Ученые экологического института КНЦ РАН исследовали донные отложения и узнали, чем жил и дышал Кировск на протяжении сотни лет
Мертвая вода?
Группа доктора географических наук, профессора, главного научного сотрудника Института проблем промышленной экологии КНЦ РАН Владимира Даувальтера в конце 2021 года получила грант Российского научного фонда. Поддержан проект «Роль гумусового вещества отложений озер холодноводных регионов в процессах самоочищения лимносистем и их адаптации к антропогенному воздействию и изменению климата».
Исследованиями заполярных озер, которые подвергаются влиянию промышленности и человека на протяжении всего XX века, апатитские ученые занимаются давно, и на встрече научных обществ в Апатитах Владимир Даувальтер подробно рассказал о палеолимнологическом взгляде на загрязнение арктического горного озера в индустриальную эпоху. Конкретным примером послужило озеро Большой Вудъявр — всем известное и в народе считающееся «мертвым». С помощью современных технологий ученые — Владимир Даувальтер, Дмитрий Денисов и Захар Слуковский — исследовали донные отложения этого водоема, чтобы понять: как со старта промышленного освоения Заполярья изменялось озеро и какому влиянию подвергалось.
По итогам этой работы появилась статья «Палеолимнологическая реконструкция техногенного воздействия на экосистему озера Большой Вудъявр: новые геохимические данные» — она опубликована в журнале «Экология урбанизированных территорий».
Видно «по полосочкам»
Озеро Большой Вудъявр — самый крупный внутренний водоем Хибинского щелочного горного массива. С тех пор как в 1929 году был организован производственный трест «Апатит», а в 1931 году на берегу озера началась переработка апатитовой руды на обогатительной фабрике АНОФ-I, оно испытывает разнообразные виды воздействия. В северо-восточную его часть поступают сточные воды Расвумчоррского и Кировского рудников КФ АО «Апатит», кроме того, озеро, расположенное в черте города вблизи автомобильной дороги и железнодорожных путей, связывающих Кировск и территории рудников, принимает загрязненный поверхностный сток.
Чтобы исследовать отложения, ученые провели отбор колонок со льда при помощи пробоотборника гравитационного типа. Затем колонки разделили на слои по 1 и 5 сантиметров. Анализ концентраций полсотни элементов, включая тяжелые металлы и редкоземельные элементы, производили масс-спектральным методом, что позволило установить временной показатель — скорость осадконакопления в Большом Вудъявре в районе максимальной глубины озера составляет примерно 2,3 мм в год, а поскольку колонка имеет длину почти в 30 сантиметров, можно проследить «жизнь озера» на протяжении более ста лет. Таким образом, например, было установлено увеличение концентрации в донных отложениях озера щелочных, щелочноземельных и тяжелых металлов, фосфора, редкоземельных и других элементов.
В целом загрязненность слоев отложений озера, сформированных до начала активного антропогенного влияния на водоем, можно оценить как низкую — это 27-21 сантиметров колонки. Слои от 20 до 14 см характеризуются умеренным уровнем, самые современные слои отложений — от 13 см — имеют высокий уровень загрязнения.
Исследователи установили: заметное увеличение концентраций оксидов фосфора, титана, кальция, калия и натрия обусловлено началом добычи и переработки апатит-нефелинового сырья АО «Апатит» в 1930-х годах. А наибольшие значения содержания тяжелых металлов отмечены в тех слоях, что приходятся на середину 1980-х — конец 1990-х годов: здесь максимальные концентрации свинца, никеля, ванадия, вольфрама, цинка.
Откуда в озере свинец?
Отдельно ученых интересовало накопление в отложениях Большого Вудъявра тяжелых металлов. Все исследованные тяжелые металлы, как выяснилось, имеют повышенные (относительно фона) концентрации в верхних слоях изученных донных отложений, начиная с глубины 20 см от границы «вода-дно». Наибольшим увеличением содержания в поверхностных слоях относительно фоновых значений характеризуются такие тяжелые металлы как сурьма, свинец, висмут и медь.
Особенно выделяются 10-15-кратные превышения по сурьме в самых верхних слоях изученных осадков, а ведь этот металл — один из самых опасных для экосистемы горного озера. Сурьма накапливается в разных средах в результате дальнего переноса загрязнителей, однако в случае с Большим Вудъявром таковым стало, вероятно, влияние местной угольной ТЭЦ, расположенной в 10 км от водоема. Это предприятие начало работу в конце 1950-х годов — увеличение концентрации этого металла фиксируется как раз в середине ХХ века.
Загрязнение осадков висмутом и никелем также, вероятно, имеет прямое отношение к обеспечению Кировска теплом мазутной котельной, которая работала до 2013 года. Мазутная зола обогащена этими тяжелыми металлами, которые, при сгорании топлива, попадают в атмосферу и далее в почву, воду и отложения водных объектов. Сейчас котельная не функционирует, теплоснабжение Кировска обеспечивает ТЭЦ Апатитов, работающая на угле.
