Я видел металл!
- Видишь суслика?
- Нет.
- И я не вижу. А он есть.
(из диалога х/ф «ДМБ»)
Мне кажется, хотя я могу ошибаться, но ученый должен видеть объект своего
пристального изучения. Хотя бы периодически. Хотя бы с применением новейших
достижений техники. Тем более, что доступ к высокоточному и высокопроизводительному
оборудованию в настоящее время – далеко не роскошь. Благополучно канули в лету
времена усердных фантазий на тему строения атомов, молекул и живых клеток, теперь
каждый мало-мальски усердный исследователь может получить доступ к всевидящему оку
микроскопа, телескопа и чего-нибудь там еще. Было бы, как говорится в народе, желание,
а на ловца и зверь побежит. Теперь о «зверях». Нет, моя статья вовсе не о сусликах, как
можно было подумать, судя по эпиграфу. Хотя чисто теоретически, где-то в параллельной
вселенной, я мог бы запросто заниматься этими прелестными грызунами, да и статус
«кандидата биологических наук» обязывал бы, но степная зоология не коснулась моих
научных интересов. Ещё с далекого детства (хотя я вовсе, конечно, не старый) меня жутко
интересовали металлы. Сначала совсем маленьким я плавил за гаражами свинец, в
подростковом возрасте слушал тяжелый рок, носил три серьги в ушах, а, остепенившись,
увлекся экологической геохимией, в частности поведением в окружающей среде
химических элементов из группы тяжелых металлов.
Большую часть своей жизни я живу и работаю на севере, в Карелии. Многочисленные,
исчисляемые десятками тысяч, водные объекты наших суровых краев привлекли меня и как
геолога (по основной специальности), и как эколога (по кандидатскому диплому). Более 10
лет я изучаю донные отложения рек и озер. В первую очередь, с точки зрения
природоохранных
аспектов
проблемы.
И
если
для
кого-то
темно-коричневый
желеобразный озерный ил – грязь, бяка, то для меня – хлеб и источник ценнейшей
информации о самом водном объекте и территории, на которой он расположен. Хотя с
первой точной зрения я тоже согласен: использование озерных илов в качестве лечебных
грязей еще никто не отменял. Более того, наиболее предприимчивые товарищи, к которым
я, как вы понимаете, не отношусь (а то писал бы я сейчас об этом!?), делают на этой самой
желеобразной «бяке» успешный бизнес, призывая наносить вас на ваши тела лечебные илы,
чтобы избавиться от тех или иных недугов. Но перед тем, как мазюкать лицо и тело чудоилами под руководством вышеназванных товарищей нужно удостовериться, нет ли там
тяжелых металлов в опасных для здоровья концентрациях. Тут-то и нужен ваш братученый, который по составу донных отложений (илов) без труда расскажет, чем и до какой
степени загрязнен водоем. Естественно, на территориях городов и в районах крупных
промышленных предприятий донные отложения и, следовательно, сами водные объекты
загрязнены тяжелыми металлами сильнее, чем в районах с естественно-природными
условиями. Об одном из таких очагов техногенной нагрузки я и хочу рассказать подробнее,
для чего нам с вами нужно мысленно переместиться не просто на север, а в Арктическую
зону нашей страны, на территорию Мурманской области, где мне доводится работать в
последнее время.
Принятие грязевых ванн (фото http://www.vsluh.ru/news/economics/305132)
С 2014 года Президентом России ряд северных регионов нашей страны объединен в
Арктическую зону РФ. В число этих регионов вошли северные территории Карелии и
Мурманская область. Само собой одной из приоритетных задач современного времени
является пристальное внимание к Арктической зоне со стороны ученых, в том числе
экологов и всяких там исследователей поведения тяжелых металлов. Я пишу об этом без
шуток, ведь эти металлы несут большую угрозу для уязвимых арктических экосистем,
которые после антропогенной нагрузки восстанавливаются гораздо дольше по сравнению с
экосистемами более южных регионов. С этим, в частности, связано образованием
обширных техногенных пустошей на территории Мурманской области, где оголенная в
результате закисления и загрязнения тяжелыми металлами земля долгие годы не может
прийти в естественное состояние. И, к сожалению, без вмешательства человека уже не
придет. Одна из таких территорий находится вблизи города Мончегорска, расположенного
в самом центре Мурманской области. Там же с 30-х годов прошлого века действует
предприятие по переработке медно-никелевой руды со всеми вытекающими из этого
последствиями
в
виде
вышеназванной
пустоши,
высокого
уровня
загрязнения
атмосферного воздуха и водных объектов, находящихся в крайне угнетенном состоянии.
