To rozwiązanie godne dwudziestego pierwszego wieku. Zespół chińskich naukowców z Northeastern University w Bostonie opracował przełomową metodę usuwania toksyn z gleby za pomocą lasera o wysokiej mocy. Technologia jest tańsza, wydajniejsza i mniej czasochłonna niż konwencjonalne metody.
Technologia została na razie przetestowana w warunkach laboratoryjnych. Uczeni wykorzystali w tym celu ziemię okrzemkową, którą zanieczyścili rakotwórczym związkiem o nazwie DDE, produktem rozpadu DDT, czyli osławionego Azotoxu, wycofanego z użytku środka owadobójczego. Wybór padł na DDE, ponieważ cząsteczki tej substancji wykazują właściwości fluorescencyjne pod wpływem ultrafioletu, co umożliwia ich łatwe wykrycie.
Następnie naukowcy poddali skażoną ziemię działaniu wysokiej mocy promieniowania laserowego w zakresie podczerwieni. Toksyczne związki zostały w ten sposób podgrzane do temperatury rzędu kilku tysięcy stopni Celsjusza, która spowodowała ich rozpad do mniejszych, niegroźnych cząsteczek, m.in. dwutlenku węgla i wody. Po „potraktowaniu” ziemi laserem emisja promieniowania fluorescencyjnego pod wpływem ultrafioletu ustała, co stanowiło dowód, że wiązania DDE zostały rozerwane.
Laser lepszy niż metody konwencjonalne
Autorzy badania uważają, że laserowa „detoksykacja” powinna sprawdzić się w zastosowaniu do zanieczyszczeń każdego rodzaju, zarówno tych organicznych, jak i jonów metali. By potwierdzić te domniemania, niezbędne będą jednak kolejne eksperymenty z innymi substancjami. Konieczne będzie również opracowanie bardziej starannych metod analizy produktów rozpadu związków poddanych promieniowaniu laserowemu. Tak, by mieć pewność, że nowa technologia usuwania zanieczyszczeń z gleby spełnia wymagane standardy skuteczności.
Jak rozwiązanie miałoby wyglądać w praktyce? Według wizji snutej przez prof. Ming Su, szefa zespołu badawczego, w swoim ostatecznym kształcie technologia stanowiłaby system laserów zamontowany na ciężarówce lub ciągniku. Pojazd dodatkowo wyposażony byłby w pług, który w trakcie jazdy odsłaniałby warstwy gleby, umożliwiając lepszą penetrację światła lasera w głąb ziemi.
Koncepcja faktycznie robi wrażenie, szczególnie jeśli zestawić ją z konwencjonalnymi metodami. Obecnie dekontaminacja gleby stanowi czaso-, koszto- i energochłonne przedsięwzięcie, wymagające przewożenia ziemi do specjalnych oczyszczalni i odwożenia jej na miejsce. Ograniczona jest również skuteczność takich metod. Do oczyszczania gleby często wykorzystywane są rozpuszczalniki organiczne, które jedynie rozcieńczają zanieczyszczenia, zamiast całkowicie je usuwać. Ponadto związki te również mogą być szkodliwe dla ludzi lub generować zanieczyszczenia wtórne. „Nadwyżka” toksyn trafia natomiast do wody, używanej w procesie dekontaminacji.
Istnieją również metody związane z wykorzystaniem roślin i bakterii pomagających w rozkładzie toksycznych związków, jednak są one czasochłonne i mało efektywne. Między innymi w tym sensie, że wykazują skuteczność jedynie w przypadku zanieczyszczeń określonego typu i o relatywnie niskich stężeniach.
Co siedzi w glebie?
„Chińskiemu” wynalazkowi warto kibicować nie tylko ze względu na jego technologiczny urok. Skażenie gleb stanowi gigantyczny problem na całym świecie. Problem, którego rozwiązanie ma żywotne znaczenie zarówno dla naszego zdrowia, jak i stabilności ekosystemów. Lista przyczyn zjawiska jest bardzo długa. Do najważniejszych w skali świata należą: chemizacja rolnictwa (nadużywanie nawozów sztucznych oraz pestycydów), wycieki ropy naftowej, wypadki przemysłowe, niewłaściwa utylizacja odpadów, przenikanie zanieczyszczonych wód do gruntu, wycieki substancji toksycznych oraz zanieczyszczenie powietrza.
Jak wynika z raportu przygotowanego na zlecenie Komisji Europejskiej w 2013 r., najbardziej rozpowszechnionymi toksynami w glebie są metale ciężkie i węglowodory. Są to m.in. arsen, kadm, ołów, rtęć, a spośród organicznych związków chemicznych: m.in. dioksyny, polichlorowane bifenyle (PCB) i wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). Z powodu skażenia aż 250 tys. lokalizacji na terenie Europy wymaga jak najszybszej rekultywacji. Jak zaznaczają autorzy opracowania zatytułowanego „Soil Contamination: Impacts on Human Health”, szacunki te są najprawdopodobniej zaniżone – z powodu braku zestandaryzowanego ogólnoeuropejskiego systemu zbierania i przetwarzania danych na temat zanieczyszczeń gleby.
Zanieczyszczenia gleby biorą się m.in. z procesów spalania
Co znamienne, w Polsce obszary o wyższym skażeniu gleb metalami ciężkimi w dużym stopniu pokrywają się z obszarami o wysokim poziomie niskiej emisji oraz intensywnej działalności górniczej. Według danych Instytutu Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa w Puławach gleby najbardziej skażone metalami ciężkimi w naszym kraju zlokalizowane są w południowo-zachodniej części Polski, w szczególności na Górnym Śląsku. Instytut zapewnia wprawdzie, że poziom skażenia stwierdzony na podstawie badań w punktach kontrolno-pomiarowych jest niski, jednak korelacja geograficzna między podwyższonym poziomem zanieczyszczenia gleb a działalnością przemysłu górniczego i niską emisją jest wyraźna.
Zbieżność ta nie powinna budzić większego zdziwienia. Spalanie węgla oraz innych paliw stałych wiąże się z emisją wszystkich wymienionych toksyn, które bezpośrednio z powietrza lub za pośrednictwem opadów atmosferycznych trafiają do gleb. Skutki zanieczyszczenia ziemi, w szczególności tej uprawnej, są, mówiąc najłagodniej, bardzo przykre. Przede wszystkim w aspekcie zdrowotnym. Przywołany wyżej raport wśród następstw ekspozycji na toksyny obecne w glebie wymienia m.in. nowotwory, uszkodzenia nerek i wątroby, uszkodzenia układu nerwowego, choroby układu kostnego, obniżenie sprawności układu immunologicznego, zaburzenie pracy układu hormonalnego, obniżoną inteligencję w przypadku narażenia w wieku płodowym lub wczesnodziecięcym – i szereg innych konsekwencji.
Mniejszą grozę w tym kontekście budzi fakt, że koszty zdrowotne skażenia gleb liczone są w milionach euro. Należy jednak dodać do nich koszty gospodarcze, w tym rolnicze. Zanieczyszczenia mają negatywny wpływ fizykochemiczny i biologiczny na grunty, obniżając ich urodzajność i powodując zmniejszenie plonów oraz pogorszenie ich jakości. Wiele toksyn trafiających do gleby to tzw. trwałe zanieczyszczenia organiczne, czyli związki cechujące się długą trwałością i zdolnością do akumulacji w organizmach żywych. Potrzeba innowacyjnych, tanich i wydajnych metod usuwania toksyn z gleby jest tym bardziej paląca.
Fot. wysiwtf/Flickr.
