В последнее десятилетия события, связанные с Новой Землей, все чаще становятся темами новостной повестки. Вокруг архипелага, омываемого двумя морями Северного Ледовитого океана (Карским и Баренцевым), активизируется деятельность ведомств и структур самого разного рода: от военных до туристических. В 2009 году территории Новой Земли стали частью Национального парка «Русская Арктика» – самой северной и самой большой в России особо охраняемой природной территории (почти 9 миллионов га). Между тем в сознании старшего поколения наших сограждан Новая Земля связана с ядерным проектом СССР.
В прошлом веке в бассейнах Оби и Енисея, несущих свои воды в Карское море, были построены крупные предприятия по переработке радиоактивных материалов, включая «Маяк» (г. Озерск, Челябинская обл.); Сибирский химический комбинат (г. Северск, Томская обл.); Горно-химический комбинат (г. Железногорск, Красноярский край). На Новой Земле располагался испытательный полигон, где с 1957-го по 1962 годы провели множество ядерных испытаний, включая десятки атмосферных с участием 50-мегатонной «Царь-бомбы». Существенная часть радиоактивных осадков пришлась на территорию Северного острова архипелага, но до последнего времени ничего о радиационном состоянии его покровного оледенения не было известно.
Уникальный вклад в работу по прояснению этого вопроса, а также в оценку антропогенного радиоактивного загрязнения Карского моря внесли ученые Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской академии наук (ИГЕМ РАН), которые проводят здесь изыскания на протяжении уже почти тридцати лет. В рамках реализации их очередного проекта, получившего в 2018 году грант Российского фонда фундаментальных исследований (РФФИ), были сделаны важнейшие научные выводы. Тема проекта – «Современные источники и эволюция радиоактивного загрязнения сибирских морей Российской Арктики».
Отчасти он стал вторым этапом большого исследования Карского моря. В комментариях для «Поиска» руководитель проекта, ведущий научный сотрудник ИГЕМ РАН, кандидат геолого-минералогических наук Алексей Мирошников отметил, что РФФИ не раз оказывал поддержку его исследовательской команде. В частности, другим грантом РФФИ профинансировано ее участие в ряде экспедиций на борту научно-исследовательского судна «Академик Мстислав Келдыш» (оплата полевых работ почему-то не предусмотрена в рамках госзадания, которое выполняют ученые). Рейсы легендарного корабля научного флота, команду которого уже много лет возглавляет капитан Юрий Горбач, обеспечивают реализацию многолетней исследовательской программы «Морские экосистемы Сибирской Арктики». Она осуществляется с 2007 года Институтом океанологии им. П.П.Ширшова РАН под руководством академика РАН Михаила Флинта.
Под влиянием этой программы в 2018 году РФФИ организовал конкурс тематически близких проектов «Арктика», нацеленный на поддержку научных исследований по фундаментальным проблемам изучения и освоения российского сектора региона, одним из победителей которого и стал коллектив ИГЕМ РАН. Цели и задачи проекта охватывали акватории трех морей Сибирской Арктики – Карского, Лаптевых и Восточно-Сибирского – но наиболее интересные для широкой общественности результаты были получены по Карскому морю и Новой Земле.
Экосистема Карского моря с течением времени способна к самовосстановлению – при условии прекращения ее дальнейшего загрязнения жидкими радиоактивными отходами, то есть их сбросов в гидрографическую сеть водосборных бассейнов Оби и Енисея. Изменения радиационного состояния донных отложений в этой области, произошедшие за десятки лет, демонстрируют определенную геохимическую устойчивость экосистемы к радиационным нагрузкам и ее способность к самоочищению. Таково, по определению Алексея Мирошникова, одно из главных заключений ученых, оценивших динамику радиоактивного состояния донных отложений в эстуариях великих сибирских рек с 1995 года. Именно тогда начался первый этап исследовательской работы, продолжавшийся до 2003 года и включивший в себя пять экспедиций на научном судне «Академик Борис Петров» (совместно с Институтом геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН и Институтом морских полярных исследований им. Альфреда Вегенера (AWI, Германия).
