Радиоэкологическая оценка состояния морской среды в районе затопления атомной подводной лодки К-159 по результатам научно-исследовательской экспедиции в 2023 году

Полный текст

Введение Актуальность радиоэкологической оценки состояния морской среды в Арктике и защита водных организмов становятся особенно значимыми из-за множества факторов, связанных как с глобальными экологическими изменениями, так и с местными антропогенными воздействиями. Арктический регион нашей страны, будучи одним из самых уязвимых экосистем планеты, испытывает значительное давление от различных видов человеческой деятельности, в том числе промышленного освоения и изменения климата [1; 2]. Арктика имеет огромное значение из-за своего стратегического расположения, биоразнообразия, а также социальных и экономических аспектов. Северный морской путь становится все более значимым благодаря изменению климата, открывая более короткий и выгодный маршрут для судоходства между Европой и Азией [1]. Это может изменить мировую торговлю и логистику. Арктика уникальна своим биоразнообразием, однако изменение климата угрожает экосистемам и видам. Сохранение биоразнообразия важно для глобального экологического баланса [1; 3]. Для коренных народов Арктика - это дом и часть их культурной идентичности. Их жизнь тесно связана с природой, и изменения в экосистеме могут привести к разрушительным последствиям. Учет их интересов - важный аспект развития Арктики. Экономическое значение Арктики связано с ее ресурсами: нефтью, газом, минералами и рыбой. Эксплуатация должна учитывать экологические и социальные аспекты для минимизации негативных последствий. В итоге Арктика требует ответственного подхода в балансе между развитием экономики, защитой природной среды и уважением культур местных жителей [1]. Затопление атомной подводной лодки (АПЛ) К-159 в районе острова Кильдин Баренцева моря в 2003 г. стало одним из значительных инцидентов, напоминающих о потенциальных экологических рисках, связанных с использованием ядерных технологий. Это происшествие вызвало серьезные опасения относительно радиационной безопасности морской среды, учитывая присутствие на борту ядерных реакторов. За прошедшие двадцать лет исследователи активно стремились оценить и минимизировать возможное влияние радиационного загрязнения на окружающую экосистему [2]. В 2023 г. ФГБУ «НПО «Тайфун» была проведена очередная научно-исследовательская экспедиция, целью которой было отобрать пробы воды, донных отложений и биоты в районе затопления атомной подводной лодки К-159. Далее, в лабораторных условиях, производилась пробоподготовка и определение удельных активностей наиболее значимых радионуклидов (137Cs, 90Sr), которые были обнаружены в рассмотренных пробах. Цель исследования - радиоэкологическая оценка текущего состояния морской среды в районе затопления АПЛ К-159 с помощью данных, полученных в ходе экспедиции «НПО «Тайфун». Для достижения цели требовалось решить следующие задачи: определить коэффициенты накопления радионуклидов в морских организмах в районе затопления АПЛ К-159; рассчитать обобщенные показатели радиационно-экологического риска для района затопления АПЛ К-159 по данным экспедиции в 2023 г. Лаборатория эколого-геофизического моделирования и анализа риска ИПМ ФГБУ «НПО „Тайфун“» подготовила рекомендации для оценки риска радиоактивного загрязнения окружающей среды на основе данных радиационного мониторинга, которые позволяют провести комплексную радиоэкологическую оценку. Одним из методов такой оценки является вычисление обобщенных показателей риска (ОПР) в компонентах водной среды, включая