Добыча полезных ископаемых требует перемещения большого количества породы, поэтому не исключена неразбериха. Однако добыча полезных ископаемых может продолжать влиять на экосистемы еще долго после прекращения деятельности. Тяжелые металлы и коррозионно-активные вещества попадают в окружающую среду, препятствуя возвращению дикой природы и растительности в этот район.
К счастью, этот ущерб можно устранить. Группа ученых, в том числе Дэйв Хербст из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, исследовала, как речные экосистемы реагируют на усилия по восстановлению. Команда объединила данные десятилетий из четырех водоразделов, загрязненных заброшенными шахтами. Потребовалось творческое мышление, чтобы упростить сложную динамику почти дюжины токсинов бесчисленного множества видов в каждой реке.
В конечном итоге умная методология команды показала, что восстановление может решить некоторые из самых серьезных проблем, связанных с загрязнением горных работ. Их результаты, опубликованные в журнале Freshwater Science, выявили стратегии, которые хорошо сработали для восстановления на четырех водных путях. Результаты также свидетельствуют о том, что правила должны рассматривать все загрязняющие вещества вместе, а не устанавливать стандарты на индивидуальной основе.
«Существует большая проблема, с которой мы сталкиваемся в отношении старых рудников не только в США, но и во всем мире», - сказал Хербст, биолог-исследователь из Университетской лаборатории водных исследований Сьерра-Невады (SNARL) в Маммот-Лейкс. «Это широко распространенные, постоянные и длительные проблемы. Но хорошая новость заключается в том, что благодаря инвестициям и усилиям таких программ, как CERCLA Superfund, мы можем решить эти проблемы».
Работа Хербста была сосредоточена на Левиафан-Крик, ручье Сьерра в 25 милях к юго-востоку от озера Тахо, который является местом восстановительных работ в соответствии с CERCLA (Закон о комплексном реагировании на окружающую среду, компенсациях и ответственности), также известном как Суперфонд. В этом районе добывались не драгоценные металлы, а добыча серы для производства серной кислоты для обработки полезных ископаемых с других месторождений. Присутствие серосодержащих минералов сделало воду немного кислой по своей природе, но добыча открытым способом подвергала эти минералы воздействию элементов. В результате была получена более сильная кислота, которая выщелачивала следовые металлы, такие как алюминий, кобальт и железо, из породы в окружающую среду. Комбинированное воздействие повышенной кислотности и токсичных металлов опустошило местную водную экосистему.
Разбираем стандарты
Каждый участок добычи производит уникальную смесь загрязняющих веществ. Более того, в разных реках обитают разные виды водных беспозвоночных, сотни разных видов в каждом ручье, сказал Хербст. Эта изменчивость затрудняла сравнение.
Итак, исследователи приступили к установлению стандартов и эталонов. Они решили проследить влияние загрязнения и рекультивации на подёнок, веснянок и ручейников. Эти группы имеют решающее значение для водной пищевой сети и демонстрируют различную устойчивость к различным токсинам. Вместо того, чтобы сравнивать близкородственные виды, ученые сгруппировали животных с общими характеристиками, такими как физические черты и история жизни..
Далее команда должна была разобраться во всех загрязняющих веществах. Они быстро поняли, что недостаточно отслеживать токсичность отдельных металлов по отдельности, как это часто делается в лаборатории. Это комбинированное воздействие, которое фактически влияет на экосистему. Кроме того, ученые часто измеряют токсичность на основе смертельной дозы. И все же загрязнение может разрушить экологию при гораздо меньших концентрациях, объяснил Хербст. Хронические эффекты, такие как замедление роста и размножения, могут со временем уничтожить виды с территории, фактически не убивая ни одного человека.
Учитывая разнообразие токсинов, исследователи выбрали еще один стандарт токсичности: единицу критерия. Они определили 1 единицу критерия (CU) как концентрацию токсина, оказывающую неблагоприятное воздействие на рост и размножение подопытных организмов. Хотя разнообразие ответов делает CU приблизительной величиной, она оказалась на удивление надежной метрикой.
Концентрация в 1 CU варьируется от вещества к веществу. Например, исследователи использовали значение 7,1 мкг кобальта на литр воды в качестве порога токсичности для водных организмов. Так, 7,1 мкг/л соответствует 1 у.е. кобальта. Между тем, 150 мкг/л мышьяка мешали беспозвоночным вести лучшую жизнь, поэтому 150 мкг/л было установлено за 1 УЕ мышьяка.
Этот подход позволил ученым сравнить и объединить эффекты совершенно разных токсинов, обеспечив проверку того, как можно ожидать, что общая токсичность будет проявляться в природе. Таким образом, 7,1 мкг/л кобальта сами по себе, или 150 мкг/л мышьяка сами по себе, или даже комбинация 3,55 мкг/л кобальта плюс 75 мкг/л мышьяка дают совокупную единицу критерия (CCU) из 1, что означает аналогичные проблемы для водных существ, однако они достигаются.