Думаю, не нужно долго рассказывать, что содержание тяжелых металлов в донных
отложениях малых озер, расположенных в черте города Мончегорска, превышают и
региональный фоновый уровень для малых озер, и нормативные показатели. В первую
очередь, это касается таких металлов, как медь и никель, что понятно, учитывая специфику
местного производства. Как бы это смешно ни звучало, но в подобных озерах на дне можно
обнаружить настоящий «клад» в виде медно-никелевого «месторождения». Жаль, что
никому, кроме ученых, этот чудо-клад не интересен.
Вид на оз. Нормальное (г. Мончегорск, Мурманская область). На переднем плане колонки
проб донны отложений, за заднем – дымят трубы медно-никелевого комбината
(фото автора)
Основным методом изучения химического состава донных отложений озер для меня
был и остается ICP-MS-анализ. Если коротко, то отобранная при помощи специального
отборника Limnos, проба высушивается в сушильном шкафу, истирается в порошок,
разлагается смесью очень сильных кислот и потом уже в виде гомогенного разбавленного
раствора анализируется при помощи масс-спектрометра с индуктивно связанной плазмой.
Почти весь прогрессивный мир геохимиков пользуется этой методикой. Точность
проделанных измерений не подвергается сомнению. Как результат, мы получаем все, что
хотим с точки зрения оценки экологического состояния водного объекта и, казалось бы,
должны успокоиться на этом. Но нет. При мультиэлементном ICP-MS-анализе мы не видим,
как я написал в самом начале текста, главных объектов нашего исследования. Мы не видим
металлов, как я вижу сейчас слегка помутневшим взглядом свои кисти, печатающие на
клавиатуре нетбука текст в два часа ночи, потому что дедлайн завтра. Цифры,
свидетельствующие о наличие металлов в донных илах городских водоемов Мончегорска,
есть, а самих металлов мы не видим. В какой они форме там? В минеральной или связаны
с органическим веществом? А может их там и нет? Вспомните эпиграф про суслика. Герой
«ДМБ», изрекший фразу о наличие грызуна, немного не дружит с рассудком… Но если
серьезно, то я и мои коллеги, конечно, не сошли с ума и обмануть никого желания не имели.
Зато мы имели и имеем доступ к электронному микроскопу, позволяющему детально
рассмотреть, из чего же состоят озерные донные отложения. И, кстати, пробоподготовка в
данном случае обходится без растворения образцов смесью кислот. Высушенный порошок
лишь смешивается с эпоксидной смолой, полученная смесь наносится на предметное
стекло, а после затвердевания полируется до ровной поверхности, которую и нужно
рассматривать, выискивая ответы на поставленные в ходе исследовательской работы
вопросы.
Кадр из х/ф «ДМБ», 2000 г.
В институте геологии, где я работаю, сканирующий электронный микроскоп
используется для изучения структур горных пород, рудных минеральных включений золота
или поисков жизни в каменных образованиях старше 3 миллиардов лет. Для нужд экологогеологических исследований данный прибор был применен чуть ли не впервые. Конечно,
кое-какие попытки были и раньше, но успех изучения донных илов озер, находящихся в
зоне прямого воздействия медно-никелевого металлургического комбината, превзошел все
ожидания. В самых верхних слоях озерных отложений были обнаружены сферические или
почти сферические минеральные частицы, состоящие преимущественно из никеля, меди,
железа, серы и ряда других химических элементов.
Слуковский З.И. за работой на сканирующем электронном микроскопе
(фото А.С. Медведева)
Размер найденных частиц, которые благодаря хорошей подготовке образцов четко
просматривались на экране монитора, варьирует от нескольких микрон до 100
микрометров. По словам моего коллеги, крупнейшие частицы можно именовать не иначе
как самородками! Это говорит, человек, живущий в Мурманской области и всю свою
карьеру изучающий экологические аспекты загрязнения водных объектов Арктической
зоны. Это я к тому, что данные находки смогли удивить даже видавших виды специалистовлимнологов!
Техногенная частица оксида железа с примесью никеля из донных отложений оз.
Комсомольского, г. Мончегорск, Мурманская область (фото автора)
Происхождение частиц однозначно техногенное и связно с процессами обжига или
плавления исходной медно-никелевой руды. Если частицы состоят в основном из никеля,
меди и серы в разных пропорциях, то это и есть конечный продукт металлургического
комбината, особенно, если речь идет о частицах почти на 100% состоящих из никеля.
Железистые частицы с примесью вышеуказанных металлов и серы – это побочный продукт
производства или шлак. В большинстве случаев в поперечном разрезе частицы сплава и
шлака
имеют
причудливые
и
даже
очень
красивые
узоры,
вызванные
либо
неоднородностью их химического состава, либо системой трещин. В общем, ужас и красота
в одном флаконе! Кстати, неоднородности связаны не только с самим металлургическим
процессом, изменяющим структуру первичных минеральных образований, но и с
воздействием водной среды на частицы. Это, в частности, проявляется в образовании
вокруг некоторых частиц ободков окисленных металлов. Данный факт не может не
настораживать, указывая на неустойчивость найденных минеральных частиц, а значит на
возможность вторичного загрязнения водных объектов в результате, например, их
растворения.
