Wie giftiger Boden in der Arktis wieder zum Leben erweckt wird

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Die Verarbeitung von Kupfer-Nickel-Erzen auf der Kola-Halbinsel verursacht schwere Schäden an den fragilen arktischen Ökosystemen. Rund um die Fabriken, die seit 80 Jahren Nickel, Kobalt und andere NE-Metalle produzieren, hat sich eine Zone technogener Verschmutzung gebildet, die an eine Mondlandschaft erinnert.

Kann das Leben hierher zurückgebracht werden? Dass dies möglich ist, zeigt das Experiment russischer Bodenkundler. Die Forschungsteilnehmer Vyacheslav Vasenev von der RUDN University und Marina Slukovskaya vom Kola Scientific Center der Russischen Akademie der Wissenschaften sprachen über ihre Arbeit N+1.

N + 1: Worin bestehen die Schäden, die die Waldtundra durch die Produktion wertvoller Metalle verursacht?

Wjatscheslaw Vasenjew:Der Boden im Ödland um die Pflanze herum ist stark degradiert, giftig und für Pflanzen praktisch ungeeignet: Er enthält viel Kupfer, Nickel und andere Schwermetalle.

Diese Metalle gelangten über die Luft in den Boden. Die Pflanze gibt verschiedene Verbindungen in die Luft ab, und mikrometergroße Staubpartikel, Aerosoltröpfchen, die sich jahrzehntelang um die Pflanze herum abgesetzt haben. In den Wäldern rund um die Pflanze schieden sich nach und nach Metallverbindungen aus, die schließlich zum Absterben von Bäumen und anderer Vegetation führten, und es reicherten sich so viele Metalle im Boden an, dass sie bei Bedarf wieder abgebaut werden können. Das Hauptproblem besteht darin, dass ein Großteil der Metalle im Boden in Form von löslichen Verbindungen vorkommt, die von lebenden Organismen leicht aufgenommen werden können.

Wie weit ist das Ödland um die Mühle herum?

Marina Slukovskaya:Die Einflusszone der Pflanze erreicht etwa 200 Quadratkilometer, und das Ödland selbst macht etwa ein Drittel der Gesamtfläche aus.

BB:Bei Annäherung an die Pflanze kann die Unterdrückung von Ökosystemen durch den Vegetationszustand überwacht werden. Das Ödland selbst beginnt nur wenige Kilometer vor der Fabrik, aber die depressive Landschaft findet sich früher. In der nördlichen Taiga ist die Vegetation ohnehin nicht sehr dicht, und einige Kilometer von der Pflanze entfernt macht sich bemerkbar, wie alles drumherum zu verwelken, auszudünnen, gelb zu werden und abzusterben.

Wie funktioniert Ihr künstliches Bodensystem und wie funktioniert es?

FRAU:Wir haben eine sogenannte Bodenstruktur gemacht - Technozem. Die untere Schicht besteht aus Bergbauabfällen, die Calcium- und Magnesiumcarbonate und Silikate enthalten, und die obere Schicht besteht aus Vermiculit, einem hygroskopischen Schichtmineral aus der Gruppe der Hydromica, das besonders im Stadium der Samenkeimung und zu Beginn des Pflanzenwachstums wichtig ist.

BB:Abfälle aus der Bergbauindustrie enthalten wenig Schwermetalle, daher schirmt dieses Kissen die darunter liegenden Schichten gut ab. Darüber hinaus immobilisiert es Metalle und verhindert sogar, dass sie auslaufen und wegfliegen.

Als Ergebnis ermöglicht Ihnen die alkalische Abfallschicht, die saure Umgebung zu neutralisieren und die minimalen agrochemischen Eigenschaften einzustellen, während die obere Schicht Wasser zurückhält und Samen keimen und in der Abfallschicht Fuß fassen lässt.

Die Wiederherstellung des natürlichen arktischen Bodens unter diesen Bedingungen würde einige hundert Jahre dauern und erst nach Beendigung der Aktivitäten der Anlage, die nicht geschlossen werden soll. Die Rekultivierung mit Technozemen kann den Prozess beschleunigen und den Boden vor Erosion schützen.

Wie teuer ist diese Methode?

FRAU: Die Rekultivierung eines Hektars (0,01 Quadratkilometer) erfordert etwa 3,5 Millionen Rubel. Dies ist vergleichbar mit den Kosten für importierten fruchtbaren Boden, aber dafür muss man ihn ausgraben und irgendwo hinbringen, dh andere Ökosysteme stören, und wir verwenden Abfall.

