Учёные проследили арктический мышьяк до медного рудника в Монтане

АРКТИКА — Джо Макконнелл десятилетиями изучает ледяные керны из Гренландии, северной Канады и российской Арктики. Эти керны хранят истории об истории климата Земли, включая то, как на него повлияли люди .

Макконнелл и его коллеги давно заметили рост уровней висмута и сурьмы в этих кернах, датируемый началом XX века. Оба металла могут быть побочным продуктом антропогенной деятельности, такой как добыча полезных ископаемых, поэтому исследователи заключили, что их присутствие, вероятно, является результатом загрязнения от Второй промышленной революции. Но загрязнение от промышленности продолжалось — и даже росло — ещё долго после этого пика .

«Почему эти вещи достигли пика в 1910-х, 1920-х?» — недоумевал Макконнелл, климатолог и специалист по окружающей среде из Научно-исследовательского института пустыни, специализирующийся на ледяных кернах. «Это, казалось, не сходилось» .

Несколько лет назад лаборатория Макконнелла разработала метод измерения мышьяка в ледяных кернах. Мышьяк труднее измерять, чем такие металлы, как свинец, потому что он не имеет изотопной подписи и содержится в ледяных кернах в очень малых количествах. Но, как и свинец, висмут и сурьма, мышьяк может быть побочным продуктом выплавки меди .

В новом исследовании, опубликованном сегодня в Nature Sustainability, исследователи использовали данные о мышьяке, чтобы проследить источник металлов в 10 арктических ледяных кернах до одного доминирующего источника: медного рудника Anaconda в Монтане, находящегося в тысячах километров от Арктики .

«Это действительно изящная детективная работа», — сказал Карл Кройц, учёный-геолог из Университета Мэна, не участвовавший в исследовании. «То, что они представили [с мышьяком], кажется мне довольно убедительным — они могут проследить это до одного крупного рудника в Монтане. Это первый раз, когда я вижу, чтобы кто-то попытался сделать это с мышьяком» .

Задержка регулирования — задержка выгод

Установка электростатических фильтров на плавильном заводе Anaconda, вероятно, была ответственна за снижение уровня загрязнения после 1919 года, несмотря на то что рудник продолжал работать до 1947 года. Результаты исследования показывают, что фильтры сократили выбросы тяжёлых металлов примерно на 65%. Фильтр был запатентован в 1908 году, и его изобретатель лично разработал план установки на Anaconda, но устройства не устанавливались на предприятии годами .

«Политика правительства Монтаны в то время заключалась в том, что они должны были устанавливать средства контроля загрязнения только в том случае, если это было выгодно загрязнителю», — сказал Макконнелл .

Исследователи подсчитали, что эта задержка в контроле загрязнения привела к дополнительному выбросу 60 000 тонн мышьяка и 24 000 тонн свинца с рудника. Ссылаясь на данные переписей 1910 и 1911 годов и моделируя пути распространения этих частиц, исследователи подсчитали, что в период с 1898 по 1918 год около 55% американцев того времени (50,5 млн человек) и 11% канадцев (600 тыс. человек) подвергались воздействию уровней мышьяка, повышающих риск рака лёгких. Около 1,4 млн человек, вероятно, пострадали от повышенного уровня загрязнения свинцом. Согласно EPA, безопасного уровня воздействия свинца для детей не существует .

Эти статистические данные могут не удивить историков. Рудник Anaconda был участником судебных исков со стороны окрестных фермеров и скотоводов и, в конечном итоге, Лесной службы США, которая утверждала, что деятельность рудника наносит ущерб сельскому хозяйству, отравляет скот и уничтожает леса. Сегодня этот район является крупнейшим объектом Superfund в стране .

«Anaconda, как выяснилось, был печально известным источником загрязнения мышьяком», — сказал Макконнелл .

Обратный путь

Тяжёлые металлы — это частицы, а не газы, поэтому после всего нескольких дней или недель в воздухе они оседают на поверхности — будь то фермерские угодья, город или арктический лёд. Это короткое время жизни в атмосфере означает, что время, когда эти загрязнители откладывались в ледяных кернах, тесно связано с тем, когда они были выброшены .

«Всё указывает на север Северной Америки», — сказал Макконнелл. «Мы использовали картину осаждения в этом массиве, чтобы определить, из какого региона Земли должны были поступать выбросы в этот период, во время Второй промышленной революции. И всё указывает на север Северной Америки» .

Исследователи проанализировали записи о уровнях производства меди в США и Канаде, чтобы создать временную запись выбросов. Они изучили несколько источников по всей Северной Америке: например, плавильный завод в Такоме, штат Вашингтон, был исключён как слишком маленький, чтобы производить то, что учёные видели в ледяных кернах. Изотопные соотношения свинца от горнодобывающей деятельности в Садбери, Канада, не совпадали. А рудник на полуострове Кьюиноу в Мичигане производил в основном самородную медь, что означает, что выбросы изучаемых тяжёлых металлов были относительно низкими .

Когда же исследователи посмотрели на статистику производства медного рудника Anaconda, она почти точно совпала с измеренным уровнем мышьяка в ледяных кернах, включая пик примерно в 15 раз выше доиндустриального уровня в 1914 году .

Франсиэле Шванк Карлос, геолог из Центра полярных и климатических исследований Федерального университета Риу-Гранди-ду-Сул в Бразилии, сказала Eos в письме, что, хотя трудно проследить выбросы до одного источника, авторы, похоже, показали хорошее соответствие с помощью своих моделей атмосферного переноса. «В этом сценарии лучший способ отследить источники мышьяка — определить основных производителей и сравнить производство и выбросы с данными ледяных кернов», — сказала Карлос, не участвовавшая в исследовании. «Исторические данные о производстве из рассматриваемых районов, похоже, лучше всего соответствуют данным Anaconda и измерениям ледяных кернов» .

Продолжение. Это исследование — не только историческая реконструкция, но и важный аргумент в пользу того, что ледяные керны остаются одним из самых точных инструментов для оценки долгосрочного воздействия промышленности на планету. В отличие от атмосферных измерений, которые ведутся лишь с середины XX века, лёд хранит непрерывную запись о том, что происходило в воздухе тысячи лет назад, и позволяет связать конкретные выбросы с конкретными предприятиями. История Anaconda показывает, как задержка регулирования — в данном случае отказ от установки фильтров, пока это не стало «выгодным» для загрязнителя, — обернулась измеримыми последствиями для здоровья миллионов людей. Сегодня, когда арктический лёд тает быстрее, чем когда-либо, и высвобождает накопленные загрязнители, такие исследования приобретают дополнительную актуальность: они напоминают, что загрязнение не исчезает бесследно, а откладывается в природных архивах, которые могут рассказать о нём спустя столетие. Для Монтаны наследие Anaconda остаётся самым крупным объектом Superfund в стране — и живым напоминанием о том, что цена отсроченных экологических решений может оказаться выше, чем стоимость своевременных.

Источники: Nature Sustainability, Eos (AGU), Научно-исследовательский институт пустыни, EPA, Федеральный университет Риу-Гранди-ду-Сул.