История города хранится на дне озера

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. Поддержку оказали проекту «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 прошедшей в феврале традиционной конференции научных обществ Владимир Андреевич рассказал подробнее 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 Владимир Даувальтер, Дмитрий Денисов и Захар Слуковский исследовали донные отложения этого водоема, чтобы понять, как практически с самого начала 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 была опубликована в журнале «Экология урбанизированных территорий».

Озеро Большой Вудъявр — самый крупный внутренний водоем Хибинского щелочного горного массива, расположенный во впадине между гор. С тех пор как в 1929 году был организован производственный трест «Апатит», а в 1931 году на берегу началась переработка апатитовой руды на обогатительной фабрике АНОФ-I, оно испытывает самые разнообразные виды воздействия. В его северо-восточную часть поступают сточные воды Расвумчоррского и Кировского рудников КФ АО «Апатит». Озеро расположено в черте города вблизи автомобильной дороги и железнодорожных путей, связывающих Кировск с рудниками, и потому принимает поверхностные стоки с урбанизированной территории.

Ученые провели отбор колонок донных отложений. Затем колонки разделили на слои толщиной 1 и 5 см. Анализ концентраций полсотни элементов, включая тяжелые металлы и редкоземельные элементы, производили масс-спектральным методом. Это позволило установить временные границы: скорость осадконакопления в Большом Вудъявре в районе максимальной глубины 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, определили увеличение концентрации в донных отложениях озера щелочных, щелочноземельных и тяжелых металлов, фосфора, редкоземельных элементов и других элементов.

Загрязненность донных отложений оценивали по интегральному показателю PLI – его величина возрастает от нижних слоев к верхним. В целом самые нижние слои с 27-го по 21-й сантиметр отложений озера, сформированных до начала активного антропогенного влияния на водоем, загрязнены мало. Слои от 20 до 14 см характеризуются умеренным уровнем, самые современные слои отложений – от 13 см – имеют высокий уровень загрязнения.

Заметное увеличение концентраций оксидов фосфора, титана, кальция, калия и натрия обусловлено началом добычи и переработки апатит-нефелинового сырья в 1930-х годах. А наибольшие значения содержания свинца, никеля, ванадия, вольфрама и цинка отмечены в тех слоях, что приходятся на середину 1980-х – конец 1990-х годов.

Отдельно ученых интересовало накопление в отложениях Большого Вудъявра тяжелых металлов. Концентрация всех исследованных тяжелых металлов, как выяснилось, выше в верхних слоях изученных донных отложений, начиная с глубины 20 см от границы «вода-дно». Сильнее всего увеличивается по сравнению с фоновым содержание сурьмы, свинца, висмута и меди.

В самых верхних слоях изученных осадков особенно выделяются 10-15-кратные превышения концентрации сурьмы, а ведь это один из наиболее опасных для экосистемы горного озера металлов. Это произошло, вероятно, под влиянием местной угольной ТЭЦ, расположенной в 10 км от водоема. Предприятие начало работу в конце 1950-х годов, и накопление сурьмы фиксируется как раз в середине ХХ века.

Загрязнение осадков висмутом и никелем также, вероятно имеет прямое отношение к обеспечению Кировска теплом. Тут «виновата» мазутная котельная, работавшая до 2013 года. Мазутная зола обогащена этими тяжелыми металлами. При сгорании топлива они попадают в атмосферу и далее в почву, воду и донные отложения. Сейчас котельная не функционирует, и город согревает ТЭЦ Апатитов, работающая на угле.

Загрязняющие воду медь, кобальт и никель попадают в атмосферу из выбросов расположенного в 45 км комбината АО «Кольская ГМК» в Мончегорске. Свинец в экосистеме озера появился в результате деятельности автотранспорта: с начала 1930-х до начала 2000-х для улучшения качества топлива в него добавляли тетраэтилсвинец. Уменьшение концентрации свинца в верхних слоях колонки отложений скорее всего связано с запретом производства 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 в строй ввели хвостохранилище АНОФ-I.

В донных отложениях обнаружена и ртуть. Увеличение ее концентрации связано с тем, что на первых этапах разработки апатитонефелиновых месторождений в детонаторах, используемых при горновзрывных работах, содержалась гремучая ртуть (ртутная соль фульминовой кислоты Hg(CNO)2). 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 титансодержащих минералов, а в щелочных и ультраосновных породах 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.

Интересно, что в извлеченных из Большого Вудъявра колонках есть и органические вещества – кремнеземнистые сапропелиты. Но их всего 17 процентов от валового. Это можно объяснить бедностью почвенно-растительного слоя горной местности, поскольку в озерах равнинных районов Севера России этот показатель составляет от 30 до 80 процентов.

Среди сделанных учеными выводов есть и такой: в связи с воздействием человека произошла полная перестройка структуры живых организмов, обитающих в озере Большой Вудъявр. 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 и налим. 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 является интенсивное развитие процессов эвтрофирования: происходит резкое увеличение образования биологической продукции, а экосистема озера не успевает ее усваивать. Средний уровень биомассы фитопланктона в озере Большой Вудъявр соответствует мезотрофному статусу (более высокому, чем олиготрофный) и на порядок превосходит фоновые значения. В результате в зимнее время могут образоваться так называемые застойные зоны или заморы. Попавшие в них обитатели озера, в том числе и рыбы, испытывают кислородное голодание.

Сейчас в озере вновь стала появляться рыба: голец, единичные экземпляры кумжи. Появился и новый для этого водоема вид рыбы – корюшка, которая, скорее всего, поднимается по реке Белой из озера Имандра, где в последние годы становится доминирующим видом.

Дальнейшая судьба озера зависит от нас с вами.