Беспилотники «разглядели» тяжелые металлы в почве

Российские ученые создали карты распределения концентраций тяжелых металлов никеля и меди в верхнем горизонте почв. В этом им помогли данные, полученные беспилотными летательными аппаратами. Суть метода заключается в поиске статистически значимых взаимосвязей между точечными данными концентраций опасных элементов в верхнем горизонте и параметрами рельефа и почв. Подход успешно показал себя на участке техногенной пустоши на Кольском полуострове, и в дальнейшем технология поможет ученым быстрее предсказывать загрязнение почв на обширных и удаленных территориях. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Land Degradation & Development.

Окрестности комбинатов цветной металлургии часто бывают сильно загрязнены из-за длительных выбросов в атмосферу газообразных и твердых веществ, образовывающихся при переработке металлических руд. Иногда (особенно на севере) вокруг таких объектов формируются зоны «техногенных пустошей», в пределах которых практически отсутствует растительный покров. Подобное случилось и с территориями в окрестностях города Мончегорск, где более 80 лет работает медно-никелевый комбинат. Выбросы соединений серы и тяжелых металлов могут стать причиной проблем со здоровьем у людей, вызывая рак и заболевания органов дыхания, а также привести к деградации условий обитания животных и растений.

«Ведущая отрасль северного региона — добыча и переработка разнообразных полезных ископаемых, что, к сожалению, часто связано с негативным влиянием на северную природу. И, хотя остановить производство не удастся, с помощью современных технологий можно и нужно создавать новые методы для оценки содержания тяжелых металлов на участках, прилегающих к промышленным зонам, чтобы обоснованно принимать меры по их рекультивации», — рассказывает Юрий Дворников, младший научный сотрудник научного центра Smart Urban Nature Российского университета дружбы народов.

Ученые из Российского университета дружбы народов (Москва) совместно с коллегами из Кольского научного центра РАН (Апатиты) опробовали методику анализа пространственного распределения концентраций тяжелых металлов (ТМ) в почвах. Поскольку отобрать пробы во множестве точек сложно, можно попытаться найти зависимости концентраций ТМ от других параметров, получить которые гораздо легче, например, с помощью беспилотных летательных аппаратов (БПЛА). Такими параметрами могут быть, например, типы почв и особенности рельефа. В частности, при высоких концентрациях ТМ в почве высока вероятность того, что они будут вымываться с вершинных участков и накапливаться в низинах.

Авторы исследования получили данные точечных измерений ТМ в почвах при помощи портативного рентгенофлуоресцентного анализатора. Детальный снимок (ортофотоплан) и цифровая модель рельефа были получены на основе стереофотограмметрической обработки данных с БПЛА. Затем были установлены количественные нелинейные взаимосвязи между концентрациями ТМ в верхнем горизонте почв и дистанционно полученной картой типов почв и производными параметрами рельефа. Эти взаимосвязи использовались для «распространения» значений концентраций ТМ на всю территорию ключевого участка. Для этого применялись технологии машинного обучения и геостатистики. Результат — карты распределения концентраций меди и никеля на пустоши.

«Данные с БПЛА могут стать важным источником информации в цифровой почвенной картографии, а также помогут сократить временные и денежные затраты на трудоемкие полевые исследования. Мы уверены, что отработанная нами методика позволит с высокой точностью оценить уровни загрязнения на территории техногенной пустоши и выявить участки, в наибольшей степени нуждающиеся в искусственном восстановлении растительного покрова», — отметила старший научный сотрудник КНЦ РАН Марина Слуковская, соавтор исследования.