На основании полученных материалов были установлены Обская и Енисейская зоны повышенной активности радиоцезия с уровнем на их внешней границе в 15 Бк/кг (Прим. ред. беккерель – ед. измерения активности радиоактивного источника) и до 120-260 Бк/кг во внутренних частях. На втором этапе (с 2014 года) прошли восемь морских экспедиций на научно-исследовательских судах «Профессор Штокман» и «Академик Мстислав Келдыш» (2015-2021). Одна из них, состоявшаяся в рамках проекта в 2020 году, и позволила ученым подвести итоги большого исследования радиоактивности донных отложений Карского моря. Среди ключевых результатов – карты, отражающие современное распределение 137Cs (цезия-137) в верхнем слое донных осадков.
После взятия проб и проведения измерений в тех же точках, что и на первом этапе, а также на близких к ним участках, ученые обнаружили практически полное исчезновение Обской зоны повышенной активности 137Cs. В области ее локализации активность радионуклидов в донных отложениях в настоящее время находится на уровне условно-фоновых значений для этого района Арктики, не превышающих 10 Бк/кг. Почти исчезла и изначально более проблемная зона в устье Енисея: по данным руководителя проекта, с 1990-х годов концентрация загрязнений уменьшилась пятикратно.
“Можно уверено утверждать, что в течение ближайших 15-18 лет Енисейская зона повышенной радиоактивности также деградирует до уровня фоновых показателей”, – констатирует Алексей Мирошников.
Алексей Юрьевич пояснил, что причиной положительных изменений радиационно-экологического состояния донных отложений в этом районе Арктики стали несколько факторов:
“Во-первых, это процесс естественного распада антропогенных радионуклидов. Период полураспада основного дозообразующего элемента 137Cs составляет 30,17 лет. Во-вторых, снижению концентрации способствуют донные организмы, растаскивающие радионуклиды. Третья причина – процесс диффузии, в ходе которого загрязненные частички перемещаются молекулами воды”.
С 1990-х годов производственные процессы на предприятиях атомной промышленности постепенно сворачивались, появлялось современное оборудование, менялась концепция обращения с отходами, и со временем эти заводы практически перестали быть источниками загрязнения. Захороненные в Карском море твердые радиоактивные отходы сегодня также не представляют собой опасности для окружающей среды, а мониторинг их состояния ведется постоянно.
Как рассказал руководитель проекта, идея организации научной работы по этому направлению возникла в 1990-х годах после всплеска публикаций американских СМИ, обеспокоенных возможным проникновением радиоактивного загрязнения в Северную Атлантику, где активно добывают рыбу и иные морские биоресурсы, потребляемые в странах Северной Америки и Европы. По версии журналистов, отходы российских радиохимических предприятий загрязняли Карское море, а далее течения несли радиоактивные частицы в Атлантический океан, откуда зараженная ими рыба могла попасть на стол граждан США.
Дабы опровергнуть эти опасения или подтвердить их обоснованность, вице-президент РАН Николай Лаверов, наладив тесное взаимодействие с коллегами из США и опираясь на возможности сотрудничества в рамках Международного научно-технического центра, инициировал проведение исследований по проблемам влияния радиоактивных отходов на окружающую среду. Интересно, что в ходе изысканий обнаружилось, что водный перенос этих отходов в районе Карского моря имеет место, но осуществляется вовсе не по тем направлениям, о которых говорили журналисты. При слиянии речных и морских вод происходят разного рода физико-химические процессы, приводящие к выпадению основной доли загрязнений в осадок, и лишь незначительная их часть оправляется далее. В то же время водным переносом через Гольфстрим в среду Карского моря поступало порядка 2% западноевропейских радиоактивных отходов.
Констатация специалистами ИГЕМ РАН исчезновения зон радиационной активности – это хорошее известие. Однако в рамках проекта ими был установлен новый (вторичный) источник радиации – ледники Новой Земли. Изучая ледовый панцирь Северного острова (ядерные испытания проводились на его мысе Сухой нос), ученые подтвердили собственную гипотезу, основанную на результатах изучения радиационного состояния Карского моря в 1995-2003 годах, в ходе которого в донных осадках у юго-восточного побережья была выявлена зона повышенной активности радиоцезия неясного происхождения. Причину ее появления геохимикам удалось определить, исследуя криокониты (от греч. kryo и konis – «холодная пыль») – специфические природные образования на ледовой поверхности, состоящие в основном из минеральных осадков.
Аккумулируя солнечное тепло, частицы минералов и органики протаивают в леднике цилиндрические отверстия (стаканы или лунки), внутри которых накапливаются в виде темных гранул (зерен), и такие стаканы на поверхности ледника могут существовать годами. Гранулы содержат немного органического вещества (2-20%), которое цементирует минеральные частички. Геохимиков ИГЕМ РАН привлекла способность криоконита накапливать выпадающие из атмосферы естественные и антропогенные радионуклиды, несомые минеральными частицами и органикой – эффективным сорбентом. Изучение криоконитов на ледниках Новой Земли в качестве субстрата, отражающего накопление антропогенных радионуклидов до экстремально высоких уровней активности, стало первым подобным исследованием в отечественной науке.
Границы зон ледника, разделяющие зону питания, фирновую зону и зону абляции, в разные годы могут в незначительных пределах менять свое положение под воздействием положительных температур и режима осадков. «Антропогенные радионуклиды (137Cs, 241Am, 207Bi), образовавшиеся в атмосфере в ходе ядерных испытаний в 1950-1960 годах, в настоящее время вытаивают из ледников и закрепляются в зоне абляции в криоконитовых лунках на высотах выше 350-360 метров над уровнем моря», – сообщается в статье участников проекта, опубликованной в прошлом году в одном из самых высокорейтинговых журналов – Scientific Reports издательства Nature Publishing Group. Ученые брали пробы криоконита в разных частях ледника Налли (залив благополучия) и по результатам анализа предположили, что после испытаний радионуклиды выпадали в зону питания, образуя там радиационно-загрязненный слой погребенного (перекрытого слоем осадков и не оттаивающего летом) льда. Достигнув спустя шестьдесят лет зоны абляции, этот слой начал поставлять радионуклиды в талую воду. Вытекая из лунок, лежащих выше, они поступают в те, что образуются ниже.
«Изучение криоконитовых лунок в самой верхней части ледника Налли до границы питания ледника (фирновой линии, где снег переходит в промежуточную стадию до превращения в лед) позволит нам выявить процессы и скорости, определяющие вынос элементов и изотопов из радиационно-загрязненного слоя», – полагают авторы статьи.
Край ледника находится в 5 км от береговой кромки, а процесс вытаивания радионуклидов начался недавно. Поэтому, как подчеркнул Алексей Мирошников, важно составить о нем полное научное представление до того, как загрязнение достигнет линии моря. Во время предстоящей экспедиции этого года ученые отберут пробы криоконита вплоть до фирновой линии и таким образом зафиксировать параметры выхода на поверхность радиационно-загрязненного слоя.
“Изучением криоконита как матрицы радиоактивного или иного загрязнения объекта, которое позволяет нам оценивать экологическое состояние окружающей среды, кроме нас, в России никто не занимался. В отечественной науке, к сожалению пока нет экологического интереса к криоконитам, кроме того, многие арктические территории закрыты в связи с наличием там военных объектов и становятся все более труднодоступными для ученых”, – отметил руководитель проекта.
Между тем развитие этого направления исследований могло бы не только способствовать престижу российской науки в мире, но и содействовать реализации «Стратегии развития Арктической зоны РФ и обеспечения национальной безопасности на период до 2035 года» в части экологического мониторинга Арктики.
“Локализованные в криоконитах частицы горных пород с повышенными содержаниями рудных компонентов можно рассматривать как поисковый признак при выявлении участков потенциальных месторождений”, – добавил участник группы, кандидат геолого-минералогических наук Энвер Асадулин.
Он также заметил, что любая новая информация о миграции и перераспределении химических веществ, некоторые из которых могут быть токсичными, по территории земного шара – вклад в мировые фундаментальные исследования экологии планеты.