Environmental Mineralogy Applied To Areas Contaminated By Sulphide Ore Processing in Northern Finland, Northern Norway and Adjoining Parts of the Kola Peninsula, Russia.

1. URSPRÜNGLICHE ZIELE Es war vorgesehen, die Verteilung und Zusammensetzung von festen Partikeln aus Emissionen der russischen Nickelindustrie auf der Kola-Halbinsel an Hand von Schnee- und Bodenproben zu untersuchen Die gefundenen Partikel sollten dann mikroskopisch charakterisiert und mit der Mikrosonde analysiert werden. Schließlich sollten diese bestimmten Emissions-Quellen zugeordnet werden. Außerdem war vorgesehen, diese Ergebnisse mit geochemischen Daten, die von Projektpartnern im Rahmen des internationalen Kola-Projektes erarbeitet wurden, zu korrelieren und damit den Mineralbestand mit dem Elementbestand der Emissionen zu vergleichen. Dabei stand die Überlegung im Vordergrund, dass bisher bei umweltbezogenen Forschungsprojekten die mineralogischen Aspekte nur selten und in geringem Umfang Beachtung gefunden haben. Dies ist überraschend, da ja sämtliche Elemente, die in Umweltsituationen toxisch oder gefährlich sein können, an mineralische Träger gebunden sind und deren Kenntnis daher zum Verständnis und zur Behebung der Probleme unbedingt erforderlich ist. Die Kola-Halbinsel gehört mit den Nickel-Bergbauen und den Aufbereitungs- und Verhüttungsanlagen von Monchegorsk, Zapoljarnij und Nikel zu den größten Zentren von Schwefel- und Metallemissionen weltweit und steht hier in Europa an erster Stelle. Dies geht weithin darauf zurück, dass die Produktion und Verarbeitung von Nickel aus sulfidischen Erzen im Untersuchungsgebiet Anlagen benützt, die vor dem 2. Weltkrieg errichtet wurden. In den letzten 50 Jahren sind diese aus Geldmangel in keiner Weise modifiziert und umweltverträglich gestaltet worden. Beim Besuch des russischen Präsidenten Jelzin in Oslo, 1996, wurde Zusammenarbeit auf dem Gebiet der Umwelt-Problematik vereinbart; dies kam auch dem Internationalen Kola-Projekt zugute. 2. WICHTIGSTE METHODISCHE ANSÄTZE UND INNOVATIVE ASPEKTE Basis für einen großen Teil der Untersuchung war das Zusammenspiel von optimaler Probennahme von Schnee- und Bodenproben, hochqualifizierter Präparation und anschließender sorgfältiger Mikroskopie, vor allem im Auflicht, Rasterelektronen-Mikroskopie und Mikrosonden-Analytik. Die Probennahme erfolgte in Zusammenarbeit mit russischen und finnischen Kollegen. Schneeproben wurden im Winter an durch GPS (Global Positioning System) genau festgelegten Lokalitäten genommen. Dabei stand der Gedanke im Vordergrund sowohl in der Nähe der Emissionszentren, wie auch in zunehmender Entfernung von diesen, Mineralogie und chemische Zusammensetzung der partikulären Emissionen zu überprüfen. Bodenproben wurden dann im Sommer an genau denselben Stellen, auch wieder durch GPS fixiert, durch das Leobner Team in Zusammenarbeit mit russischen und norwegischen Kollegen entnommen. Die Schneeproben wurden bis zum Aufschmelzen im GTK-Labor (Rovaniemi, Finnland) in Gefrierbehältern aufbewahrt; beim Auftauen wurde das Schmelzwasser abgetrennt und separat analysiert; während die Filtrate zur weiteren Präparation und Untersuchung nach Leoben geschickt wurden. Die im Sommer genommenen Bodenproben wurden in Leoben aufbereitet; nach Abtrennung der organischen Bestandteile wurde der mineralische Anteil in eine magnetische und eine nicht-magnetische Fraktion getrennt. Die Filtrate der Schneeproben und der Mineralkonzentrate der Bodenproben wurden dann in Araldit-Kunstharz eingebettet und auf Metallscheiben mit Diamant-Schleifpulver poliert. So gelang es, auch aus den extrem feinkörnigen (5-50 m) Filtraten der Schneeproben, die auf den ersten Blick nur wie eine leichte Schwärzung des Filterpapieres erschienen, polierte Anschliffe herzustellen, die bis zu 1.200 Einzelkörner enthielten. Mineralkonzentrate aus Bodenproben, die weitgehend gröberkörnig waren, wurden in gleicher Weise präpariert. Alle oben genannten Untersuchungsschritte können als innovativ und bisher nicht in der Literatur beschrieben bezeichnet werden. In den feinkörnigen Filtraten von Schmelzwasser wurde eine Vielzahl von anthropogenen und geogenen Phasen mikroskopisch und analytisch nachgewiesen. 3. INTERNATIONALE KOOPERATIONEN IM RAHMEN DES PROJEKTES Wichtig war die Positionierung unserer Arbeiten im Gesamtrahmen des Internationalen Kola-Projektes. Dieses wurde ja von den Geologischen Diensten von Norwegen (NGU), Finnland (GTK) und von der Russischen "Kola- Expedition", dem für die Kola-Halbinsel zuständigen Teil des russischen geologischen Dienstes, getragen. Projektpartner in den oben genannten Organisationen befassten sich mit geochemischer Analytik von Böden, Sedimenten, fließenden und stehenden Gewässern, Teilen der Vegetation (besonders Moose und Flechten) sowie von Schnee. Damit ergab sich im Laufe der Jahre ein weites Spektrum von Vergleichsmöglichkeiten und konstruktiver Zusammenarbeit. Zur Entnahme der Bodenprobe verbrachte das Leobener Team drei Wochen im Untersuchungsgebiet. Mit der Projektleitung am Geologischen Dienst von Norwegen (NGU) in Trondheim wurde während der Durchführung des Projektes regelmäßig Kontakt gehalten; der Projektleiter, Doz.Dr. C. Reimann, konnte sich auch anlässlich seiner Besuche in Leoben von den jeweiligen Fortschritten überzeugen. 4. STELLENWERT DER THEMATIK IM INTERNATIONALEN KONTEXT Es kann ohne Übertreibung gesagt werden, dass das Internationale Kola-Projekt das bisher umfassendste, am besten koordinierte und in besonderem Ausmaß fachübergreifende Umwelt-Projekt weltweit war. Erstmals war es möglich, die in anderen Projekten nur sozusagen im "Rohzustand" untersuchten, und nicht präparierten oder polierten Emissions-Stäube einer bedeutenden Metallindustrie auch im Auflicht-Mikroskop zu untersuchen und mit der Mikrosonde zu analysieren. Die Koordination mit den geochemischen Untersuchungen, die in Norwegen und Finnland durchgeführt wurden, war von besonderer Bedeutung. Es war auch möglich, die mineralischen und chemischen Parameter soweit zu spezifizieren, dass die Emissionen (particulate matter) aus dem Palladium und Platin-reichen Erzen der sibirischen Großlagerstätte von Norilsk, die in Monchegorsk verarbeitet werden, von den Palladium-Platin-armen Lagerstätten im Gebiet der nördlichen Kola-Halbinsel unterschieden werden konnten. Auch hier war eine Korrelation der mineralogischen Beobachtungen (diskrete Platingruppen-Element-Phasen) und den analytischen Daten (höhere PGE-Gehalte) möglich. Von besonderem Interesse war die Tatsache, dass die Belastung von Schnee und Böden durch die Emissionen der Nickel-Industrie auf der Kola Halbinsel zwar in unmittelbarer Umgebung der betreffenden Anlagen markant ist, nach einigen Kilometern jedoch schon weniger bedeutsam wird und bald in den regionalen Untergrund (background) übergeht. Hier ergab sich also kein quantitativer Nachweis für den Transport von Emissionen über größere Entfernungen. Deutlich hervorgetreten ist auch die Rolle der Mineralogie in der Umweltforschung; relevant für eine mögliche toxische Beeinflussung von Böden und Wasser ist nämlich nicht die Anwesenheit gewisser Elemente, sondern die Art ihrer Bindung an mineralische Phasen. Ein einfaches Beispiel ist die oxydische Schutzschicht, die sich um manche an sich leicht zersetzbare sulfidische Partikel bildet, und die auch in Böden längere Zeit erhalten bleiben kann, ohne ihre toxischen Komponenten zu entlassen. Zwingend ergibt sich daraus die Notwendigkeit, vor der Beurteilung einer Umweltsituation nicht nur auf zu hohe Schwermetallgehalte (z.B. 400 ppm Nickel) einzugehen, sondern die Frage zu stellen, in welcher mineralischen Phase diese Gehalte untergebracht sind und ob sie möglicherweise so "verpackt" sind, dass sie keinen Schaden stiften können. Diese Beobachtungen zeigen , dass eine Untersuchungsstrategie, wie sie im Kola-Projekt angewendet wurde, auch für ökologische und ökonomische Aspekte ganz allgemein von großer Bedeutung ist. 5. UNERWARTETE ERGEBNISSE Die mögliche Zuordnung von Emissions-Produkten (Filtrate von Schmelzwasser, Bodenproben) nicht nur zu bestimmten Emissionsquellen, sondern darüber hinaus zu den Lagerstätten, von denen die Verarbeitungsanlagen ihre Erze beziehen, ist ebenso von Bedeutung wie die relativ geringe Transport-Distanz der Stäube. In den Spätstadien des Projektes konnten auch kleinere Beiträge zu dem erweiterten Kola-Projekt ("Barents-Projekt") geliefert werden. Dieses umfasst ein Gebiet von 1,2 mio. km2, das im Osten bis an den Ural, und im Süden nach St. Petersburg reicht. Wie schon im Kernprojekt von Kola steht hier die Frage der Verträglichkeit von industriellen Aktivitäten in der sensiblen subarktischen Umwelt im Vordergrund. Auch hier konnten polierte Anschliffe von Mineral-Konzentraten aus Bodenproben hergestellt mikroskopiert und mit der Mikrosonde analysiert werden. Über die deutlichen Hinweise auf Metall-Industrie ("globules", Metall-Teile) hinaus, deuten sich auch mögliche Korrelationen mit dem geologischen Untergrund an; in Granitgebieten sind z.B. Ilmenit-Hämatit Verwachsungen verbreitet. Eine Serie von Blei-Isotopenbestimmungen zeigte überraschender Weise, dass die Blei-Isotopen- Verhältnisse keine Beeinflussung durch lokale Quellen erkennen lassen, sondern dem "europäischen Durchschnitts- Blei" entsprechen. Damit unterscheiden sie sich nicht von Proben, die z.B. im Harz oder im Schwarzwald genommen wurden. Dies ist in mancher Hinsicht mit alpinen Bereichen im Gebiet der Waldgrenze und darüber vergleichbar. Aus dem internationalen Kola-Projekt sind inzwischen über 60 Publikationen in internationalen Zeitschriften hervorgegangen; das Projekt 11983 CHE konnte dazu sechs Veröffentlichungen beitragen. Abschließend ist es mir ein Anliegen, dem FWF meinen aufrichtigen Dank für die großzügige Förderung dieses überaus interessanten, vielfältigen und anregenden Projektes zu sagen.