Ученые лаборатории эволюционной биогеохимии и геоэкологии Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) разработали модель трансформации атмосферных загрязнений на основе технологии сбалансированной идентификации, провели моделирование динамики концентрации никеля в почвах, воде и донных отложениях озер, вызванное выбросами в атмосферу комбината Печенганикель на Кольском полуострове (Рис. 1) в течение всего периода его функционирования, и сделали прогноз состояния природных сред в зоне воздействия медно-никелевого комбината до 2030 г. Результаты опубликованы в журнале «Геохимия» (Соколов и др., 2023).

При построении модели использовалась технология сбалансированной идентификации, которая позволяет на основе математического описания разнородных геохимических процессов, протекающих в экосистемах, объединить разнородные экспериментальные данные и построить компьютерную модель с оптимальным балансом сложности и близости к данным (Рис. 2). Основным источником данных послужила база химического состава вод более 100 озер, собранная с 1995 г. по настоящее время.

Преимущество представленной модели заключается в том, что она отражает полную картину, происходящих процессов: структуру преобразования атмосферного загрязнения на всей исследуемой территории, балансовую оценку миграционных потоков и накопление загрязнения, территориального его распределения и прогноз состояния всех сред экосистемы в будущем.

Построенная модель продемонстрировала эффективность для реконструкции прошлого и прогноза состояния природных сред на водосборе в системе «атмосферные выпадения – почвы – воды суши». На ее основе было предсказано, что остановка выбросов плавильного цеха комбината «Печенганикель» (которая произошла в декабре 2020 г.) не приведет к быстрому восстановлению и очищению природных сред от никеля, как одного из основных загрязняющих элементов (Рис. 3).

Наибольшей инерцией к восстановлению обладают почвы. Более быстрый ответ можно ожидать от концентрации Ni в воде – при отсутствии выбросов главным источником поступления будет являться выщелачивание накопленных в почве и ДО загрязнений. По модельным расчетам интенсивность накопления Ni в почве и донных отложениях составляла 2,35 и 4,48 мг/м² год в периоды максимальных выпадений (1980–2005 гг.), тогда как по прогнозу после остановки комбината начнется снижение интенсивности накопления Ni в донных отложениях (0,23 мг/м²год) и медленное выщелачивание Ni из почвы (0,19 мг/м²год).

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, грант № 22-17-00061.

Источник: ГЕОХИ РАН.