1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Доклады Российской академии наук. Науки о Земле
  4. T. 494, № 1, 2020

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2020, T. 494, № 1, стр. 71-75

Концентрация искусственных радиоизотопов в биоте арктического шельфа в современных условиях (2013–2018 гг.)

Академик РАН Г. Г. Матишов 1, 2, Г. В. Ильин 1, И. С. Усягина 1, *, Д. А. Валуйская 1, Е. Э. Кириллова 2

1 Мурманский морской биологический институт Российской академии наук
Мурманск, Россия

2 Федеральный исследовательский центр Южный научный центр Российской академии наук
Ростов-на-Дону, Россия

* E-mail: iri70299602@yandex.ru

Поступила в редакцию 20.12.2019
После доработки 27.05.2020
Принята к публикации 28.05.2020

Полный текст (PDF)

Аннотация

В работе анализируются данные по концентрации и динамике 137Cs и 90Sr в морских организмах на шельфе Арктики в современных условиях (2013–2018 гг.). Показано, что радиационное загрязнение биоты низкое и не представляет опасности для человека. На примере динамики радионуклидного загрязнения макрофитов и рыб сделано предположение о существовании этапов в процессах самоочищения биотической компоненты экосистемы, определенных сменой поколений в популяциях гидробионтов. Наиболее чувствительным к радиационному загрязнению среды и наиболее изученным компонентом морской биоты являются рыбы. В изучении современного радиоактивного загрязнения арктических морей большее внимание следует уделять локальным акваториям, где потенциально возможно повышение концентрации изотопов в результате эпизодических утечек радиоактивных материалов.

Ключевые слова: техногенные радионуклиды, гидробионты, макрофиты, зообентос, морские беспозвоночные

Во второй половине XX века среда обитания морских организмов на шельфе Арктики испытывала существенное загрязнение техногенными радионуклидами. Радиоактивные выпадения появились после ядерных испытаний в воздушной и морской среде, сбросов в море радиоактивных отходов, переноса их морскими течениями и стоками сибирских рек. Загрязнение Баренцева моря в 1950–1990 гг. в основном определялось переносом стоков западноевропейских заводов “Селлафилд” и “Ла-Хаг”. Кроме того, в губах Кольского, Мотовского, Святоносского заливов были сконцентрированы опасные радиационные объекты – локальные источники радионуклидов. На загрязнение Карского моря большое влияние оказывали сбросы радиохимических комбинатов “Маяк” и “Томск-7”. Захоронения радиоактивных материалов в заливах Новой Земли – Абросимова, Степового, Цивольки – рассматривались как локальные источники загрязнения. В XXI веке происходит сокращение сбросов и спад концентраций техногенных изотопов в среде. Вместе с тем современные инциденты на атомных станциях (АЭС “Фукусима-1”), атомных подводных лодках ВМФ РФ (“Комсомолец”, 1989 г.; “Курск”, 2001 г.; АС-12 “Лошарик”, 2019 г.), деятельность атомного флота и плавучих атомных электростанций требуют проведения регулярных радиоэкологических исследований в морях Северного Ледовитого океана.

Индикаторами радиоактивного загрязнения морской среды от локальных источников считаются техногенные изотопы 134Cs, 60Co, 137Cs, 90Sr, 239,240Pu и другие в концентрации, превышающей глобальный окружающий фон. Но более актуально и показательно накопление этих радионуклидов в гидробионтах: макрофитах, зообентосе и рыбах [1, 2], многие из которых употребляются в пищу. Согласно СанПин 2.3.2.1078-01, допустимое содержание 137Cs и 90Sr в рыбных продуктах не должно превышать 130 Бк/кг и 100 Бк/кг соответственно. Целью работы был анализ новых данных (2013–2018 гг.) по содержанию 137Cs и 90Sr в гидробионтах арктического шельфа на фоне долговременной динамики загрязнения биоты.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Анализируются данные 2013–2018 гг. по концентрации 137Cs и 90Sr в морских организмах Белого, Баренцева, Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского морей. Сбор образцов выполнялся стандартным оборудованием в соответствии с методиками МАГАТЭ. Пробы прибрежной биоты – макрофитов и мидий, отбирали на литорали во время сизигийного отлива. Отбор донных беспозвоночных проводили в ходе научных экспедиций с борта судна нис “Дальние Зеленцы” с помощью драгирования тралом Сигсби. Вылов рыбы осуществлен тралением с помощью промысловых донного и пелагического тралов. Видовая идентификация биологических объектов выполнена на борту судна специалистами соответствующего профиля. Для анализа были отобраны характерные для каждого моря виды. Загрязнение водорослей-макрофитов исследовали в прибрежье Белого и Баренцева морей, в том числе в губах, где расположены объекты инфраструктуры атомного флота. Рыб отбирали только в Баренцевом и Карском морях.

