Jednostavno rečeno
Naučnici su u arktičkom ledu pronašli tragove zagađenja koji su, prema njihovim nalazima, potekli iz rudnika bakra u američkoj saveznoj državi Montani, hiljadama kilometara dalje. Zagađenje je dostiglo vrhunac, a zatim opalo nakon ugradnje uređaja za njegovo smanjenje. Istraživači procjenjuju da su štetnim materijama bili izloženi milioni ljudi u SAD-u i Kanadi.
Ledeni zapis koji je otvorio zagonetku
Joe McConnell, naučnik koji proučava klimu i okoliš na institutu Desert Research Institute, decenijama analizira uzorke leda s Grenlanda, iz sjeverne Kanade i ruskog Arktika. Snijeg se taloži sloj po sloj, a vremenom se pod pritiskom pretvara u dio ledenog pokrivača. U tim slojevima ostaju sitne čestice koje su dospjele iz zraka, pa led djeluje kao prirodna arhiva promjena u okolišu, uključujući i tragove ljudske aktivnosti.
Istraživači su u ledenim zapisima uočili da su količine bizmuta i antimona porasle početkom 20. stoljeća. Ti metali mogu dospjeti u zrak tokom rudarenja i topljenja metala. U prvi mah činilo se logičnim da je porast povezan s tadašnjim širenjem industrije. No industrijska aktivnost nije prestala: nastavila se i rasla, dok su količine ova dva metala u ledu dostigle vrhunac već ranije, a zatim počele opadati. Tako se nametnulo pitanje: zašto je trag u ledu slabio iako je industrija i dalje radila?
Sami ti podaci nisu bili dovoljni da se utvrdi odakle je zagađenje poteklo. Pronalazak metala u uzorku leda ne otkriva automatski koji ga je rudnik ili postrojenje ispustilo, a različiti izvori mogu stvarati slične zagađujuće materije. Timu je zato bio potreban dodatni pokazatelj, kao i poređenje vremena taloženja i osobina čestica s podacima o proizvodnji metala i mogućim izvorima.
Arsen je dodao važan trag
Dodatni trag bio je arsen. McConnellov laboratorij je prije nekoliko godina razvio način da ga mjeri u ledu, iako ga je teže otkriti nego metale poput olova. U uzorcima se arsen pojavljuje u veoma malim količinama, a nema ni izotopski potpis koji bi, kao kod nekih drugih elemenata, pomogao da se utvrdi njegovo porijeklo. Ipak, topljenje bakra može oslobađati arsen, kao i olovo, bizmut i antimon.
U novoj studiji, koju je tim objavio u časopisu Nature Sustainability, analizirano je 10 uzoraka polarnih ledenih jezgara. Ledena jezgra su cilindrični uzorci izvađeni iz leda, čiji presjek otkriva njegove unutrašnje slojeve. Istraživači nisu samo izmjerili količinu pojedinog metala. Uporedili su obrasce taloženja na različitim lokacijama, podatke o proizvodnji bakra i osobine oslobođenih metala, a zatim su pomoću modela kretanja zraka procijenili kojim su putevima čestice mogle stići do leda.
Kada su spojili sve ove podatke, kao najvjerovatniji izvor izdvojio se rudnik bakra Anaconda u Montani, udaljen hiljadama kilometara od mjesta na kojima su uzeti uzorci leda. Mjerenja pokazuju da je nivo arsena u ledu 1914. godine bio oko 15 puta viši od nivoa prije industrijskog doba. Taj vrhunac vremenski se veoma dobro poklapao s podacima o proizvodnji rudnika, što je snažno poduprlo pretpostavku da je zagađenje poteklo upravo odatle, umjesto da se samo uopšteno pripiše industriji Sjeverne Amerike.
Kako je sužen krug mogućih izvora?
Zaključivanje je počelo od samog načina taloženja. Teški metali obuhvaćeni studijom putuju zrakom u obliku čestica, a ne kao postojani gasovi. Prema istraživačima, te čestice ostaju u zraku svega nekoliko dana ili sedmica prije nego što se spuste na tlo ili drugu površinu. Zato je vrijeme kada stignu do ledenih slojeva usko povezano s vremenom kada su ispuštene. To omogućava poređenje ledenog zapisa s godinama industrijske proizvodnje, uz uvažavanje kretanja zraka.
