Befolkningen i Zambia i södra Afrika har länge varit beroende av landets gruvor för sin överlevnad. Samtidigt har ohämmad gruvdrift allvarligt påverkat grundvattnet på flera håll i landet. För att komma tillrätta med föroreningarna gör nu svenska och zambiska forskare försök med växter som kan dra upp metall ur jorden.
Ett spännande forskningsprojekt har pågått i omgångar sedan 2015 mellan Sveriges lantbruksuniversitet SLU och zambiska Copperbelt University. Fokus ligger på Zambias stora gruvdistrikt, Kopparbältet, där föroreningar på många håll läcker ut i omgivande natur och grundvatten.
Ursprunget till projektet var en utlysning från svenska Vetenskapsrådet med fokus på landskapsåterställning, riktad mot samverkande universitet i Sverige och södra Afrika. Emma Sandell Festin är jägmästare och doktorand på institutionen för sydsvensk skogsvetenskap vid SLU i Alnarp.
– Målet är att man ska kunna täcka gamla sedimenteringsdammar med ett vegetationstäcke igen. Sådana gamla dammar är ofta ganska ”otrevliga”, eftersom de innehåller höga halter av många tungmetaller och ibland även kemikalier, säger Emma Sandell Festin.
Exempel på ämnen som förekommer i de zambiska gruvområdena är koppar, kobolt, barium, nickel, zink, bly, krom, vanadin och kadmium. Om någon form av guldbrytning har ägt rum i ett område förekommer vanligen även arsenik och cyanid där, då de används i själva extraktionen av metallämnena från berggrunden.
Vi besöker Copperbelt University i Kitwe i Zambia, för en intervju med den lokale forskningsledaren Stephen Syampungani.
– Det vi har gjort är att titta på vilka zambiska växtsorter som kan anpassa sig till en sådan här omgivning. Men vissa av dem kan bara absorbera tungmetaller, och när de dör fäller de ut metallerna i naturen igen. Och då löser vi ju inte problemet, utan skjuter bara upp det, säger Stephen Syampungani.
Inom ramen för det svensk-zambiska samarbetet undersöks därför framför allt plantor som inte absorberar tungmetallerna, utan gör dem passiva. Vissa plantor kan nämligen trycka ut metallerna genom extrudat, eller en sorts hartslika utfällningar, som i sin tur kan samlas upp och processas. Ett samlingsnamn för de olika sätten att via växternas rotsystem extrahera miljöföroreningar ur grundvatten eller jord är fytosanering eller fytoremediering.
För själva experimenten används ett litet växthus i utkanten av Copperbelt Universitys område.
– Idén är att undersöka olika koncentrationer av tungmetaller och jord från sedimenteringsdammarna för att se hur man uppnår de bästa resultaten, säger Stephen Syampungani och pekar mot en grupp plantor som har vuxit sig betydligt högre än en annan.
För att främja överlevnadsgraden hos plantorna tillsätts också biokol och hönsgödsel. Det sistnämnda finns i riklig mängd i Zambia, där kycklingfarmar är vanliga.
Framför allt är det kvävefixerande pionjärträdslag som undersöks för sin tålighet mot metallföroreningar. Bland dessa finns olika akacior (som Vachellia polyacantha), sennor (som Senna singueana), bitteralbizia (Albizia amara) »monepenepe« (Cassia abbrivata) och combretum (som Combretum collinum). Fokus för samarbetsprojektet med SLU ligger på trädarter, medan ett tvillingprojekt vid Copperbelt University snarare fokuserar på olika örter.
Combretum kan för övrigt liknas vid svenska salixarter, som i tidigare svenska försök har bevisats kunna rena jord från metallföroreningar, inte minst kadmium.
– En annan art är poppel, som vi vet är ganska tolerant, liksom tall till viss del. Det vet vi bland annat genom studier i Östersjöländerna. Och vid försök i Teckomatorp var det framför allt sälg och pil som man kunde plantera, säger Emma Sandell Festin vid SLU.
I Sverige bryts dock, enligt Emma Sandell Festin, generellt sett mer lätthanterliga mineraler – exempelvis är järn lättare att extrahera, eftersom det är magnetiskt. Då behövs heller inte tillsatskemikalier av det slag som används vid bland annat guldbrytning.