Радиометрический анализ проб выполнен в лаборатории Мурманского морского биологического института. Активность 137Cs измерена в счетных образцах на спектрометрах γ-излучения “InSpector-2000”, γ- и рентгеновского излучения “b13237” (фирмы “Canberra”, США). Спектры проанализированы с помощью программного обеспечения Genie-2000. Удельная активность 90Sr в пробах определена радиохимическим методом по активности равновесного 90Y в счетных образцах. Измерения выполнены на установке “LS-6500” (фирмы “Beckman Coulter” США).

МАКРОФИТЫ

Максимальное накопление радионуклидов в макрофитах происходило в 1980-х годах в результате загрязнения вод Баренцева, Белого, Печорского и Карского морей выбросами зоводов “Селлафилда” и Чернобыльской АЭС. Удельная активность 137Cs в водорослях Баренцева моря была повышена до 7–10 Бк/кг сухой массы [3]. Но уже в 1990-х годах было отмечено снижение концентрации радионуклидов в характерных для Кольского прибрежья фукусах и ламинарии. Содержание 137Cs в них снизилось до 0.4–5.0 Бк/кг, а 90Sr – до 0.3–3.0 Бк/кг. В губах южной части новоземельского прибрежья и острова Вайгач водоросли содержали 137Cs 0.5–2.5 Бк/кг. Исключение составляли отдельные губы Кольского и Мотовского заливов, где расположены объекты атомного флота – Оленья, Пала, Сайда Западная Лица, Андреева. В этих губах макрофиты имели повышенное содержание 137Cs, местами возраставшее до 20–46 Бк/кг, а в спектре были обнаружены индикаторы местной утечки изотопов: 134Cs – 1.2 Бк/кг, 60Со – 1.6 Бк/кг и 152Eu – 4.6 Бк/кг. К примеру, на акватории базы “Атомфлота” ламинария аккумулировала 5–13 Бк/кг 137Cs, а литоральные фукусы – 0.2–1.1 Бк/кг [1].

В Карском море в водорослях, произрастающих в новоземельском заливе Абросимова, содержание 137Cs также было низким и составляло в фукусах 2–3 Бк/кг, а в ламинарии – около 1.5 Бк/кг [4].

Радионуклиды 239,240Pu в период 1980–1990 гг. содержались в водорослях Баренцева и Карского морей в концентрации 0.02–0.3 Бк/кг.

Спустя десятилетие, в 2010–2013 гг. в макрофитах еще сохранялся такой же уровень загрязнения. В частности, вдоль Мурманского побережья содержание 137Cs в ламинариях и фукусах составило 0.4–2.3 Бк/кг сухой массы. В водорослях, собранных в других районах, в том числе в беломорском прибрежье Кольского полуострова, концентрация 137Cs варьировала от 0.2 до 1.5 Бк/кг, а 90Sr – от 0.4 до 4.1 Бк/кг [5].

По исследованиям 2014–2018 гг. можно отметить новый период снижения удельной активности радионуклидов в микроводорослях (табл. 1).

Таблица 1.

Удельная активность 137Cs и 90Sr в биоте арктических морей (Бк/кг сырой массы), 2013–2018 гг.

Море Группа гидробионтов Биологический вид Радионуклиды
137Cs 90Sr
Баренцево море рыбы треска 0.15–0.7 <0.01–1.2
пикша, сайда 0.1–0.3 <0.01–1.2
камбала-ерш 0.07–0.25 0.02–0.25
бентос морские звезды <0.2–0.25 0.01–0.05
мидии (мягкие ткани) <0.2–1.1 0.13
морские губки <0.2–0.25 0.01
крабы <0.2–0.25 0.01–0.04
*макрофиты фукусы <0.2–1.0 0.5–1.5
аскофиллум <0.2–1.0 0.4
ламинария 0.2–0.8 0.1–1.0
Карское море рыбы навага <0.2 –
бентос морские губки 0.5–2.0 –
морские звезды 0.2–1.8 1.1–1.4
горгонарии 0.2–1.3 0.1–1.1
морские перья (мягкие ткани) 0.6–0.7 0.25–1.6
равноногие ракообразные 0.2–0.3 0.5–2.5
море Лаптевых бентос равноногие ракообразные <0.2–0.3 0.8–1.4
морские лилии (мягкие ткани) 0.2 0.8
Восточно-Сибирское море бентос равноногие ракообразные (морской таракан) <0.2–0.3 0.2–0.34
морские звезды – 0.1–0.35
горгонарии 0.1–1.0 0.1
Белое море бентос мидии, мягкие ткани <0.2–0.2 <0.2
*макрофиты фукусы <0.2–0.8 –
аскофиллум 0.1 –

