Изотопы в болотах
Что изучает экологическая радиология и почему это важно, зачем на экскурсию к подводным лодкам брать дозиметр и какую важную информацию хранят болота и арктические ледники рассказывает Евгений Яковлев, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией экологической радиологии Института геодинамики и геологии ФИЦКИА им. Н. П. Лавёрова УрО РАН.
— Евгений, как появилась ваша лаборатория? Зачем понадобилось объединить радиологию и экологию?
— Лаборатория наша существует более 25 лет. Она была создана по инициативе академика Николая Павловича Лавёрова, имя которого носит наш научный Центр. Он сам геолог-«уранщик», внёс огромный вклад в становление мощной минерально-сырьевой базы для атомной промышленности, в том числе занимался и проблемами радиогеоэкологии.
В начале 90-х годов важность такой науки как радиогеоэкология существенно возросла. На тот момент прошло несколько лет после катастрофы на Чернобыльской АЭС, и требовалось оценить последствия аварии для экосистем, в том числе арктических. Надо было исследовать уровни активности и особенности миграции радионуклидов в различных природных средах, и оценивать их биологическую доступность.
Евгений Яковлев, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией экологической радиологии Института геодинамики и геологии ФИЦКИА им. Н.П. Лавёрова УрО РАН. Фото Наталии Лесковой.
Интересно было посмотреть, как в природе распределились радионуклиды, оставшиеся после глобальных выпадений 50-60-х годов, которые в огромном количестве поступили в окружающую среду из-за атмосферных испытаний ядерного оружия. Люди были в панике от информационного прессинга, который был вызван слухами о сложной экологической обстановке на Севере. Различные иностранные «зелёные» организации поднимали большой шум, подогревая среди населения нездоровый интерес к радиоактивности. Игнорировать это было нельзя.
— Но ведь эти слухи были не совсем на пустом месте?
— Почва для различных информационных спекуляций на тему якобы крайне высокой и опасной радиоактивности на Севере (Мурманская и Архангельская области) была благодатная. Ни для кого не секрет, что в наших регионах находятся крупнейшие в стране предприятия атомного судостроения и судоремонта, базируются атомные подводные лодки, атомный ледокольный флот, испытательные полигоны. Из-за всего этого пошли слухи, что здесь опасно жить, повышена радиация, «зелёные» организации людям даже раздавали дозиметры.
— И до сих пор во время экскурсии на остров Ягры, где стоят подводные лодки, экскурсовод берёт с собой дозиметр —для спокойствия туристов. Демонстрирует, что всё в порядке.
— Да и тогда всё в целом было нормально. Но общедоступной информации, научных публикаций, отчётов специалистов и учёных по радиационному состоянию этих огромных северных территорий было крайне мало, не хватало данных по специализированным радиогеоэкологическим исследованиям.
Созданная лаборатория экологической радиологии занялась этими важными и очень интересными исследованиями. Возглавил лабораторию крупнейший геофизик, специалист по поискам месторождений полезных ископаемых радиометрическими методами, доктор геолого-минералогических наук Георгий Петрович Киселёв. С этого началось изучение радиоактивности Архангельской области и Арктики в рамках структуры РАН: воды, осадков, почвы, вопросов — какие радиоизотопы здесь присутствуют, каковы их активности, пути миграции, дозовые нагрузки и так далее. Проведено множество экспедиций на Севере, в том числе в акваториях арктических морей и архипелагов.
— Какие же основные выводы были сделаны?
— Человек оставил большой след с момента начала атомной эры, в природу поступило большое количество радионуклидов, которые ранее никогда здесь не существовали. Это так называемые техногенные радионуклиды. Период полураспада у них относительно долгий, они остаются в природе длительное время, и их необходимо изучать, потому что они создают дополнительную экологическую нагрузку на биоту и человека.
Они неравномерно распределены по планете, в разных местах их неодинаковое количество. Существуют так называемые концентраторы радиоактивности — это среды, которые по своим физико-химическим свойствам накапливают радионуклиды. Это, например, донные осадки. Радионуклиды, поступившие в водоём, сразу связываются с различными соединениями и осаждаются на дно. Соответственно на дне озера радиоактивность значительно выше, чем в толще воды.
Измерение объёмной активности радона в полевых условиях. Фото предоставлено Е. Яковлевым.
Такими же концентраторами служат болота, которые в Архангельской области занимают огромные площади, да и вообще в России очень много болот. У нас в стране сосредоточено до 60% мировых ресурсов торфа. Вся эта гигантская площадь активно связывает радионуклиды, они там остаются на каких-то определённых горизонтах и при изменении климатических условий могут стать доступными, увеличивая радиационную нагрузку. То же самое можно сказать про ледники в Арктике, которые накопили огромные количества техногенных радионуклидов, выпавшие на их поверхность.
— Значит, глобальное потепление может подарить нам радиоактивную воду?
— Да, это уже происходит, и, вероятно, дальше этот процесс интенсифицируется. Мы активно изучаем эти процессы. Сейчас у нас есть совместный проект с Институтом радиобиологии НАН Беларуси, в ходе которого мы изучаем техногенные радионуклиды атмосферных выпадений в болотах Архангельской, Мурманской областей, Ненецкого автономного округа.
— Зачем белорусам архангельские болота?