Этот комбинированный эффект оказался критически важным для понимания реальных последствий загрязнения горнодобывающей промышленностью, поскольку животные подвергаются одновременному воздействию многих токсинов.«Вы должны рассматривать эти металлы вместе, а не по отдельности, при оценке порога токсичности в полевых условиях», - сказал Хербст.
Таким образом, несмотря на разнообразие металлов в разных местах, выражая токсичность в совокупных единицах критериев, ученые могли сравнивать разные реки. Когда общая токсичность превышает 1 CCU, разнообразие беспозвоночных исчезает.
Оценка их усилий
Теперь у команды были свои объекты (водные беспозвоночные) и простой способ измерения загрязнения (единица кумулятивных критериев). У них также были полевые данные за более чем 20 лет из четырех водоразделов, где проводились работы по очистке Суперфонда. Они использовали незагрязненные ручьи возле каждой реки в качестве отправной точки, чтобы оценить, насколько хорошо идет восстановление.
Авторы обнаружили, что эти проекты смогли восстановить реки до состояния, близкого к естественному, за 10-15 лет. Это был замечательный сюрприз. «Независимо от того, что были разные загрязнители горных работ, разные способы решения проблемы и разные размеры потока, все проекты привели к успешным результатам», - сказал Хербст.
Большая часть выздоровления произошла в первые несколько лет лечения, добавил он. Поскольку в начале условия самые тяжелые, даже небольшое усилие будет иметь большое значение.
«Другой удивительной частью была степень общности ответов, несмотря на разные загрязняющие вещества и методы восстановления», - сказал Хербст. Скорость восстановления, порядок возвращения видов (на основе общих признаков) и даже долгосрочные временные рамки были одинаковыми для всех четырех рек. Эти многообещающие результаты и общие пути предполагают, что даже серьезные экологические проблемы могут быть решены при должных усилиях и инвестициях.
Уроки и недоработки
Реабилитация на четырех площадках в Калифорнии, Колорадо, Айдахо и Монтане продолжается. Многие мероприятия, такие как обработка кислой воды известью, требуют постоянного внимания. Однако мы надеемся, что такие усилия, как замена загрязненной почвы, установка микробных биореакторов и восстановление растительности на раскопанных и прибрежных участках, сделают реабилитацию самодостаточной.
И самоподдерживающееся решение является целью, потому что эти объекты могут стать недоступными в определенное время года, что приводит к различным уровням загрязнения. Например, снег препятствует доступу к шахте «Левиафан» зимой, поэтому ремонт можно проводить только между весной и осенью. Весеннее таяние снега также растворяет больше металлов, создавая худшие условия, чем в более засушливые времена в начале осени.
Хербст планирует пересмотреть сезонные аспекты восстановления в будущих исследованиях. На данный момент он считает, что другие заброшенные шахты должны внедрить методы реабилитации и мониторинга, чтобы оценить успех восстановления.
Эти захватывающие открытия были бы невозможны без долгосрочного мониторинга в четырех местах. «Вы редко получаете мониторинговые исследования реставрационных проектов, которые длятся более пары лет, - сказал Хербст, - и это действительно позор, потому что большинство из них не показывают никакой реакции за этот короткий период времени."
И единственная причина, по которой Хербст и его коллеги имели эти наборы данных, заключалась в том, что они сами инвестировали время и ресурсы. «Во многом это связано с преданностью отдельных исследователей этим проектам», - сказал он. «Есть и другие игроки, которые приходят и уходят по пути, но пока есть какой-то преданный исследователь, собирающий эти данные, мы сможем основывать на них решения в будущем».
Помимо важности долгосрочного мониторинга, сообщение, которое, как надеется Хербст, будет принято EPA и промышленностью, заключается в том, что мы не можем применять стандарты качества воды для токсичных металлов индивидуально. «Мы должны применять их коллективно в соответствии с тем, как они действуют вместе», - сказал он.
Даже если отдельные загрязняющие вещества находятся в пределах требуемых пределов, их совокупный эффект может быть намного выше того, с чем может справиться дикая природа. Концепция кумулятивных единиц критериев обеспечивает очень простой способ учета этого: если восемь токсинов в потоке имеют половину своего значения CU, они все равно составляют до 4 CCU.
Итог: Есть повод отпраздновать. «Благодаря этому исследованию мы можем продемонстрировать, что эти программы могут быть успешными даже в решении самых серьезных проблем, - сказал Хербст, - именно для решения этих проблем и предназначены проекты Superfund».