Men på sikt kan forskningen i Zambia ändå vara av intresse även för Sverige, inte minst eftersom prospektering efter vanadin nu äger rum i bland annat Skåne. Om brytningsansökan skulle godkännas skulle landskapet behöva återställas på sikt, och då kan det vara bra att känna till växternas anpassningsförmåga och tolerans mot förhöjda halter av tungmetaller.
Just gruvdriftens inverkan på vattnet studeras noggrannare i ett separat projekt vid Copperbelt University. Här undersöker den zambiske forskaren Lee Mudenda vattenkvaliteten i de gruvnära områdena, samt möjligheter till fytosanering av påverkade vattendrag och jordbruksmarker.
– Vi behöver hjälpa människorna här att odla grödor som inte samlar på sig tungmetaller i de ätbara delarna, säger Lee Mudenda, forskare vid Copperbelt University, när vi åker ut och besöker befolkningen i ett av de utsatta områdena.
För undersökningarna använder Lee Mudenda såväl biotisk som abiotisk biomonitorering i jakt på föroreningar. I den biotiska undersökningen tittar han på makroinvertebrater (bottenlevande smådjur) för att få en indikation på vattenkvaliteten.
– Dessutom undersöker jag bottensedimenten för tungmetaller genom ICP-mätningar. Jag tittar då särskilt efter de mineraler som är rikligast förekommande vid sedimenteringsdammen ifråga, säger Lee Mudenda.
Om han hittar föroreningar i vattendragen behöver sedimentproverna korrelera med beståndet av makroinvertebrater som hittats i området för att resultaten ska kunna bekräftas. Invertebrater som är extra känsliga för en viss sorts föroreningar förväntas då ha dött i det förorenade området, medan tåliga invertebrater kan befinnas förekomma i något rikligare antal.
Som en ytterligare kontroll analyseras jordbruksmark som bevattnats med förmodat förorenat vatten – där marken förväntas uppvisa höga halter av kontaminanter.
– På många håll är metallkoncentrationen väsentligt högre än acceptabla nivåer, säger Lee Mudenda.
Centralt i undersökningarna är just att förstå metallernas väg från sedimenteringsdammarna till vattendragen. Bland annat undersöker därför Lee Mudenda i laboratoriemiljö potentialen för gruvavfallet att generera surt dränagevatten [Acid Mine Drainage, AMD]. Bakterier får i laboratoriet agera katalysatorer för att accelerera syrabildningen.
– AMD bildas normalt sett när det handlar om sulfidmineraler. Och de flesta av våra malmkroppar utgörs av antingen sulfid- eller oxidmalm, säger Lee Mudenda om de zambiska gruvorna.
Snabbare syrabildning gör i sin tur att mineraler frigörs från sedimenteringsdammarna och sköljs ut till omgivande vattendrag.
– Samtidigt visar de preliminära resultaten att sedimenteringsdammarna i Zambia har en hög neutraliserande kapacitet. Resultaten från vattenproverna visar en pH-nivå på mellan 6 och 7; endast i något fåtal fall runt 5, säger Lee Mudenda.
Detta bekräftas av fältstudier av bland andra svenska SGU från 2014, som påpekar att aciditeten i de zambiska gruvområdena generellt sett neutraliseras av en rik förekomst av karbonater. Det beror delvis också på att kalk tillsätts under skapandet av dammväggarna för att neutralisera och minska risken för AMD.
Samtidigt finns fortfarande tungmetallerna kvar i vattnet från sedimenteringsdammarna. Det är här de fytosanerande växterna kommer in. Med andra ord, metalltåliga vegetationstäcken som ska förhindra så mycket som möjligt av avrinningen från sedimenteringsdammarna.
– Istället för att ta till olika mildrande åtgärder är vår strategi att arbeta med själva källan, och dra ut så mycket metaller som vi kan, påpekar Lee Mudenda.
