El mineral de los vertederos mineros ayudó a restaurar la cubierta de hierba en los páramos tecnogénicos del Subártico

Investigadores rusos han podido restaurar los suelos alrededor de una planta de metalurgia no ferrosa en el subártico. En esto fueron ayudados por el mineral termoactivado serpentina, obtenido a partir de desechos mineros. El experimento de campo se lleva a cabo a menos de un kilómetro de la empresa operativa y se ha prolongado durante diez años; durante este tiempo, fue posible reducir el contenido de sustancias tóxicas móviles al 20% del valor inicial. El método de los científicos ayudó a reverdecer un terreno baldío que había estado desprovisto de vegetación durante décadas. Los resultados del trabajo,  respaldado  por una subvención de la Russian Science Foundation (RSF), se  publicaron  en la revista Environmental Geochemistry and Health.

La base de la industria de la zona ártica de Rusia es la extracción y procesamiento de minerales. Las ciudades se construyeron alrededor de grandes plantas, por ejemplo, Norilsk, Zapolyarny o Monchegorsk, sin embargo, muchos años de producción contaminaron fuertemente los ecosistemas a una distancia de varias decenas e incluso cientos de kilómetros y en algunos casos llevaron a la formación de terrenos baldíos“. 

«Esto sucedió debido a los altos niveles de contaminación provocada por el hombre y el clima riguroso. Los metales pesados ​​se acumularon en el suelo a niveles críticos, la cubierta vegetal se degradó y desapareció por completo en la zona más cercana. Los suelos aquí son pobres, erosionados y tóxicos, y esto no permite que la vegetación se recupere incluso después de que se reducen las emisiones. Por lo tanto, los temas de remediación del suelo son de gran importancia para las regiones de la zona ártica de Rusia”, dice Marina Slukovskaya, gerente de proyecto bajo la subvención RSF, Candidata a Ciencias Biológicas, investigadora principal en el Laboratorio de Tecnologías Similares a la Naturaleza y Tecnosfera. Seguridad del Centro Científico Kola de la Academia Rusa de Ciencias.

Investigadores del Centro Federal de Investigación del KSC RAS ​​​​y el Instituto del Jardín Botánico Polar-Alpino que lleva el nombre de N.A. Avrorin RAS (Apatity) ha estado realizando un experimento único cerca de una planta de cobre-níquel durante más de diez años. Los científicos utilizaron serpentina de minerales arcillosos, que obtuvieron de vertederos de empresas mineras en Rusia. La serpentina es un silicato de magnesio hidratado y su composición química y estructura cristalina le permite inmovilizar (esencialmente capturar e inmovilizar) metales pesados. Tostar a temperaturas de 500-700°C le permite activarlo: la red cristalina se destruye parcialmente, la estructura se vuelve menos estable, pero al mismo tiempo aumenta la actividad química y la capacidad de neutralizar compuestos tóxicos de metales pesados.

Para el experimento, se procesaron térmicamente dos tipos de serpentinas de desechos mineros de las empresas de las regiones de Murmansk y Orenburg: ortocrisotilo y lizardita, que tienen estructuras y propiedades ligeramente diferentes. Los polvos minerales se trituraron hasta un tamaño de partícula de menos de 0,5 mm y se cocieron a temperaturas de 650-800°C. 

Luego se introdujeron en una cantidad del 5% en volumen en una capa superior de suelo de turba muy contaminada cerca de la planta, donde no había vegetación durante varias décadas. Las parcelas experimentales se cubrieron con césped enrollado: este método de plantación está dictado por las duras condiciones climáticas del páramo y los fuertes vientos; de lo contrario, la hierba simplemente no podría germinar. También se preparó una parcela de control, con un césped enrollado, pero sin la introducción de materiales serpenteantes. Las observaciones de los polígonos y el estudio de las propiedades químicas de las mezclas de suelos continuaron durante diez años; una vez por temporada, los científicos aplicaron fertilizante complejo.

En la parcela de control, la vegetación plantada ya murió en la primera temporada. En el sitio experimental, en los primeros años, los cereales se desarrollaron mal debido a la alta alcalinidad de la mezcla del suelo, pero después de un tiempo disminuyó ligeramente y las plantas comenzaron no solo a crecer activamente, sino también a extenderse más allá del original. territorio, involucrando semillas de especies herbáceas nativas en sus comunidades. 

La lenta tasa de disolución de las serpentinas permite que estos minerales conserven sus propiedades alcalinas durante mucho tiempo, lo cual es necesario para la protección a largo plazo de los ecosistemas contra la contaminación tóxica de la planta. Además, el magnesio, el calcio y el silicio, que son macronutrientes, también se disuelven gradualmente a partir de estos minerales y son utilizados por las plantas, lo que es esencial para ellas cuando crecen en suelos degradados y contaminados.

Durante el experimento, la planta metalúrgica no detuvo su trabajo y, sin embargo, durante diez años, fue posible reducir significativamente la proporción de las fracciones móviles más peligrosas de los metales que ingresan fácilmente a los organismos vivos, se incluyen en los procesos metabólicos y tienen un efecto toxico.

Las concentraciones de cobre y níquel cayeron en un 50-70%, hierro – en un 30%, zinc – en un 80%. Al mismo tiempo, hay más iones de magnesio y calcio, que son componentes naturales de los procesos metabólicos de las cadenas biológicas. Además, se evaluaron los parámetros de respiración del suelo midiendo la liberación de CO2. En áreas con la introducción de serpentina tratada térmicamente, este parámetro fue significativamente mayor, lo que indica la restauración de la fertilidad del suelo.Los datos de campo siempre son extremadamente valiosos, pero el suministro continuo de metales, la alta humedad del suelo y otros factores impiden una evaluación precisa de las propiedades de sorción de los minerales en relación con los metales pesados.

Como parte de este trabajo, también se realizaron estudios de laboratorio de la interacción entre serpentinas y líquidos con altas concentraciones de cobre y níquel, simulando parcialmente las condiciones de la solución del suelo. En condiciones naturales, inevitablemente ocurre la hidratación del mineral, es decir, su saturación con agua, por lo que los científicos han estado comparando las propiedades de sorción de la serpentina quemada y el mineral hidratado quemado durante un mes. Resultó que a largo plazo no hay efecto del agua sobre su capacidad para inmovilizar sustancias tóxicas.

“En un experimento de varios años, hemos demostrado la eficacia de un enfoque para remediar suelos muy contaminados utilizando serpentina térmicamente activada. Su uso, incluso en pequeñas cantidades, permite no sólo ligar contaminantes y evitar su propagación a nuevos territorios, sino también restaurar la vegetación en áreas que han sufrido impacto tecnogénico. 

El año pasado,  recibimos  una nueva subvención de la Russian Science Foundation, en virtud de la cual  estudiamos las  propiedades de sorción y mejora de los minerales de serpentina, el efecto de las condiciones de cocción en la estructura cristalina y la actividad química de las serpentinas, así como varios aspectos del uso de materiales. en base a ellos para aumentar la resistencia de las plantas bajo estrés abiótico », – dijo Marina Slukovskaya.

Figura 1. Vista general de las parcelas experimentales al inicio del décimo ciclo vegetativo y su colonización con especies nativas. 

Fuente: Servicio de prensa de la Fundación Rusa para la Ciencia

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