* – Удельная активность радионуклидов в водорослях-макрофитах приведена в Бк/кг сухой массы.

В губах Чупа (Кандалакшский залив), Зеленецкой, Териберской, Ура, Печенга, в Кольском заливе макрофиты содержат от 0.2 до 0.8 Бк/кг 137Cs и 0.1–1.0 Бк/кг 90Sr. Исключение составляет загрязненная губа Андреева (Мотовский залив), где расположено хранилище радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива. Талломы ламинарии из разных частей литорали этой губы содержат от 1–2 Бк/кг до 12 Бк/кг сухой массы 137Cs и от 1–5 до 35 Бк/кг 90Sr. Локальное поступление радионуклидов в эту губу вызвано аварийной утечкой радиоактивных отходов из хранилища, произошедшей в 1982 г.

МОРСКИЕ БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ

Уровень накопления радионуклидов в организмах морских беспозвоночных – важный индикатор качества водной среды. Однако в литературе недостаточно данных о радиоактивном загрязнении бентоса в период испытаний ядерного оружия в 1950–1960 гг. В 1990-е годы в Баренцевом море в донных беспозвоночных обнаруживали 137Cs, 90Sr и 239,240Pu. В частности, северная креветка содержала в тканях от 1.6 до 7.9 Бк/кг сырой массы 137Cs, а морской еж – 1.8 Бк/кг. К началу 2000-х годов концентрация радиоцезия в зообентосе снизилась. В большей части проб (около 200 измерений) его удельная активность была ниже достоверно определяемой величины (<0.1 Бк/кг). По данным норвежских исследователей, лишь в одном образце из 32 проб баренцевоморской креветки был обнаружен 137Cs в концентрации 0.2 Бк/кг [6]. По данным ММБИ, в морских звездах (губа Оленья) этот изотоп содержался в количестве 0.3 Бк/кг, а в мягких тканях моллюсков – мидии и литорины из различных губ Кольского прибрежья, – в количестве 0.2–0.5 Бк/кг сырой массы (рис. 1). Удельная активность 90Sr в раковинах мидий варьировала от 2.5 Бк/кг у особей, обитавших в губе Ура (Мотовский залив), до 0.64 Бк/кг у особей, обитавших в средней части Кольского залива [1].

Рис. 1.

Удельная активность 137Cs в донной фауне арктического шельфа (2000–2018 гг.).

В Карском море, в Восточно-Новоземельской впадине и на мелководье ямальского шельфа (рис. 1) разные виды зообентоса: амфиподы, полихеты, морские звезды, офиуры содержали 137Cs, концентрация которого варьировала в диапазоне 0.2–2.0 Бк/кг. Концентрация 90Sr в них также составляла от 0.2 до 2.5 Бк/кг. В указанном интервале величин более высокая удельная активность отмечена в губках – фильтраторах морской воды и голотуриях – типичных грунтофагах. В эпизодах в тканях голотурии обнаруживалось до 6.8 Бк/кг 137Cs.

Современный (2013–2018 гг.) уровень загрязнения донной фауны еще более снизился. Гамарусы и моллюски (мидии и литорины), обитающие в губах баренцевоморского прибрежья (Териберская, Зеленецкая, Йоканьга и др.) и Кольского залива (мыс Абрам, губы Белокаменная, Сайда, Пала), содержат в тканях не более 0.1–0.4 Бк/кг 137Cs. Но вблизи источников загрязнения, например, в губе Андреева, современная концентрация 137Cs в мягких тканях мидий остается повышенной и по данным 2014 г. составляет 9.3 Бк/кг, а 90Sr – 0.1 Бк/кг.

МОРСКИЕ РЫБЫ

В 1960–1990 гг. наиболее детально исследовалось загрязнение важных промысловых рыб: трески, сайды, пикши. В исследованиях [2, 7, 8] было показано, что после новоземельских ядерных испытаний суммарная альфа- и бета-активность в рыбах снижалась от 90 Бк/кг сырой массы в 1963 г. до 10 Бк/кг – в 1968 г. и до 1 Бк/кг – в 1979 г.