Forskningen är mycket angelägen inte minst för alla de människor som bor och verkar i närheten av sedimenteringsdammarna, och som bland annat använder avfallsvattnet för att bevattna sina grödor. Frukterna, grönsakerna och spannmålen från odlingarna som sedan säljs på den närbelägna Chisokone-marknaden i staden Kitwe har också väsentligt högre metallkoncentrationer än vad som är säkert för konsumtion. En ytterligare allvarlig effekt av tungmetallerna i mark och vatten i området är att kvinnorna här generellt sett drabbas oftare av missfall.
I mer utvecklade länder skulle normalt sett gruvföretagen själva hållas till svars för utsläppen. Och det som brister i Zambia är knappast själva lagstiftningen – enligt SGU:s fältstudie från 2014 har landet ett av regionens mest heltäckande miljöregelverk. Den rättsliga ramen för övervakning av grundvatten i Zambia omfattar bland annat den reviderade nationella vattenpolicyn från 2010 respektive vattenresurslagen från 2011. Sistnämnda lag stipulerar att det inte ska finnas något privat ägande av vattendrag, och att tillstånd att använda vatten skall vara tidsbegränsat. Sedan mars 2018 finns också lagstadgade instrument på plats för samma lag.
Ett problem är dock att det bara är ett fåtal gruvor som ägs av en nationell, statlig aktör i Zambia – ägandet av de andra är spritt mellan olika internationella företag.
– Att nuvarande ägare inte har intresset att återskapa landskapet efter tidigare ägare är kanske inte så konstigt. De vill maximera sin vinst snarare än att lägga resurser på att städa efter någon annan, säger Emma Sandell Festin.
Många av gruvorna i Copperbeltområdet har dessutom bytt ägare flera gånger. Vem i ägarkedjan som ska sägas ha haft ansvaret för att höga halter av tungmetaller har läckt ut till grundvattnet i området är därför hart när omöjligt att avgöra.
En del gruvor i området har dock varit stängda under många år, för att på senare tid ha öppnats på nytt. I dessa fall torde lagkraven börja gälla direkt för de nya gruvföretagens verksamheter. Men tyvärr händer inte mycket.
– Det som brister är uppföljningen och tillämpningen, påpekar Lee Mudenda lakoniskt.
I bästa fall kan denna situation vara på väg att ändras på sikt. Tidigare ansvarade naturvårdsmyndigheten Zambia Environmental Management Agency (Zema) ensamt för regelefterlevnad bland gruvverksamheter. Sedan några år tillbaka har de avlastats av den nya myndigheten Zambia Water Resources Management Authority (Warma), som har specifikt ansvar för grund- och ytvatten.
En annan positiv aspekt är att Zambia har förhållandevis god information om vattenpunkter, inklusive borrhål och brunnar. En välorganiserad borrhålsdatabas för Zambia (Geodin) med geologiska loggar har också tagits fram, och förvaltas av Warma. Databasen samlar över 16 000 vattenpunkter, men tusentals fler grundvattenpunkter kvarstår att lägga in.
Ytterligare något som ger fog för försiktig optimism är att de värsta vattenföroreningarna i Zambia är koncentrerade till ett fåtal platser. Därmed klarar vattenföretagen även i Copperbeltområdet att producera den största delen av dricksvattnet, även om det finns ett fåtal undantag. Vid ett antal tillfällen har dock olyckor inträffat, som när spill från Konkolas lakningsanläggning läckte till dricksvattnet i Chingola 2006 eller när minst 13 personer i Mufulira togs in på sjukhus 2008 efter ett liknande spill från lakningsanläggningen där.
Vi åker till TD15, ett sedan 1979 övergivet gruvområde runt vilket stora högar av anrikningssand tornar upp sig. Många sedimenteringsdammar har på detta sätt legat orörda i decennier, men på grund av utvecklade utvinningstekniker har internationella gruvbolag börjat bearbeta den avlagda sanden på nytt. Inte minst letar man efter kobolt, som på kort tid blivit hett eftertraktat som råvara till elbilsbatterier.
Vi stannar till vid en konstgjord sjö i mitten av gruvdistriktet. En rekreationsanläggning, med en park, matbord och några utegrillar, har gjorts i ordning intill. Ett litet pumphus har också byggts upp jämte sjön.
– Här ser du hur vatten flödar från de nya sedimenteringsdammarna. När de stängde den gamla dammen öppnade de en ny på den här sidan. Här brukar folk också fiska, säger Lee Mudenda.