Raspored naslaga na različitim ledenim lokacijama ukazao je na izvor u Sjevernoj Americi. Tim je zatim proučio podatke o proizvodnji bakra u SAD-u i Kanadi i razmotrio nekoliko mogućih industrijskih izvora. Isključena je topionica u Tacomi, u saveznoj državi Washington, jer nije bila dovoljno velika da objasni količine zagađenja pronađene u ledu. Ni odnosi izotopa olova povezani s rudarstvom u kanadskom području Sudburyja nisu odgovarali onima u uzorcima.
Istraživači su provjerili i rudnike na poluostrvu Keweenaw u saveznoj državi Michigan. Međutim, bakar koji se tamo vadio uglavnom je bio u prirodnom obliku, pa su emisije teških metala obuhvaćenih studijom bile relativno niske. Podaci o proizvodnji rudnika Anaconda bolje su se poklapali s promjenama količine arsena u ledenim slojevima, uključujući nagli porast zabilježen 1914. godine. Modeli kretanja zraka dodatno su poduprli ovo tumačenje, jer su pokazali moguće putanje kojima se zagađenje širilo preko Sjeverne Amerike.
Carl Krutz, naučnik koji se bavi naukom o Zemlji na Univerzitetu Maine, opisao je istraživanje kao upečatljivu naučnu istragu. Smatra da je korištenje arsena za povezivanje zagađenja s konkretnim velikim rudnikom uvjerljiv dio rezultata. Francieli Schwank Carlos, naučnica koja se bavi proučavanjem Zemlje u Centru za polarne klime pri Federalnom univerzitetu Rio Grande do Sul u Brazilu, rekla je da nije lako pripisati emisije jednom izvoru. Ipak, istakla je dobro poklapanje između historijskih podataka o proizvodnji u Anacondi, mjerenja leda i rezultata modela kretanja zraka. Nijedno od njih dvoje nije učestvovalo u studiji.
Manje zagađenja ne znači da je rudnik prestao raditi
Važnost ovog istraživanja nije samo u tome što je pronađen mogući izvor zagađenja, već i u objašnjenju zašto su njegove količine kasnije opale. Rudnik Anaconda radio je sve do 1947. godine, ali su nivoi zagađujućih materija u ledu počeli padati nakon 1919. godine. Tim smatra da je tome doprinijela ugradnja elektrostatičkih uređaja u topionicu rudnika. Ti uređaji izdvajaju čestice iz struje zraka i tako smanjuju količinu koja izlazi u okoliš.
Ideja o ovoj tehnologiji postojala je i prije nego što je ugrađena u Anacondi. Za nju je 1908. godine izdat patent, a njen izumitelj je pripremio i plan ugradnje u postrojenje. Ipak, realizacija je kasnila godinama. Prema procjeni studije, uređaji su smanjili emisije teških metala za oko 65%. To nudi moguće objašnjenje prvobitne zagonetke: postrojenje može nastaviti raditi, a da ne ispušta istu količinu zagađenja, ako se promijene načini kontrole emisija.
McConnell kašnjenje povezuje s pravilima koja su, kako je opisao, omogućavala ugradnju mjera protiv zagađenja onda kada bi se one isplatile zagađivaču. Prema proračunima istraživača, posljedice odgađanja nisu se svele na administrativno pitanje. Procjenjuju da je zbog kašnjenja iz rudnika ispušteno dodatnih 60 hiljada tona arsena i 24 hiljade tona olova. Riječ je o procjenama koje prikazuju koliko se zagađenja možda moglo izbjeći da su emisije ograničene ranije.
Procjene pokazuju koliko je ljudi moglo biti izloženo
Da bi procijenili koliko je ljudi moglo biti izloženo, istraživači su povezali podatke iz popisa stanovništva SAD-a i Kanade iz 1910. i 1911. godine s modelima kretanja čestica. Zatim su procijenili broj stanovnika koji su živjeli u područjima gdje su, od 1898. do 1918. godine, mogle stići količine zagađenja povezane s emisijama rudnika. Ovim se pristupom pokušava rekonstruisati izloženost u prošlosti; on ne predstavlja direktan popis ljudi koji su oboljeli niti kliničko mjerenje izloženosti pojedinaca.
Prema proračunima, oko 55% stanovništva SAD-a u to vrijeme, odnosno 50,5 miliona ljudi, bilo je izloženo količinama arsena koje su mogle povećati rizik od raka pluća. U Kanadi se procjena odnosila na 11% stanovništva, odnosno 600 hiljada ljudi. Istraživači su procijenili i da je oko 1,4 miliona ljudi bilo pogođeno povišenim nivoima zagađenja olovom. To ne znači da je svaka osoba obuhvaćena procjenom oboljela od raka ili trovanja olovom. Brojevi opisuju mogući obim izloženosti na osnovu podataka o proizvodnji, kretanju stanovništva i kretanju zraka koje je tim koristio.