Кроме того, загрязняет озеро медь, кобальт и никель, которые поступают в окружающую среду в результате атмосферных выбросов АО «Кольская ГМК» в Мончегорске, расположенном в 45 км от Большого Вудъявра.
Свинец в экосистеме озера появился в результате деятельности автотранспорта. Известно, что с начала 1930-х до начала 2000-х в бензин добавляли тетраэтилсвинец для улучшения качества топлива. Уменьшение концентрации свинца в верхних слоях колонки отложений, скорее всего, связано с запретом производства этого этилированного бензина в России. Кстати, такое же поведение свинца можно отметить в донных отложениях разных озер Мурманской области.
В верхних слоях колонки отложений Большого Вудъявра фиксируется увеличение концентраций всех редкоземельных элементов от двух до шести раз, что является следствием добычи и переработки апатит-нефелиновых руд. Подобное распределение элементов зафиксировано и в донных отложениях озера Имандра, но там этот слой (с повышенными относительно фоновых значений содержаниями) меньше вдвое — это говорит о том, что осадки в этом крупном озере накапливаются медленнее. Кстати, некоторое снижение содержания редкоземельных элементов фиксируется по колонке на уровне, соответствующем середине 1960-х годов — тогда ввели в строй хвостохранилище АНОФ-I.
В донных отложениях обнаружен и такой элемент, как ртуть — увеличение содержания его связано с тем, что при проведении горновзрывных работ на первых этапах разработки апатитонефелиновых месторождений в капсулях-детонаторах использовалась гремучая ртуть. Во время войны на базе комбината «Апатит» работал цех по изготовлению зажигательных фосфорных бомб, в которых в качестве капсюля-воспламенителя также использовалась гремучая ртуть.
Ниобий, которому всегда сопутствует тантал, замещает титан в ряде титан-содержащих минералов, а в щелочных и ультраосновных породах он рассеивается в минералах типа перовскита и в эвдиалите. Ниобий и тантал входят в состав лопарита, там же содержится и торий. Эти элементы также были найдены в донных отложениях.
Важно понимать, что тяжелые металлы в донных отложениях находятся преимущественно в труднодоступных фракциях — минеральной, кислоторастворимой и органической.
Про рыбу и мусор
Интересно, что колонки, извлеченные из Большого Вудъявра, содержат и органические вещества — кремнеземнистые сапропелиты, но их всего 17 процентов от валового. Это немного для озера такой климатической зоны, что можно объяснить бедностью почвенно-растительного слоя горной местности, ведь в озерах равнинных районов Севера России этот показатель — от 30 до 80 процентов.
Ученые установили также, что диатомовые водоросли озера изменялись за годы влияния промышленности. Так, например, в доиндустриальный период это Cyclotella rossii. Затем, после начала разработки апатитонефелиновых месторождений преобладать стали Aulacoseira subarctica, а сегодняшнее состояние озера характеризует наличие Stephanodiscus hantschii — их массовое развитие характерно для эвтрофных водоемов.
Вывод проделанной работы, в том числе, и таков: в связи с воздействием человека произошла полная перестройка структуры живых организмов, обитающих в озере Большой Вудъявр. Если раньше, до начала разработки и переработки апатит-нефелиновых руд, озеро было типично горным олиготрофным водоемом с незначительной минерализацией воды и малым содержанием биогенных элементов (соединений азота и фосфора), в нем водились голец, кумжа, хариус, налим, то после начала деятельности комбината «Апатит» и поступления сточных вод с рудников и АНОФ-I уже в конце 1930-х годов рыба в озере практически исчезла.
Результатом резкого увеличения содержания биогенных элементов (на два порядка по сравнению с доиндустриальным) в воде озера является интенсивное развитие процессов эвтрофирования, когда происходит резкое увеличение биологической продукции и экосистема озера не успевает ее усваивать. Средний уровень биомассы фитопланктона в озере Большой Вудъявр соответствует мезотрофному статусу (более высокому, чем олиготрофному) и на порядок превосходит фоновые значения. В результате в зимнее время могут образоваться так называемые застойные зоны или заморы, то есть кислородное голодание для обитателей озера, в том числе и для рыб.
В настоящее время в озере вновь стала появляться рыба — голец, единичные экземпляры кумжи, но появился также новый для озера вид рыбы — корюшка, которая, скорее всего, поднимается по реке Белой из озера Имандра, где корюшка в последние годы становится доминирующим видом.
Дальнейшая судьба озера зависит от нас, людей. От того, как мы будем относиться к нему: будем ли по-прежнему бездумно загрязнять его рудничными водами, другими промышленными и коммунальными сточными водами, или постараемся снизить это антропогенное влияние и превратить его снова в природное олиготрофное озеро. Здесь предприятиям нужно приложить большие усилия по снижению отрицательного влияния на экосистему озера, снижению поступления биогенных и других элементов. Да и жителям города необходимо также бережнее относится к этому уникальному горному озеру — на его берегах выстроены многочисленные гаражи, из которых в воду поступают загрязняющие вещества: нефтепродукты, продукты сжигания дров в гаражах для их отопления. Важно не мусорить около озера, убирать за собой после отдыха на берегу и соблюдать иные экологические правила.