Техногенная частица оксида никеля с примесью железа и кобальта из донных отложений
оз. Нормального, г. Мончегорск, Мурманская область (фото автора)
Поиск похожих научных работ по изучению техногенных частиц быстро навел меня
на исследования международной русско-норвежско-австрийской группы ученых, которые
около 20 лет назад изучали снежный покров территории Мурманской области, в том числе
вокруг города Мончегорска. Увы, но стать пионером в изучении «моих» техногенных
частиц мне не удалось, чему я в целом не сильно расстроился. Точно такие же образования
были найдены указанными коллегами в снежном покрове зимы 1995-1996 годов. Совпали
и размеры, и состав частиц! По сути, мы изучили одни и те же образования, но в случае
коллег частицы были свежевыпавшие, а в случае донных отложений – мигрировавшие
через воздух, снег, талую воду, дожди, почву и осевшие в конце концов на дне городских
озер. Учитывая, что мы изучали самые верхние слои донных отложений, образовавшиеся в
последние два-три десятилетия, то среди найденных мной частиц вполне могли быть те
самые частицы, вылетевшие из трубы в течение зимы 1995-1996 годов. Привет из прошлого,
так сказать. Грустный, но все-таки привет.
Мончегорск зимой (фото https://monchegorsk.gov-murman.ru)
Следует отменить, что среди моих частиц из донных отложений, а также частиц из
снежного покрова было очень мало чисто медных «самородков», хотя именно медь обычно
в большем количестве накапливается по сравнению с никелем, как в почве, так и в донных
отложениях водных объектов района медно-никелевого комбината. И тут помогли работы
канадских коллег, изучавших аналогичные техногенные образования в почве вблизи
североамериканского
города
Садбери,
известного
своим
медно-никелевым
производственным комплексом. Ученые выяснили, что медь поступает в виде частиц, как
и никель в окружающую среду в составе выбросов комбината, но вскоре медные частицы
растворяются и их становится гораздо меньше. Остаются лишь сульфиды и оксиды никеля
и железа с примесью меди, кобальта, свинца, таллия и еще других тяжелых металлов.
Техногенная частица сульфида меди с примесью железа и никеля из из донных отложений
оз. Нормального, г. Мончегорск, Мурманская область (фото автора)
Описанная ситуация наблюдается и в донных отложениях малых озер города
Мончегорска. Правда, медь, как крайне важный эссенциальный элемент, сразу закрепляется
органическим веществом озерных осадков, которое удерживает этот металл от дальнейшей
миграции обратно в водную среду. А вот растворенный никель, имеющий меньшую тягу к
органике, в водную среду попадает куда активнее, поэтому именно этот тяжелый металл
наиболее опасен для экосистем арктических озер вблизи металлургического производства.
Но это, как говорится уже совсем другая история.
Скульптура лося в г. Мончегорска (фото https://www.liveinternet.ru/users/bezsmysla/post329956363)
В середине марта 2019 года в социальных сетях распространилась информация о
густом смоге желтовато-серого цвета, окутавшем территорию города Мончегорска. Люди
писали об учащенном кашле, привкусе серы и аммиака во рту, тошноте, приступах удушья
и других неприятных вещах, которые сопровождают их каждый раз при выходе из дома на
улицу. Несмотря на то, что медно-никелевый комбинат расположен на некотором
отдалении от населенного пункта и преобладающие ветра дуют в противоположную от
Мончегорска сторону, подобные ситуации случаются регулярно. В первую очередь из-за
каких-либо аварийных ситуаций на производстве, однако это не делает эту ситуацию более
приятной. Жить в таких условиях, особенно в районе Крайнего севера, не допустимо. И
ведь речь идет не о деревне о десяти дворах, а городе с населением 42 тысячи человек.
Очень, кстати, красивом городе, что, собственно, и отражено в его названии, ведь «монча»
– по-саамски «красивый». К сожалению, я не знаю, как будет по-саамски «экологичный»
или хотя бы «комфортный», но очень бы хотелось, чтобы Мончегорск был именно таким.
Это же относится и к изучаемым мной с коллегами водоемам. Развидеть найденные
металлические частицы уже не удастся никогда. С этим нам придется и жить, и работать.
Дай Бог, что их количество будет уменьшаться. Берем этот процесс на контроль.
Захар Слуковский,
старший научный сотрудник лаборатории геохимии, четвертичной геологии и геоэкологии
Института геологии Карельского научного центра РАН, кандидат биологических наук, член
Российского минералогического общества
Отзывы:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв