Новосибирские геохимики исследуют мхи, лишайники и хвойные деревья, произрастающие совместно в ландшафтно-климатических зонах Сибири. Эти растения являются биологическими индикаторами радиоактивных загрязнений. Задача ученых — выяснить, как в них накапливаются и распределяются радионуклиды. Полученные данные могут оказаться полезными для контроля активности вредных веществ в других растениях. Статья об этом опубликована в Journal of Environmental Radioactivity.
Радионуклиды, в зависимости от происхождения, подразделяются на естественные (ЕРН) и искусственные (ИРН). Первые содержатся в породах земной коры, и их присутствие в окружающей среде обусловлено природными факторами — вулканической активностью или месторождениями полезных ископаемых. Вторые представляют собой результат техногенной деятельности человека, например испытаний на ядерных полигонах (таких как Семипалатинский и Новая Земля).
Отбор проб лишайников на берегу оз. Подкова (Улаганская долина), 2018 год
«Накапливаясь в атмосфере, радионуклиды с осадками попадают в почву и оседают в растительности, после чего мигрируют в пищевых цепях, — рассказывает ведущий научный сотрудник лаборатории геохимии благородных и редких элементов Института геологии и минералогии им. В. С. Соболева СО РАН доктор геолого-минералогических наук Вера Дмитриевна Страховенко. — Когда олень питается загрязненными лишайниками в тундровой и лесотундровой зонах, в его организм попадают вредные элементы, которые потом передаются человеку, употребившему в пищу оленье мясо. Это серьезная проблема, связанная с риском для здоровья, и особенно актуальная для северных территорий».
Еще в 1960-е годы в растительном покрове лесотундровых зон было зафиксировано превышение концентрации урана, тория и искусственных радионуклидов: цезия-137, стронция-90, плутония-239, плутония-240 и плутония-241, что потребовало пристального внимания и контроля со стороны ученых. В Сибирском отделении РАН с 1991 года по инициативе академика Валентина Афанасьевича Коптюга стали проводиться экологические исследования по ЕРН и ИРН на территории Западной Сибири, а также по ртути и другим тяжелым металлам методами гамма-спектрометрии и атомной абсорбции. В этих работах принимали участие сотрудники лаборатории геохимии редких элементов и экогеохимии (заведующий Фёдор Васильевич Сухоруков) и лаборатории аналитической геохимии (заведующий Геннадий Никитович Аношин) Института геологии и геофизики СО АН СССР. Таким образом, было положено начало экологическому направлению геохимических работ в Сибири.
«Совместно с химиками, почвоведами и ботаниками мы участвовали в масштабной междисциплинарной программе по влиянию ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне на территорию Западной Сибири и в других крупных проектах, — говорит Вера Страховенко. — Благодаря такому сотрудничеству мы научились работать с компонентами окружающей среды: почвами, донными осадками, мхами, лишайниками, лесными подстилками, торфяниками и хвоей, а также с лекарственными растениями. К 2005 году был накоплен большой материал по распределению радиоактивных элементов во мхах и лишайниках, что позволило рассмотреть их накопление в разных зонах».
В настоящее время фокус внимания сотрудников лаборатории геохимии благородных и редких элементов сосредоточен на площадках, где представлены одновременно мхи, лишайники и хвойные деревья (кедр, сосна, пихта, ель). Это относительно новое направление исследований, которое позволяет стандартизировать условия загрязнения разных видов, произрастающих совместно. Пробы отбираются послойно: в верхних и нижних талломах (слоях) растений и почвах под ними.
Сушка проб растений (мхи, лишайники, подстилка, шиповник, ягоды, листья, ветви, багульник, укосы), западный берег Байкала
Согласно результатам исследования, на северных территориях (в частности, в Ямало-Ненецком автономном округе) максимальная активность цезия-137 наблюдается в лесотундровой ландшафтной зоне, загрязненной в период ядерных испытаний на архипелаге Новая Земля из-за медленной миграции элементов в почву в арктических условиях. На юге Западной Сибири удельная активность радиоцезия в мохово-лишайниковом покрове и хвое деревьев соответствует региональному фону. Содержание естественных радионуклидов в растениях во всех ландшафтно-климатических зонах отвечает природным, за исключением некоторых локальных территорий, и в целом не представляет угрозы для здоровья человека.
По словам Веры Страховенко, максимальное содержание ИРН на северных участках отмечено в мортмассе (отмершей части) растений, а на южных — в подстилающем их субстрате. «При этом в некоторых случаях в лесной подстилке, мхах и лишайниках содержание ЕРН меньше, чем в почве. Очевидно, это связно с тем, что в этих участках горные породы являются концентраторами урана, тория и калия. Химические элементы практически не усваиваются мхами и лишайниками, а переходят в почвенный субстрат и полностью наследуются от горных пород», — объясняет Вера Страховенко. Она добавляет, что естественные радионуклиды, в отличие от искусственных, распределены во всех слоях мхов и лишайников довольно равномерно.
Интересно, что в эпифитных лишайниках, которые растут на деревьях, концентрация вредных веществ больше, чем в эпигейных — наземных. «Скорее всего, это связано с мозаичным выпадением осадков. Эпифитные растения получают загрязнения в течение всего года, в то время как эпигейные в осенне-зимний период, который длится по пять-шесть месяцев, изолированы слоем снега. Кроме того, стоит учитывать и время жизни лишайников, достигающее нескольких десятилетий, и скорость, с которой разные виды растений выводят вредные вещества», — говорит Вера Страховенко.
Что касается хвои, то содержание в ней ЕРН и цезия-137 оказалось в два-три раза меньше, чем в лишайниках и мхах. Прежде всего, играет роль меньшее время их выведения. При этом молодая хвоя, как правило, содержит больше радионуклидов, чем старая. Исследования показали, что ель и пихта обычно практически не накапливают радионуклиды в хвое, в отличие от сосны и кедра. Но на разных площадках эти соотношения абсолютных содержаний могут меняться. Изучение содержаний ИРН, в частности цезия-137, в хвое позволяет контролировать появление «свежих» загрязнений, это показала авария на атомной станции Фукусима.
Некоторые площадки представляют особый интерес для проведения мониторинговых исследований. Одна из них находится в Караканском бору — там исследователи ежегодно на протяжении двадцати лет отбирают образцы мхов, лишайников и хвои. «Важно учитывать не только период полураспада радионуклидов, но и время, которое требуется растениям для их выведения, — говорит Вера Страховенко. — Мы ставили эксперименты в полевых условиях: вносили небольшие дозы загрязнителей. Сейчас наша цель — посмотреть с помощью современных прецизионных методов, как химические элементы перераспределяются внутри разных слоев растений».
Лишайники в Караканском бору
В рамках исследования проанализировано более 1 000 проб, отобранных в Ямало-Ненецком автономном округе, Бурятии, Иркутской, Новосибирской, Кемеровской областях. Накопленный геохимиками материал еще не полностью опубликован. Интерпретация данных потребует времени и привлечения узких специалистов. «Я геохимик и минералог, поэтому не пыталась сама определить виды лишайников или тип почвы, на которой они произрастают, это задача ботаников-лихенологов и почвоведов. В науке важна интеграция», — подчеркивает Вера Страховенко.
Юлия Клюшникова
Фото предоставлены Верой Страховенко