På frågan om fisken är säker att äta för människor skrattar Lee Mudenda och kollegan Jackson Kawala.
– Jag skulle inte rekommendera det, säger Lee Mudenda.
Vi stannar också till i den lilla bosättningen Mugala Compound nära sedimenteringsdammarna. Enkla lerhus med halmtak, skuggande akacior, här och där grupper av färggrant klädda kvinnor och nyfikna barn. Bosättningen har egentligen satts upp utan formell tillåtelse, eftersom den ligger för nära gruvbrytningsområdet, men den bördiga jorden i området har gjort att fattiga människor ändå sökt sig dit. Endast 200 meter bort börjar sedimenteringsdammen.
– De här människorna har ingen tillgång till vatten från ledningar, utan beror helt på brunnar. Vattnet kommer direkt nedifrån sedimenteringsdammarna och är inte behandlat överhuvudtaget, säger Lee Mudenda.
Befolkningen, såsom Gideon Mzonda och Aida Choola som vi träffar vid brunnen, är hänvisade till brunnsvattnet oavsett hur förorenat det är. Detsamma gäller Natasha och hennes lillasyster Miriam, som vi träffar invid ett stort morotsland längre bort. Fälten ser bördiga ut, och vattnet från bevattningsslangarna strömmar ut i en stadig ström. Om vattnet skulle testas skulle det dock utan tvekan visa upp alldeles för höga nivåer av tungmetaller.
Ytterligare en bit längre bort badar några pojkar direkt i källvattnet från sedimenteringsdammarna. De skrattar uppsluppet, och noterar inte vår oro för det stadigt tillströmmande, tungmetallhaltiga vattnet runtomkring dem.
–––
Emma Sandell Festin i artikeln forskar vid institutionen för sydsvensk skogsvetenskap vid Sveriges lantbruksuniversitet SLU i Alnarp, som hanterar många vattenrelaterade frågor indirekt. Merparten av SLU:s vattenprojekt, som de nedan listade, ryms dock inom Institutionen för vatten och miljö.
Arctic-Biodiver är ett projekt som ska främja kunskap om biologisk mångfald i arktiska sötvattenekosystem, särskilt mot bakgrund av den pågående klimatförändringen, nya markanvändningsmönster och utvinning av naturresurser. En fråga som ställs är hur ekosystemtjänster i Arktis påverkas vid förändrad biologisk mångfald.
Projektet Blackbox forskar på hur dagens granulerade aktiva kolfilter (GAC) ska kunna utvecklas till moderna och mer effektiva kemiska och biologiska barriärer.
Initiativet Crosslink syftar till ökad förståelse för kopplingen mellan grön och blå infrastruktur, inte minst ifråga om översvämningsskydd och färskvattentillgång.
Ett annat projekt hanterar DNA-streckkodning av kiselalger, för att förbättra övervakningen av bentiska kiselalger i Sverige och i slutänden effektivare vattenförvaltning. Och ytterligare ett, Miljöföroreningars påverkan på bentiska kiselalger, undersöker om man kan använda bentiska kiselalger som bioindikator över miljöfarliga ämnen i inlandsvatten.
Genom projektet Gasfib undersöks miljöeffekter av gasbildning i fiberbankssediment genom fluxmätningar och röntgenstudier. Bakgrunden är att fabriker för tillverkning av papper och pappersmassa tidigare släppte ut stora mängder cellulosa, träfibermaterial och föroreningar direkt i hav och sjöar. Dessa bildade sedermera så kallade fiberbankar, vilka nu har identifierats som potentiella källor till spridning av organiska miljögifter i Östersjön.
Improve ska ta fram mer kunskap om kombinationer av växtskyddsmedel, som på samma gång kan ha positiva effekter på skörden av jordbruksgrödor och ge föroreningar av vattenmiljön.
Andra projekt samdrivs av SLU tillsammans med flera andra universitet och högskolor. Ett exempel är centrumbildningen Dricks, som samlar dricksvattenforskning vid SLU, Chalmers och Lunds tekniska högskola. SLU och Mälarens vattenvårdsförbund har dessutom sedan 2018 ett samarbete kring övervakning, forskning och samhällsintressen kring Mälaren.