— Мы сравниваем наши результаты. Например, мы изучаем их болота в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС, они служат неким эталонным объектом, где представлен весь спектр выпавших техногенных радионуклидов, и затем сравниваем с нашими болотами. До нас долетели только отголоски той катастрофы, поэтому важно посмотреть разницу и откалибровать кривую техногенных радионуклидов в зависимости от физико-химических условий болотных массивов в различных природных зонах. Сильная сторона белорусских коллег именно в том, что они занимаются радиобиологией, оценкой дозовых нагрузок на биоту, моделированием распределения радионуклидов в организме животных и человека.
Мобильная гамма-спектрометрическая система RS-700. Фото предоставлено Е. Яковлевым.
У них на вооружении есть очень продвинутые методы определения элементного состава радиоактивных источников. Например масс-спектрометрия помогает на основе отношения концентрации техногенных изотопов определить, к какому именно источнику они принадлежат. Мы не обнаруживаем источников, кроме глобальных ядерных испытаний в атмосфере, которые были прекращены в 1963-м году и чернобыльской катастрофы. Так что наша коллаборация может быть очень эффективна.
— Но если вы уже выяснили, что здесь относительно благополучная радиоэкологическая ситуация, зачем тогда продолжать подобные исследования?
— Исследования нужны именно затем, чтобы понять уровни активности радионуклидов, выявить их распределение, исключить возможные опасности и, если потребуется, предотвратить их.
Кроме того, техногенные изотопы, хоть мы и показали, что их уровень относительно невысок, позволяют решать ряд практических задач. Например, оценивать линейную скорость накопления торфа. Поскольку мы знаем, к каким горизонтам эти залегания приурочены, мы можем продатировать их независимыми хронометрами и посмотреть, как накапливался торф за последние пару сотен лет, оценить его роль в депонировании атмосферного углерода, сделать на этой основе климатические построения, прогнозировать изменения природной среды под воздействием различных факторов. Это фундаментальные исследования.
Кроме того, важное приложение техногенных изотопов — это исследование подземных вод как некого трассера для изучения их динамики, времени пребывания воды в водоносном горизонте, процессов смешения, источников формирования, разгрузки. Скажем, тритий — техногенный элемент, он существует не так давно, и поэтому служит маркером молодых подземных вод. В нашей лаборатории это направление возглавляет доктор геолого-минералогических наук Александр Иванович Малов. Мы проводим такие фундаментальные исследования с использованием различных изотопов, чтобы лучше понять эволюцию подземных вод прибрежных территории Арктики.
— Вы единственные, кто этим занимается?
— Академических центров по изучению радиоактивности на Севере в структуре Российской академии наук немного. В Архангельской области мы единственная лаборатория в структуре РАН, другой центр функционирует в Мурманском морском биологической институте. Кроме этого в стране есть несколько таких центров — это Томск, Новосибирск, Красноярск, Москва, Санкт-Петербург и ряд других городов. В научном плане мы стараемся постоянно развиваться — участвуем в международных конференциях, поддерживаем международное научное сотрудничество, стараемся публиковать свои результаты в журналах с высоким квартилем, чтобы максимальное количество учёных могло ознакомиться с нашими исследованиями, дать свои оценки и комментарии.
— Какими приборами вы пользуетесь для изучения радиоактивных образцов?
— Изучение радиоактивности — сложная задача. Казалось бы, это те же самые химические элементы, но их обычными методами химии изучить проблематично или вообще невозможно. Нужны специфические методики и особая инструментальная приборная база. Каждый радиоактивный изотоп необходимо извлекать из той или иной среды селективно, индивидуально. Соответственно, на каждый изотоп нужна своя методика, и если пару лет назад мы занимались только выделением изотопов урана, то теперь мы значительно расширили свою методическую базу и изучаем изотопы плутония, америция, стронций, свинца, висмута и ряда других элементов. Это большая работа в плане радиохимии, требующая значительно времени и многих литров реактивов, сильных кислот. Недавно мы освоили методику выделения углерода-14 из карбонатов раковин и торфа, что значительно расширило наши возможности в плане датирования образцов.
Альфа-спектрометр Мультирад АС полупроводниковый. Фото предоставлено Е. Яковлевым.
В целом наша аппаратура соответствует решаемым задачам. На каждый вид радиоактивного распада есть свой прибор — альфа-, бета-, гамма-спектрометры и радиометры. К газообразным продуктам распада — торону и радону — у нас тоже есть приборы. Для измерения общего фона радиоактивности используются дозиметры, но они дают только общее представление о радиоактивности. Чтобы выяснить, чем обусловлена радиоактивность, нужны дополнительные исследования методами гамма-спектрометрии и радиохимии.
Большинство приборов в нашей лаборатории — отечественного производства. Вообще для того, чтобы конкурировать в науке, необходимо проводить исследования на самой современной технике, нужно постоянно совершенствовать аппаратурную базу, поскольку приборы и методы развиваются с каждым годом, повышается их чувствительность. Мы, конечно, по возможности стараемся самостоятельно обновлять свою аппаратуру, закупать что-то новое за счёт грантов и внебюджетных источников, но о каком-то глобальном обновлении приборов речи пока не идёт, как и во многих других институтах РАН.
— Но даже с текущим оборудованием вы можете успокоить местных жителей — радиоактивности они могут не бояться?
— Да, радиоактивности здесь нужно бояться меньше всего.
— А чего нужно бояться больше всего?
— Людей в первую очередь, их неразумного поведения по отношению к природе. Кроме радиации существует много специфических загрязнителей — та же хлорорганика, отходы целлюлозно-бумажной промышленности. Эти токсичные вещества надо изучать, контролировать и беречь от них окружающую среду.