расчет индекса экологического риска (ИЭР) загрязнения радионуклидами компонентов природной среды [3; 4]. Материалы и методы Научно-исследовательская экспедиция проводилась с 12 по 31 мая 2023 г. на судне «Иван Петров». Пробы воды и донных отложений отбирались в точках, расположенных вблизи места затопления атомной подводной лодки К-159, а также в районе острова Кильдин (4-я станция), Териберки (3-я станция) и Дальних Зеленцов (1-я станция). На 1, 3 и 4-й станциях отбирались пробы воды, донных отложений и биоты. Пункты отбора проб изображены на рисунке. Обработка отобранных проб производилась в ФГБУ «НПО «Тайфун» лабораторией радиационного мониторинга и контроля. Радиоэкологическая оценка включала в себя расчет коэффициентов накопления радионуклидов в морских организмах, обитающих в районе затопления атомной подводной лодки К-159. Определение коэффициентов накопления радионуклидов в морских организмах из водной среды и донных осадков играет важную роль в оценке радиационной безопасности и в проведении эколого-биологических исследований в морских экосистемах. Данные показатели помогают понять, насколько эффективно организмы усваивают радионуклиды из морской среды и как они накапливаются в пищевых цепях. Знание коэффициентов накопления позволяет оценить уровень загрязнения морской среды и его потенциальное воздействие на морскую флору и фауну. Это особенно важно в контексте биосферы, где организмы могут накапливать радионуклиды, что может привести к вредным последствиям для их здоровья и жизни. Также расчеты коэффициентов накопления помогают предсказать возможные риски для человека, связанного с потреблением морепродуктов. Карта-схема отбора проб Источник: составлено Н.А. Аникиной, А.И. Крышевым, М.Н. Катковой. Sampling map Source: compiled by N.A. Anikina, A.I. Kryshev, M.N. Katkova. Таким образом, значения коэффициентов накопления радионуклидов могут использоваться при оценке состояния экосистем, разработки стратегий управления и защиты здоровья человека и морских биологических сообществ. Коэффициенты накопления рассчитывали по формуле , (1) где КН - коэффициент накопления определенного радионуклида, л·кг-1; УА - удельная активность в компоненте природной среде, Бк/кг или Бк/л сырого веса1. Коэффициенты накопления рассчитывались для водных растений и придонных видов рыб, пробы которых были отобраны в ходе экспедиции 2023 г. - фукус пузырчатый (Fucus vesiculosus), ламинария северная (Laminaria hyperborea), зубатка полосатая (Anarhichas lupus), пикша (Melanogrammus aeglefinus). Пикша - морская рыба семейства тресковых. Она распространена в северной части Атлантического океана, включая Баренцево море, где является важным объектом промысла. В промысловом отношении пикша играет важную роль для экономики, так как ее ловят и для внутреннего потребления, и на экспорт. В Баренцевом море пикша обычно обитает на глубинах от 30 до 200 м [5]. Зубатка - рыба, обитающая в Северном Ледовитом океане, включая районы Баренцева моря. Зубатка, так же как и пикша, имеет значительное коммерческое значение как для продажи, так и для потребления. Зубатки предпочитают холодные воды и живут на глубинах от 50 до 300 м [5]. Выбранные виды морских рыб, обитающие преимущественно на глубинах и вблизи дна, являются представительными объектами для анализа радиоэкологической обстановки и накопления техногенных радионуклидов придонными организмами. Для оценки риска от радиоактивного загрязнения морской среды по данным мониторинга радиационной обстановки 2023 г. вокруг места затопления АПЛ К-159 использовались рекомендации2. Согласно рекомендациям2 рассчитывали обобщенный показатель риска от радиоактивного загрязнения морской среды по формуле ОПР = Апр· Авр· ИРВб, (2) где Апр - коэффициент, учитывающий пространственный масштаб загрязнения территории; Авр - коэффициент, учитывающий временной масштаб радиационного воздействия; ИРВб - показатель интенсивности радиационного воздействия на компоненты природной среды. Для оценки интенсивности радиационного воздействия использовался индекс экологического риска (ИЭР). Индекс экологического риска рассчитывается по формуле , (3) где Di - мощность дозы облучения i-го биологического организма, мГр/сут, определяемая согласно требованиям Международной комиссии по радиологической защите[1]; ПДРНi - предельно допустимая радиационная нагрузка для i-го биологического организма, мГр/сут. Значение ПДРНi принимается равным 1 мГр/сут для млекопитающих, позвоночных животных и сосны обыкновенной, и 10 мГр/сут - для растений (кроме сосны обыкновенной) и беспозвоночных животных[2]. Результаты и обсуждение С помощью формулы (1) были рассчитаны коэффициенты накопления 137Cs и 90Sr в морской биоте, обитающей вблизи места затопления АПЛ К-159. В табл. 1 показаны результаты вычислений коэффициентов накопления 137Cs в морских организмах Баренцева моря. Для сравнения в табл. 1 и 2 представлены усредненные данные по Баренцеву морю за период с 1992 по 2020 г. [6] и коэффициенты накопления по рекомендациям1. Наибольший коэффициент накопления 137Cs в водных растениях имеет место для фукуса, отобранного около села Териберка (табл. 1). Данное значение превышает в 7-10 раз коэффициенты накопления, рассчитанные для всего Баренцева моря по обобщенным данным мониторинга и среднемировые значения. Таблица 1. Значения коэффициентов накопления 137Cs в биологических организмах, живущих в окрестностях места затопления АПЛ К-159 Место отбора Биота Удельная активность 137Cs в биоте, Бк/кг сырого веса Удельная активность 137Cs в морской воде, Бк/л Коэффициент накопления по данным экспедиции 2023, л∙кг-1 Коэффициент накопления по данным мониторинга за период с 1992 по 2020 год, л∙кг-1 [6] Коэффициент накопления по рекомендациям1 (мировые значения), л∙кг-1 Териберка Фукус 0,3 ± 0,1 0,0006 ± 0,0001 500 ± 250 69 ± 9 50 Пикша 0,11 ± 0,06 0,0006 ± 0,0001 180 ± 130 93 ± 26 100 Дальние Зеленцы Пикша 0,2 ± 0,1 0,0007 ± 0,0001 290 ± 180 93 ± 26 100 Зубатка 0,39 0,0007 ± 0,0001 490 ± 160 93 ± 26 100 о. Кильдин Фукус 0,033 ± 0,015 0,0013 ± 0,0002 25 ± 15 69 ± 9 50 Ламинария 0,11 ± 0,06 0,0013 ± 0,0002 85 ± 59 69 ± 9 50 Источник: составлено Н.А. Аникиной, А.И. Крышевым, М.Н. Катковой. Table 1. Values of the accumulation coefficients of 137Cs in biological organisms living in the vicinity of the sinking site of the K-159 submarine Place of selection Biota Specific activity 137Cs in biota, Bq/kg wet weight Specific activity 137Cs in sea water, Bq/l Accumulation coefficient according to monitoring data 2023, l·kg-1 Accumulation coefficient according to monitoring data for the period from 1992 to 2020, l·kg-1 [6] Accumulation coefficient according to recommendations1 (world values), l·kg-1 Teriberka Fucus 0.3 ± 0.1 0.0006 ± 0.0001 500 ± 250 69 ± 9 50 Haddock 0.11 ± 0.06 0.0006 ± 0.0001 180 ± 130 93 ± 26 100 Dalnie Zelentsy Haddock 0.2 ± 0.1 0.0007 ± 0.0001 290 ± 180 93 ± 26 100 Crandall 0.39 0.0007 ± 0.0001 490 ± 160 93 ± 26 100 Kildin Island Fucus 0.033 ± 0.015 0.0013 ± 0.0002 25 ± 15 69 ± 9 50 Kelp 0.11 ± 0.06 0.0013 ± 0.0002 85 ± 59 69 ± 9 50 Source: compiled by N.A. Anikina, A.I. Kryshev, M.N. Katkova. Коэффициент накопления 137Cs в пикше в 2-3 раза выше, а в зубатке - в 5 раз выше, чем средняя величина по Баренцеву морю, существенно превышая также и среднемировые значения. Это подтверждает сделанное ранее предположение о возможности биологического переноса 137Cs промысловыми мигрирующими рыбами Баренцева моря, связанными с бентосной пищевой цепочкой. Такая возможность может реализовываться при наличии пятен повышенного содержания 137Cs в донных отложениях Баренцева моря (даже небольшого размера), находящихся на путях сезонной миграции рыб [7]. Необходимо дальнейшее изучение и мониторинг радиоактивного загрязнения 137Cs и другими техногенными радионуклидами мигрирующих придонных видов рыб Баренцева моря. Выполнен расчет значений коэффициентов накопления 90Sr в водных растениях по данным экспедиционного обследования (табл. 2). Таблица 2. Коэффициенты накопления 90Sr в живых организмах, обитающих поблизости от места затопления подводной лодки АПЛ К-159 Место отбора Биота Удельная активность 90Sr в биоте, Бк/кг сырого веса Удельная активность 90Sr в морской воде, Бк/л Коэффициент накопления по данным экспедиции 2023, л·кг-1 Коэффициент накопления по данным мониторинга за период с 1992 по 2020 год, л·кг-1 [6] Коэффициент накопления по рекомендациям1 (мировые значения), л·кг-1 Териберка Ламинария 0,03 ± 0,01 0,0031 ± 0,0007 10 ± 6 19 ± 10 10 Фукус 0,01 ± 0,003 0,0031 ± 0,0007 3 ± 2 19 ± 10 10 о. Кильдин Фукус 0,05 ± 0,01 0,0014 ± 0,0004 36 ± 17 19 ± 10 10 Ламинария 0,06 ± 0,01 0,0014 ± 0,0004 43 ± 20 19 ± 10 10 Источник: составлено Н.А. Аникиной, А.И. Крышевым, М.Н. Катковой. Table 2. Accumulation coefficients of 90Sr in living organisms living near the site of the sinking of the K-159 submarine Sampling location Biota Specific activity 90Sr in biota, Bq/kg wet weight Specific activity 90Sr in sea water, Bq/l Accumulation coefficient according to monitoring data 2023, l*kg-1 Accumulation coefficient according to monitoring data for the period from 1992 to 2020, l*kg-1 [6] Accumulation coefficient according to recommendations1 (world values), l*kg-1 Teriberka Kelp 0.03 ± 0.01 0.0031 ± 0.0007 10 ± 6 19 ± 10 10 Fucus 0.01 ± 0.003 0.0031 ± 0.0007 3 ± 2 19 ± 10 10 Kildin Island Fucus 0.05 ± 0.01 0.0014 ± 0.0004 36 ± 17 19 ± 10 10 Kelp 0.06 ± 0.01 0.0014 ± 0.0004 43 ± 20 19 ± 10 10 Source: compiled by N.A. Anikina, A.I. Kryshev, M.N. Katkova. Из табл. 2 следует, что коэффициент накопления 90Sr в ламинарии в районе Териберки ниже среднего значения для всего Баренцева моря и совпадает со среднемировым значением. Коэффициент накопления 90Sr в фукусе в районе Териберки существенно ниже как среднего значения для всего Баренцева моря, так и среднемирового значения. В то же время значения коэффициентов накопления 90Sr в фукусе и ламинарии в районе острова Кильдин, полученные по результатам экспедиционного обследования, в 2 раза выше значений средних значений по всему Баренцеву морю и в 4 раза выше среднемировых значений. Большая часть значений коэффициентов накопления в морской биоте, определенных по данным экспедиционного обследования, существенно выше значений, рассчитанных по данным мониторинга в среднем для Баренцева моря [6]. Поэтому для оценки радиационного воздействия на биоту предпочтительно использовать не интегральный показатель загрязнения (ИПЗ), а индекс экологического риска. В данном случае оценки ИПЗ базируются на использовании величин контрольных уровней содержания радионуклидов в воде и донных отложениях Баренцева моря, при расчете которых, в свою очередь, применялись значения коэффициентов накопления радионуклидов в рыбе в среднем для Баренцева моря по данным мониторинга 2006-2020 гг. [8]. При