Bis zum nächsten Jahr planen wir eine weitere Studie, um den Wert der verlorenen Ökosysteme zu berechnen, d. h. wir werden den kumulierten Schaden schätzen und mit den Kosten der Rekultivierung vergleichen. Tatsächlich sprechen wir in diesem Fall nicht so sehr über die Material- und Technologiekosten. Es geht um die Qualität von Boden, Wasser, Luft und anderen Komponenten des Ökosystems.

Bei einer Reklamation passiert es oft so: Betrachtet man die Arbeits- und Materialkosten, scheint es viel zu geben, aber wenn man sich alle damit verbundenen Vorteile ansieht, stellt sich heraus, dass es günstig ist.

Sie schaffen nicht nur neuen Boden, sondern pflanzen auch Pflanzen. Was genau pflanzt du und warum?

FRAU: Wir bauen hauptsächlich Getreide an. Wir haben auch mit Hülsenfrüchten experimentiert, aber leider sind sie gestorben. Das Getreide kam deutlich besser an, zumal wir zunächst Arten ausgewählt haben, die eine Überlebenschance haben. Aufgrund ihres schnellen Wachstums sind sie gut im Boden verankert und die Blätter sammeln nicht zu viel Schadstoffe an. Am besten zeigten sich Lagerfeuer, Weizengras und Volosnets - Sommerbewohner hätten mit ihnen gekämpft, und wir sind froh, dass sie wachsen. Wenn Sie einen Bärenklau pflanzen, wird es sich wahrscheinlich auch gut anfühlen, aber wir werden dies vielleicht vorerst nicht tun.

BB: Wichtig ist, dass in den Rekultivierungsgebieten nicht nur hohes grünes Gras wächst, sondern auch die Funktionen des Bodens wiederhergestellt werden, sich organischer Kohlenstoff anreichert und sich die mikrobielle Gemeinschaft entwickelt. Bisher werden einige der Nährstoffe, zum Beispiel Stickstoff, in Form von Düngemitteln ausgebracht, aber mit der Zeit können wir immer mehr Autonomie des Systems erwarten.

Die Parzellen ziehen auch Tiere an: Hasen fressen das Gras, und in diesem Jahr haben sich Mäuse auf einem Gebiet mit sehr schmutzigem Torfboden weniger als einen Kilometer von der Anlage entfernt angesiedelt und sich in experimentellen Technozemen Löcher gegraben. Erstaunlich, dass es sich bei den Versuchsplätzen tatsächlich um grüne Inseln inmitten einer felsigen Landschaft handelt, aber wie Sie sehen, taucht das Leben dort auf, wo es eine Chance bekommt.

FRAU: Die Wanderung von Tieren stört die wissenschaftliche Forschung etwas, da wir daher die korrekten Zahlen für die Biomasse von Pflanzen nicht kennen und die Daten über die Anreicherung und Wanderung von Metallen in Technozemen nicht vollständig sicher sind. Aber in diesen Arbeiten geht es nicht nur um neue Artikel oder Stipendien, sondern auch um einen ganz klaren, sichtbaren Nutzen für Lebewesen. Schließlich geht es nicht nur darum, Materialien aufzufüllen und Gras zu pflanzen. Wir haben untersucht, wie es möglich ist, unter den extremen Bedingungen der Kola-Halbinsel, wo es sehr kalt und stark verschmutzt ist, Ökosystemprozesse wieder in Gang zu setzen.

Der erste Versuch zur Nutzung von Bergbauabfällen im Brachland wurde 2010 verlegt. In fast zehnjähriger Arbeit haben wir mit den beiden in der Region am häufigsten vorkommenden Bodenarten Podsol und Torfboden experimentiert, wobei wir mit insgesamt zehn Arten von Bergbauabfällen sowohl im Ausgangszustand als auch mit ihren angereicherten und thermoaktivierten Versionen.

Die Anlage ist seit den 1930er Jahren in Betrieb und emittiert seither giftigen Staub. Müssen Sie in ein paar Jahren noch einmal alle Pflanzungen wiederholen?

FRAU: Ja, die Produktion begann bereits 1938 und wurde bis heute nicht eingestellt. Aber es hat seine unfreundlichste Phase überstanden, der Höhepunkt lag zwischen 1978 und 2000. Jetzt versuchen sie, die Emissionen zu kontrollieren, Filter werden installiert, die Produktion wird umgebaut und die Anlage emittiert jährlich etwa 50 Tausend Tonnen Staub, das ist dreimal weniger als in den 1990er Jahren.

Leider verursacht bereits angesammelte Verschmutzung nicht weniger Schaden. Obwohl ständig neue Verschmutzungen hinzukommen, besteht bisher kein Bedarf, die Standorte umzubauen: Das „Kissen“von Abfällen schafft es, die ankommenden Metalle zu immobilisieren.

