В северо-западной части канадской провинции Онтарио находится небольшое озеро, которое стало участником одного из самых длительных экологических экспериментов в истории. На протяжении почти двух десятилетий туда еженедельно добавляли серную кислоту.
Редакция «Компьютерры» разобралась в деталях этого эксперимента и его последствиях, а заодно изучила другие аналогичные кощунственные исследования ученых по всему миру.
Зачем в озеро добавляли кислоту
Исследователи из Международного института устойчивого развития на Экспериментальной озерной территории (IISD-ELA) начали добавлять серную кислоту в озеро 223 в 1976 году. Цель была воспроизвести в реальных условиях то, что происходит с водоемами под воздействием кислотных дождей.
Эксперимент длился 17 лет. За это время уровень pH озера упал с 6,8 (значения, близкого к нейтральному) до 5,2, что соответствует слабокислой среде. Такое изменение запустило цепочку трансформаций в экосистеме, последствия которых ощущаются до сих пор.
Озеро 223 — не единственный водоем в распоряжении IISD-ELA. Всего институт зарезервировал 58 озер и их водосборных бассейнов для исследований полных экосистем, а не отдельных лабораторных проб. Им это надо было, чтобы изучать процессы в естественной среде, где взаимодействие между видами и химическим составом воды проявляется в полной мере.
Постепенное закисление привело к исчезновению нескольких видов рыб и беспозвоночных. Почти полностью исчезли гольяны — мелкие рыбы семейства карповых. Популяции озерной форели тоже сократились, поскольку пострадали их кормовая база и вся экосистема в целом.
В 1993 году подачу кислоты прекратили, и химический состав воды начал постепенно восстанавливаться. Однако биология озера, как выяснилось, не спешила возвращаться к норме.
Спустя примерно 30 лет после завершения эксперимента популяция форели в озере 223 составляет менее половины от той, что была до начала закисления. Темпы роста рыб также совсем не такие как раньше. Ученые связывают это с изменениями в нижних звеньях пищевой цепочки, в частности, с исчезновением Mysis diluviana, небольшого ракообразного, напоминающего креветку.
Сейчас озеро 223 — это пример экологического восстановления в реальных условиях. Чтобы попытаться вернуть пищевую цепочку в прежнее состояние, в 2019 году исследователи начали заселять в озеро Mysis diluviana. К 2021 году они обнаружили, что новая популяция ракообразных прижилась.
Озеро 302 — более жесткий эксперимент
Ученые разделили его на два бассейна пластиковой перегородкой, в один добавляли серную кислоту, в другой — азотную, чтобы сравнить эффекты разных загрязнителей.
Бассейн с серной кислотой довели до pH 4,5. При таком уровне внутренние механизмы нейтрализации кислоты оказались повреждены, и экосистема восстанавливалась медленнее. Азотная кислота, кстати, оказалась примерно на две трети эффективнее серной как агент закисления — это доказало, что выхлопы автомобилей тоже вносят вклад в проблему.
Озеро 227 — удобрения вместо кислоты
Параллельно с экспериментами по закислению в том же районе шел другой долгосрочный проект — эвтрофикация (насыщение питательными веществами). В Озеро 227 с 1969 года добавляли фосфаты и нитраты.
Эффект был виден невооруженным глазом. Северный бассейн буквально превратился в «зеленый суп» — цветение водорослей было настолько интенсивным, что его запечатлели в журнале Science в 1974 году. Именно эти эксперименты доказали, что фосфор из стиральных порошков — главный виновник цветения воды, что привело к запрету фосфатов во многих странах мира.
Интересно, что эксперимент продолжается до сих пор — больше 50 лет. Исследователи постепенно снижали долю азота, а с 1990 года добавляют только фосфор. Это позволило выяснить, что контроль азота не решает проблему цветения, а иногда даже усугубляет ее.
METAALICUS — ртуть вместо кислоты
Самый масштабный и дорогостоящий эксперимент на территории IISD-ELA назывался METAALICUS. Ученые распыляли с самолета стабильные изотопы ртути над лесом, болотом и озером 658, чтобы проследить, как ртуть попадает в пищевую цепочку и накапливается в рыбе. Это исследование напрямую повлияло на международные соглашения по контролю выбросов ртути.
Норвегия — проект HUMEX на озере Шьерватъернет
В проекте HUMEX (Humic Lake Acidification Experiment) исследователи поступили так же, как их канадские коллеги. Они разделили озеро Шьерватъернет пластиковой перегородкой на две половины — экспериментальную (бассейн А) и контрольную (бассейн В).
С октября 1990 года в экспериментальный бассейн и его водосбор начали вносить смесь серной кислоты и нитрата аммония через систему распылителей, смонтированных на деревьях, во время дождей. Эксперимент продолжался 5 лет.
Исследователи зафиксировали повышенную токсичность для рыб, рост первичной продукции фитопланктона и исчезновение некоторых доминирующих видов зоопланктона.
Швеция — крупнейшая программа известкования
Швеция не закисляла озера намеренно, но с 1977 года запустила национальную программу известкования для восстановления водоемов, пострадавших от реальных кислотных дождей. К концу 1986 года было нейтрализовано около 20 000 озер и водотоков. Государство субсидировало до 85% стоимости проектов, а в особых случаях до 100%.
Этот опыт показал, что известкование быстро повышает pH и снижает концентрацию токсичных металлов, но биологическое восстановление (возвращение рыб и беспозвоночных) происходит гораздо медленнее и не всегда полностью.
Россия — эксперименты с альголизацией
В России проводились эксперименты иного рода — не закисление, а альголизация, то есть внесение в водоемы культуры зеленых водорослей (хлореллы) для борьбы с цветением синезеленых.
Первая попытка была предпринята в 1998 году на Пензенском водохранилище. Изначально результат оказался отрицательным, вода продолжала «цвести». Тогда ученые выделили аборигенный штамм хлореллы из самого водохранилища и повторили эксперимент.
В итоге удалось добиться замещения синезеленых водорослей зелеными, что улучшило качество воды. Позже аналогичные эксперименты провели на Волго-Донском судоходном канале (2005), Волгоградском и Цимлянском водохранилищах (2007), Матырском и Ижевском водохранилищах (2009) и ряде других водоемов.
Химия воды восстанавливается быстрее, чем биология
Известкование, прекращение подачи кислоты или внесение хлореллы могут изменить химический состав, но пищевые цепочки, утраченные виды и темпы роста рыб возвращаются к норме десятилетиями (если возвращаются вообще).