Olovo je posebno važno pri procjeni rizika, jer Američka agencija za zaštitu okoliša navodi da za djecu ne postoji nivo izloženosti olovu koji se može smatrati sigurnim. U studiji se arsen povezuje s povećanim rizikom od raka pluća. Rezultati pokazuju kako emisije iz jednog industrijskog postrojenja mogu preći njegovu neposrednu okolinu i uticati na udaljena područja i velik broj ljudi. Ipak, za procjenu zdravstvenog rizika kod pojedinca potrebni su podaci koje sami uzorci leda ne mogu pružiti.
Zabrinutost zbog rudnika Anaconda nije nastala tek analizom leda. U prošlosti su poljoprivrednici i stočari iz okolnih područja pokretali tužbe protiv postrojenja, a rudnik je kasnije ušao i u spor s američkom Šumarskom službom. U tvrdnjama se navodilo da je rad rudnika štetio poljoprivredi, trovao stoku i uništavao šume. Danas se na tom području nalazi najveće područje Superfunda u SAD-u, oznaka za lokacije zagađenja na kojima su potrebni opsežni radovi na sanaciji. Ova historijska pozadina uklapa se u sliku mogućeg izvora zagađenja, a nova studija joj dodaje dokaze iz ledene arhive.
Šta nam led govori, a šta ne može dokazati?
Snaga ovog istraživanja je u tome što određivanje izvora ne zavisi od samo jednog pokazatelja. Proizvodnja bakra u Anacondi vremenski se poklapa s porastom arsena, pronađeno je više metala povezanih s topljenjem rude, a raspored naslaga na polarnim lokacijama upućuje na Sjevernu Ameriku. Uz to, modeli pokazuju kako su čestice mogle putovati. Poređenje Anaconde s drugim mogućim izvorima, kao što su Tacoma, Sudbury i Keweenaw, pomaže da se objasni zašto je upravo ovaj rudnik izdvojen kao najvjerovatniji.
Ipak, zaključak treba shvatiti kao utvrđivanje najvažnijeg izvora koji podržavaju dostupni dokazi, a ne kao tvrdnju da je svaki zagađujući atom u ledu došao iz jednog rudnika. Zrak prenosi čestice, dok historijski podaci i modeli omogućavaju rekonstrukciju mogućih putanja. Dostupni podaci o ljudima, s druge strane, ne bilježe izloženost svakog pojedinca. Istraživanja ove vrste priznaju da je teško povezati emisije s jednim konkretnim postrojenjem, ali pokazuju da se kombinovanjem nezavisnih pokazatelja može doći do pouzdanijeg objašnjenja nego oslanjanjem na samo jedno mjerenje.
Studija pokazuje i koliko su prirodne arhive vrijedne kada su industrijski ili regulatorni zapisi nepotpuni, ili kada se izvor zagađenja nalazi daleko od mjesta na kojem je ono otkriveno. Slojevi leda ne čuvaju samo trag metala: kada ih uporedimo s historijom proizvodnje i kretanjem zraka, možemo odrediti redoslijed događaja i mogući geografski obim njihovog uticaja. U slučaju Anaconde, ovaj pristup pokazuje da su emisije iz postrojenja u Montani ostavile mjerljiv trag u arktičkom ledu. Promjena načina kontrole industrijskog zagađenja mogla bi objasniti zašto je taj trag oslabio decenijama prije zatvaranja rudnika.
Zaključak
Tim Joea McConnella iz instituta Desert Research Institute pretvorio je mjerenja arsena i drugih metala u 10 uzoraka polarnog leda u istraživanje koje kao glavni izvor zagađenja u ledu izdvaja rudnik bakra Anaconda u Montani. Količina arsena zabilježena 1914. godine bila je oko 15 puta viša nego prije industrijskog doba, a emisije su vjerovatno počele opadati nakon 1919. godine zbog ugradnje uređaja za smanjenje zagađenja, iako je rudnik radio do 1947. godine. Studija procjenjuje da je zbog odgađanja njihove ugradnje u okoliš ispušteno dodatnih 60 hiljada tona arsena i 24 hiljade tona olova te da su milioni ljudi u SAD-u i Kanadi između 1898. i 1918. godine možda bili izloženi zabrinjavajućim nivoima zagađenja. Šira poruka je da se industrijsko zagađenje može proširiti hiljadama kilometara i da pravovremene mjere za njegovo smanjenje mogu promijeniti koliko ga dospijeva u okoliš i do ljudi.