Es ist schwer, für Jahrzehnte vorauszusagen, aber bisher hängt der Zustand der Vegetation mehr von den Wetterbedingungen als von allem anderen ab. Der letzte Sommer 2019 war beispielsweise sehr kalt, und obwohl das Getreide die Ähren ausgeworfen hat, hatten die Samen Ende August keine Zeit zum Reifen.

Im Allgemeinen sehen wir, dass sich organisches Material ansammelt, sich die mikrobielle Gemeinschaft entwickelt, ein neuer organischer Horizont über der mineralischen Abfallschicht entstanden ist. Gleichzeitig haben wir Kontrollparzellen, auf denen wir anstelle von Abfällen gewöhnlichen Sand genommen haben - und so fühlen sich sowohl Pflanzen als auch Mikroben darauf viel schlechter als auf Abfällen, dh die richtige Materialwahl ist wirklich entscheidend für das Schicksal der Bepflanzung.

Warum ist eine Reklamation überhaupt notwendig? Können Sie das gestörte Gebiet nicht einfach verlassen und warten, bis sich das Ökosystem von selbst heilt?

BB: Das Wichtigste bei der Rekultivierung ist nicht einmal, dass in stark gestörten Gebieten Ökosysteme wiederhergestellt werden. Dadurch kann auch die ökologische Situation in der gesamten Region verbessert werden. Schwermetalle werden immobilisiert und können nicht mehr in Grund- und Oberflächengewässer, von dort in Flüsse und in den Imandra-See, einen Stausee der höchsten Fischereikategorie, gelangen.

Gibt es Beispiele für groß angelegte Rekultivierungsprojekte in Russland oder weltweit?

BB: Und in der Region Murmansk und in Russland insgesamt sind mir noch keine Beispiele bekannt, in denen eine solche Technologie auf einem großen Gebiet eingesetzt würde. Im Rest der Welt gibt es solche Beispiele, aber im Grunde wurden solche Arbeiten nach der Schließung des Unternehmens durchgeführt, dh kurz nach der Übertragung des Territoriums vollständig in die Zone der staatlichen Verantwortung. In Kanada wurde beispielsweise eine groß angelegte Rekultivierungsarbeit unter Beteiligung von Studenten und Arbeitslosen in der Umgebung des Kupfer-Nickel-Werks durchgeführt.

Ich war in einer Anlage in Mexiko, wo ein Raffineriestandort zurückgewonnen wurde. In die Teiche drang die Verschmutzung zig Meter tief ein, wo sich nicht nur Ölprodukte, sondern auch eine große Menge Schwermetalle ansammelten, da lange Zeit Bleiweiß in der Produktion verwendet wurde. Nun wurde auf dem Werksgelände ein großer Park eingerichtet.

Sie nehmen sowohl Vermiculit als auch Erde für das Kissen aus den umliegenden Fabriken. Was ist mit denen, die sich beispielsweise im Ural mit der Rekultivierung beschäftigen und keinen Zugang zu diesen Materialien haben?

FRAU: Anstelle von Vermiculit können Sie Gel, synthetische Polymere und andere feuchtigkeitsverbrauchende Materialien verwenden - alles, was Pflanzen in den frühen Entwicklungsstadien vor dem Austrocknen schützt. Was den Abfall betrifft, so gibt es an vielen Orten, an denen es Erzaufbereitungsanlagen gibt, auch Anlagen zu deren Gewinnung, sodass Sie mit hoher Wahrscheinlichkeit geeignete Abfälle finden können. Natürlich funktioniert diese Regel nicht immer, und nicht jeder Abfall kann effektiv sein, aber dafür werden Spezialisten benötigt, um diese Probleme zu verstehen.

Welche anderen Arten von kontaminierten Flächen können mit Ihrer Methode regeneriert werden? Kann es zum Beispiel bei Ölverschmutzungen angewendet werden?

BB: Der Ansatz der Schaffung von Bodenstrukturen wird oft für die Rekultivierung verschiedener gestörter Böden verwendet. Alkalische Materialien werden am häufigsten verwendet, um Schwermetallkontaminationen einzudämmen und zu beseitigen. Das Technologieschema wird nicht nur durch die Art der Verschmutzung bestimmt, sondern beispielsweise auch durch Faktoren wie Bodenart, Klima und vieles mehr. Jedes gestörte Territorium ist ein komplexes System, daher gibt es in unserem Fall keine universelle Lösung für das Problem und kann es auch nicht geben.

FRAU: Die Konstruktionen, mit denen wir arbeiten, sind ein einzigartiges Langzeitexperiment. Seit fast einem Jahrzehnt beobachten wir die Entwicklung von Ökosystemen und Böden unter wirklich extremen Bedingungen, die ständige Verschmutzung und das raue Polarklima verbinden. Weltweit gibt es nur wenige solcher Werke, und vielleicht ist es deshalb für uns so interessant.