вот новое подтверждение этого факта – в отложениях озера Комсомольское концентрации свинца достигают 100 мг/кг (медиана – 58 мг/кг) при фоновом значении для донных отложений лесных районов Севера не более 5 мг/кг. Благо, этот вид загрязнения городской среды все-таки стал историей, хотя отголоски тех печальных событий нашего общего прошлого еще долго будут храниться в донных отложениях водоемов и почвах урбанизированной среды. Поэтому нам, ученым-палеолимнологам, будет ещё что изучать и о чем, радостном или печальном, позже рассказать миру.
Изучив детально химический состав воды и донных отложений озер города Мончегорска, расставаться с ними в дальнейшем я не планирую. Особенно с Комсомольским. Во-первых, этот водоем идеален с точки зрения расположения и своего социального статуса: учитывая рекреационный фактор городских водных объектов, в данном случае крайне необходим постоянный мониторинг его состояния городского озера. А, во-вторых, в верхних слоях осадков этого озера мы обнаружили техногенные минеральные частицы, в химическом составе которых преобладают железо, никель, сера и реже – медь, а посему нет сомнения, что их происхождение напрямую связано с деятельностью Кольской ГМК.
Дело в том, что не все тяжелые металлы, попадая в озера, растворяются и/или связываются органическим веществом отложений. Какая-то часть загрязнителей может находится в виде, близком к тому, в котором она вылетела из трубы завода. Форма найденных частиц, большинство из которых – это сульфиды или оксиды железа и никеля, говорит о том, что с первоначальным веществом руды произошли радикальные изменения из-за термической обработки – обжига или плавления. Часть частиц имеет округлую в сечении форму, а часть – неправильную или, как я назвал ее точнее, кляксообразную.
«Кляксы» в основном представлены частицами шлака (в их составе «солируют» железо, сера, кислород, кремний и другие элементы), а правильные частицы связаны непосредственно с рудой. Во втором типе частиц содержание никеля может достигать 90% от массы всей находки. Но, что самое плохое – это размер этих новообразований в донных осадках, который варьируется от первых микрон до первых сотен микрометров.
Как вы понимаете, наибольшую опасность для здоровья людей представляют самые мелкие техногенные минеральные образования, ведь до того, как попасть в озеро, они какое-то время витали в воздухе города Мончегорска и его окрестностей. Дополнительным подтверждением этого факта могут служить исследования химического и минералогического состава снега в середине 1990-х годов вблизи медно-никелевого комбината, потому что аналогичные техногенные частицы были обнаружены и там, а в снег они однозначно попали из атмосферного воздуха.
Анализ частиц открывает в настоящий момент большой простор для научного творчества, тем более что в области экологической минералогии в нашей стране существует дефицит качественных исследований. Так что сканирующий электронный микроскоп, использованный мною для анализа минеральных образований из донных отложений озера Комсомольское, – прекрасный инструмент для развития наших работ с точки зрения углубленного анализа вещества.
На волне этих исследований я, по совету моего коллеги профессора В.А. Даувальтера, которому я очень благодарен за всестороннюю помощь в исследованиях, вступил в Российское минералогическое общество и стал членом комиссии по экологической минералогии и геохимии. Надеюсь, что этот союз с РМО принесет нам немало полезного. По крайней мере в научном журнале «Записки Российского минералогического общества» у членов РМО есть приоритетное право на публикации своих исследований. Подготовкой очередной статьи в этот журнал нам с коллегами, пожалуй, и следует заняться на карантине.
Об авторе. Захар Слуковский — старший научный сотрудник, кандидат биологических наук, Институт проблем промышленной экологии Севера КНЦ РАН и Институт геологии КарНЦ РАН.