использовании индекса экологического риска выполняется расчет мощности дозы облучения биоты. Результаты расчетов индекса экологического риска представлены в табл. 3. Из данных табл. 3 видно, что для морских придонных рыб значения варьируются от 1,5·10-6 до 2,3·10-6, а для водных растений - от 1,7·10-7 до 3,0·10-7. Таким образом, рассчитанные индексы экологического риска <<1 для всех случаев, следовательно, показатели находятся на уровне фона. По формуле (2) выполнены оценки обобщенного показателя риска с учетом рассчитанных индексов экологического риска, пространственного и временного масштаба радиационного воздействия. Определим значение коэффициента, учитывающего пространственный масштаб загрязнения акватории. Согласно данным экспедиционного обследования, площадь воздействия на компоненты природной среды была не более 10 км2 и по градации2 значение Апр = 1 (коэффициент безразмерный). Таблица 3. Результаты расчетов индекса экологического риска загрязнения радионуклидами компонентов природной среды Место отбора пробы (№ станции) Название вида Радионуклид Мощность дозы облучения (Di), мГр/сут Предельно допустимая радиационная нагрузка (ПДРНi), мГр/сут Индекс экологического риска (ИЭР) Териберка (3) Фукус 137Cs 3,0·10-6 10 3,0·10-7 Териберка (3) Пикша 137Cs 2,2·10-6 1 2,2·10-6 Дальние Зеленцы (1) Пикша 137Cs 1,5·10-6 1 1,5·10-6 Дальние Зеленцы (1) Зубатка 137Cs 2,3·10-6 1 2,3·10-6 о. Кильдин (4) Фукус 137Cs 2,5·10-6 10 2,5·10-7 о. Кильдин (4) Ламинария 137Cs 2,7·10-6 10 2,7·10-7 Териберка (3) Ламинария 90Sr 1,9·10-6 10 1,9·10-7 Териберка (3) Фукус 90Sr 1,7·10-6 10 1,7·10-7 о. Кильдин (4) Фукус 90Sr 1,9·10-6 10 1,9·10-7 о. Кильдин (4) Ламинария 90Sr 2,0·10-6 10 2,0·10-7 Источник: составлено Н.А. Аникиной, А.И. Крышевым, М.Н. Катковой. Table 3. Results of calculations of the index of ecological risk of contamination of natural environment components with radionuclides Sampling location (station no.) Species name Radionuclide Radiation dose rate (Di), mGy/day Maximum permissible radiation load (MPRLi), mGy/day Environmental Risk Index (ERI) Teriberka (3) Fucus 137Cs 3.0·10-6 10 3.0·10-7 Teriberka (3) Haddock 137Cs 2.2·10-6 1 2.2·10-6 Dalnie Zelentsy (1) Haddock 137Cs 1.5·10-6 1 1.5·10-6 Dalnie Zelentsy (1) Crandall 137Cs 2.3·10-6 1 2.3·10-6 Kildin Island (4) Fucus 137Cs 2.5·10-6 10 2.5·10-7 Kildin Island (4) Kelp 137Cs 2.7·10-6 10 2.7·10-7 Teriberka (3) Kelp 90Sr 1.9·10-6 10 1.9·10-7 Teriberka (3) Fucus 90Sr 1.7·10-6 10 1.7·10-7 Kildin Island (4) Fucus 90Sr 1.9·10-6 10 1.9·10-7 Kildin Island (4) Kelp 90Sr 2.0·10-6 10 2.0·10-7 Source: compiled by N.A. Anikina, A.I. Kryshev, M.N. Katkova. Вычислим значение второго коэффициента, учитывающего временной масштаб радиационного воздействия. Так как атомная подводная лодка К-159 затонула в 2003 г., то по градации из рекомендаций2 рассматриваемый случай можно отнести к продолжительному воздействию (свыше 1 года). Следовательно, Авр = 3 (безразмерная величина). Определим значение показателя интенсивности радиационного воздействия на компоненты морской среды. Значение интенсивности радиационного воздействия зависит от индекса экологического риска, представленного в табл. 3. Как следует из табл. 3, все индексы экологического риска значительно ниже 1 и, следовательно, оказывают незначительное воздействие на радиационную обстановку. Таким образом, изменения в морской среде района затопления АПЛ К-159 не превышают пределы естественной изменчивости, а индекс радиационного воздействия равен 1. Таким образом, обобщенный показатель риска в нашем случае составил 3. Это означает, что согласно шкале