На рис. 2 показана общая многолетняя динамика содержания гамма-излучающего 137Cs в мышечной ткани рыб на примере трески.

Рис. 2.

Многолетняя динамика удельной активности 137Cs в мышцах трески и водной массе Баренцева моря по данным ММБИ.

Следующий после интенсивных ядерных испытаний пик радионуклидного загрязнения рыб пришелся на 1980-е годы вместе с пиком загрязнения вод Норвежского и Баренцева морей. Это повышение было сопряжено с колебаниями стоков комбината “Селлафилд”. Однако содержание 137Cs в рыбах не поднималось выше 3.5 Бк/кг [2]. Из анализа осредненных данных следует, что динамика радиационного загрязнения рыб приобрела устойчивую тенденцию к снижению в начале 1990-х годов. Изменение концентраций радионуклидов в рыбах происходило с задержкой относительно снижения загрязненности воды приблизительно на 3–5 лет. Такая задержка вызвана, по-видимому, биологическими, популяционными факторами, главным из которых является смена поколений в рыбных популяциях. Рыбная молодь не попадает в промысловые уловы. К концу 2010-х годов линия тренда изменчивости концентраций вышла на плато и отображала минимальную концентрацию 137Cs в треске, которая на протяжении последнего десятилетия варьирует от 0.1 до 0.3 Бк/кг. Удельная активность 90Sr в мышечной массе в эти годы варьировала от следовых значений (<0.01 Бк/кг) до 1.2 Бк/кг. Это на два порядка меньше предельно допустимой концентрации, установленной СанПин (2.3.2.1078-01) для пищевой рыбной продукции.

В 2018 г. рыбы основных промысловых видов – треска, пикша, сайда, камбала-ерш в прибрежной зоне Баренцева моря, включая Кольский залив, и в Печорском море, мало отличались по содержанию радионуклидов. В их мышцах содержание 137Cs составляло около 0.2 Бк/кг, а 90Sr – около 1.2 Бк/кг сырой массы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, анализ водорослей-макрофитов, бентосных организмов и промысловых рыб, обитающих в современной обстановке в морях Полярного бассейна, позволяет заключить, что радиационное загрязнение биоты низкое и не представляет опасности для человека. На примере макроводорослей и рыб можно предположить, что в процессе очищения биотических сообществ от радионуклидного загрязнения в целом имеет место этапность, связанная со сменой поколений в популяциях. Наиболее чувствительным к радиационному загрязнению среды и наиболее изученным компонентом морской биоты являются рыбы. Основная роль в формировании современного радиационного фона в морях Северного Ледовитого океана принадлежит локальным источникам радиации и трансграничной циркуляции техногенных радиоизотопов. В специальных исследованиях нуждаются локальные акватории, где потенциально возможно повышение их концентрации в результате утечек радиоактивных материалов. Зависимости содержания радиоизотопов в гидробионтах и воде или в донных отложениях в районах моря различной загрязненности требуют экспериментальной проверки.

Список литературы

  1. Matishov D.G., Matishov G.G. Radioecology in the Northern European Seas. B.: Springer, 2004. 335 p.

  2. Foyn L., Svaren I. // Environmental Radioactivity in the Arctic / Ed. P. Strand, A. Cooke. Osteras. 1995. P. 215–220.

  3. Strand P., Nikitin A., Rudjord A.L., et al. // J. Environ. Radioactivity. 1994. № 25. P. 99–112.

  4. Strand P. Radioactivity, AMAP, Assessment Report: Arctic Pollution Issues, Oslo. 1998. P. 526–552.

  5. Матишов Г.Г., Матишов Д.Г., Усягина И.С. и др. // ДАН. 2014. Т. 458. № 4. С. 473–479.

  6. Sickel M.A., Selnas T.D., Christensen G.C., et al. Radioactivity in the Marine Environment // Rep. from the National surveillance program. Strallvern Rapport. 1995. P. 23–24.

  7. Arctic Pollution Issues: A State of the Arctic Environment Report. AMAP Arctic, Oslo: Monitoring and Assessment Programme. 1997. 188 p.

  8. Kershaw P.J., Baxter A.J. Deep-Sea Res P.(II): Top. Stud. // In Oceanography. 1995. 42 (6) P. 1413–1448.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Доклады Российской академии наук. Науки о Земле

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал