В 2025 году в России 6,8 тысячи раз горел лес, огонь прошел по 4,3 миллиона гектаров — это территорию можно сравнить с небольшим европейским государством, например, Швейцарией. Ежегодный ущерб от природных пожаров в России составляет около 10 миллиардов рублей.
Но проблема не только в огромных экономических затратах и выжженных экосистемах. Это 6,8 мегатонн углекислого газа, суммарно выброшенного в атмосферу за год — углеродный след, сравнимый с полным годовым объемом выбросов парниковых газов такой страны, как Албания (7,67 Мт).
Дым от огня вносит вклад в парниковый эффект. Вместе с ядовитым смогом, накрывающим на недели целые регионы и вызывающим всплеск болезней, эти гигантские выбросы работают как мощный ускоритель глобального потепления. Оно же, в ответ, создает новые рекордные волны жары, засухи и более продолжительные пожароопасные сезоны. Климат, разогретый в том числе пожарами, делает леса суше и уязвимее, приближая следующий, еще более катастрофический год.
Для сдерживания лесных пожаров создают противопожарные минерализованные полосы (ПМП). Их суть в том, чтобы лишить огонь горючего материала. Для этого с помощью специальной техники прокладывают рядом с лесом широкую полосу, на которой полностью удаляются деревья, кустарники, трава и верхний слой почвы, содержащий органические вещества. Образовавшийся очищенный барьер, лишенный «пищи», становится для огня непреодолимой преградой.
Однако классические минерализованные полосы недолговечны. Они быстро теряют эффективность, поскольку уже через один-два сезона на них вновь прорастает трава, а поверхность активно покрывается легко воспламеняющейся хвоей, листвой и сучьями. В результате защитный барьер сам превращается в потенциальный горючий материал. Лесные службы вынуждены проводить дорогостоящие и трудоемкие работы по ежегодной повторной расчистке, что особенно сложно и затратно в отдаленных и труднодоступных районах.
Для поддержания противопожарных полос применяют несколько традиционных методов, но все они имеют серьезные недостатки. Самый распространенный способ — это комбинирование дискования (когда почву с травой разрезают металлическими дисками) и обработки гербицидами (химикатами, убивающими растения). Однако этот способ не уничтожает корни, поэтому трава быстро отрастает, а использование гербицидов вредит природе и требует регулярного повторения. Контролируемый выжиг травы крайне рискован, так как может легко превратиться в неуправляемый пожар.
Более современные, но дорогие варианты — это засыпка полосы гравием или щебнем (что очень эффективно, но затратно из-за стоимости материала и его доставки в лес) или укладка синтетических пленок-геомембран (которые тоже дороги, могут рваться и сами со временем становятся отходами). Нужна новая технология для создания долговечного и недорогого противопожарного барьера, не требующего постоянного вмешательства и дорогостоящего обслуживания.
Ученые ПНИПУ предложили простое решение проблемы лесных пожаров, а также нашли применение другому давнему источнику экологических проблем — содовому шламу. Статья опубликована в научном журнале «Вестник РУДН. Экология и безопасность жизнедеятельности».
В России уже накоплено более 40 миллионов тонн шлама. Такой гигантский объем образовался из-за отсутствия экономически и технологически выгодных способов его переработки в промышленных масштабах.
Ранее предлагаемые методы утилизации (например, производство стройматериалов или сорбентов) требуют дорогостоящей подготовки сырья и часто оказываются нерентабельными. В результате шлам десятилетиями не находит применения и просто складируется, превращаясь в источник потенциальных экологических рисков: пыль загрязняет воздух, а химические вещества могут проникать в почву и грунтовые воды.
Ученые проанализировали материал из шламонакопителя (так называют специальные открытые котлованы или огороженные дамбами участки, где десятилетиями накапливаются промышленные отходы) и обнаружили у него два ключевых свойства. Это высокая щелочность и мелкая, пылевидная структура материала. Щелочная среда подавляет рост растений, а плотный слой из мельчайших частиц образует физический барьер, непроходимый для семян и корней. Если заполнить таким шламом специально созданную противопожарную полосу в лесу, она не зарастет травой и не утратит защитной функции.
Вместо бесконечной борьбы с последствиями технология устраняет саму возможность появления растительности, создавая по-настоящему долговечный барьер. Разработка пермских ученых позволяет использовать шлам для противопожарных полос без какой-либо предварительной обработки, что делает ее экономически выгодной. После того как техника проложит стандартную траншею для минерализованной полосы, ее можно заполнить не вынутым грунтом, а уплотненным содовым шламом.
Для проверки эффективности исследователи оценили фитотоксичность (способность подавлять рост растений) получившегося материала.
— В чистом шламе рост корней тестовых растений (овса) был подавлен на 83%, в смеси с обычным грунтом в пропорции 1:3 эффект торможения составил 59%, а при более низкой концентрации шлама (пропорция 1:2) — все равно высокие 33%. Научно доказанной фитотоксичностью считается показатель в 20%, — отметил Константин Пугин, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, доктор технических наук.
В шламонакопителе опасность создают два фактора: щелочная жидкость, которая может просачиваться в грунтовые воды, и пыль от высохшего осадка. В противопожарной полосе риски устраняются за счет контролируемого применения. Материал размещается не в плодородной почве, а в специально созданной траншее, где нужно подавить растительность.
— Мы используем стабильный твердый осадок из малорастворимых соединений кальция и магния. В уплотненном виде движение влаги через него сильно замедляется, поэтому эти вещества не попадут в глубокие слои почвы и грунтовые воды. Кроме того, шлам относится к пятому, самому низкому классу опасности, что означает отсутствие в нем токсичных и радиоактивных веществ, — пояснил Константин Пугин, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ, доктор технических наук.
Разработка пермских ученых решает две взаимосвязанные проблемы: повышает пожарную безопасность и позволяет безопасно утилизировать промышленные отходы. Она позволяет создавать долговечные противопожарные барьеры, которые за счет комбинированного химического (высокая щелочность) и физического (плотная структура) воздействия остаются свободными от растительности и горючих материалов многие годы без необходимости постоянного и дорогостоящего обновления.