рисков из рекомендаций2 компоненты морской среды воздействуют на радиационную обстановку незначительно. В рассмотренной области не требуется проведения природоохранных мероприятий по обеспечению радиационной безопасности морской биоты. Однако с учетом потенциальной опасности необходимо проведение регулярных обследований места затопления АПЛ К-159 для своевременного выявления поступления радионуклидов в природную среду Баренцева моря. Выводы Проведена радиоэкологическая оценка состояния морской среды в районе затопления атомной подводной лодки К-159 по результатам научно-исследовательской экспедиции НПО «Тайфун» в 2023 г. Определены коэффициенты накопления радионуклидов 137Cs и 90Sr в придонной рыбе и водных растениях. Коэффициент накопления 137Cs в пикше в 2-3 раза выше, а в зубатке - в 5 раз выше, чем средняя величина по Баренцеву морю, существенно превышая также и среднемировые значения. Это подтверждает возможность биологического переноса 137Cs промысловыми мигрирующими рыбами Баренцева моря, связанными с бентосной пищевой цепочкой. Необходимо дальнейшее изучение и мониторинг радиоактивного загрязнения 137Cs и другими техногенными радионуклидами мигрирующих придонных видов рыб Баренцева моря. Коэффициент накопления 90Sr в водных растениях по данным экспедиционного обследования зависит от места отбора пробы. В районе Териберки он существенно ниже как среднего значения для всего Баренцева моря, так и среднемирового значения, а в районе острова Кильдин - в 2 раза выше средних значений по всему Баренцеву морю и в 4 раза выше среднемировых значений. Рассчитаны индексы экологического риска загрязнения 137Cs и 90Sr компонентов морской среды. Все полученные значения оказались намного меньше единицы, что соответствует уровню фонового радиационного воздействия. Обобщенный показатель риска от радиоактивного загрязнения равен 3. В соответствии с принятой градацией это означает, что в рассматриваемой области отсутствует необходимость в природоохранных мероприятиях по обеспечению радиационной безопасности. С учетом потенциальной опасности затопленной АПЛ К-159 необходимо продолжать регулярные обследования окружающей среды в этом районе, отслеживая динамику уровней содержания техногенных радионуклидов в морской воде, донных отложениях и биоте. Необходимо учитывать в моделях расчета миграции радиоактивных веществ в Баренцевом море возможность биологического переноса радионуклидов, содержащихся в донных отложениях, мигрирующими придонными видами рыб.

Об авторах

Нелли Александровна Аникина

Научно-производственное объединение «Тайфун»

Email: katkovan@list.ru
ORCID iD: 0000-0001-8839-5104
SPIN-код: 7199-4800

младший научный сотрудник, лаборатория радиационно-экологического моделирования и анализа риска, институт проблем мониторинга

Российская Федерация, 249031, г. Обнинск, ул. Победы, д. 4

Александр Иванович Крышев

Научно-производственное объединение «Тайфун»

Автор, ответственный за переписку.
Email: kai@rpatyphoon.ru
ORCID iD: 0000-0001-6816-0260
SPIN-код: 5696-7633

доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник, лаборатория радиационно-экологического моделирования и анализа риска, институт проблем мониторинга

Российская Федерация, 249031, г. Обнинск, ул. Победы, д. 4

Маргарита Николаевна Каткова

Научно-производственное объединение «Тайфун»

Email: katkova@rpatyphoon.ru
кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория радиационного мониторинга и контроля окружающей среды, институт проблем мониторинга Российская Федерация, 249031, г. Обнинск, ул. Победы, д. 4

Список литературы

Дополнительные файлы